基于51单片机用PCF8591进行AD_DA转换用1602LCD显示的电流采样(DOC)

福州大学至诚学院本科生课程设计

题目：可编程序控制器实训

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目录

1、PCF8591概述 (3)

2、芯片介绍 (3)

3、PCF8591的A/D 转换 (4)

4、A/D转换程序设计流程 (5)

5、1602LCD主要技术参数 (7)

6、Proteus仿真原理图 (10)

7、程序代码 (10)

8、结语 (17)

9、参考文献 (17)

1、PCF8591 概述

PCF8591 是一种具有 I2C 总线接口的 8 位 A/D D/A 转换芯片，在与 CPU 的信息传输过程中仅靠时钟线 SCL 和数据线 SDA 就可以实现。 I2C 总线是Philips （飞利浦）公司推出的串行总线，它与传统的通信方式相比具有读写方便，结构简单，可维护性好，易实现系统扩展，易实现模块化标准化设计，可靠性高等优点。

2、芯片介绍

2.1内部结构及引脚功能描述

PCF8591 为单一电源供电（2.5 6 V）典型值为 5 V，CMOS 工艺 PCF8591 有 4 路 8 位 A/D 输入，属逐次比较型，内含采样保持电路； 1 路 8 位 D/A 输出，内含有 DAC的数据寄存器 A/D D/A 的最大转换速率约为 11 kHz，但是转换的基准电源需由外部提供 PCF8591 的引脚功能如图1所示

图1 PCF8591引脚功能

2.2片内可编程功能设置

在 PCF8591 内部的可编程功能控制字有两个，一个为地址选择字，另一个为转换控制字 PCF8591 采用典型的I2C总线接口的器件寻址方法，即总线地址由器件地址引脚地址和方向位组成 Philips （飞利浦）公司规定 A/D器件高四位地址为 1001，低三位地址为引脚地址A0A1A2，由硬件电路决定，地址选择字格式具体描述如表 2 所示因此 I2C 系统中最多可接 2^3=8 个具有总线接口的A/D 器件地址的最后一位为方向位 R/W，当主控器对 A/D 器件进行读操作时为1，进行写操作时为 0 总线。操作时，由器件地址引脚地址和方向位组成的从地

址为主控器发送的第一字节。

图2 地址选择字格式描述

D0：读写控制位，对转换器件进行读操作时为1 ，进行写操作时为0。D1,D2,D3：引脚硬件地址设置位，由硬件电路设定该PCF8591的物理地址。D7,D6,D5,D4：器件地址位固定为1001.PCF8591的转换控制字存放在控制寄存器中，用于实现器件的各种功能总线操作时为主控器发送的第二字节转换控制字的格式功能具体描述如图3所示

图3 转换控制字格式描述

D0,D1：通道选择位。00 ：通道 0； 01：通道1 ； 10：通道2； 11：通道3。D2：自动增量允许位，为 1时，每对一个通道转换后自动切换到下一通道进行转换，为0 时不自动进行通道转换，可通过软件修改进行通道转换D3：特征位，固定位0。D4,D5：模拟量输入方式选择位。00：输入方式0 ，四路单端输入；

01 ：输入方式 1，三路差分输入；10 ：输入方式2，二路单端输入，一路差分输入； 11：输入方式3 ，两路差分输入。D6：模拟输出允许位，A/D 转换时设置为（地址选择字D0 位此时设置为1 ），D/A 转换时设置为 1（地址选择字位此时设置为）。D7：特征位，固定为0。

3、PCF8591的A/D 转换

PCF8591的A/D 转换为逐次比较型，在 A/D转换周期中借用 DAC及高增益比较器对 PCF8591进行写读操作(R/W)后便立即启动 A/D转换，并读出A/D 转换结果在每个应答信号的后沿触发转换周期，采样模拟电压并读出前一次转换后的结果。

A/D转换中，一旦 A/D采样周期被触发，所选择通道的采样电压便保存在采样，保持电路中，并转换成8 位二进制码（00四路单端输入）或二进制补码（01三鹿差分输入）存放在ADC数据寄存器中等待器件读出。如果控制字节中自动增量选择位置 1，则一次A/D 转换完毕后自动选择下一通道。读周期中读出的第一个字节为前一个周期的转换结果。上电复位后读出的第一字节为80H。

PCF8591的A/D 转换亦使用的是I2C 总线的读方式操作完成的。其数据操作格式如图 4所示。

图4 A/D转换数据操作格式

其中data0~datan 为 A/D的转换结果，分别对应于前一个数据读取期间所采样的模拟电压。A/D 转换结束后，先发送一个非应答信号位A 再发送结束信号位P。灰底位由主机发出，白底位是由PCF8591 产生。上电复位后控制字节状态为00H ，在 A/D转换时须设置控制字，即须在读操作之前进行控制字节的写入操作。逻辑操作波形时序图如图5所示。

图5 A/D转换逻辑操作波形时序图

4、A/D转换程序设计流程如下图6所示

图6

5、1602LCD主要技术参数：

显示容量:16×2个字符，芯片工作电压:4.5—5.5V，工作电流:2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V，字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。

5.1引脚功能说明

1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如图7

图7

引脚接口说明表

第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。