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姓名：学号：系别：专业：年级：指导教师：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65、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。

5.2 1602LCD的指令说明及时序图81602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。

（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H 位置。

指令2：光标复位，光标返回到地址00H。

指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。

高电平表示有效，低电平则无效。

指令4：显示开关控制。

D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。

指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。

指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。

指令7：字符发生器RAM地址设置。

指令8：DDRAM 地址设置。

指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

指令10：写数据。

指令11：读数据。

读操作时序写操作时序5.3 1602LCD的一般初始化（复位）过程延时15mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置6、仿真原理图如下所示7、C语言程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define Delay4us(){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}sbit LCD_RS=P2^6;sbit LCD_RW=P2^5;sbit LCD_EN=P2^7;sbit SCL=P2^0; //I2C时钟引脚sbit SDA=P2^1; //I2C数据输入输出引脚uchar Recv_Buffer[4]; //数据接收缓冲uint Voltage[]={'0','0','0','0'}; //数据分解为电压x.xx bit bdata IIC_ERROR; //I2C错误标志位uchar LCD_Line_1[]={" . V "};//延时void delay(int ms){uchar i;while(ms--) for(i=0;i<250;i++) Delay4us();}//LCD忙检测bit LCD_Busy_Check(){bit Result;LCD_RS=0;LCD_RW=1;LCD_EN=1;Delay4us();Result=(bit)(P0&0x80); LCD_EN=0;return Result;}//写指令void LCD_Write_Command(uchar cmd){while(LCD_Busy_Check());LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_EN=0;_nop_();_nop_(); P0=cmd;Delay4us();LCD_EN=1;Delay4us();LCD_EN=0;}// 写数据void LCD_Write_Data(uchar dat){while(LCD_Busy_Check());LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_EN=0;P0=dat;Delay4us(); LCD_EN=1;Delay4us();LCD_EN=0;}//初始化void LCD_Initialise(){LCD_Write_Command(0x38);delay(5);LCD_Write_Command(0x0c);delay(5);LCD_Write_Command(0x06);delay(5);LCD_Write_Command(0x01);delay(5);}//设置显示位置void LCD_Set_Position(uchar pos){LCD_Write_Command(pos|0x80);}//显示一行void LCD_Display_A_Line(uchar Line_Addr,uchar s[]){uchar i;LCD_Set_Position(Line_Addr);for(i=0;i<16;i++)LCD_Write_Data(s[i]);}// 将模数转换后得到的值分解存入缓存void Convert_To_Voltage(uchar val){uchar Tmp; //最大值为255,对应5V,255/5=51 Voltage[2]=val/51+'0'; //整数部分Tmp=val%51*10; // 第一位小数Voltage[1]=Tmp/51+'0';Tmp=Tmp%51*10;Voltage[0]=Tmp/51+'0';}//启动I2C总线void IIC_Start(){SDA=1;SCL=1;Delay4us();SDA=0;Delay4us();SCL=0;}//停止I2C总线void IIC_Stop(){SDA=0;SCL=1;Delay4us();SDA=1; Delay4us();SCL=0;}// 从机发送应答位void Slave_ACK(){SDA=0;SCL=1;Delay4us();SCL=0;SDA=1;}// 从机发送非应答位void Slave_NOACK(){SDA=1;SCL=1;Delay4us();SCL=0;SDA=0;}//发送一字节void IIC_SendByte(uchar wd){uchar i;for(i=0;i<8;i++) //循环移入8位{SDA=(bit)(wd&0x80);_nop_();_nop_();SCL=1;Delay4us();SCL=0;wd<<=1;}Delay4us();SDA=1; //释放总线并准备读取应答SCL=1;Delay4us();IIC_ERROR=SDA; //IIC_ERROR=1表示无应答SCL=0;Delay4us();}//接收一字节uchar IIC_ReceiveByte(){uchar i,rd=0x00;for(i=0;i<8;i++){SCL=1;rd<<=1;rd|=SDA;Delay4us();SCL=0;Delay4us();}SCL=0;Delay4us();return rd;}//连续读入4路通道的A/D转换结果并保存到Recv_Buffervoid ADC_PCF8591(uchar CtrlByte){uchar i;IIC_Start();IIC_SendByte(0x90); // 发送写地址if(IIC_ERROR==1)return;// IIC_SendByte(CtrlByte); //发送控制字节//if(IIC_ERROR==1)return;IIC_Start(); //重新发送开始命令IIC_SendByte(0x91); // 发送读地址if(IIC_ERROR==1)return;IIC_ReceiveByte(); //空读一次,调整读顺序Slave_ACK(); //收到一字节后发送一个应答位for(i=0;i<4;i++){Recv_Buffer[i++]=IIC_ReceiveByte();Slave_ACK(); //收到一个字节后发送一个应答位}Slave_NOACK();IIC_Stop(); //收到一个字节后发送一个非应答位}// 向 PCF8591发送1字节进行AD转换//主程序void main(){LCD_Initialise();{ADC_PCF8591(0x04);Convert_To_Voltage(Recv_Buffer[0]);LCD_Line_1[2]=Voltage[2];LCD_Line_1[4]=Voltage[1];LCD_Line_1[5]=Voltage[0];LCD_Display_A_Line(0x00, LCD_Line_1);}}8、结语在这次单片机课设中，通过自己动手查阅资料，不仅知道了芯片PCF8591和LCD1602工作原理、各引脚的功能等，还巩固了C语言程序的编写，对51单片机也有了更深的理解，丰富了很多课外知识，能熟练的运用Keil等软件。