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PCF8591的软件编程

2016-11-25 17:21:56 | 人围观 | 评论:

　　PCF8591的通信接口是I2C，那么编程肯定是符合这个协议的。单片机对PCF8591进行初始化，一共发送三个字节即可。第一个字节，和EEPROM类似，第一个字节是地址字节，其中7位代表地址，1位代表读写方向。地址高4位固定是1001，低三位是A2，A1，A0，这三位我们电路上都接了GND，因此也就是000，如图1所示。

PCF8591地址字节

图1 PCF8591地址字节

　　发送到PCF8591的第二个字节将被存储在控制寄存器，用于控制PCF8591的功能。其中第3位和第7位是固定的0，另外6位各自有各自的作用，如图2所示，我逐一介绍。

图17-6 PCF8591控制字节

图2 PCF8591控制字节

　　控制字节的第6位是DA使能位，这一位置1表示DA输出引脚使能，会产生模拟电压输出功能。第4位和第5位可以实现把PCF8591的4路模拟输入配置成单端模式和差分模式，单端模式和差分模式的区别，我们17.4章节有介绍，这里大家只需要知道这两位是配置AD输入方式的控制位即可，如图3所示。

PCF8591模拟输入配置方式

图3 PCF8591模拟输入配置方式

　　控制字节的第2位是自动增量控制位，自动增量的意思就是，比如我们一共有4个通道，当我们全部使用的时候，读完了通道0，下一次再读，会自动进入通道1进行读取，不需要我们指定下一个通道，由于A/D每次读到的数据，都是上一次的转换结果，所以同学们在使用自动增量功能的时候，要特别注意，当前读到的是上一个通道的值。为了保持程序的通用性，我们的代码没有使用这个功能，直接做了一个通用的程序。

　　控制字节的第0位和第1位就是通道选择位了，00、01、10、11代表了从0到3的一共4个通道选择。

　　发送给PCF8591的第三个字节D/A数据寄存器，表示D/A模拟输出的电压值。D/A模拟我们一会介绍，大家知道这个字节的作用即可。我们如果仅仅使用A/D功能的话，就可以不发送第三个字节。

　　下面我们用一个程序，把AIN0、AIN1、AIN3测到的电压值显示在液晶上，同时大家可以转动电位器，会发现AIN0的值发生变化。

/***********************lcd1602.c文件程序源代码*************************/

#include <reg52.h>

#define LCD1602_DB P0

sbit LCD1602_RS = P1^0;

sbit LCD1602_RW = P1^1;

sbit LCD1602_E = P1^5;

void LcdWaitReady() //等待液晶准备好

{

unsigned char sta;

LCD1602_DB = 0xFF;

LCD1602_RS = 0;

LCD1602_RW = 1;

{

LCD1602_E = 1;

sta = LCD1602_DB; //读取状态字

LCD1602_E = 0;

} while (sta & 0x80); //bit7等于1表示液晶正忙，重复检测直到其等于0为止

}

void LcdWriteCmd(unsigned char cmd) //写入命令函数

{

LcdWaitReady();

LCD1602_RS = 0;

LCD1602_RW = 0;

LCD1602_DB = cmd;

LCD1602_E = 1;

LCD1602_E = 0;

}

void LcdWriteDat(unsigned char dat) //写入数据函数

{

LcdWaitReady();

LCD1602_RS = 1;

LCD1602_RW = 0;

LCD1602_DB = dat;

LCD1602_E = 1;

LCD1602_E = 0;

}

void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str) //显示字符串，屏幕起始坐标(x,y)，字符串指针str

{

unsigned char addr;

//由输入的显示坐标计算显示RAM的地址

if (y == 0)

addr = 0x00 + x; //第一行字符地址从0x00起始

else

addr = 0x40 + x; //第二行字符地址从0x40起始

//由起始显示RAM地址连续写入字符串

LcdWriteCmd(addr | 0x80); //写入起始地址

while (*str != '/0') //连续写入字符串数据，直到检测到结束符

{

LcdWriteDat(*str);

str++;

}

void LcdInit() //液晶初始化函数

{

LcdWriteCmd(0x38); //16*2显示，5*7点阵，8位数据接口

LcdWriteCmd(0x0C); //显示器开，光标关闭

LcdWriteCmd(0x06); //文字不动，地址自动+1

LcdWriteCmd(0x01); //清屏

}

/***********************I2C.c文件程序源代码*************************/

#include <reg52.h>

#include <intrins.h>

#define I2CDelay() {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}

sbit I2C_SCL = P3^7;

sbit I2C_SDA = P3^6;

void I2CStart() //产生总线起始信号

{

I2C_SDA = 1; //首先确保SDA、SCL都是高电平

I2C_SCL = 1;

I2CDelay();

I2C_SDA = 0; //先拉低SDA

I2CDelay();

I2C_SCL = 0; //再拉低SCL

}

void I2CStop() //产生总线停止信号

{

I2C_SCL = 0; //首先确保SDA、SCL都是低电平

I2C_SDA = 0;

I2CDelay();

I2C_SCL = 1; //先拉高SCL

I2CDelay();

I2C_SDA = 1; //再拉高SDA

I2CDelay();

}

bit I2CWrite(unsigned char dat) //I2C总线写操作，待写入字节dat，返回值为应答状态

{

bit ack; //用于暂存应答位的值

unsigned char mask; //用于探测字节内某一位值的掩码变量

for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1) //从高位到低位依次进行

{

if ((mask&dat) == 0) //该位的值输出到SDA上

I2C_SDA = 0;

else

I2C_SDA = 1;

I2CDelay();

I2C_SCL = 1; //拉高SCL

I2CDelay();

I2C_SCL = 0; //再拉低SCL，完成一个位周期

}

I2C_SDA = 1; //8位数据发送完后，主机释放SDA，以检测从机应答

I2CDelay();

I2C_SCL = 1; //拉高SCL

ack = I2C_SDA; //读取此时的SDA值，即为从机的应答值

I2CDelay();

I2C_SCL = 0; //再拉低SCL完成应答位，并保持住总线

return (~ack); //应答值取反以符合通常的逻辑：0=不存在或忙或写入失败，1=存在且空闲或写入成功

}

unsigned char I2CReadNAK() //I2C总线读操作，并发送非应答信号，返回值为读到的字节

{

unsigned char mask;

unsigned char dat;

I2C_SDA = 1; //首先确保主机释放SDA

for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1) //从高位到低位依次进行

{

I2CDelay();

I2C_SCL = 1; //拉高SCL

if(I2C_SDA == 0) //读取SDA的值

dat &= ~mask; //为0时，dat中对应位清零

else

dat |= mask; //为1时，dat中对应位置1

I2CDelay();

I2C_SCL = 0; //再拉低SCL，以使从机发送出下一位

}

I2C_SDA = 1; //8位数据发送完后，拉高SDA，发送非应答信号

I2CDelay();

I2C_SCL = 1; //拉高SCL

I2CDelay();

I2C_SCL = 0; //再拉低SCL完成非应答位，并保持住总线

return dat;

}

unsigned char I2CReadACK() //I2C总线读操作，并发送应答信号，返回值为读到的字节

{

unsigned char mask;

unsigned char dat;

I2C_SDA = 1; //首先确保主机释放SDA

for (mask=0x80; mask!=0; mask>>=1) //从高位到低位依次进行

{

I2CDelay();

I2C_SCL = 1; //拉高SCL

if(I2C_SDA == 0) //读取SDA的值

dat &= ~mask; //为0时，dat中对应位清零

else

dat |= mask; //为1时，dat中对应位置1

I2CDelay();

I2C_SCL = 0; //再拉低SCL，以使从机发送出下一位

}

I2C_SDA = 0; //8位数据发送完后，拉低SDA，发送应答信号

I2CDelay();

I2C_SCL = 1; //拉高SCL

I2CDelay();

I2C_SCL = 0; //再拉低SCL完成应答位，并保持住总线

return dat;

}

/***********************main.c文件程序源代码*************************/

#include <reg52.h>

bit flag300ms = 1; //300ms定时标志

unsigned char T0RH = 0; //T0重载值的高字节

unsigned char T0RL = 0; //T0重载值的低字节

unsigned char GetADCValue(unsigned char chn);

void ValueToString(unsigned char *str, unsigned char val);

void ConfigTimer0(unsigned int ms);

extern void LcdInit();

extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, const unsigned char *str);

extern void I2CStart();

extern void I2CStop();

extern unsigned char I2CReadACK();

extern unsigned char I2CReadNAK();

extern bit I2CWrite(unsigned char dat);

void main ()

{

unsigned char val;

unsigned char str[10];

EA = 1; //开总中断

ConfigTimer0(10); //配置T0定时10ms

LcdInit(); //初始化液晶

LcdShowStr(0, 0, "AIN0 AIN1 AIN3"); //显示通道指示

while(1)

{

if (flag300ms)

{

flag300ms = 0;

//显示通道0的电压

val = GetADCValue(0); //获取ADC通道0的转换值

ValueToString(str, val); //转为字符串格式的电压值

LcdShowStr(0, 1, str); //显示到液晶上

//显示通道1的电压

val = GetADCValue(1);

ValueToString(str, val);

LcdShowStr(6, 1, str);

//显示通道3的电压

val = GetADCValue(3);

ValueToString(str, val);

LcdShowStr(12, 1, str);

}

unsigned char GetADCValue(unsigned char chn) //读取当前的ADC转换值，chn为ADC通道号0-3

{

unsigned char val;

I2CStart();

if (!I2CWrite(0x48<<1)) //寻址PCF8591，如未应答，则停止操作并返回0

{

I2CStop();

return 0;

}

I2CWrite(0x40|chn); //写入控制字节，选择转换通道

I2CStart();

I2CWrite((0x48<<1)|0x01); //寻址PCF8591，指定后续为读操作

I2CReadACK(); //先空读一个字节，提供采样转换时间

val = I2CReadNAK(); //读取刚刚转换完的值

I2CStop();

return val;

}

void ValueToString(unsigned char *str, unsigned char val) //ADC转换值转为实际电压值的字符串形式

{

val = (val*25) / 255; //电压值=转换结果*2.5V/255，式中的25隐含了一位十进制小数

str[0] = (val/10) + '0'; //整数位字符

str[1] = '.'; //小数点

str[2] = (val%10) + '0'; //小数位字符

str[3] = 'V'; //电压单位

str[4] = '/0'; //结束符

}

void ConfigTimer0(unsigned int ms) //T0配置函数

{

unsigned long tmp;

tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率

tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值

tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值

tmp = tmp + 12; //修正中断响应延时造成的误差

T0RH = (unsigned char)(tmp >> 8); //定时器重载值拆分为高低字节

T0RL = (unsigned char)tmp;

TMOD &= 0xF0; //清零T0的控制位

TMOD |= 0x01; //配置T0为模式1

TH0 = T0RH; //加载T0重载值

TL0 = T0RL;

ET0 = 1; //使能T0中断

TR0 = 1; //启动T0

}

void InterruptTimer0() interrupt 1 //T0中断服务函数

{

static unsigned char tmr300ms = 0;

TH0 = T0RH; //定时器重新加载重载值

TL0 = T0RL;

tmr300ms++;

if (tmr300ms >= 30) //定时300ms

{

tmr300ms = 0;

flag300ms = 1;

}

　　细心阅读程序的同学会发现，我们程序在进行A/D读取数据的时候，共使用了两条程序去读了2个字节。I2CReadACK(); val = I2CReadNAK();PCF8591的转换时钟是I2C的SCL，而A/D的特点是每次读到的都是上一次的转换结果，因此我们这里第一条语句的作用是产生一个整体的SCL时钟提供给PCF8591进行A/D转换，第二次是读取当前的转换结果。如果我们只使用第二条语句的话，每次读到的都是上一次的转换结果。

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