基于51單片機(jī)用PCF8591進(jìn)行AD_DA轉(zhuǎn)換用1602LCD顯示的電流采樣

1、福州大學(xué)至誠學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)題 目： 可編程序控制器實(shí)訓(xùn) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 系 別： 專 業(yè)： 年 級： 指導(dǎo)教師： 目 錄1、PCF8591概述32、芯片介紹33、PCF8591的A/D 轉(zhuǎn)換44、A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)流程55、1602LCD主要技術(shù)參數(shù)76、Proteus仿真原理圖107、程序代碼108、結(jié)語179、參考文獻(xiàn)171、PCF8591 概述PCF8591 是一種具有 I2C 總線接口的 8 位 A/D D/A 轉(zhuǎn)換芯片，在與 CPU的信息傳輸過程中僅靠時(shí)鐘線 SCL 和數(shù)據(jù)線 SDA 就可以實(shí)現(xiàn)。 I2C 總線是Philips （飛利浦）公司推出的串行總線，它與傳統(tǒng)的通信方式

2、相比具有讀寫方便，結(jié)構(gòu)簡單 ，可維護(hù)性好， 易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展， 易實(shí)現(xiàn)模塊化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)， 可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。2、芯片介紹2.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能描述PCF8591 為單一電源供電（2.5 6 V）典型值為 5 V，CMOS 工藝 PCF8591 有 4 路 8 位 A/D 輸入，屬逐次比較型，內(nèi)含采樣保持電路； 1 路 8 位 D/A 輸出，內(nèi)含有 DAC的數(shù)據(jù)寄存器 A/D D/A 的最大轉(zhuǎn)換速率約為 11 kHz，但是轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電源需由外部提供 PCF8591 的引腳功能如圖1所示圖1 PCF8591引腳功能2.2片內(nèi)可編程功能設(shè)置在 PCF8591 內(nèi)部的可編程功能控制字有兩個(gè)，一個(gè)為地址選

3、擇字，另一個(gè)為轉(zhuǎn)換控制字 PCF8591 采用典型的I2C總線接口的器件尋址方法，即總線地址由器件地址引腳地址和方向位組成 Philips （飛利浦）公司規(guī)定 A/D器件高四位地址為 1001，低三位地址為引腳地址A0A1A2，由硬件電路決定，地址選擇字格式具體描述如表2 所示 因此 I2C 系統(tǒng)中最多可接 23=8 個(gè)具有總線接口的 A/D 器件 地址的最后一位為方向位 R/W，當(dāng)主控器對 A/D 器件進(jìn)行讀操作時(shí)為 1，進(jìn)行寫操作時(shí)為 0 總線。操作時(shí)，由器件地址引腳地址和方向位組成的從地址為主控器發(fā)送的第一字節(jié)。圖2 地址選擇字格式描述D0：讀寫控制位，對轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行讀操作時(shí)為1 ，進(jìn)行

4、寫操作時(shí)為0。D1,D2,D3：引腳硬件地址設(shè)置位，由硬件電路設(shè)定該P(yáng)CF8591的物理地址。D7,D6,D5,D4：器件地址位固定為1001.PCF8591的轉(zhuǎn)換控制字存放在控制寄存器中，用于實(shí)現(xiàn)器件的各種功能 總線操作時(shí)為主控器發(fā)送的第二字節(jié) 轉(zhuǎn)換控制字的格式功能具體描述如圖3所示圖3 轉(zhuǎn)換控制字格式描述D0,D1：通道選擇位。00 ：通道 0； 01：通道1 ； 10：通道2； 11：通道3。D2：自動(dòng)增量允許位，為 1時(shí)，每對一個(gè)通道轉(zhuǎn)換后自動(dòng)切換到下一通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換，為0 時(shí)不自動(dòng)進(jìn)行通道轉(zhuǎn)換，可通過軟件修改進(jìn)行通道轉(zhuǎn)換D3：特征位，固定位0。D4,D5：模擬量輸入方式選擇位 。00：

5、輸入方式0 ，四路單端輸入；01 ：輸入方式 1，三路差分輸入；10 ：輸入方式2，二路單端輸入，一路差分輸入； 11：輸入方式3 ，兩路差分輸入。D6：模擬輸出允許位，A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)置為 （地址選擇字D0 位此時(shí)設(shè)置為1 ），D/A 轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)置為 1（地址選擇字 位此時(shí)設(shè)置為 ）。D7：特征位，固定為0。3、PCF8591的A/D 轉(zhuǎn)換PCF8591的A/D 轉(zhuǎn)換為逐次比較型，在 A/D轉(zhuǎn)換周期中借用 DAC及高增益比較器 對 PCF8591進(jìn)行寫讀操作(R/W)后便立即啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，并讀出A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 在每個(gè)應(yīng)答信號(hào)的后沿觸發(fā)轉(zhuǎn)換周期，采樣模擬電壓并讀出前一次轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。A/D

6、轉(zhuǎn)換中，一旦 A/D采樣周期被觸發(fā)，所選擇通道的采樣電壓便保存在采樣，保持電路中，并轉(zhuǎn)換成8 位二進(jìn)制碼（00四路單端輸入）或二進(jìn)制補(bǔ)碼（01三鹿差分輸入）存放在ADC數(shù)據(jù)寄存器中等待器件讀出。如果控制字節(jié)中自動(dòng)增量選擇位置 1，則一次A/D 轉(zhuǎn)換完畢后自動(dòng)選擇下一通道。讀周期中讀出的第一個(gè)字節(jié)為前一個(gè)周期的轉(zhuǎn)換結(jié)果 。上電復(fù)位后讀出的第一字節(jié)為80H。PCF8591的A/D 轉(zhuǎn)換亦使用的是I2C 總線的讀方式操作完成的 。其數(shù)據(jù)操作格式如圖 4所示。圖4 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)操作格式其中data0datan 為 A/D的轉(zhuǎn)換結(jié)果，分別對應(yīng)于前一個(gè)數(shù)據(jù)讀取期間所采樣的模擬電壓。A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，先

7、發(fā)送一個(gè)非應(yīng)答信號(hào)位A 再發(fā)送結(jié)束信號(hào)位P。 灰底位由主機(jī)發(fā)出，白底位是由PCF8591 產(chǎn)生。 上電復(fù)位后控制字節(jié)狀態(tài)為00H ，在 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)須設(shè)置控制字，即須在讀操作之前進(jìn)行控制字節(jié)的寫入操作。邏輯操作波形時(shí)序圖如圖5所示。圖5 A/D轉(zhuǎn)換邏輯操作波形時(shí)序圖4、A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)流程如下圖6所示圖65、1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個(gè)字符，芯片工作電壓:4.55.5V，工作電流:2.0mA(5.0V)，模塊最佳工作電壓:5.0V，字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。5.1引腳功能說明1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（

8、帶背光）接口，各引腳接口說明如圖7編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極圖7引腳接口說明表第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/

9、W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。5.2 1602LCD的指令說明及時(shí)序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如圖8序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控

10、制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容圖81602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏

11、幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：

12、為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。讀操作時(shí)序?qū)懖僮鲿r(shí)序5.3 1602LCD的一般初始化（復(fù)位）過程延時(shí)15mS寫指令38H（不檢測忙信號(hào)）延時(shí)5mS寫指令38H（不檢測忙信號(hào)）延時(shí)5mS寫指令38H（不檢測忙信號(hào)）以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號(hào)寫指令38H：顯示模式設(shè)置寫指令08H：顯示關(guān)閉寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置6、仿真原理圖如下所示7、C語言程序#include<reg52.h>#include<intrins.h&g

13、t;#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define Delay4us()_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();sbit LCD_RS=P26;sbit LCD_RW=P25;sbit LCD_EN=P27;sbit SCL=P20; /I2C時(shí)鐘引腳sbit SDA=P21; /I2C數(shù)據(jù)輸入輸出引腳uchar Recv_Buffer4; /數(shù)據(jù)接收緩沖uint Voltage='0','0','0','0' /數(shù)據(jù)分解為電壓x.xx

14、bit bdata IIC_ERROR; /I2C錯(cuò)誤標(biāo)志位uchar LCD_Line_1=" . V "/延時(shí)void delay(int ms)uchar i;while(ms-) for(i=0;i<250;i+) Delay4us();/LCD忙檢測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;/寫指令void LCD_Write_Command(uchar cmd)wh

15、ile(LCD_Busy_Check();LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_EN=0;_nop_();_nop_();P0=cmd;Delay4us();LCD_EN=1;Delay4us();LCD_EN=0;/ 寫數(shù)據(jù)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)

16、;LCD_Write_Command(0x0c);delay(5);LCD_Write_Command(0x06);delay(5);LCD_Write_Command(0x01);delay(5);/設(shè)置顯示位置void LCD_Set_Position(uchar pos)LCD_Write_Command(pos|0x80);/顯示一行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(si);/ 將模數(shù)轉(zhuǎn)

17、換后得到的值分解存入緩存void Convert_To_Voltage(uchar val)uchar Tmp; /最大值為255,對應(yīng)5V,255/5=51Voltage2=val/51+'0' /整數(shù)部分Tmp=val%51*10; / 第一位小數(shù)Voltage1=Tmp/51+'0'Tmp=Tmp%51*10;Voltage0=Tmp/51+'0'/啟動(dòng)I2C總線void IIC_Start()SDA=1;SCL=1;Delay4us();SDA=0;Delay4us();SCL=0;/停止I2C總線void IIC_Stop()SDA=0

18、;SCL=1;Delay4us();SDA=1; Delay4us();SCL=0;/ 從機(jī)發(fā)送應(yīng)答位void Slave_ACK()SDA=0;SCL=1;Delay4us();SCL=0;SDA=1;/ 從機(jī)發(fā)送非應(yīng)答位void Slave_NOACK()SDA=1;SCL=1;Delay4us();SCL=0;SDA=0;/發(fā)送一字節(jié)void IIC_SendByte(uchar wd)uchar i;for(i=0;i<8;i+) /循環(huán)移入8位SDA=(bit)(wd&0x80);_nop_();_nop_();SCL=1;Delay4us();SCL=0;wd<

19、<=1;Delay4us();SDA=1; /釋放總線并準(zhǔn)備讀取應(yīng)答SCL=1;Delay4us();IIC_ERROR=SDA; /IIC_ERROR=1表示無應(yīng)答SCL=0;Delay4us();/接收一字節(jié)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;/連續(xù)讀入4路通道的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果并保存到Recv_Buffervoid ADC_PCF8591(uch

20、ar CtrlByte)uchar i;IIC_Start();IIC_SendByte(0x90); / 發(fā)送寫地址if(IIC_ERROR=1)return;/ IIC_SendByte(CtrlByte); /發(fā)送控制字節(jié)/if(IIC_ERROR=1)return;IIC_Start(); /重新發(fā)送開始命令I(lǐng)IC_SendByte(0x91); / 發(fā)送讀地址if(IIC_ERROR=1)return;IIC_ReceiveByte(); /空讀一次,調(diào)整讀順序Slave_ACK(); /收到一字節(jié)后發(fā)送一個(gè)應(yīng)答位for(i=0;i<4;i+)Recv_Bufferi+=IIC_ReceiveByte();Slave_ACK(); /收到一個(gè)字節(jié)后發(fā)送一個(gè)應(yīng)答位Slave_NOACK();IIC_Stop(); /收到一個(gè)字節(jié)后發(fā)送一個(gè)非應(yīng)答位/ 向 PCF8591發(fā)送1字節(jié)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換/主程序void main()LCD_Initialise();while(1)ADC_PCF8591(0x04);Convert_To_Voltage(Recv_Buffer0);LCD_Line_12=Voltage2;LCD_Line_14=Voltage1;LCD_Line_15=Vol