学51单片机-基于PCF8591的AD采样和DA输出

     首先思考一个问题，我们的世界是数字的还是模拟的？

      当然是模拟的了，所有的量都是在一定范围内连续变化的。我们为了能够更加方便的描述这些量，对它们进行了数字化。而数字量就不一样了，它是分立的的几个值。

      举个例子，我们形容一个人的身高，模拟的说法是一米七到一米七五之间，数字的说法就是一米七三。

接下来说AD转换器，它的出现也是为了让我们能更方便、更直接的描述电压的高低。AD转换器，英文全称为Analog-to-Digital Converter，是模拟量到数字量的一个转换过程，主要用于电压的采集。它的出现就如同有了一把尺子，很容易就能量出电压的高低。

在电子设备中，经常要检测各种模拟量：温度、压力、速度、流量、重力加速度等等，这些模拟量都被相应的传感器转换为电压信号，我们只需要测量电压的高低，就能得到相应参数。

AD的主要参数有哪些？

1、AD的位数：表明这个AD共有2^n个刻度，8位AD，输出的刻度是0~255.

2、分辨率：就是AD能够分辨的最小的模拟量变化，假设5.10V的系统用8位的AD采样，那么它能分辨的最小电压就是5.10/255=0.02V。

3、INL：Interger NONliner 积分非线性度，表示了ADC器件在所有的数值点上对应的模拟值，和真实值之间误差最大的那一点的误差值。也就是，输出数值偏离线性最大的距离。单位是LSB（即最低位所表示的量）。比如12位ADC：TLC2543，INL值为1LSB。那么，如果基准4.095V，测某电压得的转换结果是1000，那么，真实电压值可能分布在0.999~1.001V之间。

4、DNL：Differencial NonLiner-差分非线性度，理论上说，模数器件相邻量个数据之间，模拟量的差值都是一样的。就相一把疏密均匀的尺子。但实际并不如此。一把分辨率1毫米的尺子，相邻两刻度之间也不可能都是1毫米整。那么，ADC相邻两刻度之间最大的差异就叫差分非线性值（Differencial NonLiner）。DNL值如果大于1，那么这个ADC甚至不能保证是单调的，输入电压增大，在某个点数值反而会减小。这种现象在SAR（逐位比较）型ADC中很常见。

5、基准源：有内部基准源、外部基准源等等。

6、转换速率：也就是转换周期的倒数，转换周期就是完成一次AD转换所需的时间。

今天要用到的器件是PCF8591，为什么选它？太多的开发板上用它做演示了，而且还是IIC总线通信的。既学习了AD采样，又学习了IIC总线。

先上应用电路：

      如上图所示，PCF8591的9脚和10脚，一个是数据线SDA，一个是时钟线SCL。分别接到单片机的P2.0 , P2.1上面。

为什么选这两个引脚？因为51单片机上没有IIC总线接口，需要用普通的IO模拟，所以它随便选了两个IO接上就行。

VREF是什么？基准电压，也是它能测量的最大电压。

如何控制？今天先不说IIC总线，只说控制流程。

看器件手册可以知道：

分四步：

1、发送地址字节，选择该器件。

2、发送控制字节，选择相应通道。               //

3、重新发送地址字节，选择该器件。

4、接收目标通道的数据。

这次的程序流程是：AD采样，串口发送，循环执行。

下面是AD采样源代码：

/**********************51单片机学习例程************************

*  平台:Keil U4 + STC89C52

*  名称：AD采样+串口发送

*  编写：起航

*  晶体:11.0592MHZ

******************************************************************/

#include

#include

typedef unsigned char uint8;

typedef unsigned int uint16;

#define SLAVEADDR  0x90                 //定义器件地址

#define nops()  do{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();} while(0) //定义空指令

sbit SCL = P2^1;       //I2C  时钟

sbit SDA = P2^0;       //I2C  数据

void delay(uint16 n)

{

        while (n--);

}

/**

* 函数: i2c_start()

* 功能: 启动i2c                  起始信号

*/

void i2c_start()

{

        SCL = 1;

        nops();

        SDA = 1;

        nops();

        SDA = 0;

        nops();

        SCL = 0;

}

/**

* 函数: i2c_stop()

* 功能: 停止i2c

*/

void i2c_stop()

{

        SCL = 0;

        nops();

        SDA = 0;

        nops();

        SCL = 1;

        nops();

        SDA = 1;

        nops();

}

/**

* 函数: i2c_ACK(bit ck)

* 功能: ck为1时发送应答信号ACK,

*       ck为0时不发送ACK

*/

void i2c_ACK(bit ck)

{

    if (ck)

                SDA = 0;

    else

                SDA = 1;

    nops();

    SCL = 1;

    nops();

    SCL = 0;

        nops();

    SDA = 1;

    nops();

}

/**

* 函数: i2c_waitACK()

* 功能: 返回为0时收到ACK

*       返回为1时没收到ACK

*/

bit i2c_waitACK()

{

        SDA = 1;

        nops();

        SCL = 1;

        nops();

        if (SDA)

        {   

                SCL = 0;

                i2c_stop();

                return 1;

        }

        else

        {  

                SCL = 0;

                return 0;

        }

}

/**

* 函数: i2c_sendbyte(uint8 bt)

* 功能: 将输入的一字节数据bt发送

*/

void i2c_sendbyte(uint8 bt)

{

    uint8 i;

    for(i=0; i<8; i++)

    {  

        if (bt & 0x80)

                        SDA = 1;

        else

                        SDA = 0;

        nops();

        SCL = 1;

        bt <<= 1;

        nops();      

        SCL = 0;

    }

}

/**

* 函数: i2c_recbyte( )

* 功能: 从总线上接收1字节数据

*/

uint8 i2c_recbyte()

{

        uint8 dee, i;

        for (i=0; i<8; i++)

        {

                SCL = 1;   

                nops();

                dee <<= 1;

                if (SDA)

                        dee = dee | 0x01;

                SCL = 0;

                nops();

        }

        return dee;

}

/**

* 函数: i2c_readbyte

* 输入: addr

* 功能: 读出一字节数据

* 返回值: 0->成功  1->失败

*/

bit i2c_readbyte(uint8 com, uint8 *dat)

{       

        i2c_start();

        i2c_sendbyte(SLAVEADDR);    //地址

    if (i2c_waitACK())

                return 1;

        i2c_sendbyte(com);        //控制字节

    if (i2c_waitACK())

                return 1;

        i2c_start();

        i2c_sendbyte(SLAVEADDR+1); //地址

    if (i2c_waitACK())

                return 1;

        *dat = i2c_recbyte();      //读数据

        i2c_ACK(0);                //因为只读一字节数据，不发送ACK信号

        i2c_stop();   

        return 0;

}

/**

* UART初始化

* 波特率：9600

*/

void uart_init(void)

{

    ET1=0;

    TMOD = 0x21;        // 定时器1工作在方式2（自动重装）

    SCON = 0x50;        // 10位uart，允许串行接受

    TH1 = 0xFD;

    TL1 = 0xFD;

    TR1 = 1;

}

/**

* UART 发送一字节

*/

void UART_Send_Byte(uint8 dat)

{

        SBUF = dat;

        while (TI == 0);

        TI = 0;

}

main()

{

        uint8 ans;

        uart_init();

        while(1)

        {

                i2c_readbyte(0x43, &ans);

                UART_Send_Byte(ans);

                delay(50000);

        }

}