51單片機(jī)課程設(shè)計報告--AD轉(zhuǎn)換

1、.51-單片機(jī)課程設(shè)計題 目：用PCF8591P芯片對電位器上的電壓進(jìn)行AD采樣，將采到的數(shù)據(jù)用1602LCD進(jìn)行顯示。姓 名:學(xué) 號:學(xué) 院:專 業(yè):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

2、）公司推出的串行總線，它與傳統(tǒng)的通信方式相比具有讀寫方便，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， 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)

3、部的可編程功能控制字有兩個，一個為地址選擇字，另一個為轉(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)行讀操作時為 1，進(jìn)行寫操作時為 0 總線。操作時，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

4、控制位，對轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行讀操作時為1 ，進(jìn)行寫操作時為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：自動增量允許位，為 1時，每對一個通道轉(zhuǎn)換后自動切換到下一通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換，為0 時不自動進(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。

5、D4,D5：模擬量輸入方式選擇位 。00：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)換時設(shè)置為 （地址選擇字D0 位此時設(shè)置為1 ），D/A 轉(zhuǎn)換時設(shè)置為 1（地址選擇字 位此時設(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)行寫讀操作后便立即啟動 A/D轉(zhuǎn)換，并讀出A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 在每個應(yīng)答信號的后沿觸發(fā) 轉(zhuǎn)換周期，采樣模擬電

6、壓并讀出前一次轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。A/D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（單端輸入）或二進(jìn)制補(bǔ)碼（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)中自動增量選擇位置 1，則一次A/D 轉(zhuǎn)換完畢后自動選擇下一通道 。讀周期中讀出的第一個字節(jié)為前一個周期的轉(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)于前一個數(shù)據(jù)讀取期間所采樣的模擬電壓。A

7、/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，先發(fā)送一個非應(yīng)答信號位A 再發(fā)送結(jié)束信號位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。邏輯操作波形時序圖如圖5所示。圖5 A/D轉(zhuǎn)換邏輯操作波形時序圖4、A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計流程如下圖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

8、（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如圖7編號符號引腳說明編號符號引腳說明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，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令

9、寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(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，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。5.21602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如圖8序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/

10、DS4顯示開/關(guān)控制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)移動方向，高電平右移，

11、低電平左移 S:屏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：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時顯示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

12、和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時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)。讀操作時序?qū)懖僮鲿r序5.31602LCD的一般初始化（復(fù)位）過程延時15mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號寫指令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<int

13、rins.h>*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

14、解為電壓x.*bit bdata IIC_ERROR; /I2C錯誤標(biāo)志位uchar LCD_Line_1=" . V "/延時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

15、 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;/ 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);d

16、elay(5);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)

17、;/ 將模數(shù)轉(zhuǎn)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'/*函數(shù)名稱： iic_start()函數(shù)功能： 啟動I2C總線子程序時鐘保持高，數(shù)據(jù)線從高到低一次跳變，I2C通信開始*/void iic_start(void) SDA = 1;

18、 SCL = 1; Delay4us(); / 延時5us SDA = 0; Delay4us(); SCL = 0;/*函數(shù)名稱： iic_stop()函數(shù)功能： 停止I2C總線數(shù)據(jù)傳送子程序時鐘保持高，數(shù)據(jù)線從低到高一次跳變，I2C通信停止*/void iic_stop(void) SDA = 0; SCL = 1; Delay4us(); SDA = 1; Delay4us(); SCL = 0;/*函數(shù)名稱： iicInit_()函數(shù)功能： 初始化I2C總線子程序*/void iicInit(void) SCL = 0; iic_stop();/*函數(shù)名稱： slave_ACK函數(shù)功能

19、： 從機(jī)發(fā)送應(yīng)答位子程序*/void slave_ACK(void) SDA = 0; SCL = 1; Delay4us(); SCL = 0; SDA = 1;/*函數(shù)名稱： slave_NOACK函數(shù)功能： 從機(jī)發(fā)送非應(yīng)答位子程序，迫使數(shù)據(jù)傳輸過程結(jié)束*/void slave_NOACK(void) SDA = 1; SCL = 1; Delay4us(); SDA = 0; SCL = 0; SDA = 0;/*函數(shù)名稱： check_ACK函數(shù)功能： 主機(jī)應(yīng)答位檢查子程序，迫使數(shù)據(jù)傳輸過程結(jié)束*/void check_ACK(void) SDA = 1; /置成輸入 SCL = 1;

20、 F0 = 0; Delay4us(); if (SDA = 1) /若SDA=1表明非應(yīng)答 F0 = 1; /置位非應(yīng)答標(biāo)志F0 SCL = 0;/*函數(shù)名稱： IICSendByte入口參數(shù)： indata函數(shù)功能： 發(fā)送一個字節(jié)*/void IICSendByte(unsigned char indata) unsigned char n = 8; /發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)，共八bit while (n-) SDA = (bit)(indata &0x80); SCL = 1; Delay4us(); SCL = 0; indata = indata << 1; /數(shù)據(jù)左移一

21、位 /*函數(shù)名稱： IICreceiveByte返回接收的數(shù)據(jù) tdata函數(shù)功能： 接收一字節(jié)子程序*/unsigned char IICreceiveByte(void) unsigned char n = 8; /讀取一字節(jié)數(shù)據(jù)，共八bit unsigned char tdata = 0; while (n-) SDA = 1; SCL = 1; tdata = tdata << 1; /左移一位 if (SDA = 1) tdata = tdata | 0x01; /若接收到的位為1，則數(shù)據(jù)的最后一位置1 else tdata = tdata &0xfe; /否則數(shù)據(jù)的最后一位置0 SCL = 0; return (tdata);/*函數(shù)名稱： ADC_PCF8591函數(shù)功能： A/D轉(zhuǎn)換，結(jié)果存入receivebuf*/void ADC_PCF8591(unsigned char controlbyte) unsigned char i = 0; iic_start(); IICSendByte(0x90); /控制字0x90 check_ACK(); IICSendByte(controlbyte); /通道控制字 check_AC