《單片機技術與應用》教案22項目7任務2-PCF8591實現(xiàn)電壓表

PAGEPAGE15教案學習領域項目7數(shù)字顯示電壓表設計學習情境任務2PCF8591實現(xiàn)電壓表序號22課型理實一體化課時4教具學具電教設施pc機；keil以及proteus軟件；任務書（供學生用）；課件教學目標知識目標①掌握A/D和D/A變換原理②掌握單片機驅動PCF8591的方法能力目標①能夠通過Keil和Proteus軟件的初步使用，提高觀察和分析能力②能夠通過單片機驅動PCF8591編寫程序，培養(yǎng)邏輯思維能力③能夠編制按鍵狀態(tài)機程序，提高分析和解決問題的能力情感目標①能夠透過實驗現(xiàn)象歸納事物本質②培養(yǎng)學生對本專業(yè)的職業(yè)認同感③培養(yǎng)學生科學探索的興趣、嚴謹扎實的工作作風和團結協(xié)作精神教學重難點重點①掌握A/D和D/A變換原理②掌握單片機驅動PCF8591的方法難點①掌握A/D和D/A變換原理②掌握單片機驅動PCF8591的方法學法教法實驗探究、任務引領法、討論法、張貼法、頭腦風暴法、演示法教學內容更新、補充、刪節(jié)參考資料課后體會學生在任務的驅動下，利用仿真電路自主探究電路規(guī)律，結合教師對相關知識點的講授，達到對所學知識的掌握。這個思路帶來了很好的教學效果，但增加的實驗部分會使得教學時數(shù)稍顯緊張，這一點還需日后改進。教與學互動設計教師活動內容學生活動內容一、組織教學（2分鐘）1.首先清點學生出勤情況，填寫考勤記錄。2.檢查學生工作服、帽、鞋等是否符合安全要求。3.宣布今天的實習內容、技術要求、工時、勞動紀律等。4.強調生產實習安全注意事項。5.學生分組分上機、實習工位。6.發(fā)放任務書、自評和互評表以及白紙到每組的學生手中。二、布置任務（3分鐘）下達任務，本項目的目的就是使用單片機AT89C51、PCF85919轉換器、數(shù)碼管設計一塊數(shù)字電壓表。該電壓表能準確測量0~5V之間的直流電壓值，其測量最小分辨率為0.02V。三、資訊計劃（25分鐘）這里就帶I2C總線的A/D以及D/A轉換芯片PCF8591作一介紹。PCF8591是單片、單電源低功耗8位CMOS數(shù)據(jù)采集器件，具有4個模擬輸入、一個輸出和一個串行I2C總線接口。3個地址引腳A0、A1和A2用于編程硬件地址，允許將最多8個器件連接至I2C總線而不需要額外硬件。器件的地址、控制和數(shù)據(jù)通過兩線雙向I2C總線傳輸。器件功能包括多路復用模擬輸入、片上跟蹤和保持功能、8位模數(shù)轉換和8位數(shù)模擬轉換。最大轉換速率取決于I2C總線的最高速率。概述單電源供電工作電壓：2.5V~6V待機電流低I2C總線串行輸入/輸出通過3個硬件地址引腳編址采樣速率取決于I2C總線速度4個模擬輸入可編程為單端或差分輸入自動增量通道選擇模擬電壓范圍：VSS~VDD片上跟蹤與保持電路8位逐次逼近式A/D轉換帶一個模擬輸出的乘法DAC圖9-12PCF8591引腳圖引腳說明PCF8591共16引腳，如圖9-12所示，引腳說明如下：ANI0~ANI3為模擬信號輸入端，不使用的輸入端應接地A0~A2地址輸入端GND、VCC地和電源端（+5V）SDA為I2C數(shù)據(jù)輸入與輸出端SCL為I2C時鐘輸入端EXT內外部時鐘選擇端，使用內部時鐘時接地，使用外部時鐘時接+5VOSC外部時鐘輸入、內部時鐘輸出端，不使用時應懸空AGND模擬信號地，如果有比較復雜的模擬電路，那么AGND部分在布局布線上要特別處理VREF基準電壓輸入端AOUTD/A轉換后的電壓輸出端3．功能說明PCF8591是具有I2C總線接口的8位A/D及D/A轉換器，具有4路A/D輸入，1路D/A輸出。PCF8591采用典型的I2C總線接口器件尋址方法，即總線地址由器件地址（1001，1001為固定值）、引腳地址（由A0~A2接地或+5V來確定，接地代表0；接+5V代表1，即此3位用戶可以自定義）、方向位（即R/W）組成。因此，在I2C總線系統(tǒng)中最多可接8個這樣的器件。器件地址字節(jié)：由器件地址、引腳地址、方向位組成，它是通信時主機發(fā)送的第一字節(jié)數(shù)據(jù)，主要作用是器件地址和讀寫控制，如下表9-2所示：表9-2器件地址字節(jié)D7D6D5D4D3D2D1D01001A2A1A0R/WR/W=1表示讀操作，R/W=0表示寫操作。如將A0~A2接地，則讀地址為91H；寫地址為90H?？刂谱止?jié)寄存器：用于控制PCF8951的輸入方式、輸入通道、D/A轉換等，是通信時主機發(fā)送的第二字節(jié)數(shù)據(jù)，其格式如表9-3：表9-3控制字節(jié)寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0未用（寫0）D/A輸出允許位0為禁止1為允許A/D輸入方式選擇位00：4路單端輸入01：3路差分輸入10：單端與差分11：2路差分輸入未用（寫0）自動增益選擇位0為禁用1為啟用AD通道選擇位00：選擇通道001：選擇通道110：選擇通道211：選擇通道3假若D7~D0=0X00,表示寫入控制字00，即模擬量輸出關閉，選擇通道0，不自動增加通道，模擬量輸入為方式0。器件地址必須是起始條件后作為第一個字節(jié)發(fā)送。發(fā)送給PCF8591的第二個字節(jié)被存儲在控制寄存器，用于控制寄存器的功能。發(fā)送給PCF8591的第三個字節(jié)被存儲到DAC數(shù)據(jù)寄存器。并使用片上D/A轉換成相應的模擬電壓。

一個A/D轉換周期總是開始于發(fā)送一個有效讀模式地址給PCF8591之后。A/D轉換周期在應答時鐘脈沖的后沿被觸發(fā)。操作分四步：（1）發(fā)送地址字節(jié)，選擇該器件。（2）發(fā)送控制字節(jié)，選擇相應通道。

（3）重新發(fā)送地址字節(jié)，選擇該器件。（4）接收目標通道的數(shù)據(jù)。這次的程序流程是：AD采樣，循環(huán)執(zhí)行。這里涉及到的通信格式主要有下面兩個情況：表9-4向PCF8591寫入格式第一字節(jié)第二字節(jié)第三字節(jié)寫入器件地址（90H）寫入控制字節(jié)要寫入的數(shù)據(jù)向PCF8591寫入格式（高位在前）表9-5從PCF8591讀數(shù)據(jù)格式第一字節(jié)第二字節(jié)第三字節(jié)第四字節(jié)寫入器件地址(90H寫)寫入控制字節(jié)寫入器件地址(91H讀)讀出一字節(jié)數(shù)據(jù)從PCF8591讀數(shù)據(jù)格式（高位在前）四、計劃實施（50分鐘）在proteus中繪制如下電路圖:基于PCF8591的數(shù)字電壓表對應的程序代碼如下：#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitsda=P1^4;//自定義由普通IO口模擬I2Csbitscl=P1^5;ucharbuffer[3];ucharcodeDuanArr[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef}; //有小數(shù)點的編碼ucharcodeDisp_Tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //共陰，無小數(shù)點的編碼voidDelay(uintn){ uinti,j; for(i=n;i>0;i--) for(j=110;j>0;j--);}voiddelay()//延時幾微秒。延時函數(shù)在很多函數(shù)里都要用它。至少要大于4.7us{;;}//當你把這個函數(shù)寫在用它這個函數(shù)的前面就不用聲明了voidinit()//初始化總線。將總線都拉高以釋放{ scl=1; delay();//I2C總線使用時一般都要延時5us左右 sda=1; delay();}voidstart()//啟始信號。時鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)總線產生下降沿。{//為什么要下降沿，且sda先要為1。因為先要保證數(shù)據(jù)線為空才能工作 sda=1;//先釋放數(shù)據(jù)總線。高電平釋放 delay(); scl=1; delay(); sda=0; delay();}voidstop(){ sda=0;//先要有工作狀態(tài)才能釋放，sda=0時在工作狀態(tài) delay(); scl=1; delay(); sda=1;//釋放數(shù)據(jù)總線 delay();}voidrespons()//應答函數(shù){ uchari=0; scl=1;//每個字節(jié)發(fā)送完后的第九個時鐘信號的開始 delay(); while((sda==1)&&(i<255))//此處i的定義使用了uchar.只要填一個小于255的就行 i++;//此處的sda是從機的 scl=0;//表示主器件默認從器件已經收到而不再等待。不再等待之后，時鐘的高電平過了就是低電平，所以scl=0 //此時第幾9個時鐘信號結束}voidwritebyte(uchard)//寫一字節(jié)，每次左移一位{ uchari,temp; temp=d; for(i=0;i<8;i++) { temp=temp<<1; scl=0;//數(shù)據(jù)傳輸期間要想sda可變，先把時鐘拉低。此處要給sda賦值 delay(); sda=CY;//CY為左移移入PSW寄存器中的的CY位。 delay(); scl=1;//sda有數(shù)據(jù)了。保持數(shù)據(jù)穩(wěn)定 delay(); } scl=0;//此處是寫數(shù)據(jù)，是屬于數(shù)據(jù)傳輸過程中。只有在時鐘信號為低電平期間 delay();//數(shù)據(jù)總線才可以變化。 sda=1;//所以要想釋放數(shù)據(jù)總線，就必須先把時鐘拉低 delay(); /*此處釋放總線寫在末尾是因為調用它時，前面有起始函數(shù)釋放了總線*/}ucharreadbyte(){ uchari,k; scl=0; delay(); sda=1; delay(); /*此處釋放總線放在前面是因為一般都是先寫后讀，保險起見，釋放一下總線*/ for(i=0;i<8;i++) { scl=1;//一個時鐘信號的開始 delay(); k=(k<<1)|sda;//實質是把sda的數(shù)據(jù)，最先傳來的放在最高位，依次往下排 scl=0;//一個時鐘信號結束 delay(); } returnk;}voiddisplay(uintn){uchari,buffer[3];buffer[0]=n/100; buffer[1]=n/10%10; buffer[2]=n%10; for(i=0;i<3;i++) { if((i==0)){ P0=DuanArr[buffer[i]]; }else{ P0=Disp_Tab[buffer[i]];} P2=i+5; Delay(5); P0=0x00;//去掉消隱 }}ucharread(ucharaddr){ uchardat; start(); writebyte(0x90);//從此處的發(fā)送地址和方向位0到從機 respons();//此處的從機產生應答。屬于“偽寫”。用于確定和哪臺機子通信 writebyte(addr); respons(); start(); writebyte(0x91);//從此處開始，從機向主機寫數(shù)據(jù)。讀的方向位為1 respons(); dat=readbyte(); stop(); returndat;//讀得的數(shù)據(jù)要返回}voidmain(){ ucharADC_Val=0; floatfADC_Val; init(); while(1) { ADC_Val=read(0x00);//寫入控制字0x00，即模擬量輸出關閉，選擇通道0等操作 fADC_Val=(float)ADC_Val*5/256.0; //參考電壓為5V display(