1、51单片机课程设计AD转换51-单片机课程设计题 目：用PCF8591P芯片对电位器上的电压进行AD采样，将采到的数据用1602LCD进行显示。 姓 名: 学 号: 学 院: 专 业: 指导教师: 1、PCF8591概述 32、芯片介绍 33、PCF8591的A/D 转换 44、A/D转换程序设计流程 55、1602LCD主要技术参数 76、Proteus仿真原理图 107、程序代码 108、结语 179、参考文献 171、PCF8591 概述PCF8591 是一种具有 I2C 总线接口的 8 位 A/D D/A 转换芯片，在与 CPU的信息传输过程中仅靠时钟线 SCL 和数据线 SDA 就可
2、以实现。 I2C 总线是Philips （飞利浦）公司推出的串行总线，它与传统的通信方式相比具有读写方便，结构简单 ，可维护性好， 易实现系统扩展， 易实现模块化标准化设计， 可靠性高等优点。2、芯片介绍2.1内部结构及引脚功能描述PCF8591 为单一电源供电（2.5 6 V）典型值为 5 V，CMOS 工艺 PCF8591 有 4 路 8 位 A/D 输入，属逐次比较型，内含采样保持电路； 1 路 8 位 D/A 输出，内含有 DAC的数据寄存器 A/D D/A 的最大转换速率约为 11 kHz，但是转换的基准电源需由外部提供 PCF8591 的引脚功能如图1所示图1 PCF8591引脚功
3、能2.2片内可编程功能设置在 PCF8591 内部的可编程功能控制字有两个，一个为地址选择字，另一个为转换控制字 PCF8591 采用典型的I2C总线接口的器件寻址方法，即总线地址由器件地址引脚地址和方向位组成 Philips （飞利浦）公司规定 A/D器件高四位地址为 1001，低三位地址为引脚地址A0A1A2，由硬件电路决定，地址选择字格式具体描述如表2 所示 因此 I2C 系统中最多可接 23=8 个具有总线接口的 A/D 器件 地址的最后一位为方向位 R/W，当主控器对 A/D 器件进行读操作时为 1，进行写操作时为 0 总线。操作时，由器件地址 引脚地址和方向位组成的从地址为主控器发
4、送的第一字节。图2 地址选择字格式描述D0：读写控制位，对转换器件进行读操作时为1 ，进行写操作时为0。D1,D2,D3：引脚硬件地址设置位，由硬件电路设定该PCF8591的物理地址。D7,D6,D5,D4：器件地址位固定为1001.PCF8591的转换控制字存放在控制寄存器中，用于实现器件的各种功能 总线操作时为主控器发送的第二字节 转换控制字的格式功能具体描述如图3所示图3 转换控制字格式描述D0,D1：通道选择位。00 ：通道 0； 01：通道1 ； 10：通道2； 11：通道3。D2：自动增量允许位，为 1时，每对一个通道转换后自动切换到下一通道进行转换，为0 时不自动进行通道转换，可
5、通过软件修改进行通道转换D3：特征位，固定位0。D4,D5：模拟量输入方式选择位 。00：输入方式0 ，四路单端输入；01 ：输入方式 1，三路差分输入；10 ：输入方式2，二路单端输入，一路差分输入； 11：输入方式3 ，两路差分输入。D6：模拟输出允许位，A/D 转换时设置为 （地址选择字D0 位此时设置为1 ），D/A 转换时设置为 1（地址选择字 位此时设置为 ）。D7：特征位，固定为0。3、PCF8591的A/D 转换PCF8591的A/D 转换为逐次比较型，在 A/D转换周期中借用 DAC及高增益比较器 对 PCF8591进行写读操作后便立即启动 A/D转换，并读出A/D 转换结果
6、 在每个应答信号的后沿触发 转换周期，采样模拟电压并读出前一次转换后的结果。A/D转换中，一旦 A/D采样周期被触发，所选择通道的采样电压便保存在采样，保持电路中，并转换成8 位二进制码（单端输入）或二进制补码（差分输入）存放在ADC数据寄存器中等待器件读出。如果控制字节中自动增量选择位置 1，则一次A/D 转换完毕后自动选择下一通道 。读周期中读出的第一个字节为前一个周期的转换结果 。上电复位后读出的第一字节为80H。PCF8591的A/D 转换亦使用的是I2C 总线的读方式操作完成的 。其数据操作格式如图 4所示。图4 A/D转换数据操作格式其中data0datan 为 A/D的转换结果，
7、分别对应于前一个数据读取期间所采样的模拟电压。A/D 转换结束后，先发送一个非应答信号位A 再发送结束信号位P。 灰底位由主机发出，白底位是由PCF8591 产生。 上电复位后控制字节状态为00H ，在 A/D转换时须设置控制字，即须在读操作之前进行控制字节的写入操作。逻辑操作波形时序图如图5所示。图5 A/D转换逻辑操作波形时序图4、A/D转换程序设计流程如下图6所示图65、1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符，芯片工作电压:4.55.5V，工作电流:2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V，字符尺寸:2.954.35(WH)mm。5.1引脚功能说明1602LCD采用
8、标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如图7编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极图7引脚接口说明表第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电
9、平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。5.2 1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如图8序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式000
10、00001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容图81602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向
11、，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指
12、令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。读操作时序写操作时序5.3 1602LCD的一般初始化（复位）过程延时15mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置6、仿真原理图如下所示7、C语言程序#include#include#define uchar
13、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时钟引脚sbit SDA=P21; /I2C数据输入输出引脚uchar Recv_Buffer4; /数据接收缓冲uint Voltage=0,0,0,0; /数据分解为电压x.xxbit bdata IIC_ERROR; /I2C错误标志位uchar LCD_Line_1= . V ;/延
14、时void delay(int ms)uchar i;while(ms-) for(i=0;i250;i+) Delay4us();/LCD忙检测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;/写指令void LCD_Write_Command(uchar cmd)while(LCD_Busy_Check();LCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_EN=0;_nop_();_nop_();P0=cmd;Del
15、ay4us();LCD_EN=1;Delay4us();LCD_EN=0;/ 写数据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);LCD_Write_Command(0x0c);delay(5);LCD_Write_Command(0x06);delay(5);LCD_Wri
16、te_Command(0x01);delay(5);/设置显示位置void LCD_Set_Position(uchar pos)LCD_Write_Command(pos|0x80);/显示一行void LCD_Display_A_Line(uchar Line_Addr,uchar s)uchar i;LCD_Set_Position(Line_Addr);for(i=0;i16;i+)LCD_Write_Data(si);/ 将模数转换后得到的值分解存入缓存void Convert_To_Voltage(uchar val)uchar Tmp; /最大值为255,对应5V,255/5=5
17、1Voltage2=val/51+0; /整数部分Tmp=val%51*10; / 第一位小数Voltage1=Tmp/51+0;Tmp=Tmp%51*10;Voltage0=Tmp/51+0;/*函数名称： iic_start()函数功能： 启动I2C总线子程序时钟保持高，数据线从高到低一次跳变，I2C通信开始*/void iic_start(void) SDA = 1; SCL = 1; Delay4us(); / 延时5us SDA = 0; Delay4us(); SCL = 0;/*函数名称： iic_stop()函数功能： 停止I2C总线数据传送子程序时钟保持高，数据线从低到高一次
18、跳变，I2C通信停止*/void iic_stop(void) SDA = 0; SCL = 1; Delay4us(); SDA = 1; Delay4us(); SCL = 0;/*函数名称： iicInit_()函数功能： 初始化I2C总线子程序*/void iicInit(void) SCL = 0; iic_stop();/*函数名称： slave_ACK函数功能： 从机发送应答位子程序*/void slave_ACK(void) SDA = 0; SCL = 1; Delay4us(); SCL = 0; SDA = 1;/*函数名称： slave_NOACK函数功能： 从机发送非
19、应答位子程序，迫使数据传输过程结束*/void slave_NOACK(void) SDA = 1; SCL = 1; Delay4us(); SDA = 0; SCL = 0; SDA = 0;/*函数名称： check_ACK函数功能： 主机应答位检查子程序，迫使数据传输过程结束*/void check_ACK(void) SDA = 1; /置成输入 SCL = 1; F0 = 0; Delay4us(); if (SDA = 1) /若SDA=1表明非应答 F0 = 1; /置位非应答标志F0 SCL = 0;/*函数名称： IICSendByte入口参数： indata函数功能： 发
20、送一个字节*/void IICSendByte(unsigned char indata) unsigned char n = 8; /发送一字节数据，共八bit while (n-) SDA = (bit)(indata &0x80); SCL = 1; Delay4us(); SCL = 0; indata = indata 1; /数据左移一位 /*函数名称： IICreceiveByte返回接收的数据 tdata函数功能： 接收一字节子程序*/unsigned char IICreceiveByte(void) unsigned char n = 8; /读取一字节数据，共八bit u
21、nsigned char tdata = 0; while (n-) SDA = 1; SCL = 1; tdata = tdata 1; /左移一位 if (SDA = 1) tdata = tdata | 0x01; /若接收到的位为1，则数据的最后一位置1 else tdata = tdata &0xfe; /否则数据的最后一位置0 SCL = 0; return (tdata);/*函数名称： ADC_PCF8591函数功能： A/D转换，结果存入receivebuf*/void ADC_PCF8591(unsigned char controlbyte) unsigned char
22、i = 0; iic_start(); IICSendByte(0x90); /控制字0x90 check_ACK(); IICSendByte(controlbyte); /通道控制字 check_ACK(); iic_start(); /重新发送开始命令 IICSendByte(0x91); /控制字0x91 check_ACK(); IICreceiveByte(); /空读一次 slave_ACK(); /收到一个字节后发送一个应答位 while (i 3) /采集0,1,2通道 Recv_Bufferi+ = IICreceiveByte(); slave_ACK(); Recv_B
23、uffer3 = IICreceiveByte(); /采集第3通道 slave_NOACK(); /收到最后一个字节后发送一个非应答位 iic_stop();/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=Voltage0;LCD_Display_A_Line(0x00, LCD_Line_1);8、结语 在这次单片机课设中，通过自己动手查阅资料，不仅知道了芯片PCF8591和LCD1602工作原理、各引脚的功能等，还巩固了C语言程序的编写，对51单片机也有了更深的理解，能熟练的运用Keil等软件。期间遇到过LCD显示数据会抖动的问题，检查了相关的IIC总线程序，延长了延时程序，修改了LCD查忙时程序与AD转换程序中的控制字写入检查模块，在主程序中增加了一个模块：若控制字写入有问题则重新启动IIC总线重新开始转换电压与数据传送。问题解决！9、参考文献 单片机原理及应用（c语言版） 周国运
