单片机应用技术（C语言版）第4版7.1 模拟信号与数字信号-7.3 I2C总线AD与DA转换器PCF8591课件

7.1模拟信号与数字信号《单片机应用技术（C语言版）》模拟信号幅度的取值是连续的信号。在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。数字信号数字信号是指在取值上是离散的、不连续的信号。采用断续变化的电压或光脉冲来表示。A/D转换器模拟量数字量转换AnalogDigitalConvert模数（A/D）转换器是实现模拟量向数字量转换的器件。A/D转换器A/D转换器——AnalogtoDigitalConverter——ADC逐次逼近式ADC工作原理v逐次逼近式ADC工作原理10101111Vref=10V8位转换输入v=6.84Vv10101111B=175DV=10*175/256=6.8359375VADC性能指标分辨率表示转换器对微小输入量变化的敏感程度，通常用转换器输出数字量的位数来表示,比如8位ADC、10位ADC、12位ADC。ADC性能指标量化误差：在A/D转换中由于整量化产生的固有误差。ADC性能指标nU0转换位数为8位满量程5V2555VΔnΔV19.6mV正好是A/D输出的数字量中最低位LSB=1时所对应的电压值，即1LSB。ΔV=5/(28-1)=19.6（mV）量化误差一般在±1/2LSB（最低有效位）之间。ADC性能指标

转换速度是指ADC能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。转换时间则是指完成一次A/D转换所需的时间（包括稳定时间），是转换速率的倒数。D/A转换器数字量模拟量转换DigitalAnalogConvert数模（D/A）转换器是实现数字量向模拟量转换的器件。D/A转换器D/A转换器——DigitaltoAnalogConverter——DACDAC工作原理D/A转换就是将数字量转换成与它成正比的模拟量。（1101）2=（1×23+1×22+0×21+1×20）10u0=K(1×23+1×22+0×21+1×20）10DAC工作原理数码寄存器模拟开关解码网络求和放大器基准电压n位代码输入模拟电压输出DAC性能指标分辨率是指D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的位数有关。对于8位DAC，分辨率=1/(28-1)位数越多，分辨率就越高，也可用位数n来表示分辨率。DAC性能指标转换精度是指电路实际输出的模拟电压值和理论输出的模拟电压值之差。通常用最大误差与满量程输出电压之比的百分数表示。例如：0.1V/10V=1%感谢您的观看Thanks

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7.2单片机内部ADC及其应用《单片机应用技术（C语言版）》STC12C5A60S2的内部ADC结构

P1口模拟功能控制寄存器——P1ASFADC相关寄存器STC12C5A60S2系列单片机P1口的功能选择可通过设置专用寄存器P1ASF来实现。当P1ASF中的相应I/O口位置1时，该位被设置为A/D模拟输入通道；当P1ASF中的相应I/O口位置为0时，该位作为通用I/O端口使用。

P1口模拟功能控制寄存器——P1ASFADC相关寄存器注意：该寄存器为只写寄存器，不能进行读操作，且不能够进行位操作。例如：sfrP1_ASF=0x9D;//A/D转换模拟功能控制寄存器P1_ASF=0xFF;//设置P1端口8位均为A/D模拟输入通道ADC相关寄存器模数转换控制寄存器——ADC_CONTRADC模块上电、转换速度、模拟输入通道的选择、启动模数转换及转换状态等，均可通过模数转换控制寄存器ADC_CONTR进行配置及查看。ADC相关寄存器模数转换控制寄存器——ADC_CONTRADC_POWER：ADC电源控制位。当ADC_POWER置1时，打开ADC电源；为0时关闭ADC电源。当A/D转换进入空闲模式时，应关闭ADC电源降低功耗。初次打开ADC电源应适当延时，以稳定电源，保证模数转换精度。ADC相关寄存器模数转换控制寄存器——ADC_CONTRSPEED1和SPEED0：模数转换速度控制位模数转换速度控制ADC相关寄存器模数转换控制寄存器——ADC_CONTRADC_FLAG：模数转换完成标志位。当A/D转换完成后，该位置1。无论ADC工作于查询方式还是中断方式，ADC_FLAG只能由软件清零。ADC_START：模数转换器转换启动控制位。将该位设置为1时，启动A/D转换；当A/D转换完毕时，该位自动清零。ADC相关寄存器模数转换控制寄存器——ADC_CONTRCHS2、CHS1和CHS0：模拟输入通道选择控制位ADC相关寄存器ADC转换结果寄存器—ADC_RES和ADC_RESL

专用寄存器ADC_RES和ADC_RESL寄存器用于保存A/D转换的结果。AUXR1寄存器其中的ADRJ位是A/D转换结果寄存器的数据格式调整控制位。当ADRJ=0时，10位A/D转换结果的高8位存放在ADC_RES中，低2位存放在ADC_RESL中的低2位中。当ADRJ=1时，10位A/D转换结果的低8位存放在ADC_RESL中，高2位存放在ADC_RES中的低2位中。系统复位时，ADRJ=0。ADC相关寄存器ADC中断相关寄存器其中，当EA=1时表示CPU开放中断，当EA=0时表示CPU关闭所有中断。EADC是A/D转换中断允许位，当EADC=1时允许A/D转换中断，当EADC=0时禁止A/D转换中断。unsignedcharADC_STC12C5(unsignedcharch){ ADC_RES=0;//A/D转换结果寄存器清零

ADC_CONTR|=ch;//选择A/D当前通道

delay_ms(1); //使输入电压达到稳定

ADC_CONTR|=ADC_START;//令ADC_START=1,启动A/D转换

while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG));//等待A/D转换结束

ADC_CONTR&=(~ADC_START);//令ADC_START=0,关闭A/D转换

return(ADC_RES);//返回A/D转换结果}例程感谢您的观看Thanks

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7.3I2C总线AD与DA转换器PCF8591《单片机应用技术（C语言版）》7.3.1PCF8591的功能PCF8591是单片、单电源低功耗8位CMOS数据采集器件；具有4个模拟输入、一个输出和一个串口I2C总线接口。3个地址引脚A0、A1、A2用于硬件地址编址，允许将最多8个器件连接至I2C总线而不需要额外硬件。器件功能包括多路复用模拟输入、片上跟踪和保持功能、8位模数转换和8位数模转换；最大转换速率取决于I2C总线的最高速率。1~4引脚为4个8位ADC通道，可通过软件选择读取的通道号。5~7引脚为地址输入脚，确定器件硬件地址。PCF8591的地址分为固定部分和可编辑部分，高四位固定为1001，低半字节前三位分别由A2、A1、A0确定，最低位为读/写选择位，“0”时为写操作，“1”时为读操作。器件地址必须是起始条件后第一个发送的字节。8、16引脚分别接地和电源。9~10引脚为I2C总线的数据线和时钟线，需接10K上拉电阻，以使信号线保持高电平。11号引脚为外部时钟输入脚，当使用内部时钟方式时悬空。12号引脚为外部时钟选择脚，当其接高时选择外部时钟工作方式。13、14引脚分别为模拟地和参考电压。15号脚为模拟信号输出脚，由控制字的第二位使能模拟输出。引脚定义7.3.2PCF8591的I2C总线连接与通信器件总地址连接在I2C总线上的IC器件都必须有一个唯一的地址，该地址由器件地址和引脚地址组成，共7位。器件地址是I2C器件固有的地址编码，在器件出厂时就已经给定，由I2C总线委员会分配，不可更改。引脚地址由I2C总线器件的地址引脚（A2、A1、A0）决定，根据其在电路中接电源正极、接地或悬空的不同形式形成地址码。引脚地址数决定了同一种器件可接入I2C总线的最大数目。I2C总线器件的地址格式如下：000写地址：0x90读地址：0x91控制寄存器

PCF8591的控制寄存器存放转换控制字，用于设置器件的各种功能，如模拟信号由哪几个通道输入等，是总线操作时由主控器件向从器件PCF8591发送的第二字节。其中：D1、D0：A/D通道编号：00通道0，01通道1，10通道2，11通道3。

D2：自动增益选择（有效位为1）。

D3：固定为0。D5、D4：模拟量输入选择：00为四路单输入、01为三路差分输入、10为单端与差分配合输入、11为两路差分输入。I2C时钟和数据转换

SDA和SCL通常各自通过一个电阻上拉为高电平。SDA总线上的数据仅在SCL为低电平期间可能改变。如果在SCL高电平期间数据发生改变，表示定义“开始”或“停止”两种状态。开始/停止状态

停止状态

SCL处于高电平时，SDA由低电平转向高电平，表示一个“停止”状态。该状态表示一种操作的结束并将终止所有通讯。在一个读序列之后，停止命令置EEPROM于待机模式。输出数据当数据（包括地址和数据）由接口设备送往PCF8591时，称为输出数据（写数据）。数据总是按字节（8位）逐位串行输出，每个时钟脉冲输出一位。SDA总线上的数据应在SCL低电平期间改变（输出），在SCL高电平期间稳定。每传输一个字节后，后面都会跟一个应答位。输入数据当单片机从PCF8591的数据线上读取数据时，称为输入数据（读数据）。数据总是按字节（8位）逐位串行输入，每个时钟脉冲输入一位。在SCL低电平期间将数据送往SDA总线，在SCL高电平期间SDA总线上的数据稳定，可供接口设备读取。确认应答

I2C总线时序7.3.3PCF8591的D/A转换及程序设计D/A转换时序为了更直观观测D/A模拟量输出，在PCF8591的输出端并接了一个电压表和一个LED灯。实例：利用PCF8591的Ｄ/A转换输出连续的锯齿波。程序实例//启动I2C总线voidIIC_Start(){SDA=1;SCL=1;Delay4us();SDA=0;Delay4us();SCL=0;}//停止I2C总线voidIIC_Stop(){SDA=0;SCL=1;Delay4us();SDA=1;Delay4us();SCL=0;}//发送一字节voidIIC_SendByte(ucharwd){ uchari; for(i=0;i<8;i++)//循环移入8位

{SDA=(bit)(wd&0x80);_nop_();_nop_(); SCL=1;Delay4us();SCL=0;wd<<=1;} Delay4us(); SDA=1;//释放总线并准备读取应答

SCL=1; Delay4us(); IIC_ERROR=SDA;//IIC_ERROR=1表示无应答

SCL=0; Delay4us();}程序实例//发送一个8位数并DA转换成模拟量输出voidDAC_PCF8591(ucharCtrlByte,ucharwdata){ IIC_Start(); IIC_SendByte(0x90);//发送写地址

if(IIC_ERROR==1)return; IIC_SendByte(CtrlByte);//发送控制字节

if(IIC_ERROR==1)return;IIC_SendByte(wdata);//发送需要转换的数字 if(IIC_ERROR==1)return; IIC_Stop();//收到一个字节后发送一个非应答位}//向PCF8591发送若干字节进行DA转换并输出锯齿波//主程序voidmain(){uchari; while(1) {for(i=0;i<255;i++) DAC_PCF8591(0x40,i); for(i=255;i>0;i--) DAC_PCF8591(0x40,i);}}7.3.4PCF8591的A/D转换及程序设计A/D转换时序实例：利用PCF8591的A/D转换功能设计简易数字电压表。例程//从机发送应答位voidSlave_ACK(){SDA=0;SCL=1;Delay4us();SCL=0;SDA=1;}//从机发送非应答位voidSlave_NOACK(){SDA=1;SCL=1;Delay4us();SCL=0;SDA=0;}//接收一字节ucharIIC_ReceiveByte(){ uchari,rd=0x00; for(i=0;i<8;i++) { SCL=1;rd<<=1;rd|=SDA;Delay4us();SCL=0;Delay4us(); } SCL=0;Delay4us(); returnrd;}例程//读入0路通道的A/D转换结果并保存到全局变量Recv_BuffervoidADC_PCF8591(ucharCtrlByte){ IIC_Start(); IIC_SendByte(0x90);//