PCF8591_AD轉(zhuǎn)換芯片完成光敏、溫度模擬量采集

一、前言

1.1 項(xiàng)目功能介紹

在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)和智能家居等領(lǐng)域，對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制需求日益增長(zhǎng)。其中，光照強(qiáng)度和溫度作為兩個(gè)重要的環(huán)境參數(shù)，對(duì)植物生長(zhǎng)、室內(nèi)舒適度以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等具有顯著影響。因此，開(kāi)發(fā)一種能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地采集光照強(qiáng)度和溫度數(shù)據(jù)的系統(tǒng)顯得尤為重要。

本項(xiàng)目利用STC90C51單片機(jī)控制PCF8591_AD轉(zhuǎn)換芯片，完成對(duì)光敏電阻和熱敏電阻模擬量的采集，進(jìn)而得到光敏數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)。PCF8591是一款單片集成、單獨(dú)供電、低功耗的8位CMOS數(shù)據(jù)獲取器件，具有4個(gè)模擬輸入、1個(gè)模擬輸出和1個(gè)串行I2C總線(xiàn)接口。通過(guò)其高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，可以將光敏電阻和熱敏電阻產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。

光敏電阻是一種基于光電效應(yīng)的傳感器，其阻值隨光照強(qiáng)度的變化而變化。通過(guò)PCF8591的A/D轉(zhuǎn)換功能，可以實(shí)時(shí)讀取光敏電阻的阻值變化，進(jìn)而得到當(dāng)前的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)。同樣地，熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，通過(guò)PCF8591的A/D轉(zhuǎn)換功能，也可以實(shí)時(shí)讀取熱敏電阻的阻值變化，得到當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)。

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，STC90C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心控制器，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的工作，包括初始化PCF8591芯片、配置A/D轉(zhuǎn)換參數(shù)、讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果等。同時(shí)，STC90C51單片機(jī)還可以通過(guò)I2C總線(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行通信，將采集到的光敏數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給上位機(jī)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)和分析。

本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)背景體現(xiàn)了對(duì)實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)和控制的迫切需求，以及傳感器技術(shù)和微控制器技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化和智能化發(fā)展中的重要地位。通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，不僅可以提高環(huán)境參數(shù)的采集精度和實(shí)時(shí)性，還可以為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析提供有力的支持，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用發(fā)展。

1.2 PCF8591介紹

PCF8591是一款單片集成、單獨(dú)供電、低功耗的8位CMOS數(shù)據(jù)獲取器件。該芯片具有四個(gè)模擬輸入、一個(gè)模擬輸出以及一個(gè)串行I2C總線(xiàn)接口，使其能夠輕松集成到各種嵌入式系統(tǒng)中。PCF8591的主要功能包括模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC），能夠?qū)崿F(xiàn)8位的分辨率轉(zhuǎn)換，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精度。

PCF8591的ADC模塊支持四個(gè)獨(dú)立的模擬輸入通道，這些通道可以配置為單端或差分輸入，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。其內(nèi)部包含一個(gè)8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最大轉(zhuǎn)換速率取決于I2C總線(xiàn)的速度。此外，PCF8591還內(nèi)置了一個(gè)8位的D/A轉(zhuǎn)換器（DAC），能夠?qū)?shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬輸出信號(hào)，以控制外部設(shè)備。

PCF8591的特性還包括低功耗、高精度、多通道和可編程增益等。其操作電壓范圍在2.5V至6V之間，具有較低的待機(jī)電流，適合在電池供電或需要低功耗的場(chǎng)合使用。同時(shí)，PCF8591的ADC和DAC模塊提供了8位的分辨率，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)精度的要求。此外，PCF8591還支持通過(guò)I2C總線(xiàn)進(jìn)行串行輸入/輸出，允許在同個(gè)I2C總線(xiàn)上接入多達(dá)八個(gè)PCF8591器件，而無(wú)需額外的硬件。

在應(yīng)用方面，PCF8591廣泛應(yīng)用于各種控制和測(cè)量系統(tǒng)中，如溫度測(cè)量、壓力測(cè)量、光電傳感控制、音頻處理等。其高精度、低功耗和易于使用的特點(diǎn)使得它成為這些系統(tǒng)中不可或缺的一部分。

PCF8591是一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換芯片，其高精度、低功耗和易于使用的特點(diǎn)使得它成為各種嵌入式系統(tǒng)和控制測(cè)量系統(tǒng)的理想選擇。

二、代碼實(shí)現(xiàn)

2.1 main.c

#include <reg51.h>
#include "delay.h"
#include "type.h"
#include "uart.h"
#include "ds1302.h"
#include "pcf8591.h"
//#include "key.h"
//#include "led.h"
//#include "timer.h"
//#include "exti.h"
//#include "infrared.h"
//#include "ds18b20.h"
//#include "at24c02.h"
int main()
{
    u8 ch0,ch1,ch2,ch3;      //存放ADC通道檢測(cè)的值
    u8 dac_val;  //存放DAC輸出的值
    UART_Init(); //初始化串口波特率為4800
    while(1)
    {
        /*1. 轉(zhuǎn)換并讀取通道0的AD值: 模塊上通道0默認(rèn)接可調(diào)0-5v的可變電阻*/
        ch0=PCF8591_GetADC_CHx(0x00);//模塊上標(biāo)注是AIN3
        printf("(CH0)可變電阻=%drn",(int)ch0);
        /*2. 轉(zhuǎn)換并讀取通道1的AD值: 模塊上通道1默認(rèn)接光敏電阻*/
        ch1=PCF8591_GetADC_CHx(0x01); //模塊上標(biāo)注是AIN0
        printf("(CH1)光敏電阻=%drn",(int)ch1);
        /*3. 轉(zhuǎn)換并讀取通道2的AD值: 模塊上通道2默認(rèn)接熱敏電阻*/
        ch2=PCF8591_GetADC_CHx(0x02);//模塊上標(biāo)注是AIN1
        printf("(CH2)熱敏電阻=%drn",(int)ch2);
        /*4. 轉(zhuǎn)換并讀取通道3的AD值: 模塊上通道3默認(rèn)懸空沒(méi)有接檢測(cè)點(diǎn)*/
        ch3=PCF8591_GetADC_CHx(0x03);//模塊上標(biāo)注是AIN2
        printf("(CH3)=%drn",(int)ch3);
        printf("---------------------rn");
        /*5. 設(shè)置DAC輸出值*/
        PCF8591_SetDAC_Data(ch0); //使用通道1測(cè)量的可變電阻值傳給DAC輸出
        DelayMs(1000); //延時(shí)一段時(shí)間
    }
}

2.2 PCF8591.c

#include "pcf8591.h"
/*
函數(shù)功能: 設(shè)置ADC轉(zhuǎn)換通道，并返回采集的數(shù)據(jù)值
ch的范圍：0x00 0x01 0x02 0x03  分別代表通道0~3
*/
u8 PCF8591_GetADC_CHx(u8 ch)
{
    u8 dat;
    IIC_SendStart();//起始信號(hào)
    IIC_SendOneByte(PCF8591_WRITE_ADDR);//發(fā)送設(shè)備地址
    IIC_GetAck();//獲取應(yīng)答
    IIC_SendOneByte(ch); //發(fā)送控制字節(jié)
    IIC_GetAck();//獲取應(yīng)答
    
    IIC_SendStart();//起始信號(hào)
    IIC_SendOneByte(PCF8591_READ_ADDR);//發(fā)送設(shè)備地址
    IIC_GetAck();//獲取應(yīng)答
    dat=IIC_RecvOneByte();//讀取數(shù)據(jù)
    IIC_SendAck(1); //發(fā)送非應(yīng)答
    IIC_SendStop(); //停止信號(hào)
    return dat;
}

/*
函數(shù)功能：設(shè)置DAC通道輸出的值
*/
void PCF8591_SetDAC_Data(u8 val)
{
    IIC_SendStart();//起始信號(hào)
    IIC_SendOneByte(PCF8591_WRITE_ADDR);//發(fā)送設(shè)備地址
    IIC_GetAck();//獲取應(yīng)答
    IIC_SendOneByte(0x40); //發(fā)送控制字節(jié)
    IIC_GetAck();//獲取應(yīng)答
    IIC_SendOneByte(val); //設(shè)置AD值
    IIC_GetAck();//獲取應(yīng)答
    IIC_SendStop();//停止信號(hào)
}

2.3 PCF8591.h

#ifndef _PCF8591_H
#define _PCF8591_H
#include "type.h"
#include "iic.h"
#include <reg51.h>
//器件地址
#define PCF8591_WRITE_ADDR 0x90  //1001 0000
#define PCF8591_READ_ADDR  0x91  //1001 0001
void PCF8591_SetDAC_Data(u8 val);
u8 PCF8591_GetADC_CHx(u8 ch);
#endif