PCF8591_AD轉換芯片完成光敏、溫度模擬量采集

一、前言

1.1 項目功能介紹

在現代工業(yè)、農業(yè)和智能家居等領域，對環(huán)境的實時監(jiān)測和控制需求日益增長。其中，光照強度和溫度作為兩個重要的環(huán)境參數，對植物生長、室內舒適度以及設備運行狀態(tài)等具有顯著影響。因此，開發(fā)一種能夠實時、準確地采集光照強度和溫度數據的系統(tǒng)顯得尤為重要。

本項目利用STC90C51單片機控制PCF8591_AD轉換芯片，完成對光敏電阻和熱敏電阻模擬量的采集，進而得到光敏數據和溫度數據。PCF8591是一款單片集成、單獨供電、低功耗的8位CMOS數據獲取器件，具有4個模擬輸入、1個模擬輸出和1個串行I2C總線接口。通過其高精度的模數轉換功能，可以將光敏電阻和熱敏電阻產生的模擬信號轉換為數字信號，便于后續(xù)的數據處理和分析。

光敏電阻是一種基于光電效應的傳感器，其阻值隨光照強度的變化而變化。通過PCF8591的A/D轉換功能，可以實時讀取光敏電阻的阻值變化，進而得到當前的光照強度數據。同樣地，熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，通過PCF8591的A/D轉換功能，也可以實時讀取熱敏電阻的阻值變化，得到當前的溫度數據。

在項目實施過程中，STC90C51單片機作為系統(tǒng)的核心控制器，負責協(xié)調各個模塊的工作，包括初始化PCF8591芯片、配置A/D轉換參數、讀取轉換結果等。同時，STC90C51單片機還可以通過I2C總線與上位機進行通信，將采集到的光敏數據和溫度數據實時傳輸給上位機進行顯示、存儲和分析。

本項目的開發(fā)背景體現了對實時環(huán)境監(jiān)測和控制的迫切需求，以及傳感器技術和微控制器技術在現代工業(yè)自動化和智能化發(fā)展中的重要地位。通過本項目的實施，不僅可以提高環(huán)境參數的采集精度和實時性，還可以為后續(xù)的數據處理和分析提供有力的支持，推動相關領域的技術進步和應用發(fā)展。

1.2 PCF8591介紹

PCF8591是一款單片集成、單獨供電、低功耗的8位CMOS數據獲取器件。該芯片具有四個模擬輸入、一個模擬輸出以及一個串行I2C總線接口，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轉換（ADC）和數模轉換（DAC），能夠實現8位的分辨率轉換，保證了數據的準確性和精度。

PCF8591的ADC模塊支持四個獨立的模擬輸入通道，這些通道可以配置為單端或差分輸入，以適應不同的應用場景。其內部包含一個8位逐次逼近式A/D轉換器，能夠將模擬信號轉換為數字信號，最大轉換速率取決于I2C總線的速度。此外，PCF8591還內置了一個8位的D/A轉換器（DAC），能夠將數字信號轉換為模擬輸出信號，以控制外部設備。

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，具有較低的待機電流，適合在電池供電或需要低功耗的場合使用。同時，PCF8591的ADC和DAC模塊提供了8位的分辨率，能夠滿足大多數應用場景對精度的要求。此外，PCF8591還支持通過I2C總線進行串行輸入/輸出，允許在同個I2C總線上接入多達八個PCF8591器件，而無需額外的硬件。

在應用方面，PCF8591廣泛應用于各種控制和測量系統(tǒng)中，如溫度測量、壓力測量、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是一款功能強大、性能穩(wěn)定的數字模擬轉換芯片，其高精度、低功耗和易于使用的特點使得它成為各種嵌入式系統(tǒng)和控制測量系統(tǒng)的理想選擇。

二、代碼實現

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. 轉換并讀取通道0的AD值: 模塊上通道0默認接可調0-5v的可變電阻*/
        ch0=PCF8591_GetADC_CHx(0x00);//模塊上標注是AIN3
        printf("(CH0)可變電阻=%drn",(int)ch0);
        /*2. 轉換并讀取通道1的AD值: 模塊上通道1默認接光敏電阻*/
        ch1=PCF8591_GetADC_CHx(0x01); //模塊上標注是AIN0
        printf("(CH1)光敏電阻=%drn",(int)ch1);
        /*3. 轉換并讀取通道2的AD值: 模塊上通道2默認接熱敏電阻*/
        ch2=PCF8591_GetADC_CHx(0x02);//模塊上標注是AIN1
        printf("(CH2)熱敏電阻=%drn",(int)ch2);
        /*4. 轉換并讀取通道3的AD值: 模塊上通道3默認懸空沒有接檢測點*/
        ch3=PCF8591_GetADC_CHx(0x03);//模塊上標注是AIN2
        printf("(CH3)=%drn",(int)ch3);
        printf("---------------------rn");
        /*5. 設置DAC輸出值*/
        PCF8591_SetDAC_Data(ch0); //使用通道1測量的可變電阻值傳給DAC輸出
        DelayMs(1000); //延時一段時間
    }
}

2.2 PCF8591.c

#include "pcf8591.h"
/*
函數功能: 設置ADC轉換通道，并返回采集的數據值
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
    IIC_SendOneByte(PCF8591_WRITE_ADDR);//發(fā)送設備地址
    IIC_GetAck();//獲取應答
    IIC_SendOneByte(ch); //發(fā)送控制字節(jié)
    IIC_GetAck();//獲取應答
    
    IIC_SendStart();//起始信號
    IIC_SendOneByte(PCF8591_READ_ADDR);//發(fā)送設備地址
    IIC_GetAck();//獲取應答
    dat=IIC_RecvOneByte();//讀取數據
    IIC_SendAck(1); //發(fā)送非應答
    IIC_SendStop(); //停止信號
    return dat;
}

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

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