王怡

摘 要：模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置是一種可以將模擬信號(hào)采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的設(shè)備。它是自然界中連續(xù)變化的物理量得以進(jìn)入數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)行處理的橋梁。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置在工業(yè)控制領(lǐng)域大量使用。本文介紹了一種以51單片機(jī)作為控制核心，以PCF8591T作為轉(zhuǎn)換器件的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計(jì)。首先介紹了該裝置的硬件構(gòu)成及設(shè)計(jì)原理，其次介紹了軟件設(shè)計(jì)的基本原理。本裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換精度高，適用于很多工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。

關(guān)鍵詞：模數(shù)轉(zhuǎn)換；51單片機(jī)；PCF8591T；設(shè)計(jì)原理

引言

當(dāng)前，在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)都得到了廣泛而深入的應(yīng)用。通常，在對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，首先要利用傳感器將自然界中的物理量（如壓力、溫度等）轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的電信號(hào)（電壓或電流）。然而，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是數(shù)字系統(tǒng)，并不能直接處理模擬量。所以，必須將模擬電信號(hào)先利用模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置采樣變換成數(shù)字信號(hào)后，才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行處理。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置對(duì)于工業(yè)控制設(shè)備而言，是不可缺少的組成部分之一。

1 總體架構(gòu)

本文的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置以51單片機(jī)作為控制核心，以PCF8591T作為轉(zhuǎn)換器件，可以實(shí)現(xiàn)最多4路的模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換。模塊采集變換后所得到的結(jié)果，可以通過(guò)兩種方式來(lái)進(jìn)行顯示或處理：一是可以通過(guò)本地的顯示接口直接顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果；二是可以通過(guò)裝置上的串行通訊接口將轉(zhuǎn)換結(jié)果上傳至主機(jī)進(jìn)行顯示或作進(jìn)一步的處理。

2 硬件電路設(shè)計(jì)原理

A/D轉(zhuǎn)換電路原理如下所示：

PCF8591T的1-4腳是4路模擬信號(hào)的輸入引腳。在本地測(cè)試模式下，4路輸入分別用光敏電阻分壓，電位器分壓，固定接5V及固定接地的方式產(chǎn)生。在正常工作模式下，可通過(guò)電路板上的跳線設(shè)置，將外部的四路模擬信號(hào)進(jìn)行接入。5，6，7腳是PCF8591T的地址設(shè)置引腳，可通過(guò)硬件設(shè)計(jì)設(shè)置為0-7中的任意一個(gè)編號(hào)，上圖所示，設(shè)為編號(hào)0。9，10腳為I2C串行通訊接口的數(shù)據(jù)線及地址線，是PCF8591T與主控芯片之間進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ǖ馈Ｓ捎赑CF8591T可以設(shè)置地址，因此，這一組I2C串行通訊接口上最多可以同時(shí)接8片PCF8591T。

12腳是內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘的選擇管腳，設(shè)為低，表示使用內(nèi)部時(shí)鐘，因此11腳（外部時(shí)鐘輸入端）懸空。

3 軟件設(shè)計(jì)原理

主控芯片通過(guò)PCF8591T上的I2C接口實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制及轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取?；镜目刂屏鞒倘缦拢?/p>

（1）發(fā)送地址字節(jié)0x90：該字節(jié)的前四位是固定內(nèi)容。后四位的最低位為0，表示接下來(lái)的字節(jié)信息是寫入信息，其他三位是PCF8591T的地址。在這里設(shè)置為0。

（2）發(fā)送控制字節(jié)0x00：該字節(jié)最高位固定為0。位6在使用DA功能時(shí)用來(lái)使能模擬量輸出，這里設(shè)為0，不開(kāi)啟此功能。位5、位4用于設(shè)定模擬輸入端的輸入形式，0-3四組值可以分別將4路輸入設(shè)置為4路單端、3路差分、兩路單端及一路差分、兩路差分四種形式。這里設(shè)置為4路單端模擬輸入。位3固定為0。位2為增量位，若設(shè)為1，PCF8591T會(huì)在采集完指定通道的信息后，自動(dòng)采集下一個(gè)相鄰?fù)ǖ赖闹挡⑤敵觥＿@里設(shè)為0，不開(kāi)啟自動(dòng)增量模式。位1、位0用于選擇采集的通道。這里選擇通道0。

（3）發(fā)送地址字節(jié)0x91：表示開(kāi)啟A/D轉(zhuǎn)換。

（4）接收上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果（不用該數(shù)據(jù)可跳過(guò)該步驟）。

（5）接收本次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。

關(guān)鍵代碼如下：

unsigned char ADconvert（unsigned char contrl_byte）

{

unsigned char ad_result；

I2C_start（）；

write_byte（0x90）；

I2C_respond（）；

write_byte（contrl_byte）；

I2C_respond（）；

I2C_start（）；

write_byte（0x91）；

ad_result =read_byte（）；

return ad_result；

}

結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種基于51單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計(jì)。包括該裝置的軟硬件設(shè)計(jì)原理，啟動(dòng)及采集流程設(shè)計(jì)，系統(tǒng)構(gòu)成等。該設(shè)計(jì)在實(shí)測(cè)中運(yùn)作良好，穩(wěn)定，采集精度高，符合設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]Philips Semiconductors， PCF85918-bit A/D and D/A converter datasheet，2003 JAN 27.

[2]Maxim Technology，Datasheet of MAX232， 19-0175；Rev 5；10/03.

[3]張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].高等教育出版社，2009.endprint