基于PCF8951单片机设计.docx

1、基于PCF8951单片机设计1引言现在工业生产中，电机是主要的驱动设备，目前在直流电机拖动系统中已大 量采用晶闸管装置控制电机的 KZD拖动系统，取代了笨重的发电机-电动机的FD系统，又伴随着电子技术的高度发展，促进使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速又进入了一个新的阶 段，智能化，高可靠性已成为它的发展趋势。 直电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。1.1设计任务与要求设计一个基于PCF8591的直流电动机转速控制电路，在相应的软件控制下可 以完成要求的功能，即使用具有IIC接口的PCF8591模数与数模

2、转换芯片，使用1602LCD液晶显示屏显示PCF8591模数与数模转换芯片上的4个通道的模数转换结果，同时，0通道的转换结果再通过P CF8591转换为模拟信号，经过放大后调控直流电动机的转速。2设计过程2. 1设计过程与步骤 2.1.1芯片介绍 1) PCF8591PCF8591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 靠性咼等优点。PCF8

3、591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 P CF8591的引脚功能如图2.1所引脚序号引脚称功能描述17AI.tAL3模拟信号输入端()5 V57器件硬件地址输入端*由硬件屯路决定16.K电源、地9J0SDAsSCL1兀总线的数据线、时钟线11OSC外部时钟输入端内部时钟输出端12Kr时钟选择使用内部时钟：KT=,使用外部时钟13模拟信号地15AOLlD小转换输出端J Z比d2

4、56 曲基准电源端 )収值大小影响1)/A转换输出屯压。14 HFr当取值等于为 J)J)时输岀屯压为0-5叽图2.1 P CF8591引脚功能在P CF8591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(飞利浦)公司规定A/D器件高四由器件地址引脚地址和方向位组成 P hili ps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

5、 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 地址为主控器发送的第一字节。1)71)51)4 lb1)21 001 A 2AlAO图2.2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 P CF8591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2.3所示1)71)61)51)4Ih1)21)：1)0图2.3转换控制字格式

6、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。P

7、CF8591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80耳PCF8591的A/D转

8、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2.4所示。S SLAW A dulaOA (bla I Ariata 2A dala 11AP图2.4 A/D转换数据操作格式其中data0datan为A/D的转换结果，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 P CF8591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2.5所示。岂 1 1 勺 1 *MT肋A 1 DaTUi 1 CATE图2.5

9、 A/D转换逻辑操作波形时序图2)LCD1602LCD1602液晶显示容量:16 X2个字符，芯片工作电压:4.5 5.5V，工作电流:2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V，字符尺寸:2.95 X 4.35(WX H)mm1602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为咼电平、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00Ho指令3:光标和显示模式设置I/D : 光标移动方向，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

10、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，咼电平闪烁，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

11、表示不忙。指令 10:写数据。指令11:读数据。2.1.2 设计思路本次设计要求设计利用带有IIC接口的PCF8592莫数与数模转换芯片，实现 对直流电机转速的控制。利用 PCF8591芯片通道0采集到的模拟量，再次由AD转换成模拟量输出去控制直流电机的转速， 由于D/A输出的的电流普遍偏小，而此不能直接驱动电机，要加上放大电路，而选用的直流电机是 12V的DA的最大输出电压是5V,因此要先进行电压放大，采用 LM358运放，将电压放大两倍,这样最高输出电压是10V,由于运放的驱动能力还是很弱，因此要进行电流放大,这边采用三极管进行电压放大，以射极跟随器的方式进行放大。2.1.3 电路设计由设

12、计思路在Ptotues上面画出总的电路图如下:C3TilELZH3T宀Cl呼口 hFpt.IJC- 5 Ze LU oaooooaoJJ3A咖wm PD.1fAC1 PO.lffltJ PDJ 网 3 呻4皿4 PDjsrrtoa PDBfACE PC.皿？P2jQfABP2.irAg P3 2M.-H1 旳咖1 PHA1? PJglS P3 盼14 P?i5P3 0RW?PS.IJTffi PjjirjBQ P33ywi1PJ4/T0P35niP3je 陛 即丽Jg35jq3332K7j21d .2iRR3IECh巧VR5ia - |：T&：T-RESPJCM-. .iL b.A.-RP1L

13、ii吊 LfJACcriy=ejD95iecoA V=4.92X!S:U2i69SCL &ND 3&A AJMlAJN2AD &N3D?-+5V图3.2 在AO电压为3V时电机的转速如图3.3在A0通道电压为1.3V时，电机的转速为80.2+1BV -fllfl2 1.2y fl3IE SEKm.-TE -fh nF 口 -h nr Tf-Xi lnLCArtT/PCF8591相关定义sbit SCL=PO;/时钟脉冲sbit SDA=P2A1;/双向输入输出数据端#defi ne SCL_SET SCL=1#defi ne SCL_CLR SCL=0#defi ne SDA_SET SDA=

14、1#defi ne SDA_CLR SDA=0#defi ne AddWr 0x90/写数据地址#defi ne AddRd 0x91/读数据地址#defi ne adCon 0x40/AD控制字节/LCD1602相关定义sbit RS=P2A6;sbit RW= P2A5;sbit E=P 2八7;#defi ne setRS RS=1#defi ne clrRS RS=0#defi ne setRW RW=1#defi ne clrRW RW=0#defi ne setE E=1#defi ne clrE E=0unsigned int time=0;un sig ned char ADF

15、lag=0;un sig ned char str8=Ai n.mv ;/延时1USvoid delay(unsigned int ent)while(-c nt);/延时IMSvoid delayms(unsigned int time)un sig ned int i;for(i=0; itime; i+)delay(120);II写数据，POvoid writeData(u nsig ned char Data)setRS;clrRW;delay(1);setE;delay(1);P 0=Data;delay(5);clrE;II写命令，POvoid writeCom(u nsig ne

16、d char Com)clrRS;clrRW;delay(1);setE;delay(1);P0=Com;delay(5);clrE;/清屏函数void clear_scr(void)writeCom(OxOI);delayms(5);II写一个字符串在（X,Y ）位置/第一行void disStr( un sig ned char x, un sig ned char y, un sig ned char *str)if(y=0) writeCom(0x80+x);else writeCom(0xc0+x);/第二行while(*str)writeData(*str);sM+;/LCD160

17、2初始化/显示模式设置/显示关闭void lcd In itial()writeCom(0x38);delayms(5);writeCom(0x08);clear_scr();/清屏writeCom(0x06);/显示光标移动设置delayms(5);writeCom(OxOC);/显示开及光标设置void start()SDA_SET;delay(1);SCL_SET;delay(5);SDA_CLR;void stop()SDA_CLR;delay(1);SCL_SET;delay(5);SDA_SET;void ack()SDA_CLR;SCL_SET;delay(1);SCL_CLR;

18、void no Ack()SDA_SET;SCL_SET;delay(1);SCL_CLR;void send(un sig ned char Data)un sig ned char i=0;un sig ned char temp=0;temp=Data;for(i=0; i8; i+)SCL_CLR;delay(1);if(te mp&0 x80) SDA_SET;else SDA_CLR;delay(1);SCL_SET;delay(1);tempv =1;SCL_CLR;un sig ned char recive()un sig ned char i=0;/必须设置un sig n

19、ed char temp=O;SDA_SET;for(i=0; i8; i+)SCL_CLR;/拉低允许数据改变delay(1);SCL_SET;/拉高保持数据，等待读走delay(2);if(SDA) tem p|=0x01;else temp&=0xfe;if(i7) tempv =1;/最低位发送完成不能移位，否则出错SCL_CLR;return temp;un sig ned char read( un sig ned char ch )un sig ned char temp=0;start();/确认芯片sen d(AddWr);ack();/确认通道sen d(adC on| c

20、h);ack();读出数据，放进tempstart();sen d(AddRd);ack();temp=reciveO;noAck();sto p();return temp;void DAC( un sig ned char light)start();sen d(AddWr);ack();sen d(0x40);II写入控制位，使能DAC输出ack();sen d(light);ack();sto p();void dis( un sig ned char *date)float j;un sig ned int k;un sig ned char i=0;un sig ned char ch1, ch2, ch3;for(i=0; i1) disStr(i*8-16, 1, str);else disStr(i*8, 0,