具有I2C總線接口的A/D芯片PCF8591及其應(yīng)用

1 引言

I2C總線是Philips公司推出的串行總線，整個(gè)系統(tǒng)僅靠數(shù)據(jù)線（SDA）和時(shí)鐘線（SCL）實(shí)現(xiàn)完善的全雙工數(shù)據(jù)傳輸，即CPU與各個(gè)外圍器件僅靠這兩條線實(shí)現(xiàn)信息交換。I2C總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)的并行總線系統(tǒng)相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可維護(hù)性好、易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展、易實(shí)現(xiàn)模塊化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

在一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換芯片往往是必不可少的。PCF8591是一種具有I2C總線接口的A/D轉(zhuǎn)換芯片。在與CPU的信息傳輸過(guò)程中僅靠時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA就可以實(shí)現(xiàn)。

2  芯片介紹

PCF8591是具有I2C總線接口的8位A/D及D/A轉(zhuǎn)換器。有4路A/D轉(zhuǎn)換輸入，1路D/A模擬輸出。這就是說(shuō)，它既可以作A/D轉(zhuǎn)換也可以作D/A轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換為逐次比較型。引腳圖如圖1所示。結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。電源電壓典型值為5V。
AIN0～AIN3：模擬信號(hào)輸入端。
A0～A3：引腳地址端。
VDD、VSS：電源端。
           （2.5～6V）
SDA、SCL：I2C總線的數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線。
OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘輸出端。
EXT：內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線，使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)EXT接地。
AGND：模擬信號(hào)地。
AOUT：D/A轉(zhuǎn)換輸出端。
VREF：基準(zhǔn)電源端。

3 應(yīng)用

3.1 器件總地址

PCF8591采用典型的I2C總線接口器件尋址方法，即總線地址由器件地址、引腳地址和方向位組成。飛利蒲公司規(guī)定A/D器件地址為1001。引腳地址為A2A1A0，其值由用戶選擇，因此I2C系統(tǒng)中最多可接23=8個(gè)具有I2C總線接口的A/D器件。地址的最后一位為方向位R/ ，當(dāng)主控器對(duì)A/D器件進(jìn)行讀操作時(shí)為1，進(jìn)行寫操作時(shí)為0。總線操作時(shí)，由器件地址、引腳地址和方向位組成的從地址為主控器發(fā)送的第一字節(jié)。

3.2 控制字節(jié)

控制字節(jié)用于實(shí)現(xiàn)器件的各種功能，如模擬信號(hào)由哪幾個(gè)通道輸入等?？刂谱止?jié)存放在控制寄存器中?？偩€操作時(shí)為主控器發(fā)送的第二字節(jié)。其格式如下所示：

其中：D1、D0兩位是A/D通道編號(hào)：00通道0，01通道1，10通道2，11通道3

D2  自動(dòng)增益選擇（有效位為1）

D5、D4模擬量輸入選擇：00為四路單數(shù)入、01為三路差分輸入、10為單端與差分配合輸入、11為模擬輸出允許有效

當(dāng)系統(tǒng)為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，模擬輸出允許為0。模擬量輸入選擇位取值由輸入方式?jīng)Q定：四路單端輸入時(shí)取00，三路差分輸入時(shí)取01，單端與差分輸入時(shí)取10，二路差分輸入時(shí)取11。最低兩位時(shí)通道編號(hào)位，當(dāng)對(duì)0通 /道的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)取00，當(dāng)對(duì)1通道的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)取01，當(dāng)對(duì)2通道的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)取10，當(dāng)對(duì)3通道的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)取11。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)，首先是主控器發(fā)出起始信號(hào)，然后發(fā)出讀尋址字節(jié)，被控器做出應(yīng)答后，主控器從被控器讀出第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答，主控器從被控器讀出第二個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答…一直到主控器從被控器中讀出第n個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出非應(yīng)答信號(hào)，最后主控器發(fā)出停止信號(hào)。

3.3 應(yīng)用電路

如圖3所示電路是暖水鍋爐水溫檢測(cè)和A/D轉(zhuǎn)換電路。AD581作為電流型溫度傳感器AD590的基準(zhǔn)電源。兩只AD590分別用來(lái)采集上水和回水的溫度。

溫度變化時(shí)通過(guò)AD590的電流發(fā)生變化，溫度每升高1℃，電流增加1mA。兩只遠(yuǎn)放電路的作用是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。圖中R6、R7、R8、R9 是溫度校準(zhǔn)電位器，均采用精細(xì)電位器。圖中R6和R7分別用來(lái)校準(zhǔn)0℃時(shí)兩運(yùn)放的輸出電壓，即將傳感器置于冰水混合液中時(shí)，調(diào)節(jié)R6或R7使運(yùn)放的輸出電壓，即將傳感器置于冰水混合液中時(shí)，調(diào)節(jié)R6或R7使運(yùn)放的輸出電壓為0V。圖中R8和R9分別用來(lái)校準(zhǔn)100℃時(shí)兩運(yùn)放的輸出電壓，即將傳感器置于沸水時(shí)，調(diào)節(jié)R8或R9使兩運(yùn)放的輸出電壓為某一確定值。此值由使用者決定，當(dāng)然，其值大小要考慮A/D轉(zhuǎn)換器選用的基準(zhǔn)電源值。

A/D轉(zhuǎn)換器PCF8591靠數(shù)據(jù)線SDL和時(shí)鐘線SCL與CPU聯(lián)系。由軟件決定水溫?cái)?shù)據(jù)的采集時(shí)間和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及送去顯示。

4 結(jié)論

Philips公司推出的I2C總線系統(tǒng)較通用單片機(jī)系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單。由普通CPU芯片同I2C專用器件組成的系統(tǒng)為模擬I2C系統(tǒng)，它性能穩(wěn)定，價(jià)格較低，具有較大的應(yīng)用前景．

參考文獻(xiàn)：
1. 何立民．I2C總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1997.
2. 何立民．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999．