基于PCF8951单片机设计.docVIP

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KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电机-电动机的F—D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PCF8591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）PCF8591 PCF8591 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， 可靠性高等优点。 PCF8591 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 PCF8591 的引脚功能如图2.1所 图 2.1 PCF8591引脚功能 在 PCF8591 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，即总线地址由器件地址引脚地址和方向位组成 Philips （飞利浦）公司规定 A/D器件高四位地址为 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 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。 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PCF8591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 图2.3 转换控制字格式描述 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。PCF8591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80H。PCF8591的A/D 转换亦使用的是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。 图2.4 A/D转换数据操作格式 其中data0~datan 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