计算机测控技术实验指导书

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1、实验一A/D、D/A转换应用实验一、实验目的1.掌握A/D、D/A转换的实现方法；2.熟悉计算机测控系统中数据输入/输出通道的硬件设计原理；3.熟悉计算机测控系统中数据输入/输出通道A/D、D/A转换的软件实现原理。二、实验设备Dofly系列Mini80E型单片机开发板一套PC机一台三、实验内容1.硬件实现（1）基本原理本实验需要用到Dofly系列Mini80E型单片机开发板A/D、D/A模块，其实物硬件连接如图1-1所示。从图中可看到，该模块由四个电位器W1、W2、W3、W4,四组-二引脚跳线J21，二引脚跳线J23、PCF8591芯片以及一个发

2、光二极管LED12组成。图1-1A/D、D/A转换实验硬件连接图其硬件原理图如图1-2所示。图1-2A/D、D/A转换实验硬件原理图30由图1-2可知，该模块数据输入通道A/D转换由电位器W1、W2、W3、W4，跳线J21以及PCF8591芯片实现。电位器W1、W2、W3、W4分别构成了A/D转化的四个模拟量输入通道，它们一端接有电源电压VCC，通过调整各电位器的阻值便可改变各通道电压模拟量的大小。这四个电压模拟量通过J21四组-二引脚跳线连接到PCF8591芯片的AIN0-AIN3端口，该芯片将四组模拟量A/D转化后，利用SCL和SDA两条信号线

3、将转化好的数据量传输给单片机，并用8位LED数码管分4组进行显示。当然，J21可以通过4个跳冒连接4路AD，则模拟量输入由电位器电压给定（如上述分析）；如果需要使用外部电压源输入，可以拔掉跳冒，然后电压源接至J21的2、4、6、8引脚。数据输出通道D/A转换由PCF8591芯片、跳线J23以及发光二极管LED12实现。首先单片机通过SCL和SDA两条信号线将待转化的数字量传输给芯片PCF8591，D/A转换完成后则经过跳线J23将模拟电压值加到发光二极管上，而二极管的亮度则反映了D/A转化模拟量的大小。J23上若连有跳冒则DA输出直接到LED12，

4、若拔掉跳冒则LED不起作用，这时可以在J23的第1脚和地之间测量电压或者波形。（2）PCF8591芯片通过上述分析可知，PCF8591芯片是实现该A/D、D/A转换的核心芯片，同时它还要完成与单片机的数据通信工作。PCF8591是具有I2C总线接口的8位A/D及D/A转换器。有4路A/D转换输入，1路D/A模拟输出。这就是说，它既可以作A/D转换也可以作D/A转换。A/D转换为逐次比较型。引脚图如图1-3所示。结构图如图1-4所示。电源电压典型值为5V。图1-3PCF8591引脚图AIN0～AIN3：模拟信号输入端。A0～A3：引脚地址端。VDD、

5、VSS：电源端。（2.5～6V）SDA、SCL：I2C总线的数据线、时钟线。OSC：外部时钟输入端，内部时钟输出端。EXT：内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时EXT接地。AGND：模拟信号地。AOUT：D/A转换输出端。VREF：基准电源端。30图1-4PCF8591结构图I2C总线是Philips公司推出的串行总线，整个系统仅靠数据线（SDA）和时钟线（SCL）实现完善的全双工数据传输，即CPU与各个外围器件仅靠这两条线实现信息交换。I2C总线系统与传统的并行总线系统相比具有结构简单、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

6、等优点。PCF8591是一种具有I2C总线接口的A/D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。●器件总地址PCF8591采用典型的I2C总线接口器件寻址方法，即总线地址由器件地址、引脚地址和方向位组成。飞利蒲公司规定A/D器件地址为1001。引脚地址为A2A1A0，其值由用户选择，因此I2C系统中最多可接23=8个具有I2C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。●控制

7、字节控制字节用于实现器件的各种功能，如模拟信号由哪几个通道输入等。控制字节存放在控制寄存器中。总线操作时为主控器发送的第二字节。其格式如下所示：其中：D1、D0两位是A/D通道编号：00通道0，01通道1，10通道2，11通道3D2自动增益选择（有效位为1）D5、D4模拟量输入选择：00为四路单数入、01为三路差分输入、10为单端与差分配合输入、11为模拟输出允许有效D6模拟量输出允许标志位当系统为A/D转换时，模拟输出允许为0。模拟量输入选择位取值由输入方式决定：四路单端输入时取00，三路差分输入时取01，单端与差分输入时取10，二路差分输入时取

8、11。最低两位时通道编号位，当对0通道的模拟信号进行A/D转换时取00，当对1通道的模拟信号进行A/D转换时取01，当对2