利用8位da，利用8位补码计算13-10

1）实验正点原子先锋FPGA开发板

2）摘自《开拓者FPGA开发指南》更多信息请关注微信正点原子

3）全套实验源码+说明书+视频下载地址

第31章AD/DA实验

PCF8591是一款具有I2C总线接口的8位AD/DA转换芯片。它们由于功耗低、控制简单、封装小而被广泛应用。

用于远程数据采集、电力监控和其他应用的低功耗转换器。本章我们将使用FPGA开发板。

PCF8591器件实现AD/DA转换。

本章由以下部分组成

第311章PCF8591介绍

第312章实验任务

313硬件设计

314编程

315下载确认

PCF8591简介

PCF8591是一款单片集成、单电源、低功耗8位CMOS数据采集和转换器件。

它具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。PCF8591的功能包括多路复用模拟输入。

输入、片内跟踪保持、8位AD转换和8位DA转换，最大转换速度取决于I2C。

总线的最高速度。

PCF8591内部功能模块框图如图3111所示。

图3111PCF8591功能框图

它使用I2C总线配置状态寄存器，然后将数模转换数据发送到DAC。

数据寄存器。片上数模转换器将其转换为相应的模拟电压。片上DAC

它由连接到外部参考电压的256端子电阻分压器电路和选择器开关组成。连接器解码器开关1

通过AOUT接口将连接器连接到DAC输出线，如下图3112所示。

图3112DAC电阻电路。

片上DAC还可与逐次逼近ADC结合使用。为了在AD转换进行时保持DA转换的电压输出，该器件

配备采样保持电路。

AIN0~AIN3为复用模拟输入接口。外部模拟信号通过多个通道。

模拟输入接口复用后，通过比较器进行采样维护和采样。

使用逐次逼近变换技术将其转换为数字信号。

PCF8591采用I2C总线协议与控制器进行通信，I2C总线协议的详细介绍请参考

参见“EEPROM读写实验”。PCF8591的设备地址由固定部分和可编程部分组成。可编辑的

程序部分根据地址引脚A0、A1、A2进行设置，第8位为读写控制位R/W，格式如下图。

图3113设备地址格式示意图

传输完设备地址和读写控制位后，传输控制字。PCF8591使用以下方式将控制字存储在控制寄存器中

控制设备功能。控制字格式如下

图3114控制字格式图

控制字的位6用于启用模拟输出，位5和4用于对模拟输入进行编程。当第5拍时

如果第四位为00，则AIN0~AIN3为四个单端输入，如果为01，则AIN0~AIN3为三个差分输入，如果为10，则为AIN0。

AIN3至AIN3是两个单端输入和一个差分输入，对于11，AIN0至AIN3是两个差分输入。在这个实验中，我们使用了四个单打。

终端输入。第二位是自增标志，该位为高电平有效。当自增标志位设置为1时，通道号自动增加

运动增加。如果您选择的输入通道不存在，则将分配最大的可用通道编号。

启用后，选择的下一个通道将始终是通道0。位1和0用于选择通道号。00是通道0，01是通道号。

是通道1，10是通道2，11是通道3。位7和3保留供将来使用，应设置为0。电源重置

之后，控制寄存器中的所有位都将为0。

进行DA转换时，发送控制字后，发送待转换的8位数据，并将这8位数据存储在PCF8591中。

该值存储在DAC数据寄存器中，并使用片上DA转换器转换为相应的模拟电压输出。转换电压如图3115所示。

标记

图3115DA转换电压

图3116DA转换时序图

在DA转换时序图中，您可以看到转换数据的第一个字节被传输。

当PCF8591发送响应信号时，DAC仍会输出之前转换的值，PCF8591发送响应信号后，DAC开始输出相应的模拟值。

伪电压。

当开始AD转换时，AD转换周期始终通过向PCF8591发送有效的读取模式命令来启动。

AD转换周期在每个确认时钟脉冲的后沿触发，并且在当前AD数据寄存器的数据传输期间执行转换。

其工作原理如下图3117所示。

图3117AD转换时序图

在图3117中，DATABYTE0是当前存储在ADC寄存器中的值，即第一个

这是转换前的值。当发送DATABYTE0时，PCF8591对所选模拟输入通道的输入电压进行采样，并将其转换为相应的电压。

8位二进制码是DATABYTE1的数据。转换结果存储在ADC数据寄存器中。上电复位后，ADC发送

寄存器中的数据默认为0x80，因此读取的第一个ADC数据为0x80。

本实验采用单端输入，转换特性如下图所示。

图3118单端输入的AD转换特性。

可见，转换精度Vlsb与参考电压VREF和模拟地AGND有关，ADC转换的数据也与转换有关。

这与交换准确性有关。AGND引脚应连接到系统模拟地，因此通常为0。

实验任务

本节的实验工作是在PioneerFPGA开发板上使用PCF8591模块实现数模和模数转换。FPGA输出

0到255的数字信号经过DAC转换得到模拟信号。然后我们使用ADC来采集模拟信号并

设定的电压值显示在数码管上。

硬件设计

Trailblazer开发板的PCF8591接口部分示意图如图3131所示。

图3131PCF8591接口原理图

上图可以看到，设备地址的可编程引脚全部接地，所以PCF8591的设备地址为

7:48。参考电压为33V，AGND接地，因此AD转换精度Vlsb=3

3-0

256

001289，转换后的值为

徒劳的

=256

三

三。

对于实验工作，DA转换输出引脚AOUT应连接到AD输入引脚。这里我们选择

AIN0，对应的控制字设置为8'h40。

本实验中各端口信号引脚分配如下表所示。

表3131ADC模数DAC数模转换实验引脚分配

编程

根据实验工作，可以粗略规划系统的控制过程。FPGA首先通过I2C总线写入PCF8591。

输入DA转换数据后，从PCF8591中读取AD转换值，并将其转换为实际的模拟电压。

并用数码管显示出来。系统功能框图如下

图3141ADC模数DAC数模转换系统框图。

程序中各模块的端口及信号连接如图3142所示。

图3142顶部模块原理图

顶层模块实例化IIC驱动模块、PCF8591AD、DA转换模块。

共有三个模块数码管驱动模块。并实现各模块的控制和数据信号的交互。PCF8591AD

DA转换模块调用IIC驱动模块与PCF8591通信，将处理后的AD值发送给数码管显示。

PCF8591DA、AD转换模块调用IIC驱动模块实现DA、AD转换。

然后将读取的AD值转换为模拟电压并传输至数码管驱动模块进行显示。

IIC驱动模块PCF8591采用IIC协议，因此采用IIC驱动模块来实现FPGA。

PCF8591之间的通信。

数码管驱动模块数码管驱动模块显示AD转换得到的电压值。

顶层模块的代码是

1个模块adda_top

2//系统时钟

3输入sys_clk,//系统时钟

4inputsys_rst_n,//复位系统

5

6//PCF8591接口

7输出scl,//i2c时钟线

8输入SDA,//I2C数据线

9

10//用户界面

11output[5:0]sel,//选择数码管位

12output[7:0]seg_led//选择数码管段

13；

14

15//参数定义

16参数SLAVE_ADDR=739;b0;//字地址位控制参数16b/8b

18参数CLK_FREQ=2639;d250_000;//I2CSCL时钟频率

20个参数POINT=6

54SLAVE_ADDRSLAVE_ADDR,//从机地址从机地址，这里输入，方便参数传递

55CLK_FREQCLK_FREQ,//i2c_dri模块驱动时钟频率CLK_FREQ

56I2C_FREQI2C_FREQ//I2CSCL时钟频率

57u_i2c_dri

58//全局时钟

59clksys_clk,//i2c_dri模块的驱动时钟CLK_FREQ

60rst_nsys_rst_n,//信号复位

61//i2c接口

62i2c_execi2c_exec,//I2C触发运行信号。

63bit_ctrlBIT_CTRL,//设备地址位控制16b/8b

64i2c_rh_wli2c_rh_wl,//I2C读写控制信号

65i2c_addri2c_addr,//I2C设备内部地址

66i2c_data_wi2c_data_w,//I2C要写入的数据

67i2c_data_ri2c_data_r,//I2C读取的数据

68i2c_donei2c_done,//我2C操作一气呵成

69sclscl,//I2CSCL时钟信号

70sdasda,//I2CSDA信号

71//用户界面

72dri_clkclk//I2C操作时钟

73；

74

75//动态数码管显示模块示例

76Seg_Redu_Seg_Red

77//模块时钟

78clksys_clk,//时钟信号

79rst_nsys_rst_n,//信号复位

80//seg_led接口

81selsel,//位选择

82seg_ledseg_led,//选择段

83//用户界面

84datanum,//显示值

85点POINT,//小数点具体显示位置从高到低，高位有效。

86en139;b0//符号位

88；

89

90端模块

顶层模块主要完成其他模块的实例化，包括I2C驱动

一、怎么用51单片机编写正弦波，有程序的更好，谢谢？

。

通过量化从0到255的正弦波周期的幅度并将这256个值存储在程序空间中，微控制器定期按顺序拉出这些值并将它们发送到DA转换器。对DA输出进行低通滤波，得到正弦波。为了节省空间，您可以利用正弦波的对称性。如果您只存储1/4周期数据，然后运行一个简单的算法，您可以获得正弦波。

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