鲁东大学毕业设计
A0～A3：地址选择端。
VDD、VSS：电源端。（一般2.5～6V） SDA、SCL：I2C总线的数据、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：模拟信号地输入端。 AOUT：D/A 转换信号输出端。 VREF：基准电源端。
3.3.2 器件地址[6]
PCF9591芯片采用典型的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。飞利蒲公司规定其芯片地址为1001。可选引脚地址为A2、A1、A0，系统中最多可接8个芯片。总线操作时，主控器发送的第一字节由器件地址、引脚地址和方向位组成。控制字节存放在控制寄存器中，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。总线操作时为主控器发送的第二字节。其格式如下所示：
MSB LSB 0 X X X 0 X X X D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
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3
D2 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为两差分输入
D6 模拟输出允许有效（A/D转换时，模拟输出允许为0）
在进行数据操作时，首先是主控器发出起始信号，然后发出读寻址字节，被控器做出应答后，主控器从被控器读出第一个数据字节，主控器发出应答，主控器从被控器读出第二个数据字节，主控器发出应答,一直到主控器从被控器中读出第n个数据字节，主控器发出非应答信号，最后主控器发出停止信号。
3.3.3 D/A转换与A/D转换[7]
D/A转换数据操作格式如下：
S SLAW A CONBYT A Data1 A Data2 A … Data n A P Data1-data n 为待转换的二进制数，S为启动，SLAW为主机发送的PCF8591地址选择字，CONBYT是主机发送的转换控制字，P为停止信号；图中黑底为主机发送，白底PCF8591产生，D/A转换时D6位为1。逻辑操作时序图如下：
9
鲁东大学毕业设计
图14 PCF8591D/A转换时序图
图15 D/A转换数据特征
PCF8591的A/D转换为逐次比较型，周期中借用DAC及高增益比较强。A/D转换中，一旦采样周期触发，所选通道的采样数据便保存在保持电路中，并转换为八位二进制。控制字中自动增量选择位为1，一次转换后自动选择下一通道。上电复位后读出的第一个字节为80H。其数据操作格式如下：
S SLAW A Data0 A Data1 A Data2 A … Data n A P Data 0-data n 为A/D转换结果，分别和前一个数据读期间所采样的模拟电压对应。上电复位后控制字为00H，A/D转换时须进行控制字的写操作。逻辑操作时序图如下：
-
图16 PCF8591 A/D转换时序图
10
鲁东大学毕业设计
图17 单端输入的A/D转换数据特征
4 I2C总线通信系统仿真
仿真调试基本步骤[9]：
（1） 打开keil 软件，新建keil项目，选择51单片机作CPU，新建C语言或汇编
文件，导入SOURCE GROUP 1中，在Option for target 对话框中选择Output选项卡中Creat hex file选项和DBUG选项中的Use：Proteus vsm simulator选项。 （2） 在Proteus IsIs中，选择51单片机左键单击，打开Edit Component对话框，
设置晶体振荡频率12Mhz，在Proteus IsIs菜单栏中选File—Save design选项，保存设置。在Proteus IsIs菜单栏中打开Debug下拉菜单，选Use Remote Debug Monitor选项，和Keil联合调试。 （3） 在Keil菜单栏选择Debug—start/stop Debug session选项，进入调试环境，
调出IsIs界面，观察信号变化。
4.1 I2C总线扩展E2PROM与I/O口
如图18所示总线接有两个单片机，分别控制E2PROM与I/O口芯片，实现各自的功能。I2C总线外接两片储存芯片24C02，由单片机1控制，写地址分别为0xa0，0xa2,读地址分别为0xa1,0xa3。向第一片24C02中00地址写入0x55(85)，01地址写入0xAA(170)。用一个开关选择其中一个地址的数据给数码管显示。显示子程序如下： void display(int k) {
P2=0x01; P0=tab[k/1000]; delay();
11
鲁东大学毕业设计
P2=0x02;
P0=tab[k00/100]; delay(); P2=0x04;
P0=tab[k0/10]; delay(); P2=0x08; P0=tab[k]; delay(); }
另外接一个PCF8574I/O扩展芯片，由单片机2控制，它将四个开关的状态信息传递给四个LED显示。当其中某个开关状态变化，对应LED状态改变。基于I2C总线和I/O扩展芯片PCF8574，可实现两根线控制八个LED。其实现程序见附录。
图18 I2C总线扩展E2PROM与I/O口
12
鲁东大学毕业设计
4.2 I2C总线接PCF8591
PCF8591的D/A、A/D转换基于Proteus和Keil软件仿真电路图如下图[8]：
图19 PCF8591的D/A、A/D转换Proteus电路图
单片机与PCF8591芯片进行串行通信，将通道0输入的模拟信号转换为数字信号，处理后用数码管显示，采用定时器中断的方式来处理显示程序，当模拟信号变化时，数码管显示数据跟随变化。定时器1，方式1（16位），其定时中断程序如下： void Timer1_isr(void) interrupt 3 using 1//定时器1执行数码管动态扫描 {
static unsigned int count,j; TH1=0xff; TL1=0x00; j++; if(j==30) {j=0;ADFlag=1;
} //定时置位AD采样标志位
//重新赋值
13