51 外设扩展 — I2C 与 SPI
一、I2C — PCF8591（8 位 ADC + DAC）
芯片特性
- ADC/DAC 分辨率：8 位（ADC 4 通道）
- 通信接口：I2C，最高 100kHz
- 单次转换时间：约 90μs
- 工作电压：2.5V ~ 6V
引脚定义
- AIN0～AIN3：4 路模拟信号输入
- A0～A2：I2C 硬件地址脚
- SDA、SCL：I2C 数据线、时钟线
- AOUT：D/A 模拟输出
- VREF：基准电压
- OSC：外部时钟输入
ADC 转换公式
当 VREF = 5V 时，最小分辨电压为 19.53mV。
I2C 寻址字节
假设 A2、A1、A0 都接地：
| 操作 | 地址 |
|---|---|
| 写操作 | 0x90 |
| 读操作 | 0x91 |
c
#define AddrWR 0x90
#define AddrRD 0x91控制寄存器
| 位 | 功能 |
|---|---|
| D7 | 固定为 0 |
| D6 | 模拟量输出允许（1=允许 DAC） |
| D5、D4 | 模拟输入方式：00=四路单端，01=三路差分，10=单端+差分，11=两路差分 |
| D3 | 固定为 0 |
| D2 | 自动加 1 选择通道（1=使能） |
| D1、D0 | 通道选择：00=CH0，01=CH1，10=CH2，11=CH3 |
练习：选择通道 2，禁用自动加 1，单端输入，禁用模拟输出
D6=0（禁用 DAC）、D5/D4=00（单端）、D2=0（不自动加 1）、D1/D0=10（通道 2）
A/D 转换驱动函数
c
uchar PCF8591_ADC(uchar ch)
{
uchar dat;
Start(); // I2C 起始信号
SendByte(0x90); // 写寻址字节
Ack(); // 读从机应答
SendByte(0x40 | ch); // 写控制字，选择 A/D 通道
Ack(); // 读 A/D 应答
Start(); // 重复起始
SendByte(0x91); // 读 A/D 转换结果
Ack(); // 读从机应答
dat = RcvByte(); // 开始读转换结果
NoAck(); // 主机发 NACK，只读 1 次
Stop(); // I2C 停止信号
return dat;
}注意事项：
- 写控制字前需要先写从机地址
- 读到的是上一次转换的结果（需先启一次转换，再读）
- 这就是为什么代码中要先写控制字，再发一次起始+读地址
D/A 转换驱动函数
c
void PCF8591_DAC(uchar dat)
{
Start();
SendByte(0x90); // 写寻址字节
Ack();
SendByte(0x40); // 写控制字（D6=1，允许 DAC）
Ack();
SendByte(dat); // 写待转换的数字量
NoAck();
Stop();
}二、SPI — TLC549（8 位 ADC）
引脚定义
| 引脚 | 功能 |
|---|---|
| REF+、REF- | 基准电压（2.5V ≤ REF+ ≤ VCC+0.1V） |
| CS | 片选，低电平有效 |
| DATA OUT | 数据串行输出 |
| ANALOG IN | 模拟信号输入 |
| I/O CLOCK | 时钟输入（≤ 1.1MHz） |
转换公式
当 REF+=5V，REF- = 0V 时：
工作时序要点
- CS 拉低 → 启动一次读，同时启动新转换
- 在 CLOCK 下降沿 读每一位
- CS 拉高 → 结束本次传输，等待 ≥ 17μs
接口函数
c
#define uchar unsigned char
sbit TLC549_CLK = P2^3;
sbit TLC549_DO = P2^4;
sbit TLC549_CS = P2^5;
uchar TLC549_ADC(void)
{
uchar i, temp;
TLC549_CLK = 0;
TLC549_CS = 0; // 片选，启动转换
for(i = 0; i < 8; i++)
{
temp <<= 1;
temp |= TLC549_DO; // 读当前位
TLC549_CLK = 1; // 采样下一位
TLC549_CLK = 0; // 准备读
}
TLC549_CS = 1; // 取消选中
delayus(20); // 等待转换完成
return temp; // 返回 8 位数据
}三、SPI — TLC5615（10 位 DAC）
引脚定义
| 引脚 | 功能 |
|---|---|
| DIN | 串行数据输入 |
| SCLK | 串行时钟（≤ 14MHz） |
| CS | 片选，低有效 |
| DOUT | 级联数据输出 |
| REFIN | 基准电压（2V～VDD-2V） |
| OUT | DAC 模拟电压输出 |
转换公式
帧格式
两种可选：12 位或 16 位
- 12 位格式：数据左移 6 位（
dat <<= 6），传 12 个时钟 - 16 位格式：数据左移 2 位（
dat <<= 2），传 16 个时钟
12 位接口函数
c
void TLC5615_DAC(uint dat)
{
uchar i;
dat <<= 6; // 左移 6 位，补 6 个 0
TLC5615_CLK = 0;
TLC5615_CS = 0;
for(i = 0; i < 12; i++)
{
TLC5615_DI = (bit)(dat & 0x8000); // 取 MSB
TLC5615_CLK = 0;
dat <<= 1;
TLC5615_CLK = 1; // 输入当前位
}
TLC5615_CS = 1;
TLC5615_CLK = 0;
delayus(20); // 建立时间 ≥ 12.5μs
}16 位接口函数
c
void TLC5615_DAC(uint dat)
{
uchar i;
dat <<= 2; // 左移 2 位，补 2 个 0
TLC5615_CLK = 0;
TLC5615_CS = 0;
for(i = 0; i < 16; i++)
{
TLC5615_DI = (bit)(dat & 0x8000);
TLC5615_CLK = 0;
dat <<= 1;
TLC5615_CLK = 1;
}
TLC5615_CS = 1;
TLC5615_CLK = 0;
delayus(20);
}应用：正弦波发生器（TLC5615）
每隔 1ms 输出一个正弦波数据，256 个点频率约 4Hz：
c
#include <reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar code sin[256] = {/* 正弦波表，预计算 */};
uint count = 0; // 正弦波表下标
sbit TLC5615_DI = P2^0;
sbit TLC5615_CLK = P2^1;
sbit TLC5615_CS = P2^2;
void main(void)
{
// T0 方式 1，1ms 定时
TMOD |= 0x01;
TH0 = (65536 - 1000) / 256;
TL0 = (65536 - 1000) % 256;
EA = 1; // 开总中断
ET0 = 1; // 开 T0 中断
TR0 = 1; // 启动 T0
while(1); // 空循环，等待中断
}
void T0_ISR() interrupt 1
{
TH0 = (65536 - 1000) / 256; // 重装初值
TL0 = (65536 - 1000) % 256;
TLC5615_DAC(sin[count]); // 输出正弦波
if(++count == 256)
count = 0;
}TLC549 + LCD1602 电压表
采集电压并显示在 LCD1602 第 1 行中间：
c
TMOD |= 0x01;
TH0 = (65536 - 1000)/256; // 1ms
TL0 = (65536 - 1000)%256;
// ... 初始化 ...
void main(void)
{
uint temp;
lcd_ini(); // LCD 初始化
while(1)
{
temp = TLC549_ADC();
w_com(0x84); // 第 1 行第 5 列
w_dat(temp * 195 / 10000 + 0x30); // 电压个位数
w_dat('.'); // 小数点
w_dat(temp * 195 % 10000 / 1000 + 0x30); // 第 1 位小数
w_dat(temp * 195 % 1000 / 100 + 0x30); // 第 2 位小数
w_dat('V');
}
}
temp * 195 / 10000实际是 （因用整数运算简化为乘 195 除 10000）。