Подключение АЦП/ЦАП модуля PCF8591 к Arduino: схема и программа

Аналого-цифровое преобразование играет исключительно важную роль в современных электронных устройствах. К примеру, многие датчики выдают на свой выход аналоговый сигнал, а микроконтроллеры могут оперировать только с цифровыми (двоичными) значениями, поэтому чтобы согласовать выход такого датчика со входом микроконтроллера, необходимо использование аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Некоторые микроконтроллеры, например, AVR, Arduino, MSP430, PIC16F877A, имеют в своем составе встроенные АЦП. Однако некоторые современные микроконтроллеры не имеют встроенных АЦП, например, 8051, Raspberry Pi. Поэтому с такими микроконтроллерами используют внешние АЦП, например, микросхемы ADC0804, ADC0808.

На нашем сайте вы можете посмотреть следующие проекты, использующие АЦП/ЦАП:

В этой же статье мы рассмотрим подключение АЦП/ЦАП модуля PCF8591 к плате Arduino.

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
АЦП/ЦАП модуль PCF8591 (PCF8591 ADC/DAC Module) (купить на AliExpress).
Потенциометр 100 кОм – 2 шт. (купить на AliExpress).
Соединительные провода.

АЦП/ЦАП модуль PCF8591

PCF8591 представляет собой 8-битный аналого-цифровой (АЦП) или цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), соответственно, диапазон возможных значений после АЦП составляет для него от 0 до 255. Также модуль содержит фоторезистор и терморезистор (термистор). Модуль имеет 4 аналоговых входа и один аналоговый выход. Модуль работает по протоколу I2C, соответственно, линия SCL используется для синхронизации, а линия SDA – для передачи данных. Модуль работает от питающего напряжения 2.5-6V и имеем низкое энергопотребления в режиме ожидания (бездействия).

Значением входного напряжения можно управлять с помощью ручки потенциометра, присутствующего в составе модуля. Также в составе модуля есть три переключателя: J4 – позволяет подключать цепь термистора, J5 – позволяет подключать цепь фоторезистора, J6 – позволяет подключать цепь регулировки напряжения. Для доступа к этим цепям можно использовать адреса этих переключателей (джамперов): 0x50 для J6, 0x60 для J5 и 0x70 для J4. В составе модуля есть два светодиода: D1 показывает интенсивность (уровень) выходного напряжения, а D2 показывает уровень питающего напряжения. То есть чем больше уровни выходного и питающего напряжений, тем, соответственно, более ярко горят светодиоды D1 и D2.

Внешний вид и назначение контактов (распиновка) модуля PCF8591 показаны на следующем рисунке.

Схема проекта

Схема подключения АЦП/ЦАП модуля PCF8591 к плате Arduino представлена на следующем рисунке.

Как видите, схема достаточно проста. В этой схеме мы будем считывать аналоговые значения с любого из аналоговых контактов и изменять эти значения с помощью потенциометра 100 кОм. Контакты VCC и GND модуля подключены к контактам 5V и GND платы Arduino. Контакты SDA и SCL модуля подключены к контактам A4 и A5 платы Arduino – это обеспечивает связь по протоколу I2C. Средний контакт потенциометра подключен к контакту AIN0 модуля PCF8591. Контакты данных (D4-D7) ЖК дисплея подключены к цифровым контактам D5-D2 платы Arduino, а контакты RS и EN ЖК дисплея подключены к контактам D12 и D11 платы Arduino. Контакт V0 ЖК дисплея подключен к потенциометру, который используется для регулировки его яркости.

Внешний вид собранной конструкции проекта показан на следующем рисунке.

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы и видео, демонстрирующее работу схемы, приведены в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим основные фрагменты кода программы.

Первым делом в программе нам необходимо подключить библиотеки для использования возможностей протокола I2C и для работы с ЖК дисплеем.

#include<Wire.h>
#include <LiquidCrystal.h>

1 2	#include<Wire.h> #include <LiquidCrystal.h>

После этого определим (объявим) ряд макросов. В первом макросе будет записан адрес шины (адрес ведомого – в нашем случае это модуль PCF8591) для протокола I2C, а во втором – адрес первого входного контакта (AIN0) модуля PCF8591 (он подключен к потенциометру в схеме).

#define PCF8591 (0x90 >> 1)
#define AIn0 0x00

1 2	#define PCF8591 (0x90 >> 1) #define AIn0 0x00

Далее сообщим плате Arduino, к каким ее контактам подключен ЖК дисплей и инициализируем переменную, в котором будем хранить значение, считываемое с аналогового контакта модуля PCF8591.

const int rs = 12, en = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
int Value = 0;

const int rs = 12, en = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;

LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

int Value = 0;

В функции void setup() мы инициализируем связь по протоколу I2C и ЖК дисплей для работы в режиме 16х2.

void setup()
{
 Wire.begin();
 lcd.begin(16,2);
}

void setup()

{

Wire.begin();

lcd.begin(16,2);

}

В функции void loop() мы начнем обмен данными с модулем PCF8591 с помощью команды Wire.beginTransmission. Далее мы дадим команду модулю PCF8591 на считывание аналоговых значений на своем входе AIN0 (вторая строка в коде). Затем мы завершим передачу с помощью функции Wire.endTransmission и запросим измеренное аналоговое значение (Wire.requestFrom) с модуля PCF8591.

void loop()
{
 Wire.beginTransmission(PCF8591);
 Wire.write(AIn0);
 Wire.endTransmission();
 Wire.requestFrom(PCF8591, 1);

void loop()

{

Wire.beginTransmission(PCF8591);

Wire.write(AIn0);

Wire.endTransmission();

Wire.requestFrom(PCF8591, 1);

Далее мы сохраним принятое с модуля PCF8591 значение в переменной Value и выведем это значение на экран ЖК дисплея.

Value=Wire.read();
 lcd.print("ADC Value=");
 lcd.print(Value);
 delay(500);
 lcd.clear();}

Value=Wire.read();

lcd.print("ADC Value=");

lcd.print(Value);

delay(500);

lcd.clear();}

После подачи питания на схему и загрузки программы в плату Arduino вы сможете наблюдать считываемое аналоговое значение на экране ЖК дисплея. Изменять это значение можно с помощью ручки потенциометра.

Исходный код программы (скетча)

#include <LiquidCrystal.h>
#include<Wire.h>
#define PCF8591 (0x90 >> 1)
#define AIN0 0x00
const int rs = 12, en = 11, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
int Value = 0;
void setup()
{
  Wire.begin();
  lcd.begin(16,2);
}
void loop()
{
  Wire.beginTransmission(PCF8591);
  Wire.write(AIN0);
  Wire.endTransmission();
  Wire.requestFrom(PCF8591, 1);
  Value = Wire.read();
  lcd.print("ADC Value=");
  lcd.print(Value);
  delay(500);
  lcd.clear();
}

#include <LiquidCrystal.h>

#include<Wire.h>

#define PCF8591 (0x90 >> 1)

#define AIN0 0x00