中北大学。
课程设计说明书。
学生姓名学号。
学院信息商务学院。
专业电气工程及其自动化。
题目： 基于pcf8591的直流电动机转速控制。
指导教师职称： 讲师
指导教师职称： 讲师。
2024年6月1日。
1 引言 1
1．1设计任务与要求 1
2设计过程 1
2. 1设计过程及步骤 1
2．1．1芯片的介绍 1
2．1．2设计思路4
2．1．3电路设计 5
3测试 84总结 9
附录a 源程序 10
参考文献： 19
现在工业生产中，电机是主要的驱动设备，目前在直流电机拖动系统中已大量采用晶闸管装置控制电机的kz—d拖动系统，取代了笨重的发电机-电动机的f—d系统，又伴随着电子技术的高度发展，促进使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速又进入了一个新的阶段，智能化，高可靠性已成为它的发展趋势。直电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了1．1 设计任务与要求。
设计一个基于pcf8591的直流电动机转速控制电路，在相应的软件控制下可以完成要求的功能，即使用具有iic接口的pcf8591模数与数模转换芯片，使用1602lcd液晶显示屏显示pcf8591模数与数模转换芯片上的4个通道的模数转换结果，同时，0通道的转换结果再通过pcf8591转换为模拟信号，经过放大后调控直流电动机的转速。
1）pcf8591
pcf8591 是一种具有 i2c 总线接口的 8 位 a/d d/a 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。 i2c 总线是philips （飞利浦）公司推出的串行总线，它与传统的通信方式相比具有读写方便，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， 可靠性高等优点。
pcf8591 为单一电源供电（2.5 6 v）典型值为 5 v，cmos 工艺 pcf8591 有 4 路 8 位 a/d 输入，属逐次比较型，内含采样保持电路； 1 路 8 位 d/a 输出，内含有 dac的数据寄存器 a/d d/a 的最大转换速率约为 11 khz，但是转换的基准电源需由外部提供 pcf8591 的引脚功能如图2.1所示。
图 2.1 pcf8591引脚功能。
在 pcf8591 内部的可编程功能控制字有两个，一个为地址选择字，另一个为转换控制字 pcf8591 采用典型的i2c总线接口的器件寻址方法，即总线地址由器件地址引脚地址和方向位组成 philips （飞利浦）公司规定 a/d器件高四位地址为 1001，低三位地址为引脚地址a0a1a2，由硬件电路决定，地址选择字格式具体描述如表2 所示因此 i2c 系统中最多可接 23=8 个具有总线接口的 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。
图2.2 地址选择字格式描述。
d0：读写控制位，对转换器件进行读操作时为1 ，进行写操作时为0。d1,d2,d3：
引脚硬件地址设置位，由硬件电路设定该pcf8591的物理地址。d7,d6,d5,d4：器件地址位固定为的转换控制字存放在控制寄存器中，用于实现器件的各种功能总线操作时为主控器发送的第二字节转换控制字的格式功能具体描述如图2.
3所示。
图2.3 转换控制字格式描述。
d0,d1：通道选择位。00 ：
通道 0； 01：通道1 ； 10：通道2； 11：
通道3。d2：自动增量允许位，为 1时，每对一个通道转换后自动切换到下一通道进行转换，为0 时不自动进行通道转换，可通过软件修改进行通道转换d3：
特征位，固定位0。d4,d5：模拟量输入方式选择位 。
00：输入方式0 ，四路单端输入；01 ：输入方式 1，三路差分输入；10 ：
输入方式2，二路单端输入，一路差分输入； 11：输入方式3 ，两路差分输入。d6：
模拟输出允许位，a/d 转换时设置为 （地址选择字d0 位此时设置为1 ），d/a 转换时设置为 1（地址选择字位此时设置为 ）。d7：特征位，固定为0。
pcf8591的a/d 转换为逐次比较型，在 a/d转换周期中借用 dac及高增益比较器对 pcf8591进行写读操作后便立即启动 a/d转换，并读出a/d 转换结果在每个应答信号的后沿触发转换周期，采样模拟电压并读出前一次转换后的结果。a/d转换中，一旦 a/d采样周期被触发，所选择通道的采样电压便保存在采样，保持电路中，并转换成8 位二进制码（单端输入）或二进制补码（差分输入）存放在adc数据寄存器中等待器件读出。如果控制字节中自动增量选择位置 1，则一次a/d 转换完毕后自动选择下一通道 。
读周期中读出的第一个字节为前一个周期的转换结果 。上电复位后读出的第一字节为80h。pcf8591的a/d 转换亦使用的是i2c 总线的读方式操作完成的 。
其数据操作格式如图 2.4所示。
图2.4 a/d转换数据操作格式。
其中data0~datan 为 a/d的转换结果，分别对应于前一个数据读取期间所采样的模拟电压。a/d 转换结束后，先发送一个非应答信号位a 再发送结束信号位p。 灰底位由主机发出，白底位是由pcf8591 产生。
上电复位后控制字节状态为00h ，在 a/d转换时须设置控制字，即须在读操作之前进行控制字节的写入操作。逻辑操作波形时序图如图2.5所示。
图2.5 a/d转换逻辑操作波形时序图。
2）lcd1602
lcd1602液晶显示容量：16×2个字符，芯片工作电压：4.
5—5.5v，工作电流：2.
0ma(5.0v)，模块最佳工作电压：5.
0v，字符尺寸：2.95×4.
35(w×h)mm。
1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：
清显示，指令码01h,光标复位到地址00h位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00h。
指令3：光标和显示模式设置 i/d：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 s:
屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：
显示开关控制。 d：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 c：
控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 b：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：
光标或显示移位 s/c：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：
功能设置命令 dl：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 n：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 f:
低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器ram地址设置。
指令8：ddram地址设置。指令9：
读忙信号和光标地址 bf：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：
写数据。指令11：读数据。
本次设计要求设计利用带有iic接口的pcf8592模数与数模转换芯片，实现对直流电机转速的控制。利用pcf8591芯片通道0采集到的模拟量，再次由ad转换成模拟量输出去控制直流电机的转速，由于d/a输出的的电流普遍偏小，而此不能直接驱动电机，要加上放大电路，而选用的直流电机是12v的da的最大输出电压是5v，因此要先进行电压放大，采用lm358运放，将电压放大两倍，这样最高输出电压是10v，由于运放的驱动能力还是很弱，因此要进行电流放大，这边采用三极管进行电压放大，以射极跟随器的方式进行放大。
由设计思路在ptotues上面画出总的电路图如下：
图2.6 总的电路图。
2)放大电路及直流电机驱动电路如图2.7
图2.7 放大电路。
如图所示pcf8591的d/a输出经过电阻r6接到运放lm358的同向输入端，设da的输出电压为vda，lm358运放的输出电压为vda*（1+r5/r4）=2*vda，所以lm358对pcf8591的d/a输出电压放大两倍，lm358输出的电压经过三极管s8050组成的射极跟随器后的输出到直流电机的电压为2*vda-vbe(三极管基极和发射极的导通电压)。这样就组成了对d/a输出的电压，进行电压放大和电流放大，最后去驱动直流电机的驱动电路。
3)pcf8591应用电路如下图2.8
图2.8 pcf8591应用电路。
pcf8591应用电路如上图所示，iic接口scl，sda各接一个10k的上拉电阻。a0、a1、a2接地，这样对pcf8591写话地址为0x90,对pcf8591写的话地址为0x90。pcf8591的vref参考电压引脚接+5v，这样a/d的最大输入电压是5v，d/a的最大输出电压也是5v，pcf8591的四个a/d道道接四个可调电阻，用来改变输入电压的大小。
4）单片机最小系统电路。
图2.9 单片机最小系统电路。
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