基于51单片机控制的波形输出

2023-05-16

介绍

本模块采用PCF8591，它是一款AD-DA集成芯片。所以本节对iic通信协议不做过多的介绍，重心放在iic的rtl建模，本次通过iic控制PCF8591实现DAC输出功能。及输出波形将数字量转为模拟量通过矩阵按键可以进行调节模式设定频率的大小，数值可以在lcd屏幕上进行显示。

pcf8951

原理图

在这里插入图片描述

附控制程序

uchar code SinWave[] = {	 //正弦波波表
	127,133,139,145,151,158,164,170,175,181,
	187,192,198,203,208,212,217,221,225,229,
	233,236,239,242,245,247,249,251,252,253,
	254,254,255,254,254,253,252,251,249,247,
	245,242,239,236,233,229,225,221,217,212,
	208,203,198,192,187,181,175,170,164,158,
	151,145,139,133,127,120,114,108,102,95,
	89,83,78,72,66,61,55,50,45,41,
	36,32,28,24,20,17,14,11,8,6,
	4,2,1,1,0,0,0,0,0,1,
	1,2,4,6,8,11,14,17,20,24,
	28,32,36,41,45,50,55,61,66,72,
	78,83,89,95,102,108,114,120
};

uchar code TriWave[] = {  //三角波波表
	0,4,8,12,16,20,24,28,32,36,
	40,44,48,52,56,60,64,68,72,76,
	80,84,88,92,96,100,104,108,112,116,
	120,124,128,132,136,140,144,148,152,156,
	160,164,168,172,176,180,184,188,192,196,
	200,204,208,212,216,220,224,228,232,236,
	240,244,248,252,255,252,248,244,240,236,
	232,228,224,220,216,212,208,204,200,196,
	192,188,184,180,176,172,168,164,160,156,
	152,148,144,140,136,132,128,124,120,116,
	112,108,104,100,96,92,88,84,80,76,
	72,68,64,60,56,52,48,44,40,36,
	32,28,24,20,16,12,8,4
};

uchar code SawWave[] = {
	0,8,16,24,32,40,48,56,64,72,//锯齿波
	80,88,96,104,112,120,128,136,144,152,
	160,168,176,184,192,200,208,216,224,232,
	240,248,256,264,272,280,288,296,304,312,
	320,328,336,344,352,360,368,376,384,392,
	400,408,416,424,432,440,448,456,464,472,
	480,488,496,504,512,520,528,536,544,552,
	560,568,576,584,592,600,608,616,624,632,
	640,648,656,664,672,680,688,696,704,712,
	720,728,736,744,752,760,768,776,784,792,
	800,808,816,824,832,840,848,856,864,872,
	880,888,896,904,912,920,928,936,944,952,
	960,968,976,984,992,1000,1008,1016
};

uchar code FangWave[] = {
	255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,//方波
	255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,
	255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,
	255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,
	255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,
	255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,
	255,255,255,255,0,0,0,0,0,0,
	0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
	0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
	0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
	0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
	0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
	0,0,0,0,0,0,0,0	
};

void main()
{
	InitLcd1602();
	EA = 1;//开总中断
	pWave = SinWave;//默认正弦波
	SetWaveFreq(10);//默认频率10Hz
	lastaddend = 10;
	LcdShowStr(0,0,"Zheng Xian Bo");
	LcdShowStr(0,1,"Ping Lv:");
	LcdShowStr(8,1,"10");
	LcdShowStr(11,1,"Hz");//位置不再改变
	TMOD &= 0xf0;
	TMOD |= 0x01;
	TH0 = 0xFC;	//为T0赋初值0xFC67，定时1ms
	TL0 = 0x67;
	ET0 = 1;	//使能T0中断
	TR0 = 1;	//启动T0
	while(1)
	{
		KeyDriver();//调用按键驱动
	}
}

void Shownumber(uchar *str, uchar dat)
{
	signed char i = 0;
	uchar buf[6];

	do {
		buf[i++] = dat % 10;
		dat /= 10;
	}  while (dat > 0);
	while(i-->0)
	{
		*str++ = buf[i] + '0';
	}
	*str = '\0';
}

//进入频率设置
void EnterFreSet()
{
	LcdSetCursor(8, 1);
	LcdOpenCursor();//打开光标
	setIndex = 2;
}

//退出时间设置函数
void ExitFreSet(bit save)
{
	static unsigned long j;
	if (save)
	{	
		if(addend <= 24)
		{
			SetWaveFreq(addend);
			lastaddend = addend;
		}
		else//如果超过范围
		{
			LcdAreaClear(8,1,8);
			LcdShowStr(8, 1, ">24");
			for(j=8000;j>0;j--);
			LcdAreaClear(8,1,8);
			LcdShowStr(11,1,"Hz");
			addend = 0;//清空数值    
			EnterFreSet();
			return;	
		}		
	}
	else//要考虑恢复到上一次的时间
	{
		Shownumber(str,lastaddend);
		LcdAreaClear(8,1,3);
		LcdShowStr(8, 1, str);
	}
	setIndex = 0;
	addend = 0;
	LcdCloseCursor();
	Shownumber(str,setIndex);
	//LcdShowStr(15, 1, str);
}

void KeyAction(uchar keycode)
{
	static uchar cnt = 0;
	static uchar index = 0;
	if ((keycode >= '0') &&(keycode<='9')&&setIndex==2)//进入设置状态
	{
		LcdSetCursor(8, 1+index);
		//LcdOpenCursor();//打开光标
		addend = addend * 10 + (keycode - '0');
		Shownumber(str,addend);
		LcdAreaClear(8,1,3);
		LcdShowStr(8, 1, str);
		index ++;
	}
	else if (keycode == 0x26)
	{
		cnt++;
		if(cnt == 10)
			cnt = 0;
		//在三种波形间循环切换
		if (cnt == 2)
		{
			LcdAreaClear(0,0,16);
			LcdShowStr(0,0,"San Jiao Bo");
			pWave = TriWave;
		}
		else if (cnt == 4)
		{
			LcdAreaClear(0,0,16);
			LcdShowStr(0,0,"Ju Chi Bo");				 
			pWave = SawWave;
		}
		else if (cnt == 6)
		{
			LcdAreaClear(0,0,16);
			LcdShowStr(0,0,"Fang Bo");
			pWave = FangWave;
		}
		else if (cnt == 8)
		{
			LcdAreaClear(0,0,16);
			LcdShowStr(0,0,"Zheng Xian Bo");
			pWave = SinWave;
		}	
	}
	else if (keycode == 0x0d)//回车键
	{
		if (setIndex == 0)//不处于设置状态时，进入设置状态
		{
			EnterFreSet();
		}
		else//已处于设置状态时，保存时间并退出设置
		{
			index = 0;
			ExitFreSet(1);
		}
	}
	else if(setIndex == 2 && keycode == 0x1b)//ESC键
	{
		index = 0;
		ExitFreSet(0);
	}
}


//设置DAC输出值，val-设定值
void SetDACOut(uchar val)
{
	I2CStart();
	if (!I2CWrite(0x48<<1))
	{
		I2CStop();
		return;
	}
	I2CWrite(0x40);
	I2CWrite(val);
	I2CStop();
}
//设置输出波形的频率，freq-设定频率
void SetWaveFreq(uchar freq)
{
	unsigned long tmp;

	tmp = (11059200/12) / (freq*32*3.6);  //这才是频率为10HZ的频率图
	tmp = 65536 - tmp;
	T1RH = (uchar)(tmp>>8);
	T1RL = (uchar) tmp;
	TMOD &= 0x0f;
	TMOD |= 0x10;
	TH1 = T1RH;
	TL1 = T1RL;
	ET1 = 1;
	PT1 = 1;//设置为高优先级
	TR1 = 1;//启动T1	
}

//T1中断服务函数，执行波形输出
void InterruptTimer1() interrupt 3 
{
	static uchar i = 0;

	TH1 = T1RH;
	TL1 = T1RL;
	//循环输出波形中的数据
	SetDACOut(pWave[i]);
	i++;
	if (i >= 128)
	{
		i=0;
	}
}


#include <reg52.h>
#include <intrins.h>

#define uchar unsigned char
#define I2CDelay() {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}
sbit I2C_SCL = P3^7;
sbit I2C_SDA = P3^6;

extern void LcdShowStr(uchar x, uchar y, uchar *str);

//产生总线起始信号
void I2CStart()
{
	I2C_SDA = 1;//首先确保SDA, SCL都是高电平
	I2C_SCL = 1;
	I2CDelay();
	I2C_SDA = 0;//先拉低SDA
	//起始信号的条件是SCL为高电平期间,SDA由高电平向低电平产生一个下降沿
	I2CDelay();
	I2C_SCL = 0;//再拉低SCL
}

//产生总线停止信号
void I2CStop()
{
	I2C_SCL = 0;//首先要确保SDA, SCL都是低电平
	I2C_SDA = 0;
	I2CDelay();
	I2C_SCL = 1;//先拉高SCL
	I2CDelay();
	I2C_SDA = 1;//再拉高SDA
	//停止信号的条件是SCL为高电平期间,SDA由低电平向高电平产生一个上降沿
	I2CDelay();
}

//I2C总线写操作，dat-待写入字节，返回值-从机应答位的值
bit I2CWrite(uchar dat)
{
	bit ack;
	uchar mask;//用于探测字节内某一位值的掩码变量
	//mask=1000 0000向右进1，即为1100 0000
	for (mask = 0x80; mask!=0; mask>>=1)//从高位到低位依次进行
	{
		if ((mask&dat) == 0)//该为输出到SDA上
			I2C_SDA = 0;
		else
			I2C_SDA = 1;
		I2CDelay();
		I2C_SCL = 1;
		I2CDelay();
		I2C_SCL = 0;
	}
	I2C_SDA = 1;//8位数据发送完后，主机释放SDA,以检测从机应答
	I2CDelay();
	I2C_SCL = 1;//拉高SCL
	ack = I2C_SDA;//读取此时的SDA值，即为从机的应答值
	I2CDelay();
	I2C_SCL = 0;//再拉低SCL完成应答位，并保持住总线
	return (~ack);//返回从机应答值
}


//I2C总线读操作，并发送非应答信号，返回值-读到的字节
uchar I2CReadNAK()
{
    uchar mask;
    uchar dat;

    I2C_SDA = 1;//首先确保主机释放SDA
    for (mask=0x80;mask!=0;mask>>=1)//从高位到低位依次进行    
	{
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 1;//拉高SCL
        if (I2C_SDA == 0)//读取SDA的值          
			dat &= ~mask;//为0时，dat对应位清零
        else
            dat |= mask;//为1时，dat对应位置1
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 0;//再拉低SCL以使从机发出下一位
    }
    I2C_SDA = 1;//8位数据发送完以后，拉高SDA，产生非应答信号
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 1;//拉高SCL
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 0;//再拉低SCL完成非应答为位，并保持住总线

    return dat;
}

//I2C总线读操作，并发送应答信号，返回值-读到的字节
uchar I2CReadACK()
{
    uchar mask;
    uchar dat;

    I2C_SDA = 1;//首先确保主机释放SDA
    for (mask=0x80;mask!=0;mask>>=1)//从高位到低位依次进行    
	{
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 1;//拉高SCL
        if (I2C_SDA == 0)//读取SDA的值          
			dat &= ~mask;//为0时，dat对应位清零
        else
            dat |= mask;//为1时，dat对应位置1
        I2CDelay();
        I2C_SCL = 0;//再拉低SCL以使从机发出下一位
    }
    I2C_SDA = 0;//8位数据发送完以后，拉高SDA，产生应答信号
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 1;//拉高SCL
    I2CDelay();
    I2C_SCL = 0;//再拉低SCL完成非应答为位，并保持住总线

    return dat;
}

#include <reg52.h>

#define uchar unsigned char
#define lcd1602_db P0

sbit lcd1602_rs = P1^0;
sbit lcd1602_rw = P1^1;
sbit lcd1602_e = P1^5;

void LcdWaitReady()
{
	uchar sta;
	lcd1602_db = 0xff;
	lcd1602_rs = 0;
	lcd1602_rw = 1;
	do {
		lcd1602_e = 1;
		sta = lcd1602_db;
		lcd1602_e = 0;
	} while(sta & 0x80);//只是检测是否忙没有执行任何操作,1表示在忙,0表示空闲
}

//向液晶写入一行命令，cmd-待写入命令值
void LcdWriteCmd(uchar cmd)
{
	LcdWaitReady();
	lcd1602_rs = 0;//0为命令
	lcd1602_rw = 0;//0表示写入
	lcd1602_db = cmd;
	lcd1602_e = 1;//产生高脉冲
	lcd1602_e = 0;
}

//向液晶写入一字节数据，dat-待写入数据值
void LcdWriteDat(uchar dat)
{
	LcdWaitReady();
	lcd1602_rs = 1;//1为数据
	lcd1602_rw = 0;//0表示写入
	lcd1602_db = dat;
	lcd1602_e = 1;//产生高脉冲
	lcd1602_e = 0;
}

//设置显示RAM起始地址，亦即光标位置，(x,y)-对应屏幕上的字符坐标
void LcdSetCursor(uchar x, uchar y)
{
	uchar addr;
	if(y==0)
		addr = 0x00 + x;//这意味着第一个显示字符x=0
	else
		addr = 0x40 + x;
	LcdWriteCmd(addr | 0x80);//设置RAM地址
}

/*
//在液晶上显示字符串,和设置函数的功能部分重复
void LcdShowStr(uchar x,uchar y,uchar *str,uchar len)
{
	LcdSetCursor(x, y);	
	while(len--)//通过长度来改变，而静态显示时是通过判断最后一个字符是否为/0,while(*str!='\0')
	{
		LcdWriteDat(*str++);
	}
}
*/

void LcdShowStr(uchar x,uchar y,uchar *str)
{
	LcdSetCursor(x, y);	
	while(*str != '\0')//通过长度来改变，而静态显示时是通过判断最后一个字符是否为/0,while(*str!='\0')
	{
		LcdWriteDat(*str++);
	}
}

//打开光标闪烁效果
void LcdOpenCursor()
{
	LcdWriteCmd(0x0f);
}

//关闭光标显示
void LcdCloseCursor()
{
	LcdWriteCmd(0x0c);
}

//区域清除，清除从(x,y)坐标起始的len个字符位
void LcdAreaClear(uchar x,uchar y,uchar len)
{
	LcdSetCursor(x, y);
	while(len--)
	{
		LcdWriteDat(' ');
	}
} 


//整屏清除
void LcdFullClear()
{
	LcdWriteCmd(0x01);
}


//初始化1602液晶
void InitLcd1602()
{
	LcdWriteCmd(0x38);//写入
	LcdWriteCmd(0x0c);//显示器开，光标关闭
	LcdWriteCmd(0x06);//文字不动，地址自动+1
	LcdWriteCmd(0x01);//清屏操作
}
#include <reg52.h>

sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

sbit KEY_IN_1 = P2^3;
sbit KEY_IN_2 = P2^2;
sbit KEY_IN_3 = P2^1;
sbit KEY_IN_4 = P2^0;

sbit KEY_OUT_1 = P2^4;
sbit KEY_OUT_2 = P2^5;
sbit KEY_OUT_3 = P2^6;
sbit KEY_OUT_4 = P2^7;

unsigned char code KeyCodeMap[4][4] = {
	{'1', '2', '3', 0x26},//向上键
	{'4', '5', '6', 0x25},//向左键
	{'7', '8', '9', 0x28},//向下键
	{'0',0x1B, 0x0D, 0x27}//ESC键，回车键，向右键
};

unsigned char KeySta[4][4] = {	//全部矩阵按键的当前状态
	{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1}
};

extern void KeyAction(unsigned char keycode);

void KeyDriver()
{
	unsigned char i, j;
	static unsigned char backup[4][4] = {	//按键值备份，保存前一次的值
	{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1},{1,1,1,1}
	};
	for(i=0; i<4; i++)
	{
		for(j=0; j<4; j++)
		{
			if(backup[i][j] != KeySta[i][j])//如果当前值和备份值不同
			{
				if(backup[i][j] != 0)//如果backup[i][j]!=0即当前为按下状态
				{
					//P0 = LedChar[i*4 + j];//将编号显示到数码管
					KeyAction(KeyCodeMap[i][j]);
				}
				backup[i][j] = KeySta[i][j];//更新下一次的备份值
			}
		}
	}	
}

void InterruptTimer0() interrupt 1
{
	unsigned char i;
	static unsigned char keyout = 0;
	static unsigned char keybuf[4][4] = {
	{0xFF,0xFF,0xFF,0xFF}, {0xFF,0xFF,0xFF,0xFF},
	{0xFF,0xFF,0xFF,0xFF},{0xFF,0xFF,0xFF,0xFF}
	};//初始时全为1

	TH0 = 0xFC;
	TL0 = 0x67;
	//按行扫描，keyout为行数的索引
	keybuf[keyout][0] = (keybuf[keyout][0] << 1) | KEY_IN_1;
	keybuf[keyout][1] = (keybuf[keyout][1] << 1) | KEY_IN_2;
	keybuf[keyout][2] = (keybuf[keyout][2] << 1) | KEY_IN_3;
	keybuf[keyout][3] = (keybuf[keyout][3] << 1) | KEY_IN_4;

	for(i=0; i<4; i++)
	{
		if ((keybuf[keyout][i] & 0x0F) == 0x00)
		{
			KeySta[keyout][i]=0;
		}
		else if ((keybuf[keyout][i] & 0x0F) == 0x0F)
		{
			KeySta[keyout][i] = 1;
		}
	}
	keyout++;//到下一行
	keyout = keyout & 0x03;//如果行数索引到4则清零，比if更好
	switch(keyout)
	{
		case 0:KEY_OUT_4 = 1; KEY_OUT_1 = 0; break;//为下一次扫描的行做好准备
		case 1:KEY_OUT_1 = 1; KEY_OUT_2 = 0; break;//因为其余两个值为1，因此只需将上一次被扫描的行值赋1
		case 2:KEY_OUT_2 = 1; KEY_OUT_3 = 0; break;
		case 3:KEY_OUT_3 = 1; KEY_OUT_4 = 0; break;
		default: break;
	}
}

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