Zbernica i2c: PCF8591

Modul YL-40

Modul YL-40 obsahuje kombinovaný A/D a D/A prevodník PCF8591 a niekoľko ďalších komponentov. K mikroprocesoru ho pripájame cez konektor J3, ktorý okrem napájania obsahuje aj dva komunikačné signály rozhrania i2c - SCL (Serial Clock) a SDA (Serial Data). Na druhej strane modulu sa nacháda konektor J2, na ktorom sú štyri analógové vstupy a jeden analógový výstup. Adresa modulu je nastavená na pevno signálmi A0, A1 a A2 a nedá sa zmeniť. Na module sa nachádza aj trimer (premenlivý rezistor nastaviteľný nástrojom), ktorým si ľahko možno overiť správnu funkciu A/D prevodníka. Okrem toho je na module aj termistor a fotoodpor, ktoré umožňujú realizovať orientačné merania teploty a osvetlenia. Ak potrebujete využiť všetky štyri analógové vstupy, dajú sa tieto prvky odpojiť prepojkami J4, J5 a J6.

Analógový výstup je pripojený na signalizačnú LED diódu (zelená), takže sa dá tento výstup kontrolovať vizuálne. Žiaľ, LED dióda predstavuje pomerne veľkú záťaž, takže výstupné napätie nie je veľmi presné a nedosiahne ani max. možnú úroveň. Pre kvalitnejšiu aplikáciu by sme museli LED diódu alebo rezistor odpájkovať. Okrem toho je na module červená LED dióda, ktorá signalizuje prítomnosť napájacieho napätia.

Ain 0	J5	fotorezistor (s rastúcou hodnotou osvetlenia hodnota klesá)
Ain 1	J4	NTC termistor (s rastúcou teplotou hodnota klesá)
Ain 2	--	nezapojený (náhodné čísla)
Ain 3	J6	potenciometer ( 0 - 255 )

Schéma zapojenia modulu YL-40.

Vstupy a výstupy modulu YL-40 (ak neviete ako ho pripojiť k Arduinu, pozrite si zapojovací diagram).

PCF8591

Integrovaný obvod PCF8591 je jednočipový kombinovaný obvod 8-bitového A/D a D/A prevodníka vyrobený technológiou CMOS. Je určený na pripojenie k zbernici I2C, pričom na vstupoch A0, A1 a A2 vieme nastaviť adresu zariadenia a pripojiť tak na jednu zbernicu až 8 takýchto obvodov. Obvod má štyri analógové vstupy a jeden analógový výstup. Vstupy aj výstup využívajú jediný a spoločný prevodník, takže prevod je multiplexovaný a pri využití všetkých 5 I/O musíme počítať s poklesom rýchlosti.

Maximálna rýchlosť prevodov je limitovaná rýchlosťou zbernice I2C.

Block Diagram

Blokový diagram obvodu 8591.

Vlastnosti

• Štyri nezávislé analógové napäťové vstupy (rozsah 0-5 V)
• Možnosť využiť vždy dva vstupy ako jeden diferenciálny
• Jeden analógový napäťový výstup (rozsah 0-5 V)
• Interný 8-bitový A/D prevodník pracujúci metódou postupnej aproximácie
• Pripojenie cez zbernicu I2C bus
• Rozsah napájania: 2,5 - 6 V DC; režim so zníženou spotrebou
• Adresa nastaviteľná v rozsahu 0x90-9F

Software

Pri tvorbe programu pre modul budeme využívať už hotovú knižnicu i2cmaster dostupnú odtiaľto http://senzor.robotika.sk/mmp/src/i2c/

1. Inicializácia

Najprv je potrebné zbernicu inicializovať:

         i2c_init();                                       // initialize I2C library

2. Čítanie z A/D prevodníka

Potom môžeme prečítať hodnotu na analógovom vstupe č. 3, na ktorom je pripojený trimer:

Postupnosť pre čítanie hodnoty z obvodu 8591.

/*    value = AnlogRead-From-PCF8591(channel);   */	

         i2c_start( PCF8591_ADDR << 1 | I2C_WRITE);        // set device address and write mode
         i2c_write(channel);                               // which channel want to read
         i2c_stop();
         i2c_rep_start(PCF8591_ADDR << 1 | I2C_READ);      // repeated start for reading
         i2c_readAck();                                    // read dummy byte
 value = i2c_readNak();                                    // read Analog value
         i2c_stop();

3. Zápis na analógový výstup

A napokon prečítanú hodnotu zapíšeme na analógový výstup, takže zmenu priamo uvidíme na pripojenej zelenej LED dióde.

Postupnosť pre zápis hodnoty do obvodu 8591.

 /*    AnalogWrite-To-PCF8591(value);   */	
	
         i2c_start((PCF8591_ADDR << 1 | I2C_WRITE));       // set device address and write mode
         i2c_write(CONTROL BYTE);                          // set analog output active 
         i2c_write(value);                                 // write the required Analog Output value (0-255)
         ...                                               // multiple write possible
         i2c_stop();                                       // set stop conditon = release bus

Program je samozrejme vhodné doplniť o zobrazovanie veličín buď na LCD displeji, alebo v termináli cez sériové rozhranie.

Pri vytváraní riadiaceho slova by vám mal napomôcť tento obrázok z datasheetu:

Obsadenie riadiaceho registra obvodu 8591.

Úlohy

1. Pripojte modul YL-40 k svojmu mikropočítaču.
2. Napíšte program, ktorý prečíta hodnotu z analógového vstupu 3, na ktorom je potenciometer a
3. tú istú hodnotu zapíšte na analógový výstup.
4. Zobrazte hodnotu aj na displeji/sériovej linke.
5. Otestujte aj termistor a fotorezistor.

Resource

• PCF8591 datasheet. Rev.7, NXP, 2013.-
• Rob Tillaart: Arduino PCF8591 Library
• Produktová stránka u dodávateľa: https://techfun.sk/produkt/adda-prevodnik-pcf8591-kabliky/
  • Schéma zapojenia https://www.elecrow.com/download/PCF8591-sch.pdf
  • https://navody.dratek.cz/navody-k-produktum/ad-da-prevodnik-pcf8591.html (cestina)
  • https://www.best-microcontroller-projects.com/pcf8591.html
• Asi najpodrobnejší opis funkcie modulu sa dá nájsť v knihe
  Warren Gay: Custom Raspberry Pi Interfaces. Design and build hardware interfaces for the Raspberry Pi. https://doi.org/10.1007/978-1-4842-2406-9 Apress, Berkeley, CA 2017. Volne stiahnutelna knizka.