🎯 蓝桥杯单片机学习笔记——PCF8591 完全攻略

写在前面：PCF8591 就像是单片机世界里的"翻译官"，它能把现实世界的模拟信号（光线、电压）翻译成单片机能懂的数字语言，也能把数字指令翻译成模拟电压输出。掌握它，你就掌握了单片机与现实世界对话的钥匙！🔑

---

📍 一、设备地址：PCF8591 的"身份证号码"

1.1 地址构成原理

每个 PCF8591 芯片都有一个独特的"身份证号"，就像快递包裹上的地址一样，只有写对了地址，数据才能准确送达。

地址结构（8位二进制）：

┌─────────┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────┐
│    1    │    0    │    0    │    1    │   A2    │   A1    │   A0    │   R/W   │
└─────────┴─────────┴─────────┴─────────┴─────────┴─────────┴─────────┴─────────┘
  固定前缀(1001)                          硬件地址(可配置)              读写位

1.2 蓝桥杯开发板默认配置

在蓝桥杯的开发板上，A0、A1、A2 三个引脚都接地（都是 0），所以：

操作类型	二进制地址	十六进制	记忆技巧
写操作	1001 0000	0x90	9️⃣0️⃣ 就像"就要写"的谐音
读操作	1001 0001	0x91	9️⃣1️⃣ 比写操作多 1，表示"读一读"

💡 比喻理解：这就像寄快递，1001 是省份代码（固定的），000 是街道门牌号（硬件决定的），最后一位是告诉快递员你是要"寄件（写）“还是"收件（读）”。

---

🔌 二、IIC 协议：两根线的"对话艺术"

2.1 IIC 总线的两条"生命线"

IIC（Inter-Integrated Circuit）协议就像两个人用对讲机通话，只需要两根线就能完成复杂的数据传输：

信号线	全称	作用	形象比喻
SCL	Serial Clock Line	时钟线，控制数据传输节奏	🎵 指挥家的指挥棒，打拍子控制节奏
SDA	Serial Data Line	数据线，双向传输数据	🚚 双向车道，可以来回运货

2.2 主从设备的"君臣关系"

• 主设备（Master）：掌握 SCL 时钟线的控制权，就像皇帝掌握朝政节奏
• 从设备（Slave）：听从主设备的节奏，按时钟信号工作，就像大臣听从皇帝调遣

在蓝桥杯中，单片机是主设备，PCF8591 是从设备。

2.3 三种关键信号

IIC 通信就像一场正式的会议，需要遵循严格的礼仪：

🟢 起始信号（Start）—— “会议开始！”

SCL 保持高电平时，SDA 从高电平跳变到低电平
就像主持人敲响会议锤："现在开会！"

时序图：

SDA: ‾‾‾‾‾\______
SCL: ‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾
     ↑ 起始信号

🔵 应答信号（ACK）—— “收到，明白！”

从设备拉低 SDA，表示"我听到了，继续说"
就像开会时点头示意"嗯，我在听"

🔴 停止信号（Stop）—— “散会！”

SCL 保持高电平时，SDA 从低电平跳变到高电平
就像主持人宣布："今天的会议到此结束！"

时序图：

SDA: ______/‾‾‾‾‾
SCL: ‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾
     ↑ 停止信号

---

🎛️ 三、控制字：告诉 PCF8591 “你要听谁说话”

PCF8591 有 4 个模拟输入通道（AIN0~AIN3），就像一个有 4 个耳朵的机器人，你需要告诉它用哪只耳朵听。

3.1 蓝桥杯常用通道配置

传感器类型	通道编号	控制字	记忆口诀
光敏电阻	AIN1	0x41	4️⃣1️⃣ “是一（AIN1）号光敏”
滑动变阻器	AIN3	0x43	4️⃣3️⃣ “是三（AIN3）号滑动”

3.2 控制字的二进制解析

以 0x41 为例：

0x41 = 0100 0001
       │││└─┴─ 通道选择：01 = AIN1
       ││└──── 自动增量标志：0 = 不自动切换
       │└───── 模拟输入编程：00 = 四路单端输入
       └────── 使能 DAC 输出：0 = 不使能

💡 小白理解：控制字就像点菜单，0x41 就是告诉服务员"我要 1 号套餐（光敏电阻的数据）"。

---

🔄 四、A/D 转换：把"模拟世界"翻译成"数字语言"

4.1 转换流程图解

┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│  现实世界的模拟信号（光线强度、电压变化）                  │
└────────────────┬────────────────────────────────────────┘
                 │
                 ▼
         ┌───────────────┐
         │  PCF8591 芯片  │  ← 8位 ADC 转换器
         │   (翻译官)     │
         └───────┬───────┘
                 │
                 ▼
    ┌────────────────────────┐
    │  数字量 (0~255)         │  ← 单片机能理解的数字
    └────────────────────────┘

4.2 读取步骤详解（六步走战略）

unsigned char Ad_Read(unsigned char addr)
{
    unsigned char temp;
    
    // 【第1步】发送起始信号 —— "喂，PCF8591，醒醒！"
    I2CStart();
    
    // 【第2步】发送写地址 0x90 —— "我要给你下命令了"
    I2CSendByte(0x90);
    I2CWaitAck();  // 等待 PCF8591 点头："嗯，我在听"
    
    // 【第3步】发送控制字 —— "请帮我读取 XX 通道的数据"
    I2CSendByte(addr);  // 比如 0x41（光敏）或 0x43（滑动）
    I2CWaitAck();
    
    // 【第4步】重新发送起始信号 —— "现在切换到接收模式"
    I2CStart();
    
    // 【第5步】发送读地址 0x91 —— "把数据告诉我吧"
    I2CSendByte(0x91);
    I2CWaitAck();
    
    // 【第6步】接收数据 —— "收到！"
    temp = I2CReceiveByte();
    I2CSendAck(1);  // 发送非应答信号："够了，不用再说了"
    
    // 【第7步】发送停止信号 —— "通话结束，挂了"
    I2CStop();
    
    return temp;  // 返回 0~255 的数字
}

🎭 戏剧化理解：这就像打电话订外卖：

1. 拨通电话（起始信号）
2. “喂，是XX餐厅吗？”（发送 0x90）
3. “我要点一份宫保鸡丁”（发送控制字）
4. 挂断后重新拨打（重新起始）
5. “请问我的外卖做好了吗？”（发送 0x91）
6. “好了，马上送”（接收数据）
7. “谢谢，再见”（停止信号）

---

🎨 五、D/A 转换：把"数字指令"变成"模拟电压"

5.1 转换原理

PCF8591 的 DAC（数模转换器）就像一个"调光旋钮"，你给它一个 0~255 的数字，它就输出对应的 0~5V 电压。

换算公式：

输出电压 = (输入数值 / 255) × 5V

输入数值	输出电压	应用场景
0	0V	完全关闭 LED
51	1V	微弱亮度
102	2V	中等亮度
153	3V	较亮
204	4V	很亮
255	5V	最大亮度

5.2 写入函数详解

void Da_Write(unsigned char value)
{
    // 【第1步】起始信号
    I2CStart();
    
    // 【第2步】发送写地址
    I2CSendByte(0x90);
    I2CWaitAck();
    
    // 【第3步】发送 DAC 使能控制字
    I2CSendByte(0x40);  // 0x40 表示启用 DAC 输出
    I2CWaitAck();
    
    // 【第4步】发送要转换的数值（0~255）
    I2CSendByte(value);
    I2CWaitAck();
    
    // 【第5步】停止信号
    I2CStop();
}

💡 生活比喻：这就像用遥控器调节空调温度，你按"+"号（发送数值），空调就会调整到对应温度（输出电压）。

---

📦 六、完整底层驱动代码详解

6.1 iic.h 头文件（接口声明）

#ifndef __IIC_H_
#define __IIC_H_

// ========== 基础 IIC 协议函数 ==========
void I2CStart(void);              // 发送起始信号
void I2CStop(void);               // 发送停止信号
void I2CSendByte(unsigned char byt);     // 发送一个字节
unsigned char I2CReceiveByte(void);      // 接收一个字节
unsigned char I2CWaitAck(void);          // 等待应答信号
void I2CSendAck(unsigned char ackbit);   // 发送应答信号

// ========== PCF8591 专用函数 ==========
unsigned char Ad_Read(unsigned char addr);  // AD 转换读取
void Da_Write(unsigned char value);         // DA 转换写入

#endif

6.2 iic.c 实现文件（核心代码）

#include "iic.h"
#include "reg52.h"
#include "intrins.h"

#define DELAY_TIME 10

// 定义 IIC 引脚
sbit sda = P2 ^ 1;  // 数据线
sbit scl = P2 ^ 0;  // 时钟线

// ========== 延时函数（微调时序） ==========
static void I2C_Delay(unsigned char n)
{
    do {
        _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
        _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
        _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();  
    } while(n--);       
}

// ========== 起始信号 ==========
void I2CStart(void)
{
    sda = 1;  // 先拉高数据线
    scl = 1;  // 再拉高时钟线
    I2C_Delay(DELAY_TIME);
    sda = 0;  // 数据线下降沿 → 起始信号
    I2C_Delay(DELAY_TIME);
    scl = 0;  // 拉低时钟线，准备传输    
}

// ========== 停止信号 ==========
void I2CStop(void)
{
    sda = 0;  // 先拉低数据线
    scl = 1;  // 再拉高时钟线
    I2C_Delay(DELAY_TIME);
    sda = 1;  // 数据线上升沿 → 停止信号
    I2C_Delay(DELAY_TIME);
}

// ========== 发送一个字节（高位先发） ==========
void I2CSendByte(unsigned char byt)
{
    unsigned char i;
    for(i=0; i<8; i++) {
        scl = 0;  // 拉低时钟，准备数据
        I2C_Delay(DELAY_TIME);
        
        // 根据最高位设置 SDA
        if(byt & 0x80) {
            sda = 1;
        } else {
            sda = 0;
        }
        I2C_Delay(DELAY_TIME);
        
        scl = 1;  // 拉高时钟，从设备读取数据
        byt <<= 1;  // 左移一位，准备下一位
        I2C_Delay(DELAY_TIME);
    }
    scl = 0;  // 传输完成，拉低时钟
}

// ========== 接收一个字节 ==========
unsigned char I2CReceiveByte(void)
{
    unsigned char da = 0;
    unsigned char i;
    
    for(i=0; i<8; i++) {   
        scl = 1;  // 拉高时钟，读取数据
        I2C_Delay(DELAY_TIME);
        da <<= 1;  // 左移一位，准备接收新位
        if(sda) {
            da |= 0x01;  // 如果 SDA 为高，最低位置 1
        }
        scl = 0;  // 拉低时钟
        I2C_Delay(DELAY_TIME);
    }
    return da;    
}

// ========== 等待应答信号 ==========
unsigned char I2CWaitAck(void)
{
    unsigned char ackbit;
    scl = 1;  // 拉高时钟
    I2C_Delay(DELAY_TIME);
    ackbit = sda;  // 读取应答位（0=应答，1=非应答）
    scl = 0;
    I2C_Delay(DELAY_TIME);
    return ackbit;
}

// ========== 发送应答信号 ==========
void I2CSendAck(unsigned char ackbit)
{
    scl = 0;
    sda = ackbit;  // 0=应答，1=非应答
    I2C_Delay(DELAY_TIME);
    scl = 1;
    I2C_Delay(DELAY_TIME);
    scl = 0; 
    sda = 1;  // 释放 SDA
    I2C_Delay(DELAY_TIME);
}

// ========== AD 读取函数 ==========
unsigned char Ad_Read(unsigned char addr)
{
    unsigned char temp;
    
    I2CStart();
    I2CSendByte(0x90);  // 写地址
    I2CWaitAck();
    I2CSendByte(addr);  // 控制字（选择通道）
    I2CWaitAck();
    
    I2CStart();  // 重新起始
    I2CSendByte(0x91);  // 读地址
    I2CWaitAck();
    temp = I2CReceiveByte();
    I2CSendAck(1);  // 发送非应答信号
    I2CStop();
    
    return temp;
}

// ========== DA 写入函数 ==========
void Da_Write(unsigned char value)
{
    I2CStart();
    I2CSendByte(0x90);
    I2CWaitAck();
    I2CSendByte(0x40);  // DAC 使能控制字
    I2CWaitAck();
    I2CSendByte(value);  // 要转换的数值
    I2CWaitAck();
    I2CStop();
}

---

🎯 七、实战应用案例

7.1 读取光敏电阻值

#include "iic.h"
#include "Seg.h"  // 假设你有数码管显示函数

void main()
{
    unsigned char light_value;
    
    while(1) {
        // 读取光敏电阻（通道 AIN1）
        light_value = Ad_Read(0x41);
        
        // 在数码管上显示（0~255）
        Seg_Buf[0] = light_value / 100 % 10;
        Seg_Buf[1] = light_value / 10 % 10;
        Seg_Buf[2] = light_value % 10;
        
        Delay_ms(100);  // 延时 100ms
    }
}

7.2 同时读取多个传感器（重要！）

⚠️ 注意：PCF8591 有一个"数据滞后"特性，第一次读取的是上一次转换的结果。

错误示范：

light = Ad_Read(0x41);  // 读到的可能是上次的数据
slide = Ad_Read(0x43);  // 读到的可能是光敏的数据

正确做法（读两次，取第二次）：

Ad_Read(0x41);  // 第一次读取，丢弃
light = Ad_Read(0x41);  // 第二次读取，这才是真实数据

Ad_Read(0x43);  // 第一次读取，丢弃
slide = Ad_Read(0x43);  // 第二次读取，这才是真实数据

💡 比喻理解：这就像问别人"你吃了吗？"，第一次回答的可能是上顿饭的情况，第二次才是这顿饭的真实情况。

---

🔊 八、继电器与蜂鸣器控制（附加功能）

8.1 控制原理

蓝桥杯开发板上的继电器和蜂鸣器通过 74HC573 锁存器控制，需要特定的操作步骤。

控制流程：

1. 准备数据 → P0 口
2. 打开锁存器 → P2 = 0xA0（Y5 译码）
3. 锁存数据 → P2 = 0x1F（关闭所有译码）

8.2 继电器控制函数

void Relay(unsigned char flag)
{
    static unsigned char temp = 0x00;
    static unsigned char temp_Old = 0xFF;
    
    if(flag) {
        temp |= 0x10;   // 第 4 位置 1（继电器在 P0.4）
    } else {
        temp &= ~0x10;  // 第 4 位清 0
    }
    
    // 只有状态改变时才操作（避免频繁刷新）
    if(temp != temp_Old) {
        P0 = ~temp;  // 蓝桥杯板子是低电平有效
        P2 = (P2 & 0x1F) | 0xA0;  // 打开 Y5 锁存器
        P2 &= 0x1F;  // 关闭所有锁存器
        temp_Old = temp;
    }
}

// 使用示例
Relay(1);  // 打开继电器
Relay(0);  // 关闭继电器

8.3 蜂鸣器控制函数

void Beep(unsigned char flag)
{
    static unsigned char temp = 0x00;
    static unsigned char temp_Old = 0xFF;
    
    if(flag) {
        temp |= 0x40;   // 第 6 位置 1（蜂鸣器在 P0.6）
    } else {
        temp &= ~0x40;  // 第 6 位清 0
    }
    
    if(temp != temp_Old) {
        P0 = ~temp;
        P2 = (P2 & 0x1F) | 0xA0;
        P2 &= 0x1F;
        temp_Old = temp;
    }
}

// 使用示例
Beep(1);  // 蜂鸣器响
Beep(0);  // 蜂鸣器停

8.4 位操作详解

// 假设 temp = 0b00000000

temp |= 0x10;   // 或运算，第 4 位置 1
// 结果：0b00010000

temp &= ~0x10;  // 与非运算，第 4 位清 0
// 结果：0b00000000

💡 比喻理解：

• |= 就像"开灯"，不管原来是什么状态，都把指定位置打开
• &= ~ 就像"关灯"，不管原来是什么状态，都把指定位置关闭

---

📊 九、常见问题与解决方案

问题 1：读取的数据总是 0 或 255

可能原因：

• IIC 时序不对（延时太短或太长）
• 硬件连接问题（SDA/SCL 接反）
• 没有上拉电阻（IIC 需要上拉）

解决方案：

// 增加延时时间
#define DELAY_TIME 20  // 原来是 10，改成 20 试试

问题 2：切换通道后数据不对

原因： PCF8591 的"数据滞后"特性

解决方案：

// 读两次，取第二次
Ad_Read(0x41);  // 丢弃
light = Ad_Read(0x41);  // 真实数据

问题 3：DA 输出电压不准确

检查清单：

• 是否发送了正确的控制字（0x40）
• 输入数值是否在 0~255 范围内
• 用万用表测量 AOUT 引脚电压

---

📚 十、知识点总结

知识点	关键内容	记忆口诀
设备地址	写 0x90，读 0x91	“就要写，就要读”
IIC 信号	起始、应答、停止	“起承转合”
控制字	光敏 0x41，滑动 0x43	“是一光，是三滑”
AD 转换	0~255 对应模拟量	“数字翻译官”
DA 转换	0~255 对应 0~5V	“电压调节器”
数据滞后	读两次取第二次	“第一次是旧闻”

---

🎉 结语

掌握 PCF8591，你就打开了单片机与模拟世界对话的大门。记住：

IIC 协议是语言，PCF8591 是翻译官，你的代码是指挥棒！

加油，蓝桥杯的勇士们！愿你们在比赛中所向披靡！🏆

---

📌 快速查询表

// 常用代码片段
light = Ad_Read(0x41);  // 读光敏
slide = Ad_Read(0x43);  // 读滑动
Da_Write(128);          // 输出 2.5V
Relay(1);               // 开继电器
Beep(1);                // 响蜂鸣器