一.PCF8591介绍

PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、 8-bitCMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0,A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。不在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。
在这里插入图片描述

PCF8591引脚说明

在这里插入图片描述

AINO0-3是四个模拟输入，VSS为负电源，VDD为正电源，VREF为参考电压，EXT是内部/外部时钟的切换开关（为1时允许从OSC输入时钟信号），OSC是外部时钟信号的输入端，A0~A2为IIC相关的硬件地址，AGND为模拟地，SCL和SDA为IIC的信号线。

PCF8591设置地址

PCF8951的控制字节如下图所示：
在这里插入图片描述

第0、1位控制AD转换的信道，可以选择四个端口的作为模拟信号的输入端，00为信道0，01为信道1，10为信道2，11为信道3；
第3位是自动增量标志位，若置1，每次检测完一个信道后会自动检测下一个信道；
第4位恒为0；
第5、6位控制模拟输入的模式，不同模式有不同数量的信道，一般用单端输入(00)较多;
第7位控制模拟信号输出/输入，AD转换置0，DA转换置1(有资料写只有DA转换必须置1，AD转换置0，1均可)；
第8位恒为0

以上说明可以知道，想要读取AIN1通道的模拟量数值，需要给PCF8591发送地址0x01(0代表0000，设置为AD模式，0代表0001，读取第1通道数据)，想要输出AOUT通道的模拟量数值，需要给PCF8591发送地址0x40(4代表0100，设置为DA模式，0代表0000，输出第0通道数据)

二.PCF8591模块

在这里插入图片描述

功能描述:

主处理芯片为PCF8951
具备电源指示灯（对模块供电后指示灯会亮）
具备DA输出指示灯，当模块DA输出接口电压达到一定值会点亮板上DA输出指示灯，电压越大，指示灯亮度越明显
支持外部4路电压输入采集（电压输入范围0-5V）
集成光敏电阻，可通过AD采集环境光强精确数值
集成热敏电阻，可通过AD采集环境温度精确数值
集成1路0-5V电压输入采集（通过蓝白电位器调节输入电压）

主要性能指标:

采用单电源供电，工作电压范围2.5V-6V
模拟电压范围从VSS到VDD
内置跟踪保持电路
具备较低待机电流
通过12C总线串行输入/输出数据
采样率由12C总线速率决定
通过3个硬件地址引脚寻址
4个模拟口输入可编程为单端或差分
具备自动增量频道选择
AD采样部分采取8-bit逐次逼近A/D转换
具备1路DA数模转换实现模拟量的输出

三.PCF8591模块接口说明

在这里插入图片描述

三.PCF8591连接jetson nano

jetson的3和5引脚为I2C的SDA与SCL，分别连接PCF8591模块的SDA与SCL，然后PCF8591的VCC与GND连接jetson nano 的2引脚(VDC)和6引脚(GND)
在这里插入图片描述

四.jetson nano 获取PCF8591模块的输入输出

python版本代码

安装python库

sudo apt-get install python-smbus
sudo apt-get install python3-smbus

代码获取PCF8591的输入值以及设置输出值

#SMBus (System Management Bus,系统管理总线) 
import smbus   #在程序中导入“smbus”模块
import time

# 0 代表 /dev/i2c-0， 1 代表 /dev/i2c-1 ,具体看使用的Jetson nano的那个I2C来决定
bus = smbus.SMBus(1)  # 创建一个smbus实例

#在nano上查询PCF8591的地址为0x48：“sudo i2cdetect -y 1”
def setup(Addr):
    global address
    address = Addr

def read(chn): #channel
    if chn == 0:
        bus.write_byte(address,0x00)   #发送一个控制字节到设备
    if chn == 1:
        bus.write_byte(address,0x01)
    if chn == 2:
        bus.write_byte(address,0x02)
    if chn == 3:
        bus.write_byte(address,0x03)
    bus.read_byte(address)         # 从设备读取单个字节，而不指定设备寄存器。
    return bus.read_byte(address)  #返回某通道输入的模拟值A/D转换后的数字值

def write(val):
    temp = val  # 将字符串值移动到temp
    temp = int(temp) # 将字符串改为整数类型
    #写入字节数据，将数字值转化成模拟值从AOUT输出
    bus.write_byte_data(address, 0x40, temp) 

if __name__ == "__main__":
    setup(0x48)  # 设置I2C的从设备地址
    #在jetson终端上使用命令“sudo i2cdetect -y 1”，查询出PCF8591的地址为0x48
    while True:
        print(str(time.time()))  # 打印时间戳
        print('电位计值 AIN0 = ', read(0))   #电位计模拟信号转化的数字值
        print('光敏电阻 AIN1 = ', read(1))   #光敏电阻模拟信号转化的数字
        print('热敏电阻 AIN2 = ', read(2))   #热敏电阻模拟信号转化的数字值
        tmp = read(0)  # 将电位计的电压值输出到LED灯上
        # 125以下LED不会亮，所以将“0-255”转换为“125-255”，调节亮度时灯不会熄灭
        # tmp = tmp*(255-125)/255+125 
        write(tmp)
        time.sleep(0.05)

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C++版本代码

本代码为Qt5.9.3框架程序

# cmakeList.txt
make_minimum_required(VERSION 3.5)

project(PCF8591Test VERSION 0.1 LANGUAGES CXX)

set(CMAKE_INCLUDE_CURRENT_DIR ON)
set(CMAKE_AUTOUIC ON)
set(CMAKE_AUTOMOC ON)
set(CMAKE_AUTORCC ON)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

find_package(QT NAMES Qt5 REQUIRED COMPONENTS Widgets)
find_package(Qt${QT_VERSION_MAJOR} REQUIRED COMPONENTS Widgets Gui)
find_package(JetsonGPIO)

set(PROJECT_SOURCES
  main.cpp
  mainwindow.cpp
  mainwindow.h
  mainwindow.ui
)

add_executable(${PROJECT_NAME} ${PROJECT_SOURCES})

target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE Qt${QT_VERSION_MAJOR}::Widgets Qt${QT_VERSION_MAJOR}::Gui)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE JetsonGPIO)

// main.cpp
#include "mainwindow.h"

#include <QApplication>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);
    MainWindow w;
    w.show();
    return a.exec();
}

// mainwindow.h
#ifndef MAINWINDOW_H
#define MAINWINDOW_H

#include <QMainWindow>

#define ADDR_SLAVE1 0x48

QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class MainWindow; }
QT_END_NAMESPACE

class MainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

public:
    MainWindow(QWidget *parent = nullptr);
    ~MainWindow();

private:
    Ui::MainWindow *ui;

    int fd; //设备代表
    char filename[20] = "/dev/i2c-1"; // I2C设备名称
    int ret; //错误代码
    char buf_i2c[1] = {0}; // I2C通讯的接收数据缓存
    char readAddress[1] = {0}; // I2C通讯的发送数据缓存
    unsigned Flag; // 接收数据的Int类型值

    int openI2CDev(char *dev, int *fd); // 设定I2C设备
    int setI2CSlave(int fd, unsigned char addr_slave); // 设定I2C从设备地址
    unsigned int readDateFromI2c(unsigned char address); // 从I2C设备接收数据
    void readDate(); // 读取PCF8591的三个AINT0,AINT1,AINT2的值

public slots:
    // 用于更新界面显示的AINT0,AINT1,AINT2的值
    void updateDate(unsigned int AINT0, unsigned int AINT1, unsigned int AINT2);

signals:
    // 用于发送信号，传递AINT0,AINT1,AINT2的值给槽函数
    void sendDate(unsigned int AINT0, unsigned int AINT1, unsigned int AINT2);

};
#endif // MAINWINDOW_H

// mainwindow.cpp
#include "mainwindow.h"
#include "./ui_mainwindow.h"

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>

#include <QDebug>
#include <QtConcurrent/QtConcurrent>

using namespace std;

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    ret = openI2CDev(filename, &fd); // 打开设备文件，就是打开I2C设备
    if(ret) //判断打开是否成功
    {
        qDebug() << "Failed to open " << filename;
    }

    ret = setI2CSlave(fd, ADDR_SLAVE1); // 设置从设备地址
    if(ret) //判断是否设置成功
    {
        qDebug("Failed to set I2C_SLAVE at address: 0%x", ADDR_SLAVE1);
    }

    //连接显示界面的更新信号和槽函数
    connect(this, &MainWindow::sendDate, this, &MainWindow::updateDate);
    //开启一个子线程用于获取I2C从设备的数据
    QtConcurrent::run(this, &MainWindow::readDate);
}

MainWindow::~MainWindow()
{
    delete ui;
}

int MainWindow::openI2CDev(char *dev, int *fd)
{
    int filed;

    filed = open(dev, O_RDWR);
    if (filed<0)
    {
        qDebug() << "Failed to open " << dev;
        *fd = (int)NULL;
        return -1;
    }
    else
    {
        qDebug() << dev <<" opened ";
        *fd = filed;
        return 0;
    }
}

int MainWindow::setI2CSlave(int fd, unsigned char addr_slave)
{
    int ret;

    ret = ioctl(fd, I2C_SLAVE, addr_slave);
    qDebug("slave address: 0x%x", addr_slave);

    return(ret);
}

unsigned int MainWindow::readDateFromI2c(unsigned char address)
{
    readAddress[0] = address; // 写寄存器地址(将要读取的地址)

    //读取数据前先告诉从设备要读取的寄存器地址
    ret = write(fd, readAddress, 1);
    if(ret!=1)
    {
        qDebug() << "write to i2c device failed!";
    }

    //为防止从设备中有前一次数据的缓存，读取的第一次数据进行丢弃
    ret = read(fd, buf_i2c, 1); // 读取数据
    ret = read(fd, buf_i2c, 1); // 读取数据
    if(ret< -1)
    {
        qDebug() << "Error : transmit Error";
    }
    else
    {
        Flag = buf_i2c[0]; // 转换为Int类型数据
    }

    return Flag;
}

void MainWindow::readDate()
{
    //子线程循环读取数据
    while(1)
    {
        //分别获取PCF8591从设备的AINT0,AINT1,AINT2的值
        unsigned int AINT0 = readDateFromI2c(0x40);
        unsigned int AINT1 = readDateFromI2c(0x41);
        unsigned int AINT2 = readDateFromI2c(0x42);
        usleep(1000);
        //发送信号，让界面更新数据
        emit sendDate(AINT0, AINT1, AINT2);
    }
}

void MainWindow::updateDate(unsigned int AINT0, unsigned int AINT1, unsigned int AINT2)
{
    //将数据显示到界面上
    ui->lcdNumber->display(double(AINT0));
    ui->lcdNumber_2->display(double(AINT1));
    ui->lcdNumber_3->display(double(AINT2));
}