【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 理器的 I/O 接口相連接，組成自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)克服課模擬傳感器與微處理器接口時(shí)需要信號(hào)調(diào)理電路和 A/D 轉(zhuǎn)換器的弊端，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測(cè)溫等各種溫度控制系統(tǒng)中，數(shù)字溫度傳感器中比較有代表性的有 DS18B20等。 本設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)方便，性能穩(wěn)定，準(zhǔn)確性高，決定選用半導(dǎo)體集成溫度傳感器，由于基于 I2C 總線的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 5 DS18B20 采用的是單總線技術(shù)，不支持 I2C 總線，所以選用 AD590 模擬溫度傳感器。 LCD液晶驅(qū)動(dòng)器的選型 方案一： LCD 字符型液晶驅(qū)動(dòng)器 PCF2113 是 LCD 字符型液晶驅(qū)動(dòng)器，自身帶有 I2C 接口， I2C 速率是 400khz，工作電壓為 5V，可驅(qū)動(dòng)兩行、每行 12 個(gè)字符，片內(nèi)可產(chǎn)生 LCD 偏置電壓，功耗很低且本身自帶片內(nèi) RAM，但是外圍引腳多，操作繁瑣。 方案二： LED 驅(qū)動(dòng)器 ZLG7290 ZLG7290是一種具有 I2C接口的鍵盤及 LED驅(qū)動(dòng)管理器件 , 提供數(shù)據(jù)譯碼和循環(huán)、移位、段尋址等控制。它能夠直接驅(qū)動(dòng) 8位共陰式數(shù)碼管 (或 64只獨(dú)立的 LED ), 并可擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)電壓。 本系統(tǒng)利用 I2C 總線接口，直接用數(shù)碼管顯示，所以選用 ZLG7290 可滿足要求。 A/D轉(zhuǎn)換器的選型 考慮到選用的 A/D 轉(zhuǎn)換器應(yīng)該有 I2C 總線接口，精度達(dá)到 8 位就可以滿足要求，芯片內(nèi)部應(yīng)該有多個(gè)通道來(lái)配合 I2C 總線進(jìn)行多點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，選用 PCF8591 芯片。 本章節(jié)主要介紹了系統(tǒng)的整體方案，給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思路，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)器件進(jìn)行選型，為系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)最好準(zhǔn)備。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 6 3 P89LPC922單片機(jī)及 I2C接口 P89LPC922單片機(jī) 概述 P89LPC922 是一款單片封裝的微控制器，適合于許多要求高集成度、低成本的場(chǎng)合，可以滿足多方面的性能要求。 P89LPC922 采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時(shí)間只需要 2～ 4 個(gè)時(shí)鐘周期， 6 倍于標(biāo)準(zhǔn) 80C51 器件。 P89LPC92 集成了許多系統(tǒng)級(jí)的功能，這樣可大大地減少元件的數(shù)目、電路板面積以及系統(tǒng)的成本。 LPC922的運(yùn)算速度很快，當(dāng)操作頻率為 12MHz時(shí)，除乘法和除法指令外 80C51CPU的指令執(zhí)行時(shí)間為 167~333ns。同一時(shí)鐘頻率 下， LPC922 的速度為標(biāo)準(zhǔn) 80C51 器件的6 倍。只需要較低的時(shí)鐘頻率即可達(dá)到同樣的性能，這樣無(wú)疑降低了功耗 EMI； LPC922的操作電壓范圍為 ～ 。 I/O 口可承受 5V（可上拉或驅(qū)動(dòng)到 ）的電壓；它有2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，每一個(gè)定時(shí)器均可設(shè)置為溢出時(shí)觸發(fā)相應(yīng)端口輸出或作為 PWM輸出； LPC922 有 400kHz字節(jié)寬度的 I2C 通信端口；可以直接實(shí)現(xiàn) I2C 總線通信；有 8個(gè)鍵盤中斷輸入，另加 2 路外部中斷輸入； 4 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；低電平復(fù)位，使用片內(nèi)上電復(fù)位時(shí)不需要外接元件。復(fù)位計(jì)數(shù)器和復(fù)位干擾抑制 電路可防止虛假和不完全的復(fù)位。另外還提供軟件復(fù)位功能；可配置的片內(nèi)振蕩器及其頻率范圍和 RC 振蕩器選項(xiàng)（通過(guò)用戶可編程 Flash配置位選擇），選擇 RC 振蕩器時(shí)不需要外接振蕩器件。振蕩器選項(xiàng)支持的頻率范圍為 20KHz~12MHz可選擇 RC振蕩器選項(xiàng)并且其頻率可進(jìn)行很好的調(diào)節(jié)； LPC922 有可編程端口輸出模式，準(zhǔn)雙向口，開(kāi)漏輸出，推挽和僅為輸入功能模 。 所有口線均有 LED 驅(qū)動(dòng)能力 20mA； LPC922 最少有 15 個(gè) I/O 口，選擇片內(nèi)振蕩和片內(nèi)復(fù)位時(shí)可多達(dá) 18 個(gè) I/O 口。 芯片內(nèi)部框圖 LPC922 單片機(jī) 的功能框圖如 31 所示。 基于 I2C 總線的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 7 圖 31 功能框圖 引腳配置 P0 口是一個(gè)可由用戶定義輸出類型的 8 位 I/O 口。在上電復(fù)位時(shí)， P0 鎖存器配置為內(nèi)部上拉禁止的僅為輸入模式。 P0 口由口配置寄存器設(shè)定為輸出或輸入模式，每一個(gè)管腳均可單獨(dú)設(shè)定。 P0 口具有鍵盤輸入中斷功能。所有管腳都具有施密特觸發(fā)輸入。引腳有 1， 20， 19， 18， 17， 16， 14， 13。 P1 是一個(gè)可由用戶定義輸出類型的 8 位 I/O口。在上電復(fù)位時(shí) P1 鎖存器配置為內(nèi)部上拉禁止的僅為輸入模式 。 P1 口由口配置寄存器設(shè)定為輸出或輸入模式，每一位均可單獨(dú)設(shè)定。 、 作為輸出時(shí)為開(kāi)漏。 為僅為輸入模式。所有管腳都具有施密特觸發(fā)輸入。引腳 12， 11， 10， 9， 8， 4， 3， 2；其中 4 引腳是 RST 外部復(fù)位輸入 (通過(guò) Flash 配置選擇 )。作為復(fù)位管腳時(shí)，輸入的低電平會(huì)使芯片復(fù)位， I/O 口和外圍功能進(jìn)入默認(rèn)狀態(tài)，處理器從地址 0 開(kāi)始執(zhí)行。 P3 口是一個(gè)可由用戶定義輸出類型的 2 位 I/O 口，在上電復(fù)位時(shí)， P3 鎖存器配置為內(nèi)部上拉禁止的僅為輸入模式。 P3 口由口配置寄存器設(shè)定為輸出或輸入模式，每一個(gè)管腳 均可單獨(dú)設(shè)定，所有管腳都具有施密特觸發(fā)輸入。 I/O口 LPC922 有 3 個(gè) I/O 口 P0、 P1 和 P3。 P0 和 P1 為 8 位 I/O 口而 P3 為 2 位 I/O 口。I/O 口的具體數(shù)目取決于所選擇的振蕩和復(fù)位方式，具體如表 31。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 8 表 31 可用的 I/O 口數(shù)目 時(shí)鐘源 復(fù)位選項(xiàng) I/O口數(shù)目 片內(nèi)振蕩器或 看門狗振蕩器 無(wú)外部復(fù)位上電時(shí)除外 18 使用外部復(fù)位腳 RST 17 外部時(shí)鐘輸入 無(wú)外部復(fù)位上電時(shí)除外 17 使用外部復(fù)位腳 RST 16 低 /中 /高速振蕩器 外部晶振或諧振器 無(wú)外部復(fù)位上電時(shí)除外 16 使用外部復(fù)位腳 RST 15 I/O端口配置 除了 3 個(gè)口（ 、 和 ）以外， LPC922 其他所有的 I/O 口均可由軟件配置成 4 種輸出類型之一，四種輸出類型分別為：準(zhǔn)雙向口 （ 標(biāo)準(zhǔn) 8051 輸出模式）（ =0， =0）；推挽（ =0， =1）；開(kāi)漏輸出（ =1，=1）；僅為輸入功能（ =1， =0）。 每個(gè)口配置 2 個(gè)控制寄存器控制每個(gè)管腳輸出類型。 (RST)只能作為輸入口，無(wú)法進(jìn)行配置。 (SCL/T0)和 (SDA/INT0)只能配置為輸入口或開(kāi)漏口。 準(zhǔn)雙向口輸出配置 準(zhǔn)雙向口輸出類型可用作輸出和輸入功能而不需重新配置口線輸出狀態(tài)。這是因?yàn)楫?dāng)口線輸出為 1 時(shí)驅(qū)動(dòng)能力很弱，允許外部裝置將其拉低。當(dāng)管腳輸出為低時(shí)，它的驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，可吸收相當(dāng)大的電流。準(zhǔn)雙向口除了有三個(gè)上拉晶體管適應(yīng)不同的需要外，其特性和開(kāi)漏輸出有些相似。 LPC922 為 3V器件，但管腳可承受 5V電壓。在準(zhǔn)雙向口模式中如果用戶在管腳加上 5V電壓將會(huì)有電流從管腳流向 VDD。這將導(dǎo)致額外的功率消耗，因此建議不要在準(zhǔn)雙向口模式中向管腳施加 5V電壓。 準(zhǔn)雙向口帶有一個(gè)施密特觸發(fā)輸入以及一個(gè)干擾抑制電路。 開(kāi)漏輸出配置 當(dāng)口線鎖存器為 ?0?時(shí)，開(kāi)漏輸出關(guān)閉所有的上拉晶體管而僅驅(qū)動(dòng)端口的下拉晶體管。作為一個(gè)邏輯輸出時(shí)這種配置方式必須有外部上拉，一般通過(guò)電阻 外接到 VDD。 開(kāi)漏端口帶有一個(gè)施密特觸發(fā)輸入以及一個(gè)干擾抑制電路。 僅為輸入配置 該配置無(wú)輸出驅(qū)動(dòng)器，它帶有一個(gè)施密特觸發(fā)輸入口以及一個(gè)干擾抑制電路。 基于 I2C 總線的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 9 推挽輸出配置 推挽輸出配置的下拉結(jié)構(gòu)和開(kāi)漏輸出以及準(zhǔn)雙向口的下拉結(jié)構(gòu)相同，但當(dāng)鎖存器為?1?時(shí)提供持續(xù)的強(qiáng)上拉。推挽模式一般用于需要更大驅(qū)動(dòng)電流的情況。 推挽管腳帶有一個(gè)施密特觸發(fā)輸入以及一個(gè)干擾抑制電路。 中斷 LPC922 采用 4 中斷優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)。這為 P89LPC922 的多中斷源的處理提供了極大的靈活性。 LPC922 支持 12 個(gè)中斷源：外部中斷 0 和 定時(shí)器 0 和 串口 Tx、串口Rx、組合的串口 Tx/Rx、掉電檢測(cè)、看門狗 /實(shí)時(shí)時(shí)鐘、 I2C、鍵盤中斷和比較器 1 和 2。 任何一個(gè)中斷源均可通過(guò)對(duì) IEN0 和 IEN1 中相應(yīng)的位置位或清零，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)使能或禁止。 IEN0 中還包含了一個(gè)全局禁止位 EA，它可禁止所有中斷。 每個(gè)中斷源都可被單獨(dú)設(shè)置為四個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)之一，分別通過(guò)清零或置位 IP0、IP0H、 IP IP1H 中相應(yīng)位來(lái)實(shí)現(xiàn)（ 00——最低優(yōu)先級(jí)， 11——最高優(yōu)先級(jí)）。一個(gè)中斷服務(wù)程序可響應(yīng)更高級(jí)的中斷，但不能響應(yīng)同優(yōu)先級(jí)或低級(jí)中斷。最高 級(jí)中斷服務(wù)程序不響應(yīng)其它任何中斷。如果兩個(gè)不同中斷優(yōu)先級(jí)的中斷源同時(shí)申請(qǐng)中斷時(shí)，響應(yīng)較高優(yōu)先級(jí)的中斷申請(qǐng)。 如果兩個(gè)同優(yōu)先級(jí)的中斷源同時(shí)申請(qǐng)中斷，那么通過(guò)一個(gè)內(nèi)部查詢順序序列確定首先響應(yīng)哪一個(gè)中斷請(qǐng)求，這叫做仲裁隊(duì)列。 I2C總線接口 概述 I2C（全稱： inter integrated chips）是一種串行通信協(xié)議，專利權(quán)歸屬于 Philips 公司。 I2C 有三種速度模式：標(biāo)準(zhǔn)模式（ 0～ 100kbps）、快速模式（ 0～ 400kbps）、高速模式（ 0～ ）。有嚴(yán)格的規(guī)范，如接 口的電氣特性、信號(hào)時(shí)序、信號(hào)傳輸?shù)亩x、總線狀態(tài)設(shè)置、總線管理規(guī)則及總線狀態(tài)處理等。 LPC922 器件提供字節(jié)方式的 I2C 接口所支持的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為 400kHz。 I2C 總線用兩條線 SDA 和 SCL在總線和器件之間傳遞信息。 I2C 總線的傳輸模式是主機(jī)和從機(jī)之間為雙向數(shù)據(jù)傳送，這樣主機(jī)和從機(jī)之間可以相互訪問(wèn)； I2C 總線也是多主機(jī)總線，它不存在中央主機(jī)；在總線上的器件都可以當(dāng)做主機(jī)來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)；多主機(jī)同時(shí)傳送時(shí)進(jìn)行仲裁來(lái)避免總線上數(shù)據(jù)沖突；而且串行時(shí)鐘同步使得不同位速率的器件可以通過(guò)一條串行總線進(jìn)行通信； 典型的 I2C 總線配置如圖 32 所示。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 10 V C CR pR pL P C 9 2 2S D AS C LS C LA / D 轉(zhuǎn) 換S D AS C LL E D 驅(qū) 動(dòng)S D AS C LI 2 C 總 線●●●●●●●● 圖 32 I2C 總線配置 I2C特殊功能寄存器描述 I2DAT 包含要發(fā)送的數(shù)據(jù)或剛接收的數(shù)據(jù)。當(dāng) 8 位直接尋址寄存器沒(méi)有處理移位數(shù)據(jù)時(shí)， CPU可對(duì)其進(jìn)行讀和寫。這意味著用戶只能在 SI 置位時(shí)對(duì) I2DAT 進(jìn)行訪問(wèn)。I2DAT 中的數(shù)據(jù)在 SI 置位時(shí)一直保持不變。 I2DAT 中的數(shù)據(jù)總是從右向左移位。寄存器各位如圖 33。 I 2 D A T . 7 I 2 D A T . 1I 2 D A T . 2I 2 D A T . 3I 2 D A T . 4I 2 D A T . 5I 2 D A T . 6 I 2 D A T . 0不 可 位 尋 址復(fù) 位 源 ： 任 何 復(fù) 位復(fù) 位 值 ：0 0 0 0 0 0 0 0 BI 2 D A T 地 址 ： D A H 7 6 5 4 3 2 1 0 圖 33 I2C 數(shù)據(jù)寄存器 CPU可以對(duì) I2ADR 寄存器進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。該寄存器僅 在 I2C 處于從模式下才使用。在主模式中該寄存器的內(nèi)容無(wú)效。 I2ADR 的最低位 (LSB)為通用調(diào)用位。當(dāng)該位置位時(shí)對(duì)通用調(diào)用地址 (00H)進(jìn)行識(shí)別。寄存器各位功能如圖 34。 I 2 A D R . 1I 2 A D R . 2I 2 A D R . 3I 2 A D R . 4I 2 A D R . 5I 2 A D R . 6 G C不 可 位 尋 址復(fù) 位 源 ： 任 何 復(fù) 位復(fù) 位 值 ：0 0 0 0 0 0 0 0 BI 2 A D R 地 址 ： D B H 7 6 5 4 3 2 1 0I 2 A D R . 7位 符 號(hào) 功 能I 2 A D R . 7 ~ 1 I 2 A D R . 6 ~ 0 七 位 自 身 從 地 址 。 當(dāng) 處 于 主 模 式 時(shí) ， 改 寄 存 器 內(nèi) 容 無(wú) 效 。I