【正文】 在本系統(tǒng)設(shè)計時使用 5V基準(zhǔn)電壓源來實現(xiàn)，基準(zhǔn)電壓源提供一個絕對電 壓，與輸入電壓進行比較以確定適當(dāng)?shù)臄?shù)字輸出。為了將電壓測量出來又務(wù)須使輸出電流 I 分流，我們使用LM324 作為電壓跟隨器輸出電壓等于輸入電 壓 V；由于電源供應(yīng)多器件之后，是帶雜波的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓管，得到 3V的穩(wěn)壓電源，再利用可變電阻分壓，其輸出電壓 V1 需調(diào)整至 ；接下來我們使用 LM324 作為差動放大器使得輸出Vo 為（ 100K/10K） （ V2V1） =T/10，即假如現(xiàn)在溫度為攝氏 28℃ ，輸出電壓 Vo 則為 ，輸出電壓接 A/D 轉(zhuǎn)換器，那么 A/D 轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關(guān)系。℃ 。 AD590可以承受 44V正向電壓和 20V反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。 AD590的測溫范圍為 55℃ ～ +150℃ ,電源電壓范圍為 4V～ 30V。 AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。 在進行數(shù)據(jù)操作時，首先是主控器發(fā)出起始信號，然后發(fā)出讀尋址字節(jié)，被控器做出應(yīng)答后，主控器從被控器讀出第一個數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答，主控器從被控器讀出第二個數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器 發(fā)出應(yīng)答 … 一直到主控器從被控器中讀出第 n個數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出非應(yīng)答信號，最后主控器發(fā)出停止信號。地址的最后一位為方向位 WR/ ，當(dāng)主控器對 A/D 器件進行讀操作時為 1，進行寫操作時為 0。飛利蒲公司規(guī)定 A/D 器件地址為 1001。 PCF8591 進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時需要外接一參考電壓。 A/D 與 D/A 的最大轉(zhuǎn)換速率由 I2C 總線的最大傳輸速率決定。該器件 I2C 從地址的低三位由芯片的 A0、 A1 和 A2 三個地址引腳決定，所以在不增加任何硬件的情況下同一條I2C 總線最多可以連接 8 個同類型的器件。 溫度測 量模塊 本系統(tǒng)設(shè)計目的在于采集現(xiàn)實環(huán)境的溫度信息，所以需要利用單片機采集溫度傳感器的數(shù)據(jù)，溫度傳感器使用美國模擬器件公司生產(chǎn)的 AD590,采集的信號需要經(jīng)過放大和信號調(diào)理，再傳送到 A/D 轉(zhuǎn)換器 PCF8951，即把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換后通過 I2C 總線傳輸給處理中心。其他主要功能包括電池反向保護，限流和熱關(guān)機。它有一個小于 1％以下的初始誤差和邏輯兼容的 ON / OFF 切換輸入。 錯誤 !未找到引用源。電路簡單，只需在輸入輸出端分別接上 10181。 PCF8591 和AD590 都采用 5V供電即可。 .V5V3.5V5VSDASL1Sx7 Sy Rx 2T3Ty 5R6 8cGND 4P82B965V5V5V5VSDASCLSx 1Sy 72 Rx 3T5 Ty 6R 8Vc GND4P82B96長線纜主機端 遠(yuǎn)程控制端 圖 44 P82B96 實現(xiàn)遠(yuǎn)距離 I2C 通信 在系統(tǒng)中的應(yīng)用如下圖所示： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 18 R710KR610KR8330R5330S C LS D AS D A X S C L YV C C 5 V C C 5 V C C 5Sx1Rx2Tx3GND4Ty5Ry6Sy7V C C8U2P 82 B 9 6T PV C C 3. 3 V C C 3. 3 圖 45 I2C 通信擴展電路 電源模塊 本系統(tǒng)電源用到 、 5V兩種電源。 基于 I2C 總線的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 17 表 41 P82B96 管腳描述 符號 管腳 描述 Sx 1 I2C 總線 (SDA或 SCL) Rx 2 接收信號 Tx 3 發(fā)送信號 GND 4 地 Ty 5 發(fā)送信號 Ry 6 接收信號 Sy 7 I2C 總線（ SDA或 SCL） VCC 8 電源 作用為增加 I2C 通信距離時，兩個 P82B96 必須匹配 使用。 I2C擴展器 P82B96徹底地解決了 I2C總線在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)牟蛔恪? P82B96是一款雙極性 I2C擴展芯片，在保持 I2C系統(tǒng)的工作模式和特性不變的情況下，通過緩沖 SDA和 SCL總線上的數(shù)據(jù)來擴展通信距離，同時 I2C擴展器 P82B96提供了一種在標(biāo)準(zhǔn) I2C總線和其他總線配置間的無鎖存、雙向性的邏輯接口，它可以把 I2C總線連接到 2~15V的邏 輯器件上，且不受 I2C總線協(xié)議的限制和時鐘速率的限制。 I2C總線擴展器P82B96的開發(fā)擴展了總線容量，從 400pF擴展到 4000pF，增加了總線可支持器件的數(shù)目。如果要增大數(shù)碼管的亮度 , 可以適當(dāng)減小電阻值。 數(shù)碼管必須是共陰式的 , 不能直接使用共陽式的 , 這里采用 4 位聯(lián)體式數(shù)碼管。因為芯片可直接驅(qū)動 LED 數(shù)碼管顯示 , 電流較大 , 且為動態(tài)掃描方式 , 為盡量消除電源噪聲干擾 , 提高電路抗干擾能力 , 應(yīng)用時可在電源 VCC 的正負(fù)極間并入一個 100uF 的電容。 ZLG7290 需要一外接晶體振蕩電路供系統(tǒng)工作 , 晶振通常取值 8MH z, 調(diào)節(jié)電容 C1 和 C2 通常取值在 30pF 左右。圖中 SegA ~ SegDP 對應(yīng)連接數(shù)碼管的 8 個 “段 ”( a~ dp), DIG0~ DIG7分別連接各數(shù)碼管的 “位 ”(每個數(shù)碼管的公共端 , 這里只有 4 位數(shù)碼管 , 故只用了 DIG0~ DIG3)。 ZLG7290 是帶有 I2C 接口鍵盤管理和顯示驅(qū)動的芯片，加入鍵盤管理可以實現(xiàn)儀器儀表的人機對話。 ZLG7290 外圍電路包括晶振電路、復(fù)位電路和 I2C 接口電路。 ～ 鍵盤中斷口連接 5 個按鍵，用來控制的數(shù)據(jù)的傳輸和采集。用戶可讀取該寄存器以判斷最近的復(fù)位源是哪一個。當(dāng)清零時，復(fù)位腳可作為一個輸入管腳。 。晶振可選擇低、中或高頻晶振，頻率范圍為 20KHz到 12MHz。這樣就滿足了從高精度到低成本的不同需求。 晶體振蕩電路在微控制器系統(tǒng)中非常重要，它決定了整個微控制器系統(tǒng)能否穩(wěn)定工作。 表 31 主發(fā)送器模式 狀態(tài)代碼 I2STAT I2C總線 硬件狀態(tài) 寫 I2CON 硬件執(zhí)行 的下一個動作 STA STO SI AA 08H 已經(jīng)發(fā)送起始條件 x 0 0 x 將發(fā)送 SLA+W，接收 ACK 位 18H 已經(jīng)發(fā)送 SLA+W； 已經(jīng)接收到 ACK 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 x x x x 將發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，接收 ACK位 將發(fā)送重復(fù)起始條件 將發(fā)送停止條件； STO 標(biāo)志將復(fù)位 將發(fā)送停止條件，然后發(fā)送起始條件； STO 標(biāo)志將復(fù)位 20H 已經(jīng)發(fā)送 SLA+W；已經(jīng)接收到非 ACK 28H 已經(jīng)發(fā)送 I2DAT 中的數(shù)據(jù)字節(jié)；已接收ACK 30H 已經(jīng)發(fā)送 I2DAT 中的數(shù)據(jù)字節(jié)；已接收非 ACK 38H 在 SCL+R/W 或數(shù)據(jù)字節(jié)中丟失仲裁 0 1 0 0 0 0 x x I2C 總線被釋放；進入不可尋址從模式，當(dāng)總線為空閑時發(fā)送起始條件 本章節(jié)主要介紹了核心 MCU LPC922 單片機的特性以及片內(nèi)資源，還有對其內(nèi)部的 I2C總線接口相關(guān)的寄存器如何配置來確保 I2C總線的通信。 圖 37 主發(fā)生器和主接收器模式格式 在圖中，各種符號的意義為： S： 開始位（ START）； SLA： 從機地址（ Slave Address）， 7 位從機地址； W： 寫標(biāo)志位（ Write）， 1 位寫標(biāo)志； R： 讀標(biāo)志位（ Read）， 1 位讀標(biāo)志； A： 應(yīng)答位（ Acknowledge）， 1 位應(yīng)答； A ： 非應(yīng)答位（ Not Acknowledge）， 1 位非應(yīng)答； D： 數(shù)據(jù)位（ DATA），每個數(shù)據(jù)都必須是 8 位； P： 停止位（ STOP）； 基于 I2C 總線的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 13 陰影： 主機產(chǎn)生的信號； 無陰影： 從機產(chǎn)生的信號。 當(dāng)從地址和方向位已經(jīng)發(fā)送且接收到應(yīng)答位之后， SI 位再次置位，并且對于主模式，可能的狀態(tài)代碼為 18H、 20H 或 38H。該中斷程序?qū)牡刂泛蛿?shù)據(jù)方向位（ SLA+W）裝入 I2DAT。此時狀態(tài)寄存器（ I2STAT）中的狀態(tài)代碼應(yīng)當(dāng)為 08H。 I2C邏輯在總線空閑后立即發(fā)送一個起始條件。起始和停止條件用于指示串行傳輸?shù)钠鹗己徒Y(jié)束。數(shù)據(jù)每次發(fā)送 8 位。在此模式下，數(shù)據(jù)方向位（ R/W）為 0 表示執(zhí)行寫操作。換句話說，如果 AA 復(fù)位， I2C 不能進入從模式。在進入主發(fā)送器模式之前， I2CON 必須將I2EN 置位使能 I2C 功能， STA、 STO 和 SI必須設(shè)置為 0， CRSEL定義串行位速率。在這里介紹主發(fā)送器模式。因此對 I2SCLH和 I2SCLL的值有一些限制，建議兩個寄存器的取值都應(yīng)大于 3 個 PCLK 周期。用戶可以通過設(shè)置這兩個寄存器得到不同的 SCL占空比。 I2SCLH 定義 SCL 高電平的PCLK 周期數(shù)， I2SCLL定義 SCL低電平的 PCLK 周期數(shù)。S T A . 2 ~ 0 這 3 位 未 用 并 設(shè) 置 為 0 。進入任何一個狀態(tài)時， SI 都會置位。當(dāng)代碼為 F8 時表示無可用的相關(guān)狀態(tài)信息， SI 也不會置位。最低 3 位總是為 0。見圖 36。 C R S E L = 1 ： 定 時 器 1 溢 出 產(chǎn) 生 S C L ； C R S E L = 0 ： 使 用 內(nèi) 部 S C L 發(fā) 生 器 。 用 戶 不 要 將 其 置 1 。I 2 C O N . 2 A A 聲 明 應(yīng) 答 標(biāo) 志 位 。 當(dāng) E A 、 E I 2 C 以 及 S I 置 位 時 產(chǎn) 生 中 斷 。I 2 C O N . 3 S I I2C 中 斷 標(biāo) 志 。 在 從 模 式 中 ， 可 以 從 錯 誤 狀 態(tài) 中 恢 復(fù) 。 I 2 C O N . 4 S T O 停 止 標(biāo) 志 。 也 能 產(chǎn) 生 重 復(fù) 起 始 條 件 。I 2 C O N . 5 S T A 起 始 標(biāo) 志 。 P 1 . 3 / S D A 和 P 1 . 2 / S C L 可 作 為 通 用 I / O 口 。I 2 C O N . 6 I 2 E N I2C 接 口 使 能 。 A AS IS T OS T AI 2 E N C R S E L可 位 尋 址復(fù) 位 源 ： 任 何 復(fù) 位復(fù) 位 值 ：x 0 0 0 0 0 x 0 BI 2 C O N 地 址 ： D 8 H 7 6 5 4 3 2 1 0位 符 號 功 能I 2 C O N . 7 保 留 將 來 之 用 。當(dāng) CRSEL=1 時， I2C 接口將定時器 1基于 I2C 總線的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 11 的溢出速 率的 1/2 作為 I2C 的實鐘頻率。 SI 由硬件置位而 STO 位由硬件清零。 圖 34 I2C 從地址寄存器 CPU對 I2CON 寄存器進行讀或?qū)懖僮?，見圖 35。I 2 A D R . 0 G C 通 用 調(diào) 用 位 。 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