【正文】 .......................................................21 MAIN 函數(shù)設(shè)計(jì) ...............................................................................................................21 I2C 發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù) ..........................................................................................................22 鍵盤中斷函數(shù) .................................................................................................................23 鍵盤處理函數(shù) .................................................................................................................23 LED 顯示函數(shù) .................................................................................................................24 A/D 轉(zhuǎn)換函數(shù) ..................................................................................................................24 總結(jié) .................................................................................................................................256 總結(jié)與展望 ...........................................................................................................................26 課題總結(jié) .........................................................................................................................26 課題展望 .........................................................................................................................26致 謝 .........................................................................................................................................28參 考 文 獻(xiàn) .............................................................................................................................29附 錄Ⅰ 元器件清單 .............................................................................................................30附 錄Ⅱ 原理圖 .....................................................................................................................311 緒論 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及發(fā)展歷程 數(shù)據(jù)采集是將被測對象(外部世界、現(xiàn)場)的各種參量(如物理量、化學(xué)量、生物量等)通過各種傳感元件作適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號調(diào)理、采樣、放大、濾波、量化、編碼，然后通過無線或有線的方式進(jìn)行傳輸?shù)炔襟E，最后送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或存儲紀(jì)錄的過程。應(yīng)用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的各種參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、增加生產(chǎn)效率和節(jié)省人力的重要手段；另外，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集是控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的基本條件，只有準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的獲取對象的運(yùn)行數(shù)據(jù)才能實(shí)施有效的控制。早期的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于 ISA、PCI 總線，采集的數(shù)據(jù)是模擬量，系統(tǒng)龐大，采集后需要將模擬信號經(jīng)過放大、調(diào)理通過長線傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；在長線傳輸過程中信號的電磁干擾是不可避免的，信號轉(zhuǎn)換的過程也存在干擾；基于串口傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳輸速度慢，而且多為主從式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)穩(wěn)定性低。 I2C 總線及優(yōu)點(diǎn) I2C（Inter－Integrated Circuit）總線是一種由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備，是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。在主從通信中，可以有多個(gè) I2C 總線器件同時(shí)連接到 I2C 總線上，所有 I2C 兼容的器件都具有標(biāo)準(zhǔn)的接口，通過地址來識別通信對象，使他們可以經(jīng)由I2C 總線互相通信。I2C 總線是由數(shù)據(jù)線 SDA 和時(shí)鐘線 SCL 構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。在信息傳輸過程中，I 2C 總線上并聯(lián)的每一個(gè)模塊電路既是被控器（或是主控器） ，又是發(fā)生器（或是接收器） ，這取決與它所要完成的功能。利用 I2C 總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集不但布線方便，傳輸速度快，操作方便，節(jié)省 I/O資源，多主式的結(jié)構(gòu)更增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。基于 I2C 的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊兩大部分構(gòu)成。溫度傳感器 AD590 測得溫度后轉(zhuǎn)換為電信號經(jīng)過放大和信號調(diào)理送入 A/D 轉(zhuǎn)換器 PCF8591 實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過由擴(kuò)展芯片 P82B96 擴(kuò)展后的 I2C 總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。系統(tǒng)方案如下： L P C 9 2 2復(fù)位電路晶振電路共陰數(shù)碼管鍵盤電路P 8 2 B 9 6P 8 2 B 9 6A / DP C F 8 5 9 1A D S 5 9 0S D AS C LS D AS D AS C LS C LS C L S D AL E D 驅(qū)動(dòng)器7 2 9 0S C L S D A段輸出 圖 21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)總體方案的確定 主控制器方案的選型 方案一：常用的 51 單片機(jī) 89C51 89C51 無硬件 I2C，需用軟件模擬 I2C 時(shí)序，操作繁瑣，調(diào)試麻煩，內(nèi)部資源不充足，且 5V 工作電壓功耗高、速度低，用于該課題無明顯優(yōu)勢。A，工作電壓低至 ～） 、6 倍速于 80C5工業(yè)級芯片、可靠性高、增強(qiáng)型I/O 口、豐富的片內(nèi)資源和 ICP 在線編程方便快捷等優(yōu)勢。 I2C 擴(kuò)展芯片的選型 I2C 的傳輸距離有限。P82B715 和 P82B96是 Philips 研制的應(yīng)用于遠(yuǎn)距離通信的 I2C 擴(kuò)展器。當(dāng)通信速率為 31KHz 可達(dá)到 1000 米。 溫度傳感器的選型 方案一：熱電偶傳感器 熱電偶傳感器的原理是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢的變化。其優(yōu)點(diǎn)為精確度高、測溫范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、型號種類比較多且技術(shù)成熟。熱電偶傳感器的種類很多，在選擇時(shí)必須考慮其靈敏度、可靠性、穩(wěn)定性等條件。熱電阻傳感器是中低溫區(qū)最常用的一種溫度傳感器。從熱電阻的測溫原理可以知道，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來變現(xiàn)的。為了消除引線電阻的影響，一般采用三線制或四線制。這種傳感器輸出線性好、精度高，而且可以把傳感器驅(qū)動(dòng)電路、信號處理電路等與溫度傳感器部分集成在同一硅片，體積小，使用方便，應(yīng)用比較廣泛的有 AD590 等。 方案四：半導(dǎo)體集成數(shù)字溫度傳感器 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，新型溫度傳感器的種類繁多，應(yīng)用逐漸廣泛，并且開始由模擬式向著數(shù)字式、單總線式、雙總線式、多總線式發(fā)展。 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。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。 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。 總結(jié) 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。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。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。只需要較低的時(shí)鐘頻率即可達(dá)到同樣的性能，這樣無疑降低了功耗 EMI；LPC922 的操作電壓范圍為 ～。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。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，開漏輸出，推挽和僅為輸入功能模。 芯片內(nèi)部框圖LPC922 單片機(jī)的功能框圖如 31 所示。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 口具有鍵盤輸入中斷功能。引腳有 1，20，19，18，17，16，14，13。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。、 作為輸出時(shí)為開漏。所有管腳都具有施密特觸發(fā)輸入。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 開始執(zhí)行。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。P0 和 P1 為 8 位 I/O 口而 P3 為 2 位 I/O 口。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)目無外部復(fù)位上電時(shí)除外 18片內(nèi)振蕩器或看門狗振蕩器 使用外部復(fù)位腳 RST 17無外部復(fù)位上電時(shí)除外 17外部時(shí)鐘輸入使用外部復(fù)位腳 RST 16無外部復(fù)位上電時(shí)除外 16低/中/高速振蕩器外部晶振或諧振器 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）；開漏輸出（=1，=1）；僅為輸入功能（=1，=0）。(RST)只能作為輸入口，無法進(jìn)行配置。 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)。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。LPC922 為 3V 器件，但管腳可承受 5V 電壓。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。 開漏輸出配置當(dāng)口線鎖存器為‘0’時(shí)，開漏輸出關(guān)閉所有的上拉晶體管而僅驅(qū)動(dòng)端口的下拉晶體管。開漏端口帶有一個(gè)施密特觸發(fā)輸入以及一個(gè)干擾抑制電路。 推挽輸出配置推挽輸出配置的下拉結(jié)構(gòu)和開漏輸出以及準(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。這為 P89LPC922 的多中斷源的處理提供了極大的靈活性。任何一個(gè)中斷源均可通過對 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。每個(gè)中斷源都可被單獨(dú)設(shè)置為四個(gè)中斷優(yōu)先級之一，分別通過清零或置位IP0、IP0H、 IPIP1H 中相應(yīng)位來實(shí)現(xiàn)（00——最低優(yōu)先級，11——最高優(yōu)先級）。最高級中斷服務(wù)程序不響應(yīng)其它任何中斷。如果兩個(gè)同優(yōu)先級的中斷源同時(shí)申請中斷，那么通過一個(gè)內(nèi)部查詢順序序列確定首先響應(yīng)哪一個(gè)中斷請求，這叫做仲裁隊(duì)列。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～）。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。I 2C 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；I 2C 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)來發(fā)送數(shù)據(jù)；多主機(jī)同時(shí)傳送時(shí)進(jìn)行仲裁來避免總線上數(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一條串行總線進(jìn)行通信；典型的 I2C 總線配置如圖 32 所示。當(dāng) 8 位直接尋址寄存器沒有處理移位數(shù)據(jù)時(shí)，CPU 可對其進(jìn)行讀和寫。I2DAT 中的數(shù)據(jù)在 SI 置位時(shí)一直保持不變。寄存器各位如圖 33。該寄存器僅在 I2C 處于從模式下才使用。I2ADR 的最低位(LSB)為通用調(diào)用位。寄存器各位功能如圖 34。 當(dāng)處于主模式時(shí) ， 改寄