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P87LPC767單片機在微功耗智能定位器中的應用

作者: 時(shí)間:2011-12-28 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

1 P87LPC767的引腳排列及主要特性

P87LPC767是PHILIPS半導體公司推出的OTP系列單片機,它采用20腳封裝,可提供高速和低速的晶振和RC振蕩方式,也可以通過(guò)軟件編程選擇時(shí)鐘。該單片機具有較寬的操作電壓范圍,可通過(guò)控制寄存器編程來(lái)選擇I/O口的輸出模式,內含數字看門(mén)狗電路和I2C總線(xiàn),其內部的二個(gè)模擬比較器可組成8位A/D及D/A轉換器,同時(shí)具有上電復位檢測和欠壓復位檢測功能,其I/O口的驅動(dòng)電流可達到20mA。P87LPC767采用80C51加速處理結構?指令執行速度是標準80C51MCU的兩倍,溫度范圍為-40~+85℃,該單片機本身的電磁兼容性極好,并繼承了PHILIPS半導體的低功耗特性以及不可破譯性等特性。圖1所示為P87LPC767單片機的引腳圖。該芯片的主要特點(diǎn)如下:

●采用20腳DIP和SO封裝,可滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求?

●時(shí)鐘頻率最大可達20MHz,除乘法和除法指令外,其加速執行時(shí)間可提高到300~600ns。

●內含4通道多路8位A/D轉換器,在振蕩頻率fosc為20MHz時(shí)?轉換時(shí)間只有9.3μs。

●具有極寬的電壓適用范圍。在用于數字功能時(shí),其操作電壓的變化范圍為2.7~6.0V。

●內含4k字節OTP程序存儲器和128字節的RAM。另有32Byte的用戶(hù)代碼區?可用來(lái)存放序列碼及設置參數。

●內含2個(gè)16位的定時(shí)/計數器,每一個(gè)定時(shí)器都可設置為溢出時(shí)觸發(fā)相應端口輸出方式。其內部含有2個(gè)模擬比較器。

●帶有全雙工通用異步接收/發(fā)送(UART)及I2C通信接口,并具有2個(gè)外部中斷輸入和8個(gè)鍵盤(pán)中斷輸入以及4個(gè)中斷優(yōu)先級。

●具有內部數字看門(mén)狗電路,看門(mén)狗定時(shí)器利用片內獨立振蕩器工作。由于不需要外接元器件,因此可以用于振蕩器的失效檢測。其看門(mén)狗溢出時(shí)間有8種選擇方式。

●具有低電平和低電壓兩種復位方式。在低電平復位時(shí),可通過(guò)片內上電復位而不需要外接元件;在低電壓復位時(shí),可選擇事先預設的兩種電壓之一來(lái)復位,并可在掉電時(shí)使系統安全關(guān)閉。此外,也可將其設定為一個(gè)中斷源。

●可編程I/O口輸出模式具有準雙向口、開(kāi)漏輸出口、上拉和輸入口等模式,并可通過(guò)施密特觸發(fā)輸入模式來(lái)控制口線(xiàn)輸出轉換速度以降低EMI。所有I/O口線(xiàn)均具有20mA的驅動(dòng)能力。

●通過(guò)串行EPROM可在線(xiàn)編程,并有2位E-PROM安全碼可防止程序被讀出。

●具有低功耗功能,當電壓為3.3V,頻率為20kHz~100kHz時(shí)的靜態(tài)電流只有9~44μA 。并有空閑和掉電兩種省電模式,具有掉電喚醒功能。

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P87LPC767本身具有多種功能,圖2所示是該器件的邏輯符號圖。

2.1 增強型的MCU

由于P87LPC767單片機采用80C51加速處理結構,運行速度是標準80C51的2倍,這就意味著(zhù)P87LPC767在10MHz時(shí)的性能與標準的80C51采用20MHz時(shí)的性能相同。它的一個(gè)機器周期由6個(gè)振蕩周期組成,而大多數指令執行時(shí)間為6個(gè)或12個(gè)振蕩周期,因此可通過(guò)內部寄存器選擇為標準80C51 MCU時(shí)序來(lái)使一個(gè)機器周期變?yōu)椋保矀€(gè)振蕩周期。

2.2 可設定的模擬功能

P87LPC767內部集成有1個(gè)A/D轉換器、2個(gè)模擬比較器和2個(gè)D/A轉換器,因此,在使用中,為了提高性能和降低功耗,可通過(guò)置位和清除內部寄存器PTOAD和PXM1、PXM2的相應位,以使用于模擬功能管腳的數字信號輸入(DAC輸出腳除外)和輸出功能關(guān)閉。

2.3 A/D轉換器

P87LPC767內部帶有一個(gè)四通道的8位A/D轉換器。四個(gè)P0口可選擇為A/D轉換的輸入。其A/D轉換的電源和參考電壓與MCU共用VCC和VSS。而A/D轉換的最低工作在為3V,A/D轉換器的連結方法如圖3所示。

A/D轉換器包括一個(gè)4模擬多路開(kāi)關(guān)選擇器和一個(gè)8位逐次逼近ADC。其中A/D還帶有一個(gè)比率電位計以保證DAC的單調性。該A/D轉換器可由特殊功能寄存器ADCON控制,并可通過(guò)置位ENADC位來(lái)使能A/D,同時(shí)可通過(guò)置位ADCS位來(lái)啟動(dòng)A/D轉換。在A/D轉換結束后,ADCS位清零,中斷標志位ADCI被置位,并通過(guò)查詢(xún)或中斷方式進(jìn)行采樣,同時(shí)在轉換完成時(shí),將結果放入DAC0中。理想A/D轉換的結果(V)如下:

V=(VIX-VSS)×256/(VDD-VSS)(將結果四舍五入)

2.4 I2C總線(xiàn)接口

P87LPC767的I2C總線(xiàn)通過(guò)兩條線(xiàn)(SDA和SCL)在總線(xiàn)和裝置中間傳遞信息??偩€(xiàn)在傳輸信息時(shí)具有主-從設備間數據雙向傳輸、從設備串行尋址、每傳送完一字節產(chǎn)生應答位及多主機同時(shí)傳送時(shí)進(jìn)行仲裁以避免總線(xiàn)上數據沖突等特性。

I2C總線(xiàn)系統包括一個(gè)可簡(jiǎn)化軟件驅動(dòng)的I2C總線(xiàn)硬件。除了必要的總線(xiàn)仲裁、幀錯誤檢測、時(shí)鐘擴展和總線(xiàn)超時(shí)外,還可通過(guò)一個(gè)一位接口來(lái)循環(huán)查詢(xún)和中斷以同步軟件。

2.5 中斷

P87LPC767具有四個(gè)優(yōu)先級的中斷結構,這為P87LPC767的多中斷源處理提供了極大的靈活性。P87LPC767可支持多達13個(gè)中斷源。任何一個(gè)中斷源都可以通過(guò)對IEN0和IEN1中的相應位置位或清零來(lái)單獨使能或禁止。每個(gè)中斷源可通過(guò)清零或置位IP0、IP0H、IP1、IP1H中的相應位來(lái)實(shí)現(00為最低,11為最高)。同級中斷可以通過(guò)仲裁隊列的查詢(xún)順序來(lái)處理。

P87LPC767允許端口0的部分或全部引腳被使能為鍵盤(pán)中斷,并可通過(guò)對內部特殊功能寄存器KBI的相應位置位來(lái)實(shí)現。當打開(kāi)KBI中斷功能后,任一被使能的引腳拉低都會(huì )使AUXRI寄存器內鍵盤(pán)中斷標志(KBF)置位。由于人的操作存在著(zhù)對時(shí)間分辨精度及鍵開(kāi)關(guān)閉合的機械延遲,因此,通常將KBI特性用于中斷服務(wù)程序的輪流查詢(xún)端口0,以確定按下的是哪個(gè)鍵,而且有時(shí)甚至可決定是否將處理器從低功耗模式下喚醒。



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根據P87LPC767單片機抗干擾能力強、溫度適應范圍寬、內含高質(zhì)量的A/D轉換器、可提供增強的MCU、可對模擬功能進(jìn)行設定、強大的鍵盤(pán)中斷功能以及微功耗等特點(diǎn)?結合智能定位控制器的技術(shù)要求,筆者以P87LPC767單片機為核心設計了一個(gè)微功耗,以取代噴嘴—檔板力平衡式結構的定位器,從而提高了系統的自動(dòng)化水平,減小了運行人員的工作強度。這種微功耗的電路原理圖如圖4所示。

該定位器利用控制室安全柵(AQS)提供的4-20mA信號經(jīng)穩壓及信號轉換電路來(lái)為定位器提供電源,同時(shí)也為定位器提供輸入信號并送至AD1口。當由位置檢測器檢測的位置信號(FW)送至AD0口后,經(jīng)單片機采樣并進(jìn)行運算處理,同時(shí)將輸出控制信號送到復用開(kāi)關(guān),最后經(jīng)微型馬達(WXMD)即可控制汽動(dòng)執行機構以實(shí)現位置控制。

4 結論

由于定位器的電源是由安全柵的輸出電流提供的,所以其負載能力有限,為了使定位器的微型馬達和復用開(kāi)關(guān)可靠動(dòng)作,除了選擇低功耗器件外,還應盡量減少外圍芯片的數量,因為P87LPC767具有內部A/D轉換器、比較器和極強的I/O口驅動(dòng)能力,而且具有很好的溫度特性,因此,用它可以很好地解決一些技術(shù)難題,并可大大提高可靠性。

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