P87LPC767單片機在微功耗智能定位器中的應用

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。

２?。校福罚蹋校茫罚叮返闹饕δ?/B>

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。



３?。校福罚蹋校茫罚叮返膽?/B>

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)二線(xiàn)制微功耗智能定位器，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。這種二線(xiàn)制微功耗智能定位器的電路原理圖如圖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。