P87LPC767单片机及其在微功耗智能定位器中的应用

2006-12-11 14:10:55来源: 互联网

1 P87LPC767的引脚排列及主要特性

P87LPC767是PHILIPS半导体公司推出的OTP系列单片机,它采用20脚封装,可提供高速和低速的晶振和RC振荡方式,也可以通过软件编程选择时钟。该单片机具有较宽的操作电压范围,可通过控制寄存器编程来选择I/O口的输出模式,内含数字看门狗电路和I2C总线,其内部的二个模拟比较器可组成8位A/D及D/A转换器,同时具有上电复位检测和欠压复位检测功能,其I/O口的驱动电流可达到20mA。P87LPC767采用80C51加速处理结构指令执行速度是标准80C51MCU的两倍,温度范围为-40~+85℃,该单片机本身的电磁兼容性极好,并继承了PHILIPS半导体的低功耗特性以及不可破译性等特性。图1所示为P87LPC767单片机的引脚图。该芯片的主要特点如下:

●采用20脚DIP和SO封装,可满足不同用户的需求

●时钟频率最大可达20MHz,除乘法和除法指令外,其加速执行时间可提高到300~600ns。

●内含4通道多路8位A/D转换器,在振荡频率fosc为20MHz时转换时间只有9.3μs。

●具有极宽的电压适用范围。在用于数字功能时,其操作电压的变化范围为2.7~6.0V。

●内含4k字节OTP程序存储器和128字节的RAM。另有32Byte的用户代码区可用来存放序列码及设置参数。

●内含2个16位的定时/计数器,每一个定时器都可设置为溢出时触发相应端口输出方式。其内部含有2个模拟比较器。

●带有全双工通用异步接收/发送(UART)及I2C通信接口,并具有2个外部中断输入和8个键盘中断输入以及4个中断优先级。

●具有内部数字看门狗电路,看门狗定时器利用片内独立振荡器工作。由于不需要外接元器件,因此可以用于振荡器的失效检测。其看门狗溢出时间有8种选择方式。

●具有低电平和低电压两种复位方式。在低电平复位时,可通过片内上电复位而不需要外接元件;在低电压复位时,可选择事先预设的两种电压之一来复位,并可在掉电时使系统安全关闭。此外,也可将其设定为一个中断源。

可编程I/O口输出模式具有准双向口、开漏输出口、上拉和输入口等模式,并可通过施密特触发输入模式来控制口线输出转换速度以降低EMI。所有I/O口线均具有20mA的驱动能力。

●通过串行EPROM可在线编程,并有2位E-PROM安全码可防止程序被读出。

●具有低功耗功能,当电压为3.3V,频率为20kHz~100kHz时的静态电流只有9~44μA 。并有空闲和掉电两种省电模式,具有掉电唤醒功能。

2 P87LPC767的主要功能

P87LPC767本身具有多种功能,图2所示是该器件的逻辑符号图。

2.1 增强型的MCU

由于P87LPC767单片机采用80C51加速处理结构,运行速度是标准80C51的2倍,这就意味着P87LPC767在10MHz时的性能与标准的80C51采用20MHz时的性能相同。它的一个机器周期由6个振荡周期组成,而大多数指令执行时间为6个或12个振荡周期,因此可通过内部寄存器选择为标准80C51 MCU时序来使一个机器周期变为12个振荡周期。

2.2 可设定的模拟功能

P87LPC767内部集成有1个A/D转换器、2个模拟比较器和2个D/A转换器,因此,在使用中,为了提高性能和降低功耗,可通过置位和清除内部寄存器PTOAD和PXM1、PXM2的相应位,以使用于模拟功能管脚的数字信号输入(DAC输出脚除外)和输出功能关闭。

2.3 A/D转换器

P87LPC767内部带有一个四通道的8位A/D转换器。四个P0口可选择为A/D转换的输入。其A/D转换的电源和参考电压与MCU共用VCC和VSS。而A/D转换的最低工作在为3V,A/D转换器的连结方法如图3所示。

A/D转换器包括一个4模拟多路开关选择器和一个8位逐次逼近ADC。其中A/D还带有一个比率电位计以保证DAC的单调性。该A/D转换器可由特殊功能寄存器ADCON控制,并可通过置位ENADC位来使能A/D,同时可通过置位ADCS位来启动A/D转换。在A/D转换结束后,ADCS位清零,中断标志位ADCI被置位,并通过查询或中断方式进行采样,同时在转换完成时,将结果放入DAC0中。理想A/D转换的结果(V)如下:

V=(VIX-VSS)×256/(VDD-VSS)(将结果四舍五入)

2.4 I2C总线接口

P87LPC767的I2C总线通过两条线(SDA和SCL)在总线和装置中间传递信息。总线在传输信息时具有主-从设备间数据双向传输、从设备串行寻址、每传送完一字节产生应答位及多主机同时传送时进行仲裁以避免总线上数据冲突等特性。

I2C总线系统包括一个可简化软件驱动的I2C总线硬件。除了必要的总线仲裁、帧错误检测、时钟扩展和总线超时外,还可通过一个一位接口来循环查询和中断以同步软件。

2.5 中断

P87LPC767具有四个优先级的中断结构,这为P87LPC767的多中断源处理提供了极大的灵活性。P87LPC767可支持多达13个中断源。任何一个中断源都可以通过对IEN0和IEN1中的相应位置位或清零来单独使能或禁止。每个中断源可通过清零或置位IP0、IP0H、IP1、IP1H中的相应位来实现(00为最低,11为最高)。同级中断可以通过仲裁队列的查询顺序来处理。

P87LPC767允许端口0的部分或全部引脚被使能为键盘中断,并可通过对内部特殊功能寄存器KBI的相应位置位来实现。当打开KBI中断功能后,任一被使能的引脚拉低都会使AUXRI寄存器内键盘中断标志(KBF)置位。由于人的操作存在着对时间分辨精度及键开关闭合的机械延迟,因此,通常将KBI特性用于中断服务程序的轮流查询端口0,以确定按下的是哪个键,而且有时甚至可决定是否将处理器从低功耗模式下唤醒。

3 P87LPC767的应用

根据P87LPC767单片机抗干扰能力强、温度适应范围宽、内含高质量的A/D转换器、可提供增强的MCU、可对模拟功能进行设定、强大的键盘中断功能以及微功耗等特点结合智能定位控制器的技术要求,笔者以P87LPC767单片机为核心设计了一个二线制微功耗智能定位器,以取代喷嘴—档板力平衡式结构的定位器,从而提高了系统的自动化水平,减小了运行人员的工作强度。这种二线制微功耗智能定位器的电路原理图如图4所示。

该定位器利用控制室安全(AQS)提供的4-20mA信号经稳压及信号转换电路来为定位器提供电源,同时也为定位器提供输入信号并送至AD1口。当由位置检测器检测的位置信号(FW)送至AD0口后,经单片机采样并进行运算处理,同时将输出控制信号送到复用开关,最后经微型马达(WXMD)即可控制汽动执行机构以实现位置控制。

4 结论

由于定位器的电源是由安全栅的输出电流提供的,所以其负载能力有限,为了使定位器的微型马达和复用开关可靠动作,除了选择低功耗器件外,还应尽量减少外围芯片的数量,因为P87LPC767具有内部A/D转换器、比较器和极强的I/O口驱动能力,而且具有很好的温度特性,因此,用它可以很好地解决一些技术难题,并可大大提高可靠性。

关键字:晶振  比较器  复位

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/mcu/200612/7413.html
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