P87LPC767單片機(jī)及其在微功耗智能定位器中的應(yīng)用
摘要：P87LPC767單片機(jī)是PHILIPS公司推出的功能強(qiáng)大的單片機(jī)，文中介紹了P87LPC767單片機(jī)的主要特性和功能，給出了它在二線制微功耗智能定位器中的應(yīng)用電路。
關(guān)鍵詞：PL87LPC767；二線制；智能定位器
１ Ｐ８７ＬＰＣ７６７的引腳排列及主要特性
Ｐ８７ＬＰＣ７６７是ＰＨＩＬＩＰＳ半導(dǎo)體公司推出的ＯＴＰ系列單片機(jī)，它采用２０腳封裝，可提供高速和低速的晶振和ＲＣ振蕩方式，也可以通過軟件編程選擇時(shí)鐘。該單片機(jī)具有較寬的操作電壓范圍，可通過控制寄存器編程來選擇Ｉ／Ｏ口的輸出模式，內(nèi)含數(shù)字看門狗電路和Ｉ２Ｃ總線，其內(nèi)部的二個(gè)模擬比較器可組成８位Ａ／Ｄ及Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器，同時(shí)具有上電復(fù)位檢測和欠壓復(fù)位檢測功能，其Ｉ／Ｏ口的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)到２０ｍＡ。Ｐ８７ＬＰＣ７６７采用８０Ｃ５１加速處理結(jié)構(gòu)?指令執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn)８０Ｃ５１ＭＣＵ的兩倍，溫度范圍為－４０～＋８５℃，該單片機(jī)本身的電磁兼容性極好，并繼承了ＰＨＩＬＩＰＳ半導(dǎo)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(jī)的引腳圖。該芯片的主要特點(diǎn)如下：
●采用２０腳ＤＩＰ和ＳＯ封裝，可滿足不同用戶的需求?
●時(shí)鐘頻率最大可達(dá)２０ＭＨｚ，除乘法和除法指令外，其加速執(zhí)行時(shí)間可提高到３００～６００ｎｓ。
●內(nèi)含４通道多路８位Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器，在振蕩頻率ｆｏｓｃ為２０ＭＨｚ時(shí)?轉(zhuǎn)換時(shí)間只有９．３μｓ。
●具有極寬的電壓適用范圍。在用于數(shù)字功能時(shí)，其操作電壓的變化范圍為２．７～６．０Ｖ。
●內(nèi)含４ｋ字節(jié)ＯＴＰ程序存儲(chǔ)器和１２８字節(jié)的ＲＡＭ。另有３２Ｂｙｔｅ的用戶代碼區(qū)?可用來存放序列碼及設(shè)置參數(shù)。
●內(nèi)含２個(gè)１６位的定時(shí)／計(jì)數(shù)器，每一個(gè)定時(shí)器都可設(shè)置為溢出時(shí)觸發(fā)相應(yīng)端口輸出方式。其內(nèi)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)鍵盤中斷輸入以及４個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。
●具有內(nèi)部數(shù)字看門狗電路，看門狗定時(shí)器利用片內(nèi)獨(dú)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(fù)位方式。在低電平復(fù)位時(shí)，可通過片內(nèi)上電復(fù)位而不需要外接元件；在低電壓復(fù)位時(shí)，可選擇事先預(yù)設(shè)的兩種電壓之一來復(fù)位，并可在掉電時(shí)使系統(tǒng)安全關(guān)閉。此外，也可將其設(shè)定為一個(gè)中斷源。
●可編程Ｉ／Ｏ口輸出模式具有準(zhǔn)雙向口、開漏輸出口、上拉和輸入口等模式，并可通過施密特觸發(fā)輸入模式來控制口線輸出轉(zhuǎn)換速度以降低ＥＭＩ。所有Ｉ／Ｏ口線均具有２０ｍＡ的驅(qū)動(dòng)能力。
●通過串行ＥＰＲＯＭ可在線編程，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(dāng)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(hào)圖。
２．１ 增強(qiáng)型的ＭＣＵ
由于Ｐ８７ＬＰＣ７６７單片機(jī)采用８０Ｃ５１加速處理結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度是標(biāo)準(zhǔn)８０Ｃ５１的２倍，這就意味著Ｐ８７ＬＰＣ７６７在１０ＭＨｚ時(shí)的性能與標(biāo)準(zhǔn)的８０Ｃ５１采用２０ＭＨｚ時(shí)的性能相同。它的一個(gè)機(jī)器周期由６個(gè)振蕩周期組成，而大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為６個(gè)或１２個(gè)振蕩周期，因此可通過內(nèi)部寄存器選擇為標(biāo)準(zhǔn)８０Ｃ５１ ＭＣＵ時(shí)序來使一個(gè)機(jī)器周期變?yōu)椋保矀€(gè)振蕩周期。
２．２ 可設(shè)定的模擬功能
Ｐ８７ＬＰＣ７６７內(nèi)部集成有１個(gè)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器、２個(gè)模擬比較器和２個(gè)Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器，因此，在使用中，為了提高性能和降低功耗，可通過置位和清除內(nèi)部寄存器ＰＴＯＡＤ和ＰＸＭ１、ＰＸＭ２的相應(yīng)位，以使用于模擬功能管腳的數(shù)字信號(hào)輸入（ＤＡＣ輸出腳除外）和輸出功能關(guān)閉。
２．３ Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器
Ｐ８７ＬＰＣ７６７內(nèi)部帶有一個(gè)四通道的８位Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器。四個(gè)Ｐ０口可選擇為Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的輸入。其Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的電源和參考電壓與ＭＣＵ共用ＶＣＣ和ＶＳＳ。而Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的最低工作在為３Ｖ，Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器的連結(jié)方法如圖３所示。
Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)４模擬多路開關(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(jì)以保證ＤＡＣ的單調(diào)性。該Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器可由特殊功能寄存器ＡＤＣＯＮ控制，并可通過置位ＥＮＡＤＣ位來使能Ａ／Ｄ，同時(shí)可通過置位ＡＤＣＳ位來啟動(dòng)Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。在Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ＡＤＣＳ位清零，中斷標(biāo)志位ＡＤＣＩ被置位，并通過查詢或中斷方式進(jìn)行采樣，同時(shí)在轉(zhuǎn)換完成時(shí)，將結(jié)果放入ＤＡＣ０中。理想Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換的結(jié)果（Ｖ）如下：
Ｖ＝（ＶＩＸ－ＶＳＳ）×２５６／（ＶＤＤ－ＶＳＳ）（將結(jié)果四舍五入）
２．４ Ｉ２Ｃ總線接口
Ｐ８７ＬＰＣ７６７的Ｉ２Ｃ總線通過兩條線（ＳＤＡ和ＳＣＬ）在總線和裝置中間傳遞信息?？偩€在傳輸信息時(shí)具有主－從設(shè)備間數(shù)據(jù)雙向傳輸、從設(shè)備串行尋址、每傳送完一字節(jié)產(chǎn)生應(yīng)答位及多主機(jī)同時(shí)傳送時(shí)進(jìn)行仲裁以避免總線上數(shù)據(jù)沖突等特性。
Ｉ２Ｃ總線系統(tǒng)包括一個(gè)可簡化軟件驅(qū)動(dòng)的Ｉ２Ｃ總線硬件。除了必要的總線仲裁、幀錯(cuò)誤檢測、時(shí)鐘擴(kuò)展和總線超時(shí)外，還可通過一個(gè)一位接口來循環(huán)查詢和中斷以同步軟件。
２．５ 中斷
Ｐ８７ＬＰＣ７６７具有四個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)，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(dá)１３個(gè)中斷源。任何一個(gè)中斷源都可以通過對(duì)ＩＥＮ０和ＩＥＮ１中的相應(yīng)位置位或清零來單獨(dú)使能或禁止。每個(gè)中斷源可通過清零或置位ＩＰ０、ＩＰ０Ｈ、ＩＰ１、ＩＰ１Ｈ中的相應(yīng)位來實(shí)現(xiàn)（００為最低，１１為最高）。同級(jí)中斷可以通過仲裁隊(duì)列的查詢順序來處理。
Ｐ８７ＬＰＣ７６７允許端口０的部分或全部引腳被使能為鍵盤中斷，并可通過對(duì)內(nèi)部特殊功能寄存器ＫＢＩ的相應(yīng)位置位來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)打開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(nèi)鍵盤中斷標(biāo)志（ＫＢＦ）置位。由于人的操作存在著對(duì)時(shí)間分辨精度及鍵開關(guān)閉合的機(jī)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。
圖4
３?。校福罚蹋校茫罚叮返膽?yīng)用
根據(jù)Ｐ８７ＬＰＣ７６７單片機(jī)抗干擾能力強(qiáng)、溫度適應(yīng)范圍寬、內(nèi)含高質(zhì)量的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器、可提供增強(qiáng)的ＭＣＵ、可對(duì)模擬功能進(jìn)行設(shè)定、強(qiáng)大的鍵盤中斷功能以及微功耗等特點(diǎn)?結(jié)合智能定位控制器的技術(shù)要求，筆者以Ｐ８７ＬＰＣ７６７單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)二線制微功耗智能定位器，以取代噴嘴—檔板力平衡式結(jié)構(gòu)的定位器，從而提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，減小了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度。這種二線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(hào)經(jīng)穩(wěn)壓及信號(hào)轉(zhuǎn)換電路來為定位器提供電源，同時(shí)也為定位器提供輸入信號(hào)并送至ＡＤ１口。當(dāng)由位置檢測器檢測的位置信號(hào)（ＦＷ）送至ＡＤ０口后，經(jīng)單片機(jī)采樣并進(jìn)行運(yùn)算處理，同時(shí)將輸出控制信號(hào)送到復(fù)用開關(guān)，最后經(jīng)微型馬達(dá)(ＷＸＭＤ)即可控制汽動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)位置控制。
４ 結(jié)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(fù)載能力有限，為了使定位器的微型馬達(dá)和復(fù)用開關(guān)可靠動(dòng)作，除了選擇低功耗器件外，還應(yīng)盡量減少外圍芯片的數(shù)量，因?yàn)椋校福罚蹋校茫罚叮肪哂袃?nèi)部Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器、比較器和極強(qiáng)的Ｉ／Ｏ口驅(qū)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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