P87LPC767單片機及其在微功耗智能定位器中的應用

    摘要：P87LPC767單片機是PHILIPS公司推出的功能強大的單片機，文中介紹了P87LPC767單片機的主要特性和功能，給出了它在二線制微功耗智能定位器中的應用電路。

    關鍵詞：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，也可以通過軟件編程選擇時鐘。該單片機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)部的二個模擬比較器可組成８位Ａ／Ｄ及Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器，同時具有上電復位檢測和欠壓復位檢測功能，其Ｉ／Ｏ口的驅(qū)動電流可達到２０ｍＡ。Ｐ８７ＬＰＣ７６７采用８０Ｃ５１加速處理結(jié)構(gòu)?指令執(zhí)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。該芯片的主要特點如下：

●采用２０腳ＤＩＰ和ＳＯ封裝，可滿足不同用戶的需求?

●時鐘頻率最大可達２０ＭＨｚ，除乘法和除法指令外，其加速執(zhí)行時間可提高到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?轉(zhuǎn)換時間只有９．３μｓ。

●具有極寬的電壓適用范圍。在用于數(shù)字功能時，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置參數(shù)。

●內(nèi)含２個１６位的定時／計數(shù)器，每一個定時器都可設置為溢出時觸發(fā)相應端口輸出方式。其內(nèi)部含有２個模擬比較器。

●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個外部中斷輸入和８個鍵盤中斷輸入以及４個中斷優(yōu)先級。

●具有內(nèi)部數(shù)字看門狗電路，看門狗定時器利用片內(nèi)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。其看門狗溢出時間有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，可通過片內(nèi)上電復位而不需要外接元件；在低電壓復位時，可選擇事先預設的兩種電壓之一來復位，并可在掉電時使系統(tǒng)安全關閉。此外，也可將其設定為一個中斷源。

●可編程Ｉ／Ｏ口輸出模式具有準雙向口、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，當電壓為３．３Ｖ，頻率為２０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ時的靜態(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(jié)構(gòu)，運行速度是標準８０Ｃ５１的２倍，這就意味著Ｐ８７ＬＰＣ７６７在１０ＭＨｚ時的性能與標準的８０Ｃ５１采用２０ＭＨｚ時的性能相同。它的一個機器周期由６個振蕩周期組成，而大多數(shù)指令執(zhí)行時間為６個或１２個振蕩周期，因此可通過內(nèi)部寄存器選擇為標準８０Ｃ５１ ＭＣＵ時序來使一個機器周期變?yōu)椋保矀€振蕩周期。

２．２ 可設定的模擬功能

Ｐ８７ＬＰＣ７６７內(nèi)部集成有１個Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器、２個模擬比較器和２個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的相應位，以使用于模擬功能管腳的數(shù)字信號輸入（ＤＡＣ輸出腳除外）和輸出功能關閉。

２．３ Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器

Ｐ８７ＬＰＣ７６７內(nèi)部帶有一個四通道的８位Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器。四個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４模擬多路開關選擇器和一個８位逐次逼近ＡＤＣ。其中Ａ／Ｄ還帶有一個比率電位計以保證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，同時可通過置位ＡＤＣＳ位來啟動Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。在Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ＡＤＣＳ位清零，中斷標志位ＡＤＣＩ被置位，并通過查詢或中斷方式進行采樣，同時在轉(zhuǎn)換完成時，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€在傳輸信息時具有主－從設備間數(shù)據(jù)雙向傳輸、從設備串行尋址、每傳送完一字節(jié)產(chǎn)生應答位及多主機同時傳送時進行仲裁以避免總線上數(shù)據(jù)沖突等特性。

Ｉ２Ｃ總線系統(tǒng)包括一個可簡化軟件驅(qū)動的Ｉ２Ｃ總線硬件。除了必要的總線仲裁、幀錯誤檢測、時鐘擴展和總線超時外，還可通過一個一位接口來循環(huán)查詢和中斷以同步軟件。

２．５ 中斷

Ｐ８７ＬＰＣ７６７具有四個優(yōu)先級的中斷結(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１３個中斷源。任何一個中斷源都可以通過對ＩＥＮ０和ＩＥＮ１中的相應位置位或清零來單獨使能或禁止。每個中斷源可通過清零或置位ＩＰ０、ＩＰ０Ｈ、ＩＰ１、ＩＰ１Ｈ中的相應位來實現(xiàn)（００為最低，１１為最高）。同級中斷可以通過仲裁隊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，并可通過對內(nèi)部特殊功能寄存器ＫＢＩ的相應位置位來實現(xiàn)。當打開ＫＢＩ中斷功能后，任一被使能的引腳拉低都會使ＡＵＸＲＩ寄存器內(nèi)鍵盤中斷標志（ＫＢＦ）置位。由于人的操作存在著對時間分辨精度及鍵開關閉合的機械延遲，因此，通常將ＫＢＩ特性用于中斷服務程序的輪流查詢端口０，以確定按下的是哪個鍵，而且有時甚至可決定是否將處理器從低功耗模式下喚醒。

圖4

３　Ｐ８７ＬＰＣ７６７的應用

根據(jù)Ｐ８７ＬＰＣ７６７單片機抗干擾能力強、溫度適應范圍寬、內(nèi)含高質(zhì)量的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器、可提供增強的ＭＣＵ、可對模擬功能進行設定、強大的鍵盤中斷功能以及微功耗等特點?結(jié)合智能定位控制器的技術要求，筆者以Ｐ８７ＬＰＣ７６７單片機為核心設計了一個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)的自動化水平，減小了運行人員的工作強度。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信號經(jīng)穩(wěn)壓及信號轉(zhuǎn)換電路來為定位器提供電源，同時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)單片機采樣并進行運算處理，同時將輸出控制信號送到復用開關，最后經(jīng)微型馬達(ＷＸＭＤ)即可控制汽動執(zhí)行機構(gòu)以實現(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，所以其負載能力有限，為了使定位器的微型馬達和復用開關可靠動作，除了選擇低功耗器件外，還應盡量減少外圍芯片的數(shù)量，因為Ｐ８７ＬＰＣ７６７具有內(nèi)部Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器、比較器和極強的Ｉ／Ｏ口驅(qū)動能力，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難題，并可大大提高可靠性。