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，內含數字看門狗電路和Ｉ２Ｃ總線，其內部的二個模擬比較器可組成８位Ａ／Ｄ及Ｄ／Ａ轉換器，同時具有上電復位檢測和欠壓復位檢測功能，其Ｉ／Ｏ口的驅動電流可達到２０ｍＡ。Ｐ８７ＬＰＣ７６７采用８０Ｃ５１加速處理結構?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。

●內含４通道多路８位Ａ／Ｄ轉換器，在振蕩頻率ｆｏｓｃ為２０ＭＨｚ時?轉換時間只有９．３μｓ。

●具有極寬的電壓適用范圍。在用于數字功能時，其操作電壓的變化范圍為２．７～６．０Ｖ。

●內含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。

●內含２個１６位的定時／計數器，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。

●具有內部數字看門狗電路，看門狗定時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換速度以降低ＥＭＩ。所有Ｉ／Ｏ口線均具有２０ｍＡ的驅動能力。

●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加速處理結構，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，而大多數指令執(zhí)行時間為６個或１２個振蕩周期，因此可通過內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內部集成有１個Ａ／Ｄ轉換器、２個模擬比較器和２個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）和輸出功能關閉。

２．３ Ａ／Ｄ轉換器

Ｐ８７ＬＰＣ７６７內部帶有一個四通道的８位Ａ／Ｄ轉換器。四個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的單調性。該Ａ／Ｄ轉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，并通過查詢或中斷方式進行采樣，同時在轉換完成時，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。總線在傳輸信息時具有主－從設備間數據雙向傳輸、從設備串行尋址、每傳送完一字節(jié)產生應答位及多主機同時傳送時進行仲裁以避免總線上數據沖突等特性。

Ｉ２Ｃ總線系統包括一個可簡化軟件驅動的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（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，并可通過對內部特殊功能寄存器ＫＢＩ的相應位置位來實現。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。



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根據Ｐ８７ＬＰＣ７６７單片機抗干擾能力強、溫度適應范圍寬、內含高質量的Ａ／Ｄ轉換器、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—檔板力平衡式結構的定位器，從而提高了系統的自動化水平，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信號經穩(wěn)壓及信號轉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，最后經微型馬達(ＷＸＭＤ)即可控制汽動執(zhí)行機構以實現位置控制。

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。