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串行護展總線(xiàn)技術(shù)是新一代單片機技術(shù)發(fā)展的一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)。其中PHILIPS公司推出的I2C總線(xiàn)最為著(zhù)名，它包括一個(gè)兩端接口,通過(guò)一個(gè)帶有緩沖區的接口，數據可以被I2C發(fā)送或接收，控制和狀態(tài)信息則通過(guò)一套內存映射寄存器來(lái)傳送。與并行擴展總線(xiàn)相比，串行擴展總線(xiàn)有突出的優(yōu)點(diǎn):電路結構簡(jiǎn)單，程序編寫(xiě)方便，易于實(shí)現用戶(hù)系統軟硬件的模塊化、標準化等。本文是把I2C總線(xiàn)應用到MSP430單片機溫度控制系統中的一個(gè)典型實(shí)例。 I2C總線(xiàn)是用2根雙向I/O信號線(xiàn)(串行時(shí)鐘線(xiàn)SCL和串行數據線(xiàn)SDA)把多種器件連接起來(lái),并實(shí)現器件之間的串行通訊。 MSP430是TI公司一種具有超低功耗的功能強大的16位單片機，MSP430F169是該系列中的一種型號。它內部集成2個(gè)16位定時(shí)器，1個(gè)高速12位A/D轉換器，12位或8位的雙重D/A轉換器，2個(gè)通用同步/異步通訊接口和1個(gè)I2C模塊。我們就是利用其I2C模塊來(lái)對MSP430F169單片機進(jìn)行擴展。 系統硬件設計 該系統實(shí)現對曲軸的熱處理進(jìn)行溫度控制。曲軸的熱處理工藝為：曲軸放入淬火加熱爐以350℃~400℃/h加熱,到910℃~930℃保溫1.5h，淬火冷卻至室溫,進(jìn)爐550℃?600℃回火2.5h。因此，系統需要同時(shí)對淬火爐和回火爐進(jìn)行溫度控制。在此系統中,我們需要分別設計鍵盤(pán)模塊和LED顯示模塊,通過(guò)鍵盤(pán)實(shí)現溫度、PID參數、時(shí)間周期等參數的人工輸入設定，通過(guò)LED分別實(shí)時(shí)顯示淬火爐和回火爐的溫度。在以往的單片機應用系統中，鍵盤(pán)接口和LED顯示接口一般是通過(guò)并行總線(xiàn)擴展的，其特點(diǎn)是信息傳送速度快，但占用的口線(xiàn)多，電路復雜。有了I2C BUS后，可通過(guò)I2CBUS進(jìn)行系統擴展，這時(shí)只要用SCL和SDA兩根信號線(xiàn)就可將單片機與外圍器件連接起來(lái)，使占用的信號線(xiàn)少，電路大大簡(jiǎn)化，系統電路結構如圖1所示。 圖中鍵盤(pán)接口是通過(guò)PCF8574擴展的，PCF8574是8位I/O擴展器，具有8位準雙向口和I2C總線(xiàn)接口，每位都可單獨設為輸入或輸出，功耗低，輸出有鎖存，驅動(dòng)能力強，還具有中斷請求功能。本方案中，該芯片作為4×4矩陣式鍵盤(pán)與單片機接口,初始化后，P0-P3為輸出低電平，P4-P7為輸入，平時(shí)單片機執行其它程序，當有任一鍵按下時(shí)，該芯片在INT端產(chǎn)生中斷請求信號，CPU響應中斷進(jìn)入中斷服務(wù)程序。 在該芯片中，A2-A0為地址引腳，由引腳電平確定，在該系統中A0接高電平，A1、A2接地；P0-P7為準雙向口；INT為中斷請求輸出，低電平有效，需要注意的是該端應通過(guò)上拉電阻上拉。當單片機主節點(diǎn)對PCF8574進(jìn)行一個(gè)字節的寫(xiě)操作時(shí)，即實(shí)現了I/O口的數據輸出。I2C總線(xiàn)發(fā)送到PCF8574中的串行數據，在應答位后出現在I/O端口上，I2C總線(xiàn)不斷送數，I/O上的數據不斷更迭。當單片機主節點(diǎn)對PCF8574讀操作時(shí)，即可實(shí)現I/O端口數據的輸入，讀入的數據存放在接收緩沖區MRD中。當PCF8574輸入端電平狀態(tài)改變時(shí)，中斷請求輸出端INT出現低電平，中斷輸出有效，在對其讀寫(xiě)操作后，中斷請求復位。I2C總線(xiàn)對PCF8574I/O口的輸入操作是一個(gè)字節的讀出操作，該系統中PCF8574的SLAW/SLAR為42H/43H。 圖中SAA1064為4位帶小數點(diǎn)的七段LED顯示器驅動(dòng)電路，該器件可靜態(tài)驅動(dòng)2位LED、動(dòng)態(tài)驅動(dòng)4位LED，只有一個(gè)地址引腳ADR，但可選擇4種電平狀態(tài)。SAA1064中有動(dòng)態(tài)驅動(dòng)控制電路，不須外部動(dòng)態(tài)驅動(dòng)管理。在該芯片中，ADR為地址引腳端，4個(gè)模擬電平狀態(tài)對應4個(gè)引腳地址；CEXT為時(shí)鐘振蕩器外接電容,典型值為2.7nF；P1-P16為段驅動(dòng)輸出端口,口鎖存器置1時(shí),端口狀態(tài)為低電平；MX1、MX2為動(dòng)態(tài)顯示方式下，公共段驅動(dòng)輸出端，外部應用驅動(dòng)晶體管。SAA1064的器件地址是0111，地址引腳只有一個(gè)，即ADR，引腳地址A2、A1、A0采取ADR模擬電平的比較編址，ADR引腳電平為0、3/8VDD、5/8VDD 、VDD時(shí)，相應引腳地址A2、A1、A0為000、001、010、011。 在該系統中,兩片SAA1064的ADR一個(gè)接地,一個(gè)接VDD，按圖中接法,左邊SAA1064的SLAW/SLAR為70H /71H，右邊SAA1064的SLAW/SLAR為76H/77H。應用動(dòng)態(tài)驅動(dòng)方式在兩片SAA1064上分別接3個(gè)LED，都采用P1-P8口動(dòng)態(tài)驅動(dòng)兩位LED顯示，P9-P16口單獨驅動(dòng)一位LED顯示。SAA1064中有5個(gè)寄存器單元，分別為1個(gè)控制寄存器和4個(gè)顯示寄存器,地址單元00H的裝載內容為控制命令COM,地址單元01H、02H、03H、04H的裝載內容分別為顯示段碼1、顯示段碼2、顯示段碼3、顯示段碼4,在本系統中,只用到前3個(gè)顯示段碼。單片機可從芯片中讀出狀態(tài)字節,該狀態(tài)字節只用到最高位PR。PR=1表示從上次讀狀態(tài)后出現過(guò)掉電和加電,讀狀態(tài)字節后,PR清“0”。單片機也可向芯片寫(xiě)入地址字節、指令字節、控制字節和數據字節,指令字節(00000SC SBSA)中的SC、SB、SA規定指令字節后的數據字節從哪個(gè)單元開(kāi)始寫(xiě)入,以后地址自動(dòng)增量。 系統軟件設計 MSP430F169中的I2C控制器是通用串行同步/異步USART外圍模塊中的一部分，且只在USART0中具有I2C模式，其個(gè)別位的定義與SPI或UART模式不同。U0CTL寄存器的默認值是UART模式,寄存器包含下面這些位：必須設置SYNC位才能選擇SPI或I2C模式，當SWRST=1時(shí),設置SYNC位選擇SPI模式,當SYNC=1設置I2C位選擇I2C模式，對USART0來(lái)說(shuō)，SYNC位和I2C位可以在一條指令中同時(shí)設置使其運行在I2C模式。 圖2 主發(fā)送程序流程圖圖 I2CSTT是啟動(dòng)發(fā)送控制位，其設置為1用來(lái)啟動(dòng)數據發(fā)送，一旦數據傳送開(kāi)始,這個(gè)位自動(dòng)清零。I2CSTP是停止發(fā)送控制位,這個(gè)位置1表示停止數據發(fā)送，一旦數據發(fā)送停止，該位自動(dòng)清零。在主發(fā)送模式中，一旦從地址字節和讀寫(xiě)方向位發(fā)送之后，通過(guò)設置I2CTRX=0即可進(jìn)入主接收模式。主發(fā)送程序流程圖如圖2所示，主接收程序流程圖如圖3所示。 圖3 主接收程序流程圖 由于把I2C總線(xiàn)技術(shù)引入到系統設計中,使該系統硬件電路變得非常簡(jiǎn)單,同時(shí)利用新型16位微處理器MSP430F169構成整個(gè)控制系統的核心,因其自帶I2C接口，使系統的軟件編程也比較簡(jiǎn)單，因此不失為一種良好的系統設計方案。 |
