畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于I2C總線(xiàn)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

基于I2C總線(xiàn)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)摘要針對(duì)遠(yuǎn)距離多點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集，節(jié)省微處理器的輸入輸出引腳，滿(mǎn)足多器件控制的要求，設(shè)計(jì)一套基于I2C總線(xiàn)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)以帶有I2C接口的LPC900系列單片機(jī)作為主控MCU，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理；以P82B96驅(qū)動(dòng)器提高I2C總線(xiàn)的負(fù)載能力，提高傳輸距離從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸；以帶有I2C接口的A/D轉(zhuǎn)換器PCF8591來(lái)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換；以溫度傳感器AD590來(lái)測(cè)量環(huán)境溫度；以L(fǎng)ED驅(qū)動(dòng)器ZLG7290驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。通過(guò)不斷的調(diào)試和完善實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的溫度測(cè)量，在數(shù)碼管上顯示即時(shí)溫度。本系統(tǒng)采用LPC922單片機(jī)為主控制器，通過(guò)I2C總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的溫度測(cè)量。本系統(tǒng)分為以下幾個(gè)模塊：微處理器核心模塊、LED顯示模塊、鍵盤(pán)模塊、溫度測(cè)量模塊、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸模塊、電源模塊。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，I2C總線(xiàn)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集I2CBus-basedRemoteDataAcquisitionSystemAbstractForlong-distancemulti-pointdatacollection,tosavetheinputandoutputpinsofthemicroprocessor,tomeettherequirementsthecontrolofmultipledevices,designasetofI2Cbusbasedremotedataacquisitionsystem.ThesysteminterfaceswithLPC900MCUI2CasamasterMCU,toachievedataprocessing;toP82B96I2Cbusdrivetoimproveloadcapacityandimprovetransmissionrangeinordertoachievetheremotetransmissionofdata;toI2CinterfacewithA/DPCF8591convertertocapturedataandperformdatatypeconversions;toAD590temperaturesensortomeasureambienttemperature;todriveZLG7290LEDdigitaldisplaydriverdata.Debugandimprovethroughcontinuousmulti-pointtemperaturemeasurement,digitaldisplayinreal-timetemperature.

ThissystemusestheLPC922microcontroller-basedcontroller,throughtheI2Cbusforremotetemperaturemeasurements.Thesystemisdividedintothefollowingmodules:microprocessorcoremodule,LEDdisplaymodule,keyboardmodule,temperaturemeasurementmodule,remotedatatransmissionmodule,powersupplymodule.Keywords:microcontroller,I2Cbus,remotedataacquisition目錄TOC\o"1-3"\h\u23159摘要 圖5-3。圖5-SEQ圖\*ARABIC\s13鍵盤(pán)處理子程序流程圖5.5LED顯示函數(shù)使用ZLG7290驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示有兩種方法，一是向命令緩沖區(qū)（07H-08H）寫(xiě)入復(fù)合指令，向07H寫(xiě)入命令并選通相應(yīng)的數(shù)碼管，向08H寫(xiě)入所要顯示的數(shù)據(jù)，這種方法每次只能寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，多字節(jié)數(shù)據(jù)的輸出可在程序中用循環(huán)寫(xiě)入的方法實(shí)現(xiàn)；二是向顯示緩存寄存器（10H-17H）寫(xiě)入所要顯示的數(shù)據(jù)的段碼，段碼的編碼規(guī)則為從高位到低位為abcdefgdp，每次可寫(xiě)入1-8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。圖5-3ZLG7290鍵盤(pán)掃描及顯示程序流程圖該流程圖的功能是復(fù)位后，數(shù)碼管顯示初值0-7，若有鍵按下，則判斷是普通鍵還是功能鍵，若為功能鍵，則保持原來(lái)的顯示不變，使8個(gè)數(shù)碼管同時(shí)閃爍；若為普通鍵，則將鍵值顯示在第一個(gè)和第二個(gè)數(shù)碼管并同時(shí)閃爍，其他數(shù)碼管不閃爍，原有的顯示左移兩位。5.6A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)對(duì)PCF8591的AIN0通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的8位二進(jìn)制數(shù)讀取到單片機(jī)中。首先將字節(jié)地址選擇字寫(xiě)入PCF8591中，與D/A轉(zhuǎn)換設(shè)置相同為90H；接下來(lái)寫(xiě)入轉(zhuǎn)換控制字，因只對(duì)AIN0通道進(jìn)行采樣，所以轉(zhuǎn)換控制字為00H；接下來(lái)再寫(xiě)入一個(gè)地址選擇字，此時(shí)的地址選擇字中的D0（R/）應(yīng)當(dāng)設(shè)置成1（讀），所以此時(shí)的地址選擇字為91H。圖5-4A/D轉(zhuǎn)換流程圖本章節(jié)主要介紹了系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)，主函數(shù)的流程確定函數(shù)的設(shè)計(jì)思想，幾個(gè)子函數(shù)的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)的方案得以實(shí)現(xiàn)。子函數(shù)設(shè)計(jì)主要包括：I2C發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)、鍵盤(pán)中斷、鍵盤(pán)處理函數(shù)、LED顯示函數(shù)和A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)。6總結(jié)與展望6.1課題總結(jié)經(jīng)過(guò)三個(gè)月理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，完成了基于I2C總線(xiàn)的遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。從繪制電路原理圖、PCB圖、制板到電路實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程中，我了解了單片機(jī)的開(kāi)發(fā)流程，熟悉了多種元器件的應(yīng)用。一個(gè)好的系統(tǒng)是硬件設(shè)計(jì)與軟件編程的完美結(jié)合，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的可行性。在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中遇到了不少的困難，也走了不少?gòu)澛?；同樣，在這個(gè)過(guò)程中也有了很多收獲，很多體會(huì)。主要的感受有以下幾點(diǎn)：第一、一定要把基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)好，不斷提高自學(xué)能力。只有對(duì)系統(tǒng)所需所有知識(shí)點(diǎn)都有穩(wěn)固的基礎(chǔ)，才能順利完成工作。實(shí)踐是以理論為依據(jù)的，理論對(duì)實(shí)踐有重要的指導(dǎo)作用。沒(méi)有良好的理論基礎(chǔ)，實(shí)踐只是空中樓閣，是不牢固的。第二、重視實(shí)踐，提高實(shí)際操作能力。我們必須掌握理論知識(shí)，但僅有理論是不夠的；實(shí)踐當(dāng)中所需要的大量技能是書(shū)本上根本沒(méi)有的，也是課堂上根本學(xué)不到的，這就需要自己在工作之余不斷的努力練習(xí)才可以彌補(bǔ)這方面的不足。同時(shí)，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)是一件令人愉快的事，同時(shí)還能鞏固之前所學(xué)的知識(shí)，提高自身的能力。第三、要真正做到腳踏實(shí)地，徹底拋棄僥幸心理。軟件以及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求開(kāi)發(fā)者考慮周全，認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)細(xì)節(jié)；一個(gè)微小的錯(cuò)誤也可能使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。第四、要有堅(jiān)韌的意志，勇敢面對(duì)困難與挑戰(zhàn)。程序的調(diào)試與修改是一項(xiàng)艱苦而又枯燥的工作。第五、合理有效的利用身邊資源。公司圖書(shū)館、互聯(lián)網(wǎng)給我們提供了非常豐富的資源，身邊的同事就更是一部部活的“萬(wàn)能詞典”，他們豐富的工作學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)與項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是我們最有力的保障。本系統(tǒng)只設(shè)計(jì)了通過(guò)I2C總線(xiàn)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)采集，應(yīng)該還可以加入采集后的控制系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)的。但由于本人能力有限，目前還只是進(jìn)行了粗淺的研究，還有很多深入的細(xì)節(jié)問(wèn)題尚待研究解決，但是此設(shè)計(jì)還是在一定程度上證明了課題的可行性。6.2課題展望I2C總線(xiàn)最顯著的特點(diǎn)是規(guī)范的完整性、結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性和用戶(hù)使用時(shí)的“傻瓜”化。目前I2C總線(xiàn)大量應(yīng)用在視頻、音響系統(tǒng)中，Philips公司推出的近200種I2C總線(xiàn)接口器件，I2C總線(xiàn)已被眾多的廠家使用在高檔電視機(jī)、機(jī)和攝錄像系統(tǒng)中，在測(cè)控領(lǐng)域中單片機(jī)應(yīng)用尚未普及推廣，I2C總線(xiàn)有望成為一項(xiàng)常規(guī)性系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)。I2C遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)為許多公司采用，推廣該技術(shù)有助于推廣我國(guó)單片機(jī)的應(yīng)用水平。該技術(shù)有很廣泛的應(yīng)用前途，且I2C總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸速度也越來(lái)越快。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集可以擴(kuò)展到很多節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)檢測(cè)和控制，應(yīng)用前景很好。優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、工程?shí)施的可行性、系統(tǒng)兼容性及可擴(kuò)展性，同時(shí)還應(yīng)使該系統(tǒng)具有投資少、見(jiàn)效快、應(yīng)用范圍廣泛等特點(diǎn)。在I2C總線(xiàn)技術(shù)上還有很多工作可以做，如位方式的數(shù)據(jù)通訊、由ACCESS.BUG構(gòu)成的桌面多機(jī)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)，也可能是未來(lái)的一個(gè)研究方向。本人相信隨著系統(tǒng)的進(jìn)一步完善和發(fā)展，最終能夠把一套完整的擴(kuò)展模塊應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。致謝四年的生活相處不久，卻從陜西科技大學(xué)老師身上學(xué)到了太多，必將終身受益，感謝所有教授過(guò)我課程的的老師們。此論文是在張玉杰老師的指導(dǎo)下完成的，從課題選題、學(xué)習(xí)原理圖與PCB繪制開(kāi)始，到做出實(shí)物、編寫(xiě)程序并加以調(diào)試改進(jìn)，再到最后完成穩(wěn)定的硬件實(shí)物和到論文完成的整個(gè)過(guò)程中，曾遇到過(guò)不少的問(wèn)題，在解決問(wèn)題的過(guò)程中，收獲了很多。始終浸透著導(dǎo)師的心血和汗水。導(dǎo)師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、博文廣識(shí)、務(wù)實(shí)求精，他們對(duì)新知識(shí)孜孜以求的探索精神和對(duì)學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)敏銳的洞察力使學(xué)生受益匪淺，真誠(chéng)正直的為人態(tài)度無(wú)不讓我終生難忘。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，得到了張老師的諄諄教誨和卓有成效的指導(dǎo)，在此，特向?qū)熤乱宰钫\(chéng)摯的敬意和最美好的祝愿!感謝身邊所有的朋友與同學(xué)，謝謝你們四年來(lái)的關(guān)照與寬容，與你們一起走過(guò)的繽紛時(shí)代，將會(huì)是我一生最珍貴的回憶。參考文獻(xiàn)周立功．LPC900系列Flash單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)．北京航空航天大學(xué)出版社，2003．馬忠梅，籍順心等．單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)．北京航空航天大學(xué)出版社，2001．康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）．華中科技大學(xué)電子技術(shù)課題組，2005，320～360．李朝青，劉艷玲．單片機(jī)與PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)[M]．北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2007：10～27．周立功等．增強(qiáng)型80C51單片機(jī)速成與實(shí)踐．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003：10～27．PhilipsSemiconductor．I2C總線(xiàn)概要.pdf．PhilipsSemiconductor．I2C．PhilipsSemiconductor．P89LPC920_21_22_221-08_en.pdf．PhilipsSemiconductor．p82b96_42152.pdf．廣州周立功單片機(jī)．．廣州周立功單片機(jī)．．廣州周立功單片機(jī)．LPC900reset.pdf．廣州周立功單片機(jī)．．P82B96_I2C擴(kuò)展器Demon使用規(guī)則．廣州周立功單片機(jī)．LPC900系列單片機(jī)電源電路的應(yīng)用設(shè)計(jì).pdf．附錄Ⅰ元器件清單序物料名稱(chēng)規(guī)格/型號(hào)數(shù)量單位備注直插貼片1電阻10KΩ30pcsFORMCHECKBOX2電阻100KΩ10pcsFORMCHECKBOX3ICP89LPC9221pcsFORMCHECKBOX4ICP82B96TP2pcsSO-8FORMCHECKBOX5ICLM3241pcsFORMCHECKBOX6ICAD5901pcsFORMCHECKBOX7ICPCF85911pcsFORMCHECKBOX8發(fā)光二極管Ф3,紅色8pcsFORMCHECKBOX9電容30P,±5%,50V,COG5pcsFORMCHECKBOX10電解電容4.7u,+80%～-20%,50V,Y5V2pcsFORMCHECKBOX11IC底座DIP-121pcsFORMCHECKBOX12IC底座DIP-82pcsFORMCHECKBOX13IC底座DIP-161pcsFO