2017毕业论文-基于i2c总线的远程数据采集系统

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1、基于 I2C 总线的远程数据采集系统 摘 要 针对远距离多点数据的采集，节省微处理器的输入输出引脚，满足多器件控制的 要求，设计一套基于 I2C 总线的远程数据采集系统。本系统以带有 I2C 接口的 LPC900 系列单片机作为主控 MCU，来实现数据的处理；以 P82B96 驱动器提高 I2C 总线的负 载能力，提高传输距离从而实现数据的远程传输；以带有 I2C 接口的 A/D 转换器 PCF8591 来采集数据并进行数据类型的转换；以温度传感器 AD590 来测量环境温度； 以 LED 驱动器 ZLG7290 驱动数码管显示数据。通过不断的调试和完善实现多点的温 度测量，在数码管上显示即时

2、温度。 本系统采用 LPC922 单片机为主控制器，通过 I2C 总线实现远距离的温度测量。本 系统分为以下几个模块：微处理器核心模块、LED 显示模块、键盘模块、温度测量模 块、数据远距离传输模块、电源模块。 关键词：单片机，I2C 总线，远程数据采集 I I2C Bus-based Remote Data Acquisition System ABSTRACT For long-distance multi-point data collection, to save the input and output pins of the microprocessor, to meet the

3、requirementsthe control of multiple devices, design a set of I2C bus based remote data acquisition system. The system interfaces with LPC900 MCU I2C as a master MCU, to achieve data processing; to P82B96 I2C bus drive to improve load capacity and improve transmission range in order to achieve the re

4、mote transmission of data; to I2C interface with A /D PCF8591 converter to capture data and perform data type conversions; to AD590 temperature sensor to measure ambient temperature; to drive ZLG7290 LED digital display driver data. Debug and improve through continuous multi-point temperature measur

5、ement, digital display in real-time temperature. This system uses the LPC922 microcontroller-based controller, through the I2C bus for remote temperature measurements. The system is divided into the following modules: microprocessor core module, LED display module, keyboard module, temperature measu

6、rement module, remote data transmission module, power supply module. KEY WORDS: microcontroller, I2C bus, remote data acquisition 目 录 摘 要 .I ABSTRACT.II 1 绪论.1 1.1 数据采集系统及发展历程.1 1.2 I2C 总线及优点 1 2 系统方案.3 2.1 系统方案简介.3 2.2 系统总体方案的确定.3 2.2.1 主控制器方案的选型3 2.2.2 I2C 扩展芯片的选型4 2.2.3 温度传感器的选型4 2.2.4 LCD 液晶驱动器的

7、选型5 2.2.5 A/D 转换器的选型.5 2.3 总结.5 3 P89LPC922 单片机及 I2C 接口.6 3.1 P89LPC922 单片机概述.6 3.1.1 芯片内部框图6 3.3.2 引脚配置7 3.4 I/O 口.7 3.4.1 I/O 端口配置 8 3.4.2 准双向口输出配置8 3.4.3 开漏输出配置8 3.4.4 仅为输入配置8 3.4.5 推挽输出配置9 3.5 中断.9 3.6 I2C 总线接口 9 3.6.1 概述9 3.6.2 I2C 特殊功能寄存器描述10 3.6.3 I2C 操作模式12 3.7 总结.13 4 硬件电路设计.14 4.1 单片机控制电路.

8、14 I 4.2 LED 显示模块.15 4.3 远程传输模块.16 4.4 电源模块.18 4.5 温度测量模块.18 4.5.1 A/D 转换器 PCF859119 4.5.2 温度传感器 AD590.19 4.6 总结.20 5 系统软件设计.21 5.1 MAIN函数设计 .21 5.2 I2C 发送数据函数 22 5.3 键盘中断函数.23 5.4 键盘处理函数.23 5.5 LED 显示函数.24 5.6 A/D 转换函数24 5.7 总结.25 6 总结与展望.26 6.1 课题总结.26 6.2 课题展望.26 致 谢.28 参 考 文 献.29 附 录 元器件清单.30 附

9、录 原理图.31 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）0 1 绪论 1.1 数据采集系统及发展历程 数据采集是将被测对象(外部世界、现场)的各种参量(如物理量、化学量、生物量 等)通过各种传感元件作适当转换后，再经信号调理、采样、放大、滤波、量化、编码， 然后通过无线或有线的方式进行传输等步骤，最后送到控制器进行数据处理或存储纪 录的过程。 在进行数据采集时，由于许多被测对象离主控中心距离较远或现场环境不允许数 据采集系统就近放置，只能用长线通过远距离传送给主控制器，这便产生了远程数据 采集系统。应用远程数据采集系统可对生产现场的各种参数进行采集、监视和记录， 是提高产品质量、降低成本、增加生产

10、效率和节省人力的重要手段；另外，远程数据 采集是控制系统实现控制的基本条件，只有准确实时的获取对象的运行数据才能实施 有效的控制。 数据采集系统经历了几个发展阶段。早期的数据采集系统基于 ISA、PCI 总线，采 集的数据是模拟量，系统庞大，采集后需要将模拟信号经过放大、调理通过长线传送 给计算机系统；在长线传输过程中信号的电磁干扰是不可避免的，信号转换的过程也 存在干扰；基于串口传输数据的数据采集系统传输速度慢，而且多为主从式结构，系 统稳定性低。基于单片机的数据采集系统利用数字传感器直接输出数字信号，经过总 线的传输直接送给计算机系统，操作方便，无需信号转换。 1.2 I2C 总线及优点

11、I2C（InterIntegrated Circuit）总线是一种由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线， 用于连接微控制器及其外围设备，是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。 它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通 信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个 I2C 总线器件同时连接到 I2C 总线上， 所有 I2C 兼容的器件都具有标准的接口，通过地址来识别通信对象，使他们可以经由 I2C 总线互相通信。 I2C 总线很大程度上减轻了系统对 I/O 口需求的压力，弥补了系统主处理芯片 I/O 口的不足，通过扩展芯片总线的传输长度可高达1000

12、米，并且能够以最高以3.4Mbps 的 最大传输速率支持40个组件。 I2C 总线是由数据线 SDA 和时钟线 SCL 构成的串行总线，可发送和接受数据。在 CPU 与被控 IC 之间，IC 和 IC 之间进行双向传送，各种被控电路均并联在这条总线上， 每个电路都有唯一的地址。在信息传输过程中，I2C 总线上并联的每一个模块电路既是 被控器（或是主控器） ，又是发生器（或是接收器） ，这取决与它所要完成的功能。 基于 I2C 总线的远程数据采集系统1 CPU 发出的控制信号分为地址码和数据码两部分：地址码用来选址，及接通需要控制 的电路；数据码是通信的内容，这样各控制电路虽然挂在同一条总线上，

13、却彼此独立。 利用 I2C 总线实现远程数据采集不但布线方便，传输速度快，操作方便，节省 I/O 资源，多主式的结构更增加了系统的稳定性。 陕西科技大学毕业论文（设计说明书）2 2 系统方案 2.1 系统方案简介 该系统设计是利用 LPC900 系列单片机，通过 I2C 总线，实现远程的温度采集。 基于 I2C 的远程数据采集系统由主控制模块和数据采集模块两大部分构成。主控制模 块以 LPC900 系列单片机为核心控制器，集成了键盘操作功能。温度传感器 AD590 测 得温度后转换为电信号经过放大和信号调理送入 A/D 转换器 PCF8591 实现模数转换， 再通过由扩展芯片 P82B96 扩

14、展后的 I2C 总线实现远距离通信。显示模块利用 I2C 总线 可以并联多个 I2C 接口器件的特性，使用 ZLG7290 作为 LED 驱动器驱动数码管显示。 系统方案如下： LPC922 复位电路 晶振电路 共阴数码 管 键盘电路 P82B96 P82B96 A/D PCF8591 ADS590 SDA SCL SDA SDA SCL SCL SCLSDA LED驱动器 7290 SCLSDA 段输出 图 2-1 系统设计框图 2.2 系统总体方案的确定 2.2.1 主控制器方案的选型 方案一：常用的 51 单片机 89C51 89C51 无硬件 I2C，需用软件模拟 I2C 时序，操作繁

15、琐，调试麻烦，内部资源不充 足，且 5V 工作电压功耗高、速度低，用于该课题无明显优势。 方案二：LPC900 系列单片机 LPC900 系列单片机具有体积小、有 I2C 引脚、超低的功耗（完全掉电时电流低至 1A，工作电压低至 2.43.6V） 、6 倍速于 80C51、工业级芯片、可靠性高、增强型 I/O 口、丰富的片内资源和 ICP 在线编程方便快捷等优势。 用 LPC93X 系列单片机能满足要求但资源浪费，价格高，故最终确定选用 LPC922 单片机。 基于 I2C 总线的远程数据采集系统3 2.2.2 I2C 扩展芯片的选型 I2C 的传输距离有限。实际应用时，必须扩展 I2C 通信

16、距离。P82B715 和 P82B96 是 Philips 研制的应用于远距离通信的 I2C 扩展器。P82B715 只有 3000pF 的输出容性负 载，且不可电平转换，而 P82B96 的最大输出容性负载高达 4000pF，支持电平转换， 还可以作为通用的准双向总线缓冲器。当通信速率为 31KHz 可达到 1000 米。因此在 这个系统里选用 P82B96。 2.2.3 温度传感器的选型 方案一：热电偶传感器 热电偶传感器的原理是将温度变化转换为电势的变化。它是利用两种不同材料的 金属连接在一起，构成的具有热点效应原理的一种感温元件。其优点为精确度高、测 温范围广、结构简单、使用方便、型号种类比较多且技术成熟。目前广泛应用于工业 和民用产品中。热电偶传感器的种类很多，在选择时必须考虑其灵敏度、可靠性、稳 定性等条件。 方案二：热电阻传感器 热电阻传感器的原理是将温度变化转换为电阻值的变化。热电阻传感器是中低温 区最常用的一种温度传感器。它的主要特点是：测量精度高，性能稳定、其中铂电阻 的测量精度是最高的，被制作成标准的基准仪。从热电阻的测温原理可以知道，被测 温度的变化是