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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温度。 本系统采用LPC922单片机为主控制器，通过I2C总
2、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 I2C Bus-based Remote Data Acquisition SystemABSTRACT For long-distance multi-point data collection, to save the input and output pins of the microprocessor, to meet the requirementsthe control of multiple device
3、s, 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 remote transmission of data; to I2C interfac
4、e 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 measurement, digital display in real-time temper
5、ature. 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 measurement module, remote data transmission mo
6、dule, power supply module.KEY WORDS: microcontroller, I2C bus, remote data acquisition目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1数据采集系统及发展历程11.2 I2C总线及优点12 系统方案32.1 系统方案简介32.2 系统总体方案的确定32.2.1 主控制器方案的选型32.2.2 I2C扩展芯片的选型42.2.3 温度传感器的选型42.2.4 LCD液晶驱动器的选型52.2.5 A/D转换器的选型52.3总结53 P89LPC922单片机及I2C接口63.1 P89LPC922单片机概述63.1.
7、1 芯片内部框图63.3.2 引脚配置73.4 I/O口73.4.1 I/O端口配置83.4.2 准双向口输出配置83.4.3 开漏输出配置83.4.4 仅为输入配置83.4.5 推挽输出配置93.5 中断93.6 I2C总线接口93.6.1 概述93.6.2 I2C特殊功能寄存器描述103.6.3 I2C操作模式123.7总结134 硬件电路设计144.1 单片机控制电路144.2 LED显示模块154.3 远程传输模块164.4 电源模块184.5 温度测量模块184.5.1 A/D转换器 PCF8591194.5.2 温度传感器AD590194.6总结205 系统软件设计215.1 Ma
8、in函数设计215.2 I2C发送数据函数225.3 键盘中断函数235.4 键盘处理函数235.5 LED显示函数245.6 A/D转换函数245.7总结256 总结与展望266.1 课题总结266.2 课题展望26致 谢28参 考 文 献29附 录 元器件清单30附 录 原理图311 绪论及发展历程 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
9、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
10、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 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
11、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米，并且能够以最高以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。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
12、样各控制电路虽然挂在同一条总线上，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。 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扩展后的I2C总线实现远距离通信。显示模块利用I2C总线可
13、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： 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
14、。 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。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。
15、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，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来变现的。因此，热电阻的引出线的电阻的变化会给测温带来影响。为了消除引线电阻的影响，一般采用三线制或四线制。 方案三：半导体集成模拟温度传感器 半导体IC温度传感器是利用半导体PN结的电流、电压与温度变换关系来测温的一种感温元件。这种传感器输出线性好、精度高，而且可以把传感器驱动电路、信号处
