毕业设计（论文）-基于I2C总线的远程数据采集系统

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目录TOC\o"1-3"\h\u23159摘要 图5-3。图5-SEQ图\*ARABIC\s13键盘处理子程序流程图5.5LED显示函数使用ZLG7290驱动数码管显示有两种方法，一是向命令缓冲区（07H-08H）写入复合指令，向07H写入命令并选通相应的数码管，向08H写入所要显示的数据，这种方法每次只能写入一个字节的数据，多字节数据的输出可在程序中用循环写入的方法实现；二是向显示缓存寄存器（10H-17H）写入所要显示的数据的段码，段码的编码规则为从高位到低位为abcdefgdp，每次可写入1-8个字节数据。图5-3ZLG7290键盘扫描及显示程序流程图该流程图的功能是复位后，数码管显示初值0-7，若有键按下，则判断是普通键还是功能键，若为功能键，则保持原来的显示不变，使8个数码管同时闪烁；若为普通键，则将键值显示在第一个和第二个数码管并同时闪烁，其他数码管不闪烁，原有的显示左移两位。5.6A/D转换函数对PCF8591的AIN0通道进行A/D转换，将转换后的8位二进制数读取到单片机中。首先将字节地址选择字写入PCF8591中，与D/A转换设置相同为90H；接下来写入转换控制字，因只对AIN0通道进行采样，所以转换控制字为00H；接下来再写入一个地址选择字，此时的地址选择字中的D0（R/）应当设置成1（读），所以此时的地址选择字为91H。图5-4A/D转换流程图本章节主要介绍了系统的软件实现，主函数的流程确定函数的设计思想，几个子函数的设计使系统的方案得以实现。子函数设计主要包括：I2C发送数据函数、键盘中断、键盘处理函数、LED显示函数和A/D转换函数。6总结与展望6.1课题总结经过三个月理论研究和实验验证，完成了基于I2C总线的远程I/O扩展系统的设计。从绘制电路原理图、PCB图、制板到电路实现整个过程中，我了解了单片机的开发流程，熟悉了多种元器件的应用。一个好的系统是硬件设计与软件编程的完美结合，任何一个环节都会影响到整个系统的可行性。在系统的实现过程中遇到了不少的困难，也走了不少弯路；同样，在这个过程中也有了很多收获，很多体会。主要的感受有以下几点：第一、一定要把基础知识学好，不断提高自学能力。只有对系统所需所有知识点都有稳固的基础，才能顺利完成工作。实践是以理论为依据的，理论对实践有重要的指导作用。没有良好的理论基础，实践只是空中楼阁，是不牢固的。第二、重视实践，提高实际操作能力。我们必须掌握理论知识，但仅有理论是不够的；实践当中所需要的大量技能是书本上根本没有的，也是课堂上根本学不到的，这就需要自己在工作之余不断的努力练习才可以弥补这方面的不足。同时，在实践中学习是一件令人愉快的事，同时还能巩固之前所学的知识，提高自身的能力。第三、要真正做到脚踏实地，彻底抛弃侥幸心理。软件以及系统的设计要求开发者考虑周全，认真对待每一个细节；一个微小的错误也可能使整个系统瘫痪。第四、要有坚韧的意志，勇敢面对困难与挑战。程序的调试与修改是一项艰苦而又枯燥的工作。第五、合理有效的利用身边资源。公司图书馆、互联网给我们提供了非常丰富的资源，身边的同事就更是一部部活的“万能词典”，他们丰富的工作学习经验与项目实践经验是我们最有力的保障。本系统只设计了通过I2C总线进行远距离的数据采集，应该还可以加入采集后的控制系统和报警系统的。但由于本人能力有限，目前还只是进行了粗浅的研究，还有很多深入的细节问题尚待研究解决，但是此设计还是在一定程度上证明了课题的可行性。6.2课题展望I2C总线最显著的特点是规范的完整性、结构的独立性和用户使用时的“傻瓜”化。目前I2C总线大量应用在视频、音响系统中，Philips公司推出的近200种I2C总线接口器件，I2C总线已被众多的厂家使用在高档电视机、机和摄录像系统中，在测控领域中单片机应用尚未普及推广，I2C总线有望成为一项常规性系统扩展技术。I2C远程数据采集技术已经为许多公司采用，推广该技术有助于推广我国单片机的应用水平。该技术有很广泛的应用前途，且I2C总线的数据传输速度也越来越快。远程数据的采集可以扩展到很多节点的数据检测和控制，应用前景很好。优化设计应考虑数据传输的可靠性、工程实施的可行性、系统兼容性及可扩展性，同时还应使该系统具有投资少、见效快、应用范围广泛等特点。在I2C总线技术上还有很多工作可以做，如位方式的数据通讯、由ACCESS.BUG构成的桌面多机系统及网络，也可能是未来的一个研究方向。本人相信随着系统的进一步完善和发展，最终能够把一套完整的扩展模块应用于众多领域。致谢四年的生活相处不久，却从陕西科技大学老师身上学到了太多，必将终身受益，感谢所有教授过我课程的的老师们。此论文是在张玉杰老师的指导下完成的，从课题选题、学习原理图与PCB绘制开始，到做出实物、编写程序并加以调试改进，再到最后完成稳定的硬件实物和到论文完成的整个过程中，曾遇到过不少的问题，在解决问题的过程中，收获了很多。始终浸透着导师的心血和汗水。导师治学严谨、博文广识、务实求精，他们对新知识孜孜以求的探索精神和对学术前沿动态敏锐的洞察力使学生受益匪浅，真诚正直的为人态度无不让我终生难忘。在整个毕业设计期间，得到了张老师的谆谆教诲和卓有成效的指导，在此，特向导师致以最诚挚的敬意和最美好的祝愿!感谢身边所有的朋友与同学，谢谢你们四年来的关照与宽容，与你们一起走过的缤纷时代，将会是我一生最珍贵的回忆。参考文献周立功．LPC900系列Flash单片机应用技术．北京航空航天大学出版社，2003．马忠梅，籍顺心等．单片机的C语言应用程序设计．北京航空航天大学出版社，2001．康华光．电子技术基础模拟部分（第五版）．华中科技大学电子技术课题组，2005，320～360．李朝青，刘艳玲．单片机与PC机网络通信技术[M]．北京：北京航天航空大学出版社，2007：10～27．周立功等．增强型80C51单片机速成与实践．北京：北京航空航天大学出版社，2003：10～27．PhilipsSemiconductor．I2C总线概要.pdf．PhilipsSemiconductor．I2C．PhilipsSemiconductor．P89LPC920_21_22_221-08_en.pdf．PhilipsSemiconductor．p82b96_42152.pdf．广州周立功单片机．．广州周立功单片机．．广州周立功单片机．LPC900reset.pdf．广州周立功单片机．．P82B96_I2C扩展器Demon使用规则．广州周立功单片机．LPC900系列单片机电源电路的应用设计.pdf．附录Ⅰ元器件清单序物料名称规格/型号数量单位备注直插贴片1电阻10KΩ30pcsFORMCHECKBOX2电阻100KΩ10pcsFORMCHECKBOX3ICP89LPC9221pcsFORMCHECKBOX4ICP82B96TP2pcsSO-8FORMCHECKBOX5ICLM3241pcsFORMCHECKBOX6ICAD5901pcsFORMCHECKBOX7ICPCF85911pcsFORMCHECKBOX8发光二极管Ф3,红色8pcsFORMCHECKBOX9电容30P,±5%,50V,COG5pcsFORMCHECKBOX10电解电容4.7u,+80%～-20%,50V,Y5V2pcsFORMCHECKBOX11IC底座DIP-121pcsFORMCHECKBOX12IC底座DIP-82pcsFORMCHECKBOX13IC底座DIP-161pcsFO