P87LPC767单片机及其在微功耗智能定位器中的应用

１ Ｐ８７ＬＰＣ７６７的引脚排列及主要特性

Ｐ８７ＬＰＣ７６７是ＰＨＩＬＩＰＳ半导体公司推出的ＯＴＰ系列单片机，它采用２０脚封装，可提供高速和低速的晶振和ＲＣ振荡方式，也可以通过软件编程选择时钟。该单片机具有较宽的操作电压范围，可通过控制寄存器编程来选择Ｉ／Ｏ口的输出模式，内含数字看门狗电路和Ｉ２Ｃ总线，其内部的二个模拟比较器可组成８位Ａ／Ｄ及Ｄ／Ａ转换器，同时具有上电复位检测和欠压复位检测功能，其Ｉ／Ｏ口的驱动电流可达到２０ｍＡ。Ｐ８７ＬＰＣ７６７采用８０Ｃ５１加速处理结构指令执行速度是标准８０Ｃ５１ＭＣＵ的两倍，温度范围为－４０～＋８５℃，该单片机本身的电磁兼容性极好，并继承了ＰＨＩＬＩＰＳ半导体的低功耗特性以及不可破译性等特性。图１所示为Ｐ８７ＬＰＣ７６７单片机的引脚图。该芯片的主要特点如下：

●采用２０脚ＤＩＰ和ＳＯ封装，可满足不同用户的需求

●时钟频率最大可达２０ＭＨｚ，除乘法和除法指令外，其加速执行时间可提高到３００～６００ｎｓ。

●内含４通道多路８位Ａ／Ｄ转换器，在振荡频率ｆｏｓｃ为２０ＭＨｚ时转换时间只有９．３μｓ。

●具有极宽的电压适用范围。在用于数字功能时，其操作电压的变化范围为２．７～６．０Ｖ。

●内含４ｋ字节ＯＴＰ程序存储器和１２８字节的ＲＡＭ。另有３２Ｂｙｔｅ的用户代码区可用来存放序列码及设置参数。

●内含２个１６位的定时／计数器，每一个定时器都可设置为溢出时触发相应端口输出方式。其内部含有２个模拟比较器。

●带有全双工通用异步接收／发送（ＵＡＲＴ）及Ｉ２Ｃ通信接口，并具有２个外部中断输入和８个键盘中断输入以及４个中断优先级。

●具有内部数字看门狗电路，看门狗定时器利用片内独立振荡器工作。由于不需要外接元器件，因此可以用于振荡器的失效检测。其看门狗溢出时间有８种选择方式。

●具有低电平和低电压两种复位方式。在低电平复位时，可通过片内上电复位而不需要外接元件；在低电压复位时，可选择事先预设的两种电压之一来复位，并可在掉电时使系统安全关闭。此外，也可将其设定为一个中断源。

●可编程Ｉ／Ｏ口输出模式具有准双向口、开漏输出口、上拉和输入口等模式，并可通过施密特触发输入模式来控制口线输出转换速度以降低ＥＭＩ。所有Ｉ／Ｏ口线均具有２０ｍＡ的驱动能力。

●通过串行ＥＰＲＯＭ可在线编程，并有２位Ｅ-ＰＲＯＭ安全码可防止程序被读出。

●具有低功耗功能，当电压为３．３Ｖ，频率为２０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ时的静态电流只有９～４４μＡ 。并有空闲和掉电两种省电模式，具有掉电唤醒功能。

２ Ｐ８７ＬＰＣ７６７的主要功能

Ｐ８７ＬＰＣ７６７本身具有多种功能，图２所示是该器件的逻辑符号图。

２．１ 增强型的ＭＣＵ

由于Ｐ８７ＬＰＣ７６７单片机采用８０Ｃ５１加速处理结构，运行速度是标准８０Ｃ５１的２倍，这就意味着Ｐ８７ＬＰＣ７６７在１０ＭＨｚ时的性能与标准的８０Ｃ５１采用２０ＭＨｚ时的性能相同。它的一个机器周期由６个振荡周期组成，而大多数指令执行时间为６个或１２个振荡周期，因此可通过内部寄存器选择为标准８０Ｃ５１ ＭＣＵ时序来使一个机器周期变为１２个振荡周期。

２．２ 可设定的模拟功能

Ｐ８７ＬＰＣ７６７内部集成有１个Ａ／Ｄ转换器、２个模拟比较器和２个Ｄ／Ａ转换器，因此，在使用中，为了提高性能和降低功耗，可通过置位和清除内部寄存器ＰＴＯＡＤ和ＰＸＭ１、ＰＸＭ２的相应位，以使用于模拟功能管脚的数字信号输入（ＤＡＣ输出脚除外）和输出功能关闭。

２．３ Ａ／Ｄ转换器

Ｐ８７ＬＰＣ７６７内部带有一个四通道的８位Ａ／Ｄ转换器。四个Ｐ０口可选择为Ａ／Ｄ转换的输入。其Ａ／Ｄ转换的电源和参考电压与ＭＣＵ共用ＶＣＣ和ＶＳＳ。而Ａ／Ｄ转换的最低工作在为３Ｖ，Ａ／Ｄ转换器的连结方法如图３所示。

Ａ／Ｄ转换器包括一个４模拟多路开关选择器和一个８位逐次逼近ＡＤＣ。其中Ａ／Ｄ还带有一个比率电位计以保证ＤＡＣ的单调性。该Ａ／Ｄ转换器可由特殊功能寄存器ＡＤＣＯＮ控制，并可通过置位ＥＮＡＤＣ位来使能Ａ／Ｄ，同时可通过置位ＡＤＣＳ位来启动Ａ／Ｄ转换。在Ａ／Ｄ转换结束后，ＡＤＣＳ位清零，中断标志位ＡＤＣＩ被置位，并通过查询或中断方式进行采样，同时在转换完成时，将结果放入ＤＡＣ０中。理想Ａ／Ｄ转换的结果（Ｖ）如下：

Ｖ＝（ＶＩＸ－ＶＳＳ）×２５６／（ＶＤＤ－ＶＳＳ）（将结果四舍五入）

２．４ Ｉ２Ｃ总线接口

Ｐ８７ＬＰＣ７６７的Ｉ２Ｃ总线通过两条线（ＳＤＡ和ＳＣＬ）在总线和装置中间传递信息。总线在传输信息时具有主－从设备间数据双向传输、从设备串行寻址、每传送完一字节产生应答位及多主机同时传送时进行仲裁以避免总线上数据冲突等特性。

Ｉ２Ｃ总线系统包括一个可简化软件驱动的Ｉ２Ｃ总线硬件。除了必要的总线仲裁、帧错误检测、时钟扩展和总线超时外，还可通过一个一位接口来循环查询和中断以同步软件。

２．５ 中断

Ｐ８７ＬＰＣ７６７具有四个优先级的中断结构，这为Ｐ８７ＬＰＣ７６７的多中断源处理提供了极大的灵活性。Ｐ８７ＬＰＣ７６７可支持多达１３个中断源。任何一个中断源都可以通过对ＩＥＮ０和ＩＥＮ１中的相应位置位或清零来单独使能或禁止。每个中断源可通过清零或置位ＩＰ０、ＩＰ０Ｈ、ＩＰ１、ＩＰ１Ｈ中的相应位来实现（００为最低，１１为最高）。同级中断可以通过仲裁队列的查询顺序来处理。

Ｐ８７ＬＰＣ７６７允许端口０的部分或全部引脚被使能为键盘中断，并可通过对内部特殊功能寄存器ＫＢＩ的相应位置位来实现。当打开ＫＢＩ中断功能后，任一被使能的引脚拉低都会使ＡＵＸＲＩ寄存器内键盘中断标志（ＫＢＦ）置位。由于人的操作存在着对时间分辨精度及键开关闭合的机械延迟，因此，通常将ＫＢＩ特性用于中断服务程序的轮流查询端口０，以确定按下的是哪个键，而且有时甚至可决定是否将处理器从低功耗模式下唤醒。

３ Ｐ８７ＬＰＣ７６７的应用

根据Ｐ８７ＬＰＣ７６７单片机抗干扰能力强、温度适应范围宽、内含高质量的Ａ／Ｄ转换器、可提供增强的ＭＣＵ、可对模拟功能进行设定、强大的键盘中断功能以及微功耗等特点结合智能定位控制器的技术要求，笔者以Ｐ８７ＬＰＣ７６７单片机为核心设计了一个二线制微功耗智能定位器，以取代喷嘴—档板力平衡式结构的定位器，从而提高了系统的自动化水平，减小了运行人员的工作强度。这种二线制微功耗智能定位器的电路原理图如图４所示。

该定位器利用控制室安全栅（ＡＱＳ）提供的４－２０ｍＡ信号经稳压及信号转换电路来为定位器提供电源，同时也为定位器提供输入信号并送至ＡＤ１口。当由位置检测器检测的位置信号（ＦＷ）送至ＡＤ０口后，经单片机采样并进行运算处理，同时将输出控制信号送到复用开关，最后经微型马达(ＷＸＭＤ)即可控制汽动执行机构以实现位置控制。

４ 结论

由于定位器的电源是由安全栅的输出电流提供的，所以其负载能力有限，为了使定位器的微型马达和复用开关可靠动作，除了选择低功耗器件外，还应尽量减少外围芯片的数量，因为Ｐ８７ＬＰＣ７６７具有内部Ａ／Ｄ转换器、比较器和极强的Ｉ／Ｏ口驱动能力，而且具有很好的温度特性，因此，用它可以很好地解决一些技术难题，并可大大提高可靠性。