基于I2C总线的压力测控系统

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:569

1 引言

在许多生产过程和科研中，环境压力是个非常重要的参数，必须对其进行严格的监控。本压力测控系统利用普通的单片机和具有i 2c总线的a／d芯片、存储芯片、led驱动控制芯片及其它外围器件，构成了主从结构的模拟i2c总线系统，实现了一大型容器中的压力监视和精确控制。本设计具有良好的人机交互界面，能够和上位机进行通讯，为试验环境的实现提供了保证。

2 i2c总线

在以往的单片机系统设计中，往往采用数据总线(db)、地址总线(ab)、控制总线(cb)对外围器件进行并行扩展的方法来组成系统，布线复杂，电路板面积大，且硬件的查错较难，而采用i2c (inter ic bus)总线扩展，就会变得十分简洁。并且i2c总线器件中有滤波抗扰措施来保证数据的完整性。 philips公司推出的i2c总线采用一条数据线(sda)，加一条时钟线(scl)来完成数据的传输及外围器件的扩展；对各个节点的寻址是软寻址方式，节省了片选线，标准的寻址字节slam为7位，可以寻址127个单元。基于i 2c总线的压力测控系统的简单框图如图1所示。

不难看出上面的系统中，只用数据线sda和时钟线 scl两根线就可以和大部分外围器件进行信息交换。目前的i 2c总线的标准传输速率为100 kbit/s，其快速模式的传输速率为400kbit/s，完全可以满足压力测控中数据传输的要求。

3 压力测控系统硬件组成及功能

3.1 测控系统功能

因为所控制压力容器较大，供气过程中不同区域压力会有一定的差别，所以采用三个压力传感器进行多点测压，将压力信号转换为便于传送的电流信号。电流信号由i/v转换器转换为适当的电平信号，经a/d芯片转换为数字信号送入单片机及存储器中。通过键盘可以输入所需压力值。实测压力值和设定压力值由led显示。当实际压力达到设定压力一定范围内时，单片机发出控制信号给驱动单元，使电机停止工作。经由串口，测控系统可以和上位机进行通讯。

3.2 压力传感器及i/v转换器

压力传感器：由于测压点距离测控系统较远，信号传输线路较长，所以选用带有电压/电流转换模块的压力传感器/变送器。其输出信号为4～20ma的环路电流，保证了测控的可靠性。

i/v变换器：本测控系统采用rcv420进行i/v 转换。rcv420是一种精密的电流/电压变换器，可靠性高，成本低，能将4～20ma的环路电流变换成0～5v的电压输出，直接输入后续a/d转换器。

3.3 a/d、d/a转换器芯片pcf859l及应用电路

pcf8591是具有i2c总线接口的8位a/d及d/ a转换器。有4路a/d转换输入和1路d/a模拟输出。a/d转换为逐次比较型。本测控系统使用该器件作a/d转换器。

pcf859l采用典型的i2c总线接口器件寻址方法，即总线地址由器件地址、引脚地址和方向位组成。飞利浦公司规定a/d器件地址为1001，引脚地址为a2a1a0，其值由用户选择。因此i 2c系统中最多可按23 =8个a/d器件。地址的最后一位为方向位r/w，当主控器(单片机)对a/d器件进行读操作时为1，进行写操作时为0。本测控系统中，使用模拟通道0，1，2，通道3不用接模拟地。 a2a1a0＝000，因此slaw=90h，slar=91h。应用电路如图2。

3.4 存储芯片pcf8570及其应用电路

pcf8570是具有i2c总线接口的低功耗cmos静态ram，存储量256字节。

pcf8570采用i2c总线接口器件寻址方法，器件总地址由器件地址、引脚地址和方向位组成。飞利浦公司规定器件地址为1010，引脚地址为 a2a1a0。本系统中使用了一片pcf8570，在i 2c总线系统中的连接方式：a2a1 a0＝000，因此slaw=0a0h，slar=0a1h，v dd与vss之间应接4.7mf/10v的去耦电容。

3.5 led驱动控制器saal064

saa1064是i2c总线系统中典型的led驱动控制器件，为双极型集成电路，有2×8位输出驱动接口，可静态驱动2位8段led显示器或动态驱动 4位8段led显示器。saal064的器件地址为0111，其引脚地址端adr按输入电平大小将a1a0编程为 4个不同的从地址，故在一个i2c总线系统中最多可以挂接4片saal064，实现动态16位led显示。由于内部具有锁存器，由cpu送入的显示数据在数据不变时可以只送一次。

saa1064自动由输出端控制显示器进行数据显示，具有良好的led驱动控制功能。可以编程控制led的驱动电流，控制范围为8级(0～21ma)。

在本测控系统中，分别用4位led显示实测压力和设定压力数值，因此用两片saa1064进行驱动显示。应用电路如图3。用于实测压力值显示的