基于I2C总线气体检测系统的设计
摘 要
本文介绍了一种单片机控制的高精度气体流量检测系统。本系统以8位高性能单片机87C591为核心，以具有I2C总线控制接口的芯片（如：A/D、D/A转换器，LED显示芯片，数据存储器等）为外围器件,对管道气体压力、温度、流量的信号进行采集，由软件对数据进行处理，实现对管道气体压力、温度、流量的精确测量、显示和记录。本文简要论述了当前单片机测控领域常见的同步串行扩展总线I2C的基本原理，以及带I2C总线接口的外围器件的应用，给出了详细的硬件原理电路和软件设计。
关键词：气体检测；I2C总线；单片机
目 录
摘要…………………………………………………………………………………………I
Abstract……………………………………………………………………………………Ⅱ
前言…………………………………………………………………………………………1
检测系统的总体设计……………………………………………………………3
检测系统的总体结构……………………………………………………………3
检测系统的基本原理……………………………………………………………4
第2章 I2C总线的结构与工作原理………………………………………………………5
2.1 I2C总线的概念……………………………………………………………………5
2.2 I2C总线的基本原理………………………………………………………………5
2.2.1I2C总线的接口电路……………………………………………………… 5
2.2.2I2C总线的信号及时序定义………………………………………………5
2.2.3I2C总线上的数据传送格式………………………………………………6
2.2.4I2C总线的寻址约定………………………………………………………8
2.3 I2C总线器件到总线线路的电气连接…………………………………………10
2.3.1I2C总线器件的供电………………………………………………………10
2.3.2标准I2C总线器件电阻RP和RS的最大和最小值………………………10
第3章 气体检测系统的硬件设计………………………………………………………11
3.1 检测系统CPU的选择…………………………………………………………11
3.2 A/D转换器的选型设计……………………………………………………… 14
3.3 温度传感器及电路的设计…………………………………………………… 16
3.3.1敏感元件的选用…………………………………………………………16
3.3.2采样放大电路……………………………………………………………18
3.4 压力传感器及电路的设计……………………………………………………19
3.4.1敏感元件的选用…………………………………………………………19
3.4.2采样放大电路……………………………………………………………20
流量传感器及电路设计………………………………………………………20
3.5.1敏感元件的选用…………………………………………………………20
3.5.2采样放大电路……………………………………………………………21
3.6 键盘、显示电路………………………………………………………………22
3.6.1显示芯片的选型设计……………………………………………………22
3.6.2键盘路的设计……………………………………………………………26
3.7 系统电源设计…………………………………………………………………27
3.7.1±5V直流电源的设计……………………………………………………27
3.7.2+12V直流电源的设计……………………………………………………28
第四章 系统的软件设计…………………………………………………………………30
4.1 主程序模块……………………………………………………………………30
4.2 键盘、显示模块………………………………………………………………31
4.3 数据采集模块…………………………………………………………………32
结论…………………………………………………………………………………………34
参考文献……………………………………………………………………………………35
致谢…………………………………………………………………………………………36
附录…………………………………………………………………………………………37
