微控制器

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微控制器范文第1篇

高性能SHARC 2148x及低功耗SHARC 2147x系列處理器集成高達5Mb的存儲器，為多種應用提供了單芯片、浮點信號處理精度，并為便攜式設備實現了高端系統功能。SHARC 2148x系列處理器比其他32位浮點DSP產品在性能上提高了33％(400MHz)，SHARC 2147x系列處理器功耗僅為363mw(典型值)，比其他同類處理器降低達20％，并提供最高266MHz的性能。SHARC 2148x和SHARC 2147x處理器具備專用的硬件加速器和獨立的計算單元以及DMA存儲映射，實現了后臺執行FFT/FIT/IIR信號處理工作的能力，可減輕內核處理負擔。存儲器的使用率是通過變量指令集架構(VISA)支持實現優化的，這樣可以通過縮減指令操作碼大小，為應用代碼釋放多達30％的存儲空間。

ADI

電話：800-810 1742

集成圖形加速單元的PIC24F單片機

這8款PIC24F J256DA單片機系列器件集成了3個圖形加速單元和1個顯示控制器，以及96KB的RAM，這種集成因不需要外部RAM和現實控制器，既降低了系統成本，又為范圍廣泛的嵌入式應用增加了先進圖形顯示功能。通過集成用于USB和電容式觸摸傳感的外設，進一步節省了成本。PIC24FJ256DA系列的應用實例包括：消費類(恒溫器、無繩電話、遙控器和游戲配件)，家電(咖啡機和其他臺式電器、烤箱、冰箱和洗衣機)，工業(POs機和遠程終端)及便攜式醫療(血糖儀、血壓監視器和便攜式心電圖)等。

Microehip Technology

電話：021-5407-5533

http：//

低功耗8位微控制器

低功耗的ATtiny 10/20/40微控制器系列專門針對按鍵、滑塊和滑輪等觸控感應應用予以優化，具有低功耗特點和極佳的觸控感應性能。該系列產品以高性能的AVR MCU為基礎，包括一個RISC控制器架構、優化的觸控電路，是一款具有高集成度的低成本方案。ATtiny10/20/40器件集成有1～4KB的閃存，帶有32～256KB的sRAM。這些器件支持SPI和TWI(具備12C兼容性)通信，提供1.8～5.5V的工作電壓。ATtinyAVR使用專有的picoPower技術，耗電極低。通過軟件控制系統時鐘頻率，取得系統性能與耗電之間的極佳平衡。通過在不使用時選擇關閉計時器、串行接口或ADc，可進一步省電。器件以1MHz在1.8V活動模式(active mode)下耗電少于200μA，而在關電模式下，僅是100nA。

Atmel

電話：021-6280-9234

http：//

高性價比交互式終端ARM處理器

Prochip SEP4020處理器定義為面向以ePOS為代表的高性能、低成本嵌入式處理器。芯片內含8K D/I CACHE，標準MMU可運行標準Linux，主頻最高96MHz；EMI(外部存儲)接口支持NOR Flash和低成本NAND Flash啟動，內嵌64KB高速EsRAM內置LCDC，可直接驅動640×480以下的TFT數字屏；內置10M/100M自適應以太網MAC，可滿足低成本的以太網接入應用；內含USB DEVICE、I2S、PWM、UART接口(均支持紅外)；內嵌符合IS07816時序的兩路智能卡控制器，GPIO最多支持97個，極大滿足軟件靈活控制各種慢速設備，支持多種功耗模式，待機Sleep模式下典型功耗僅為19.42mW；滿足工業級溫度標準。

南京博芯電子技術有限公司

微控制器范文第2篇

關鍵詞：微控制器；32位；微處理器內核；模擬IP

新一代微控制器

微控制器(MCU)可以連接和控制從洗碗機等基本家用電器到先進豐富媒體消費設備的系統。過去20年，8位器件已經控制了市場，但是，增加了功能水平的范圍更廣泛的最終用戶系統正在推動著從8位和16位器件向基于處理器的32位MCU的過渡，后者的性能和功能是更加先進的應用所必不可少的。

從8位和16位到32位MCU的過渡正在順利進行。根據Semico Research的預測，到2011年，32位MCU的總出貨量將超過20億個，收入將以18％的年率增長。

隨著行業向32位MCU的過渡，設計人員不僅需要增加功能，而且還需要增加各種外設，包括諸如USB和音頻編解碼器的高性能IP。

利用各種豐富的處理器內核和全面而多樣化的驗證模擬IP模塊庫，MIPS科技擁有處理器和外設IP產品組合一可為客戶提供用于32位MCU應用的完整的系統解決方案。

8位和16位MCU的局限性

8位和16位MCU非常適用于低端應用。這些應用趨于使用單片電路一需要的是一個單處理器，利用一個簡單的核進行控制，只需執行一個簡單而特定的任務。這種應用的存儲器需求可以利用8位和16位處理器的最大尋址范圍。

具備有限的一系列基本外設的8位或16位微控制器的平均銷售價格在1至2美元之間，這使之成為了過分要求超低成本和最低性能解決方案的有效選擇。

但是，盡管8位和16位MCU仍然適用于低端場合，這些MCU的局限性還是使之無法適合那些要求更加計算密集、功能豐富的性能的應用。這樣的局限性包括數據通道寬度、最大尋址范圍、相對較低的功率效率、受限的C代碼支持和缺乏可用的先進調試開發工具。16位微控制器還會受到缺乏一個主導的標準架構、受限的生態系統支持的影響。

32位MCU的優勢

為了說明32位處理器相較于8位處理器的優勢，可以來看看一個電機控制設計，這是許多工業和家庭產品中的一種普通應用。

電機的速度和功率是由MCU的脈寬調制器(PWM)電路調節的。8位MCU通常能夠測量電機速度，并因此每100 ms修改一次PWM信號。一個運行于相同時鐘頻率的32位處理器，具有8位MCU四或五倍的速率，有助于改善精度和進行更有效的控制。

因使用32位處理器獲得的額外裕量能夠使它同時運行其他程序，增加其功能，例如功率因數校正或TCP/IP控制的遙控/診斷任務。

32位處理器可提供改善的計算性能和存儲器、低功耗、集成的連接性和軟件支持，這是今天許多基于MCU的先進最終產品所必需的。而且，中高端8位或16位MCU的價格也與32位MCU的價格相當。

微控制器系統的開發問題

32位處理器具有滿足新一代MCU所需的更高水平的性能和改善的軟件支持能力。開發人員面對的挑戰是確定哪一個MCU架構可以充分滿足設計規范，最大限度地降低系統成本，同時為降低風險和加快上市時間提供所需的工具。

開發人員必須考慮的一個問題是電源管理，尤其是在電池供電的設備、工業控制系統和家用電器設計當中，這些都要求符合最大額定功率標準。動態功耗與CV2F成正比，這意味著功耗是隨頻率而增加的。隨著為實現工作頻率使工藝尺寸不斷縮小，漏電流量將增加，從而進一步增：加了功耗。

嵌入式閃存占據了MCU芯片的大部分面積，因此，對最終產品成本的影響也最大。為了使軟件能夠支持實時操作系統(RTOS)、復雜算法代碼和網絡協議棧，MCU需要嵌入至少256KB的共用閃存，才能滿足OEM廠商的產品規范。該MCU架構必須采用可以減少執行該應用所需代碼量的設計特點，這樣才能減少閃存的數量，進而降低器件成本。

許多電機控制應用中的確定性操作非常關鍵。對某些32位處理器來說，要實現期望的性能，需要使用復雜的、多路關聯式高速緩存(multi-way associative cache)架構和多段流水線來最大限度地實現吞吐量。不過，緩存缺失和流水線停頓可能對產品的實時行為產生不利的影響。這類系統在規定時間內可能需要服務數以百計的中斷，以確保自動防故障裝置的工作(例如高速機床或車輛制動系統)。因此，很重要的是用于這種類型環境的基于高速緩存的處理器需要采用一種高頻流水線架構，它可以有效地處理可能的停頓和異常，而高速緩存設計能夠實現很高的命中率。

其他設計不需要這樣高的性能，可以不使用高速緩存而在較低的頻率下工作，這是一種集成了基于無高速緩存的SRAM設計。

為了最大限度地重復使用和滿足不同的應用需求，使用有一個內置高度可配置性和靈活性的標準架構是非常有利的。

根據定義，MCU包含一系列數字和模擬器件。在一般情況下，8位MCU可能采用低成本的0.25um工藝制造，以實現其具體應用所需的性能。過渡到高性能的系統不僅需要采用32位處理器，而且MCU還要采用更精細的0.13um和90nm工藝制造。

微控制器市場與應用概述

工業是MCU器件較大消費者。工業界擁有所有MCU市場中最廣泛的最終產品，預計到2010年出貨量將超過4億個。產品范圍從用于工廠和家用電器的單功能電機、電源轉換器和儀表到更加集成的安全網絡系統和醫療設備。

工業產品中的一個普遍趨勢是朝著機電一體化類型的系統發展，其中更加智能的電子系統將取代機械系統或加入到機械系統當中。機電應用方面的一個例子是家庭溫度自動調節器，這類電子產品可以提供更高水平的可編程能力和精度，最終將降低能源成本。

在一個機電一體化設計中集成MCU可能因增加的功能而改善了其功能性，例如LCD顯示器，可以通過如脈寬調制(PWM)技術改進其效率――更精確地控制系統變量，增加更多易于使用的功能并降低成本。它還能夠增加設計流程中的靈活性，有助于將相同的硬件應用干各種應用，只需改變軟件就可以滿足不同產品的需要。

今天，電機控制產品越來越多地生產出來以符合“綠色”能源標準，例如能源之星(Energy Star)，這需要系統具備一種性能和功耗的優化平衡能力。MCU的性能通常是以每MHz的DMIPS(每秒執行百萬條Dhrystone指令數)表示的，而功率效率則是以mW/DMIIX3表示的。DMIIX3/MHz等級越高，功率效率也越高，需要實現所需性能的頻率也越低。

為了用最低的工作頻率實現高DMIPS的性能等級，MIPS科技用于MCU市場的處理器采用了非常有效的微架構，它構建了一個5 段或8段流水線，可以實現高于1.5 MIPs/MHz的性能水平。此外，整數乘/除單元(MDU)可以加速通常用于電機控制軟件的數學函數類型。

越來越多的工業設備已經開始利用高速有線和無線網絡進行互連，不論是在建筑物外部還是內部。在一個有線網絡配置中，系統MCU執行TCP/IP協議棧軟件和數據鏈接固件，以便于數據在網絡節點上的傳輸。在諸如ZigBee或藍牙的無線連接中，微控制器通過執行復雜的媒介訪問控制(MAC)層軟件來控制空中接口和基帶之間的鏈接。這些配置中的任何一個都需要具備存儲器管理能力的高性能32位處理器，以實現網絡的高數據傳輸率，支持用于這類環境的RTOS。

在網絡上傳輸的數據越敏感，需要的嵌入數據保護安全功能的MCU就越大。作為4K內核系列一部分的MIPS32 4KSd內核，可以通過一個叫做SmartMIPS的特定應用擴展(ASE)提供這種保護能力，它增加了用于算法的密碼加速，例如RSA、ECC、DES和AES。

SmartMIPS還包括一個安全存儲管理單元(MMU)，它可以加入高速緩存接口，進一步提高所提供的保護水平。增加SmartMIPS擴展只增加了不到10％的內核尺寸，卻可以利用軟件唯一的實現方法實現高達10倍的性能。

為了提高安全水平，所有MIPS科技的處理器內核都是可合成的，有助于MCU設計人員安排器件的定制布局規劃。這可以通過避免值得注意的熱點而減少“欺騙”的可能性，這些熱點能夠幫助發現代碼處理(codeactivity)。

微控制器范文第3篇

關鍵詞： Spce061A; 氣體濃度傳感器; 濃煙傳感器; 火災探測

中圖分類號： TN919?34; TP36 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）06?0074?04

Bus?mounted fire alarm system based on MCU

LI Hua?yang

（Nanyang Normal University， Nanyang 473061， China）

Abstract： A bus?mounted fire alarm system taking MCU Spce061A as its core is introduced in this article. The hydrocarbon gas concentration sensor with high sensitivity and high reliability is adopted in the system to detect combustible gas. The combination of smoke sensor and flame sensor is used to detect fire signal. The data from hydrocarbon gas concentration sensor is sent to the control center in wireless transmission mode through MCU for observation and analysis of driver， which can avoid the false alarm caused by other factors. The system give out the alarm signal when the fire signal is detected by smoke sensor and flame sensor. At the same time， the window broker is started to break the window glasses and guide the passengers to get away from the bus， and the fire extinguisher is started up. The system has perfect function and fast reaction speed， can recognize fuel gas and put out the fire caused by gas. It has low false alarm rate and missing alarm， low hardware cost， high working reliability and long lifetime. The system’s maintenance and repair is convenient， and its expansion and upgrade are simple. The design can meet the urgent safety requirements of urban public transport system.

Keywords： Spce061A; gas concentration sensor; smoke sensor; fire detection

0 引 言

近年來，我國多次發生城市公交客車上人為縱火或者乘客攜帶的違禁易燃品燃燒引發的重大人員傷亡事件。由于我國城市交通中公交客車擔負著繁重的客運任務，人員十分擁擠，加上沒有隨車配置車內自動化運行的危險品探測報警與滅火系統，發生火災時常常導致極其嚴重的人員傷亡。

基于車上空間與成本的原因，目前不可能在客車上安裝通常安裝在車站與機場的危險品檢測設備，因此對于危險品難以提前檢測和發現，導致不法分子縱火陰謀屢屢得逞。目前，我國公交車只配備了安全錘、手提式滅火器，部分車輛配備了視頻監視器及保護發動機艙的超細干粉滅火裝置，但這些安全措施并不能解決車輛車廂內發生爆燃時火勢在短時間內迅速蔓延、乘客難以疏散難以逃生的問題。要從根本上解決這一問題，必須研發適用于公交車的、對人體無害的高效探測報警與滅火系統。

為了能夠及時發現危險品，盡可能減小危害，需要在客車上面及時探測到犯罪分子攜帶的汽油等易燃品，并且在其剛剛打開容器時就能夠探測到，或者剛剛點燃時能夠及時撲滅。本文介紹了一種基于微控制器的客車防火報警系統，能夠在汽油等易燃品開始揮發和剛剛點燃時就探測到，并且及時啟動自動化的滅火系統將其撲滅，從而大大減少無辜人員的傷亡。

1 系統實現的功能

客車防火報警系統的要求是能夠及時發現、快速識別易燃氣體和火源同時避免漏警和誤警，還要能夠迅速疏散乘客和啟動滅火器。為滿足要求，本系統采用微控制器作為控制核心，多種新型高速高靈敏度傳感器相互配合來探測可燃油氣體，采用固定安裝在車頂的多部新型滅火器撲滅火焰，同時還采用自動破窗器在緊急情況下疏散乘客。

本系統采用了凌陽微控制器SPCE061A作為控制中心，2M010汽油傳感器，MQ?2型煙霧傳感器，IR3S?A三頻紅外火焰探測器作為傳感器，可以采用各種新型自動化車載滅火器。

微控制器運行期間，一旦發現有報警信號，馬上以語音提醒客車駕駛員“車廂某部位發現汽油” 、“某部位發生火災”等突況，同時啟動車頂的懸掛式滅火器朝著發現高濃度汽油或火焰的地方噴射滅火劑。這樣可以避免滅火劑噴到沒有汽油的地方引起混亂阻礙逃生。在噴射滅火劑的同時，為了盡快疏散車上乘客，本系統設計了自動打碎車窗玻璃的功能，在車窗玻璃的薄弱位置安裝自動破窗器，如果火焰沒有被及時撲滅，即可自動啟動自動破窗器擊破車窗玻璃，同時發出語音提示，告訴驚慌失措的乘客從此出口逃生。為了避免跳出窗戶的乘客被后面的車輛誤傷，系統會自動打開車輛的緊急燈提醒后面車輛避開。

2 硬件設計

本系統包括總控制臺和3～4個工作單元，每個單元包括1個凌陽微控制器，2～3個配備吸氣風扇的汽油傳感器，4個火焰探測器，2個煙霧傳感器與2個滅火器，電動破窗器及語音報警喇叭等 ，作為核心的微控制器電路板安裝在公交車頂部，硬件設計功能模塊如圖1所示。

<E：＼王芳＼現代電子技術201506＼現代電子技術15年38卷第6期＼Image＼02t1.tif>

圖1 硬件設計功能模塊圖

配備的多個傳感器與滅火器均勻安裝在車廂頂部的合適部位，與微控制器電路通過信號線連接，為了能夠盡可能提前發現汽油泄漏，每個工作單元可以在靠過道的座椅上另外布置1個汽油傳感器，力求能夠實現完全覆蓋整個車廂。從而提高了探測的反應速度，大大減少了探測盲區，為及時發現危險火源和滅火爭取了寶貴時間。不同種類的傳感器組合使用可以減少漏報和誤報情況。

系統有一個安裝在駕駛員儀表板上的總控制臺。每個單元的微控制器通過NRF905無線收發模塊與總控制臺進行信號聯系。

當某個工作單元傳感器發現異常情況時，報告總控制臺，駕駛員可以立即判斷情況，開啟車輛緊急雙閃燈，并且迅速把車輛減速停靠到安全地帶。

采用凌陽SPCE061A微控制器的優點是中斷功能強大，對傳感器信號的反應速度快，語音處理能力比較好，數據處理能力比較強，容易與車載通信系統連接，也容易同時接收多種類型傳感器的信號，能夠同時控制各種滅火設備與破窗逃生設備，也有利于在將來對系統進行傳感器改進與功能擴展[1]。2M010型汽油氣體傳感器體積小，價格比較低廉， 對油氣氣體有極高的靈敏度，同時具有良好的重復性和長期的穩定性，能夠滿足大規模安裝與長期使用的要求[2]。

MQ?2型傳感器對汽油等可燃氣體燃燒產生的煙霧有很高的靈敏度，尤其對烷類煙霧更為敏感[3]。A710/IR3三頻紅外火焰探測器體積小，價格低，工作穩定，探測角度范圍廣，探測靈敏度高，信號輸出方便[3]。

2M010汽油傳感器的長期穩定性曲線如圖2所示，2M010型汽油傳感器特性曲線如圖3所示。

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圖2 2M010汽油傳感器的長期穩定性曲線

3 電路的連接與工作過程

系統將各個傳感器連接于微控制器的I/O口，其中，汽油傳感器連接在A0口，把測得的汽油濃度數值轉換為數字值以后送給CPU， 火焰探測器接于B2口，作為微控制器的外部中斷源1，煙霧傳感器連接于B3口作為微控制器的外部中斷源2，系統利用中斷方式發出警報，大大提高了對火情的反應速度[4]。

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圖3 2M010型汽油傳感器特性曲線

考慮到有些情況下可能發生虛警，例如車上有人抽煙用打火機點煙，或者路過加油站附近等區域，空氣中汽油濃度比較高。因此系統需要根據不同的汽油濃度進入不同的報警級別，采取不同的報警措施，避免錯誤觸發滅火器。系統啟動以后，通過汽油傳感器，隨時報告汽油濃度數值并且顯示在主控臺的顯示器上面，當汽油濃度超出100 ppm（電壓值約1.5 V）時，立即發出語音報警信號，鎖定汽油濃度超標的區域。駕駛員通過車載廣播提醒乘客，詢問是大家否發現有人攜帶和釋放易燃液體，提醒乘客準備停車疏散。濃度超出500 ppm（電壓值約2.5 V）時，立即停車并且指揮乘客下車疏散。如果汽油濃度迅速增加，特別是煙霧傳感器與火焰探測器已經發現煙霧與火焰，則系統立即鎖定發生火焰煙霧的區域啟動滅火器撲滅火焰，并且迅速疏散乘客，如果此時火焰太大，滅火器無法迅速撲滅，人員已經無法從車門逃生，則可以由駕駛員手動或者由工作單元的微控制器自動發出指令啟動自動破窗器，打碎車窗，通過語音提示，引導乘客從車窗逃生[5]。

4 工作單元的軟件設計

本系統源程序分為主程序和外部中斷服務程序。主程序執行系統初始化和汽油濃度檢測與傳輸，以及濃度超標時的報警任務，當濃度超標時發出報警信號;兩個外部中斷服務程序方便執行發現煙霧與火焰時的快速報警任務。本方案所用的程序采用匯編語言與C語言混合編寫，對于底層的驅動程序，采用匯編語言進行編程，對外給出C語言的調用接口;采用模塊化程序設計的方法進行編程，有利于各個模塊的升級、維護[6]。主程序與中斷服務程序的流程圖如圖4、圖5所示。

include "SPCE061.H"

int main（）

{

//設置A0?A7口為帶下拉電阻的輸入口，A8??A15為輸出口

Set_IOA_Dir（0x0000）;Set_IOA_Attrib（0x0000）;Set_IOA_Data（0x0000）;

//設置B0，，B1口為輸出口，B2，B3帶下拉電阻的輸入口，

Set_IOB_Dir（0x0000）;Set_IOB_Attrib（0x0000）;Set_IOB_Data（0x0000）;

*P_INT_Ctrl=C_IRQ3_EXT1; //打開 IRQ3_EXT1 中斷

*P_INT_Ctrl=C_IRQ3_EXT2; //打開 IRQ3_EXT2中斷

__asm（"INT IRQ"）; 打開IRQ中斷

while（1）

{*P_Watchdog_Clear = C_WDTCLR;清除看門狗}

unsigned int AD（void）;

void Sent_SIO_Data（void）;

//濃度數據通過A0口進行A/D轉換以后送給無線傳輸模塊

…

*P_ADC_MUX_Ctrl=C_ADC_CH1;

//LINE_IN輸入口為IOA0口

*P_ADC_Ctrl= C_ADCE; //允許ADC轉換

uiData=*P_ADC_LINEIN_Data; //ADC轉換開始

uiData=0;

uiData = AD（）;

fVoltage=（float）uiData/0xffc0*3.3;

if（uiData>0x745E）;

//是否大于1.5 V，是，則發出報警信號，發送濃度數值

*P_IOA_Data = 0x8000; //從A15發出報警信號

unsigned int Sent_SIO_Data（void）; //發送濃度數值

else if（uiData>0xC000）//是否大于2.5 V，是則從A14啟動滅火器，從A13啟動破窗器

*P_IOA_Data = 0xE000;

Delay（）; //延時

*P_Watchdog_Clear = 0x0001; //清看門作

}

unsigned int AD（void）

{

unsigned int uiData;

while（！（*P_ADC_MUX_Ctrl&0x8000））; //等待ADC 轉換完成

uiData=*P_ADC_LINEIN_Data;

return（uiData&0xffc0）;

}

外部中斷服務子程序代碼如下：

.TEXT

.PUBLIC _IRQ3

_IRQ3：

INT OFF

PUSH R1，R5 TO [SP] //現場保護

R1=0x0100

TEST R1，[P_INT_Ctrl] //比較是否為IRQ3_EXT1

JNZ L_Irq3_Ext1 //是，則轉至對應程序段;

R1=0x0200

TEST R1，[P_INT_Ctrl] //否，則比較是否為IRQ3_EXT2

JNZ L_Irq3_Ext2 //是，則轉至對應程序段;

L_Irq3_Key： //否，則進入鍵喚醒中斷

GOTO L_Exit_INT;

L_Irq3_Ext2： //進入外部中斷2

R1=0x8000

[P_IOA_Data]=R1 //從A15發出報警信號

GOTO L_Exit_INT;

L_Irq3_Ext1： //外部中斷1

R1=0xE000

[P_IOA_Data]=R1 //從A14啟動滅火器，A13啟動破窗器

R1 = 0x0100

[P_IOA_Data]=R1 //從A14啟動滅火器，A13啟動破窗器

R1 = 0x0100

L_Exit_INT：

[P_INT_Clear]=R1

pop R1，r5 from [sp] //現場恢復

INT IRQ，FIQ

RETI

<E：＼王芳＼現代電子技術201506＼現代電子技術15年38卷第6期＼Image＼02t4.tif>

圖4 主程序流程圖

5 系統的定期維護檢測

考慮到公交車的使用非常頻繁，系統長期使用以后，可能有些傳感器或者電路線路發生污損、氧化等故障，因此需要定期進行檢測。檢測的方法簡單，定期在車廂的不同部位，特別是傳感器下方附近釋放少量汽油，觀察工作單元是否能夠及時檢測到并且發出報警與滅火控制信號。

<E：＼王芳＼現代電子技術201506＼現代電子技術15年38卷第6期＼Image＼02t5.tif>

圖5 中斷服務程序流程圖

6 測試結果

本系統在模擬公交車車廂內進行多次測試，打開吸氣風扇以后，在不同部位潑灑汽油，系統能夠在3 s之內準確地發現汽油并且1秒鐘之內啟動報警器，在發現濃煙或火焰2 s之內啟動火源所在位置的滅火器，在5 s內撲滅火焰。當汽油濃度比較低的時候，系統只顯示濃度數值提醒駕駛員去詢問情況，不啟動滅火器和破窗器。因此可以避免誤報警的情況。

7 該系統具有以下特點

（1） 根據公交車上乘客非常擁擠的實際情況，采用多種新型傳感器一起工作，系統反應速度快， 并且避免了漏警、誤報和誤噴滅火劑的情況;

（2） 采用無線傳輸模塊向主控臺傳輸汽油濃度數據，駕駛員可以根據數據及時排查是否有人攜帶易燃品的情況，便于排除虛警和及時停車疏散乘客。

（3） 汽油傳感器與煙霧傳感器配備有一個吸氣風扇，風扇從車廂里抽取空氣送給傳感器，相比汽油等易燃氣體通過自然對流的方式擴散到傳感器的位置，主動吸氣方式提高了對氣體的反應速度。對于每一秒鐘都意味著死亡或者逃生的滅火系統來說，這樣的設計大大提高了發現火情的速度。

（4） 系該統具有很大改進潛力，如果采用可以自動調整滅火器噴頭對準火苗噴射的紅外線控制裝置，可以在更短時間內撲滅火焰。

參考文獻

[1] 凌陽科技.凌陽16位微控制器開發實例[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[2] 陳有卿，謝剛.新穎電子模塊應用手冊[M].北京：機械工業出版社，2004.

[3] 趙家貴，付小美.新編傳感器電路設計手冊[M].北京：中國計量出版社，2002.

[4] 陳海宴，呂江濤，李瑞.凌陽16位微控制器經典實戰[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

微控制器范文第4篇

1 概述

tfPIC12C509AF是Microchip公司推出的單片集成內嵌射頻無線數據發射器的8位CMOS微控制器。芯片具有高性能的RISC中央處理器，33條12位字長的指令，8位字長的數據；內置4MHz RC振蕩器，運行速度1μs指令周期；7個特殊功能的硬件寄存器，2級硬件堆棧，直接、間接和相對尋址方式；1024×12bit可編程EPROM，41字節數據RAM；在線串行編程（In-Circuit Serial ProgrammingTM,ICSP TM），內部RC振蕩器的頻率可編程校準（獨立于發射器的石英晶體振蕩器基準），8位可編程定時器/計數器；上電復位，看門狗定時器，低功耗睡眠模式，可編程編碼保護，5個通用I/O等功能；工作電壓2.5～5.5V，低拉耗睡眠模式電流0.2～4μA。內嵌的UHF ASK/FSK發射器，射頻頻率范圍為310～480MHz，可調節的輸出功率+2～12dbm，ASK數據發射速率0～40Kbps，FSK數據發射速率0～20Kbps，PLL鎖相，集成的晶體振蕩器和VCO電路僅需少量的外部元件。

可用于遙控無鍵入口（RKE）發射器、車庫門開門器、遙測（輪胎壓力，水、電、氣表、貴重物品跟蹤）、無線安防系統、無線電遙控等領域。

2 引腳排列及功能

rfPIC2C509AF采用20腳SSOP封裝，各引腳功能如下。

1（VDD）：邏輯電路和I/O端品/石英振蕩器輸入/外部時鐘輸入（GPIO僅在內部RC模式，在其它振蕩器模式下為OSC1）。當GPIO時TTL輸入，在外部RC振蕩器模式時ST輸入。

3（GP4/OSC2）：雙向I/O端品、石英晶體振蕩器輸出。在石英晶體振蕩器模式連接晶振或諧振器。

4（GP3/MCLR/VPP）：輸入端口/用戶清除（復位）輸入/編程電壓輸入。當構成MCLR時，此腳是低電平有效，實現器件復位。在設備進入正常的運行和編程模式時，MCLR、VPP上的電壓不能超過VDD，并且能夠通過軟件編程改變引腳狀態來喚醒睡眠狀態。

5（XTAL）：發射器晶振，連接到考比慈（COPITTS）型晶體振蕩器上。

6（RFENIN）：發射器和時鐘輸出使能，內部下拉。

7（CLKOUT）：時鐘輸出。

8（PS/DATAASK）：功率選擇和ASK數據輸入。

9（VDDRF）：發射器正電壓端。

10（ANT1）：差分功率放大器的輸出端連接到天線，集電極開路輸出。

11（ANT2）：差分功率放大器的輸出端連接到天線，集電極開路輸出。

12（VSSRF）：發射器接地參考端。

13（NC）：空腳。

14（LF）：連接外部回路濾波器。VCO轉換輸入和充電泵輸出的共用點。

15（DATAFSK）：FSK的數據輸入。

16（FSKOUT）：FSK晶振的輸出。

17（GP2/T0CKI）：雙向I/O端口，能構成T0CKI。

18（GP1）：雙向I/O端口/串口編程時鐘，能通過軟件編程改變引腳狀態來喚醒睡眠狀態。這個緩沖器在串口編程模式下為施密特觸發器輸入。

19（GP0）：雙向I/O端口/串口編程數據，能通過軟件編程改變引腳狀態來喚醒睡眠狀態。這個緩沖器在串口編程模式下為施密特觸發器輸入。

20（VSS）：邏輯電路和I/O腳的參考地。

3 基本結構和特性

rfPIC12C509AF內部結構包括一個完整的8位CMOS微控制器電路和發射器電路，以下介紹發射器電路。發射器電路方框圖如圖1所示。

發射器是一個完整的集成UHF ASK/FSK發射電路，由石英晶體振蕩器、鎖相環電路（PLL）、集電極開路的輸出功率可變放大器PA（Power Amplifier）和模式控制邏輯（mode control logic）所組成。外接元件有旁路電容、晶振和PLL回路濾波器，能實現ASK和FSK的操作。

引腳VDDRF和VSSRF分別是發射器電路的電源供給端和接地端。這些電源腳與微控制器的電源供給腳VDD和VSS是相互獨立的。

發射器的石英晶體振蕩器是一個考比慈振蕩器，提供PLL的基準頻率，并且與PIC微控制器的振蕩器是相互獨立的。XTAL腳上接外部振蕩器或AC模擬基準信號。發射頻率是由晶振頻率確定的，公式如下：

ftransmit=fXTAL×32

考慮到發射頻率的靈活選擇，最終晶振頻率可能不是標準值。晶振頻率最小值為9.65～15MHz，負載電容10～15pF，并聯電容7pF，等價串聯阻抗60Ω。

rfPIC12C509AF晶體振蕩器實現ASK操作電路如圖2所示。電容器C1取值22～1000pF。

rfPIC12C509AF晶體振蕩器實現FSK操作電路如圖3所示。電容C1和C2通過拖動晶振來實現FSK調制。當DATAFSK=1時，FSKOUT為高阻抗，只有C1對晶振起使用，發射頻率為fMAX；當DATAFSK=0時，FSKOUT與VSSRF接地，電容C1和C2并聯，發射頻率為fMIN。選擇一組理想的C1和C2值為確定中心頻率和頻率偏差。電容C1確定fMAX而電容C1和C2的并聯值確定fMIN。

C1取值22～1000pF，C2取值47～1000pF。

發射器中心頻率（fc）：fc=(fMAX+fMIN)/2

發射器頻率偏差：Δf=(fMAX-fMIN)/2

石英晶體振蕩器有1個四分頻（Divide by 4）電路，此電路通過時鐘輸出（CLKOUT）引腳輸出時鐘。CLKOUT時鐘輸出信號可作為微控制器的輸入或其它外圍電路的穩定基準頻率。注意千萬不要將CLKOUT信號連接到PIC微控制器的OSC1輸入端，因為PIC微控制器沒有時鐘信號就不能工作，此時發射器的振蕩器也不能工作。這時PIC微控制器需要從外部引入時鐘或經過內部RC振蕩器產生時鐘。當應用中需要穩定的基準頻率時，可將CLKOUT腳連接到GP2/T0CKI輸入上，并且使用TIMER0模塊。為了使干擾信號習盡可能小，應對CLKOUT有速率限制。CLKOUT的電壓幅值由在CLKOUT腳上的充電電容決定（2VPP，5pF）。

鎖相環電路（PLL）由相頻檢波器（phase frequency detector）、充電泵（charge pump）、壓控振蕩器VCO（Voltage Controlled Oscillator）和固定的32分頻器（fixed divide by 32）組成。引腳LF連接1個外部回路濾波器。這個回路濾波器控制PLL的動態范圍和起始鎖定時間。

PLL的輸出給功率入大器（PA）。集電極開路輸出的不同值可直接驅動閉環天線（ANT1、ANT2）或經過1個阻抗匹配網絡或平衡-不平衡變換器改變成單端口輸出。引腳ANT1和ANT2為集電極開路輸出，必須通過負載上拉到VDDRF。

PA的差動輸出應該匹配1個1kΩ的負載電阻。當匹配不合理時會導致過度的干擾和諧波輻射。發射輸出功率可以通過改變PS/DATAASK腳的電壓調節成+2～-12dBm中的6個等分值。

在FSK的操作中，PS/DATAASK腳只能作為功率選擇腳（PS）使用。1個20μA的內部電流源輸出電流流入PS/DATAASK腳，通過電阻R2產生一個電壓降，作為功率控制電壓（VPS）控制發射輸出功率。VPS控制PA的偏置電流，高的發射功率需要較大的偏置電流。

為了實現ASK操作，PA/DATAASK腳的功能是控制功率放大器PA導通或關斷。分壓網絡上的R1和R2是為了確定VPS，以達到選擇發射器輸出功率的目的。假如要得到最大發射器輸出功率，可以把引腳GP0和PA/DATAASK直接連接起來。

邏輯控制模引式腳RFENIN控制著發射器的操作。當RFENIN=1時，發射器和CLKOUT在工作模式；當RFENIN=0時，發射器和CLKOUT進入待機模式。在待機模式時，發射機產生很小的電流。REFNIN腳在內部有1個下拉電阻。

4 應用電路

微控制器范文第5篇

關鍵詞：蓄電池；AVR微控制器；TLV5638；電源控制

引言

蓄電池是飛行器電源系統中重要的組成部分，蓄電池的性能直接影響飛行器的安全。因此，正確維護、保養蓄電池就成為一項十分重要的工作。539CH-1型Ni-Cd蓄電池是堿性蓄電池，為了避免記憶效應影響電池容量，充電前需要對電池進行放電。該電池的放電規范要求測量單體電池電壓，并記錄單體電池電壓下降到1V時的放電時間，然后在單體電池兩極間接入放電電阻。該電池的充電規范要求使用分階段定電流充電法。充電過程中要檢測電池的端電壓和充電電流，充電后期要測量單體電池的電壓，并對電壓較低的電池做相應處理。

本文針對539CH-l型Ni-Cd蓄電池的充放電規范，提出一種充放電控制器的設計方案。

系統設計

本設計采用AVR單片機Megal6L作為核心，可同時控制兩塊539CH-1型蓄電池的充放電過程。Megal6L通過串行總線接收上位機的命令，然后通過SPI總線將數據發送給TLV5638。單片機通過多路模擬開關CD4053將TLV5638的兩路D/A轉換輸出送入信號調整電路，從而完成對充放電電流的控制。放電過程中，Megal6L通過控制8D鎖存器74LS573和復合管陣列ULN2081控制放電電阻接入。

硬件設計

硬件系統包括串行通信電路、充電和放電控制電路、繼電器驅動電路等模塊。

通信電路

單片機通過串口與上位機通信。Megal6L端口為TTL電平，而上位機串口為RS-232C標準接口。因此，在上位機與單片機通信時需要進行電平轉換。本設計采用MAX232完成TTL電平與RS-232C接口電平之間的轉換。

充電和放電控制電路

單片機收到上位機的充放電控制命令后，通過SPI口將控制信號發送給TLV5638。TLV5638將收到的數字信號轉換成模擬信號，并送入信號調整電路。模擬控制信號經調整后送入充電或放電電源的PI控制器，對充電和放電電流進行控制。單片機通過CD4053選擇控制信號的輸出通道，使該控制器可同時對兩塊蓄電池進行充電和放電。

D/A轉換

本設計使用雙通道12位電壓輸出型高速DAC TLV5638完成數模轉換。該轉換器包含3線串行接口，可與Microwire、SPI、QSPI等接口以及TMS320系列DSP無縫連接。設計中，將Megal6作為主機，通過SPI口直接與TLV5638的串行接口相連。因為Megal6的SPI口為4線串口，所以連接時單片機SPI口的PB6(MISO)懸空。

串行通信時，TLV5638的CS腳電平出現下降沿時通信開始，數據在SCL的下降沿逐位移入TLV5638的內部寄存器。最先移入的是數據的最高位。當16位數據全部移入或CS腳電平變高時，TLV5638移位寄存器中的數據被存入相應的鎖存器，鎖存器的選擇由數據中的控制字確定。因此，當Mega16需要向TLV5638發送數據時，PB7先從高電平跳到低電平，然后通過SPI口連續進行兩次寫操作，寫操作完成后，在SCLK的第16個上升沿，相應鎖存器的內容自動更新。

送入TLV5638的16位數據字包括控制段和數據段兩部分。其中，R0和R1為寄存器選擇位。

12位數據段的內容受寄存器選擇的影響。當數據寫入DAC寄存器或緩沖器時，數據段各位均用于表示數據值；當數據寫入控制寄存器時，DO和D1用于確定參考電壓。

實際應用中，TLV5638工作于慢速正常模式，采用2.048V內部參考電壓。更新TLV5638某一路DAC數據時，必須保證另外一路數據不變。因此，除初始化過程以外，TLV5638寄存器選擇位只有R0=0、R1=0和R0=0、R1=1兩種狀態。

Mega16的SPI口可采用4種不同的數據傳輸格式工作，傳輸格式由SPI控制寄存器中的CPOL位和CPHA位控制。應用中，考慮到TLV5638的使用要求，令CPHA=0，CPOL=1，即傳輸開始時采樣SCK下降沿，結束時采樣SCK上升沿。

信號通道選擇

Mega16通過PD4NPD5以及邏輯電路控制信號的輸出通道。邏輯電路包括1片7404和2片CD4053。以TLV5638的OUTA輸出信號為例。模擬控制信號從TLV5638輸出，經濾波后送入CD4053的X通道和Y通道。單片機PD4一方面直接與CD4053控制端A相連，另外還通過反相器7404與CD4053控制端B相連。這樣就保證A端和B端的控制信號反相，使任意時刻X、Y通道中只有一個可以輸出有效控制信號，保證該路充電和放電不發生沖突。應用中沒有使用CD4053的z通道，將其與控制端C及使能端一起接地。

繼電器驅動電路

放電后期，需要將電池中的剩余容量完全放出，最終使單體電池電壓下降到OV。設計時，利用繼電器將放電電阻并聯于單體電池兩極，從而釋放電池剩余容量。繼電器由8D鎖存器74LS573和達林頓管陣列ULN2801驅動。單片機PAO～PA7輸出控制信號，PD2、3、7和PC6、7輸出5片74LS573所需的鎖存使能信號。控制信號由74LS573鎖存，然后通過ULN2801驅動繼電器工作，將放電電阻并聯在單格電池兩端，從而完成單格電池剩余容量放電。

軟件設計

軟件采用主從結構，基于模塊化設計思想，主要包括主程序模塊、通信程序模塊、D/A轉換與通道選擇模塊、繼電器組控制模塊等。

主程序模塊完成單片機初始化，等待并處理中斷等工作。

通信程序模塊中，單片機與上位機間采用RS-232C串口通信。單片機采用中斷方式接收上位機發出的命令，并根據接收到的數據內容向上位機發送應答信息。當命令的起始標志和結束標志都正確時，單片機向上位機發送ASCII字符‘Y’表示接收成功，然后處理收到的命令；否則，向上位機發送ASCII字符‘N’，表示發送不成功，要求上位機重新發送命令。

DA轉換與通道選擇模塊中，當上位機需要控制充、放電電流時，單片機采用查詢方式，通過SPI口向TLV5638發送命令和數據，然后通過控制CD4053確定模擬控制信號輸出通道。因為Megal6L的SPI口字寬為8位，必須連續進行兩次寫操作才能完成對TLV5638的編程。

繼電器組控制模塊中，單片機收到上位機命令后，先將數據寫到PA口，然后向相應鎖存使能位寫‘O’，將數據鎖存入74LS573中，完成對繼電器的控制。