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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(dá)5Mb的存儲(chǔ)器，為多種應(yīng)用提供了單芯片、浮點(diǎn)信號(hào)處理精度，并為便攜式設(shè)備實(shí)現(xiàn)了高端系統(tǒng)功能。SHARC 2148x系列處理器比其他32位浮點(diǎn)DSP產(chǎn)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(dá)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(dú)立的計(jì)算單元以及DMA存儲(chǔ)映射，實(shí)現(xiàn)了后臺(tái)執(zhí)行FFT/FIT/IIR信號(hào)處理工作的能力，可減輕內(nèi)核處理負(fù)擔(dān)。存儲(chǔ)器的使用率是通過(guò)變量指令集架構(gòu)(VISA)支持實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的，這樣可以通過(guò)縮減指令操作碼大小，為應(yīng)用代碼釋放多達(dá)30％的存儲(chǔ)空間。

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集成圖形加速單元的PIC24F單片機(jī)

這8款PIC24F J256DA單片機(jī)系列器件集成了3個(gè)圖形加速單元和1個(gè)顯示控制器，以及96KB的RAM，這種集成因不需要外部RAM和現(xiàn)實(shí)控制器，既降低了系統(tǒng)成本，又為范圍廣泛的嵌入式應(yīng)用增加了先進(jìn)圖形顯示功能。通過(guò)集成用于USB和電容式觸摸傳感的外設(shè)，進(jìn)一步節(jié)省了成本。PIC24FJ256DA系列的應(yīng)用實(shí)例包括：消費(fèi)類(恒溫器、無(wú)繩電話、遙控器和游戲配件)，家電(咖啡機(jī)和其他臺(tái)式電器、烤箱、冰箱和洗衣機(jī))，工業(yè)(POs機(jī)和遠(yuǎn)程終端)及便攜式醫(yī)療(血糖儀、血壓監(jiān)視器和便攜式心電圖)等。

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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(mén)針對(duì)按鍵、滑塊和滑輪等觸控感應(yīng)應(yīng)用予以優(yōu)化，具有低功耗特點(diǎn)和極佳的觸控感應(yīng)性能。該系列產(chǎn)品以高性能的AVR MCU為基礎(chǔ)，包括一個(gè)RISC控制器架構(gòu)、優(yōu)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(shù)，耗電極低。通過(guò)軟件控制系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，取得系統(tǒng)性能與耗電之間的極佳平衡。通過(guò)在不使用時(shí)選擇關(guān)閉計(jì)時(shí)器、串行接口或ADc，可進(jìn)一步省電。器件以1MHz在1.8V活動(dòng)模式(active mode)下耗電少于200μA，而在關(guān)電模式下，僅是100nA。

Atmel

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高性價(jià)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(nèi)含8K D/I CACHE，標(biāo)準(zhǔn)MMU可運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)Linux，主頻最高96MHz；EMI(外部存儲(chǔ))接口支持NOR Flash和低成本NAND Flash啟動(dòng)，內(nèi)嵌64KB高速EsRAM內(nèi)置LCDC，可直接驅(qū)動(dòng)640×480以下的TFT數(shù)字屏；內(nèi)置10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)MAC，可滿足低成本的以太網(wǎng)接入應(yīng)用；內(nèi)含USB DEVICE、I2S、PWM、UART接口(均支持紅外)；內(nèi)嵌符合IS07816時(shí)序的兩路智能卡控制器，GPIO最多支持97個(gè)，極大滿足軟件靈活控制各種慢速設(shè)備，支持多種功耗模式，待機(jī)Sleep模式下典型功耗僅為19.42mW；滿足工業(yè)級(jí)溫度標(biāo)準(zhǔn)。

南京博芯電子技術(shù)有限公司

微控制器范文第2篇

關(guān)鍵詞：微控制器；32位；微處理器內(nèi)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(jī)等基本家用電器到先進(jìn)豐富媒體消費(fèi)設(shè)備的系統(tǒng)。過(guò)去20年，8位器件已經(jīng)控制了市場(chǎng)，但是，增加了功能水平的范圍更廣泛的最終用戶系統(tǒng)正在推動(dòng)著從8位和16位器件向基于處理器的32位MCU的過(guò)渡，后者的性能和功能是更加先進(jìn)的應(yīng)用所必不可少的。

從8位和16位到32位MCU的過(guò)渡正在順利進(jìn)行。根據(jù)Semico Research的預(yù)測(cè)，到2011年，32位MCU的總出貨量將超過(guò)20億個(gè)，收入將以18％的年率增長(zhǎng)。

隨著行業(yè)向32位MCU的過(guò)渡，設(shè)計(jì)人員不僅需要增加功能，而且還需要增加各種外設(shè)，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(nèi)核和全面而多樣化的驗(yàn)證模擬IP模塊庫(kù)，MIPS科技擁有處理器和外設(shè)IP產(chǎn)品組合一可為客戶提供用于32位MCU應(yīng)用的完整的系統(tǒng)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(yīng)用。這些應(yīng)用趨于使用單片電路一需要的是一個(gè)單處理器，利用一個(gè)簡(jiǎn)單的核進(jìn)行控制，只需執(zhí)行一個(gè)簡(jiǎn)單而特定的任務(wù)。這種應(yīng)用的存儲(chǔ)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(shè)的8位或16位微控制器的平均銷售價(jià)格在1至2美元之間，這使之成為了過(guò)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(chǎng)合，這些MCU的局限性還是使之無(wú)法適合那些要求更加計(jì)算密集、功能豐富的性能的應(yīng)用。這樣的局限性包括數(shù)據(jù)通道寬度、最大尋址范圍、相對(duì)較低的功率效率、受限的C代碼支持和缺乏可用的先進(jìn)調(diào)試開(kāi)發(fā)工具。16位微控制器還會(huì)受到缺乏一個(gè)主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)、受限的生態(tài)系統(tǒng)支持的影響。

32位MCU的優(yōu)勢(shì)

為了說(shuō)明32位處理器相較于8位處理器的優(yōu)勢(shì)，可以來(lái)看看一個(gè)電機(jī)控制設(shè)計(jì)，這是許多工業(yè)和家庭產(chǎn)品中的一種普通應(yīng)用。

電機(jī)的速度和功率是由MCU的脈寬調(diào)制器(PWM)電路調(diào)節(jié)的。8位MCU通常能夠測(cè)量電機(jī)速度，并因此每100 ms修改一次PWM信號(hào)。一個(gè)運(yùn)行于相同時(shí)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(jìn)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(shí)運(yùn)行其他程序，增加其功能，例如功率因數(shù)校正或TCP/IP控制的遙控/診斷任務(wù)。

32位處理器可提供改善的計(jì)算性能和存儲(chǔ)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(jìn)最終產(chǎn)品所必需的。而且，中高端8位或16位MCU的價(jià)格也與32位MCU的價(jià)格相當(dāng)。

微控制器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)問(wèn)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(kāi)發(fā)人員面對(duì)的挑戰(zhàn)是確定哪一個(gè)MCU架構(gòu)可以充分滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，最大限度地降低系統(tǒng)成本，同時(shí)為降低風(fēng)險(xiǎn)和加快上市時(shí)間提供所需的工具。

開(kāi)發(fā)人員必須考慮的一個(gè)問(wèn)題是電源管理，尤其是在電池供電的設(shè)備、工業(yè)控制系統(tǒng)和家用電器設(shè)計(jì)當(dāng)中，這些都要求符合最大額定功率標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)態(tài)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(shí)現(xiàn)工作頻率使工藝尺寸不斷縮小，漏電流量將增加，從而進(jìn)一步增：加了功耗。

嵌入式閃存占據(jù)了MCU芯片的大部分面積，因此，對(duì)最終產(chǎn)品成本的影響也最大。為了使軟件能夠支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)、復(fù)雜算法代碼和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，MCU需要嵌入至少256KB的共用閃存，才能滿足OEM廠商的產(chǎn)品規(guī)范。該MCU架構(gòu)必須采用可以減少執(zhí)行該應(yīng)用所需代碼量的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，這樣才能減少閃存的數(shù)量，進(jìn)而降低器件成本。

許多電機(jī)控制應(yīng)用中的確定性操作非常關(guān)鍵。對(duì)某些32位處理器來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)期望的性能，需要使用復(fù)雜的、多路關(guān)聯(lián)式高速緩存(multi-way associative cache)架構(gòu)和多段流水線來(lái)最大限度地實(shí)現(xiàn)吞吐量。不過(guò)，緩存缺失和流水線停頓可能對(duì)產(chǎn)品的實(shí)時(shí)行為產(chǎn)生不利的影響。這類系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可能需要服務(wù)數(shù)以百計(jì)的中斷，以確保自動(dòng)防故障裝置的工作(例如高速機(jī)床或車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng))。因此，很重要的是用于這種類型環(huán)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(gòu)，它可以有效地處理可能的停頓和異常，而高速緩存設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)很高的命中率。

其他設(shè)計(jì)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(wú)高速緩存的SRAM設(shè)計(jì)。

為了最大限度地重復(fù)使用和滿足不同的應(yīng)用需求，使用有一個(gè)內(nèi)置高度可配置性和靈活性的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)是非常有利的。

根據(jù)定義，MCU包含一系列數(shù)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(shí)現(xiàn)其具體應(yīng)用所需的性能。過(guò)渡到高性能的系統(tǒng)不僅需要采用32位處理器，而且MCU還要采用更精細(xì)的0.13um和90nm工藝制造。

微控制器市場(chǎng)與應(yīng)用概述

工業(yè)是MCU器件較大消費(fèi)者。工業(yè)界擁有所有MCU市場(chǎng)中最廣泛的最終產(chǎn)品，預(yù)計(jì)到2010年出貨量將超過(guò)4億個(gè)。產(chǎn)品范圍從用于工廠和家用電器的單功能電機(jī)、電源轉(zhuǎn)換器和儀表到更加集成的安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備。

工業(yè)產(chǎn)品中的一個(gè)普遍趨勢(shì)是朝著機(jī)電一體化類型的系統(tǒng)發(fā)展，其中更加智能的電子系統(tǒng)將取代機(jī)械系統(tǒng)或加入到機(jī)械系統(tǒng)當(dāng)中。機(jī)電應(yīng)用方面的一個(gè)例子是家庭溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器，這類電子產(chǎn)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(gè)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)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(guò)如脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)改進(jìn)其效率――更精確地控制系統(tǒng)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(shè)計(jì)流程中的靈活性，有助于將相同的硬件應(yīng)用干各種應(yīng)用，只需改變軟件就可以滿足不同產(chǎn)品的需要。

今天，電機(jī)控制產(chǎn)品越來(lái)越多地生產(chǎn)出來(lái)以符合“綠色”能源標(biāo)準(zhǔn)，例如能源之星(Energy Star)，這需要系統(tǒng)具備一種性能和功耗的優(yōu)化平衡能力。MCU的性能通常是以每MHz的DMIPS(每秒執(zhí)行百萬(wàn)條Dhrystone指令數(shù))表示的，而功率效率則是以mW/DMIIX3表示的。DMIIX3/MHz等級(jí)越高，功率效率也越高，需要實(shí)現(xiàn)所需性能的頻率也越低。

為了用最低的工作頻率實(shí)現(xiàn)高DMIPS的性能等級(jí)，MIPS科技用于MCU市場(chǎng)的處理器采用了非常有效的微架構(gòu)，它構(gòu)建了一個(gè)5 段或8段流水線，可以實(shí)現(xiàn)高于1.5 MIPs/MHz的性能水平。此外，整數(shù)乘/除單元(MDU)可以加速通常用于電機(jī)控制軟件的數(shù)學(xué)函數(shù)類型。

越來(lái)越多的工業(yè)設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始利用高速有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連，不論是在建筑物外部還是內(nèi)部。在一個(gè)有線網(wǎng)絡(luò)配置中，系統(tǒng)MCU執(zhí)行TCP/IP協(xié)議棧軟件和數(shù)據(jù)鏈接固件，以便于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的傳輸。在諸如ZigBee或藍(lán)牙的無(wú)線連接中，微控制器通過(guò)執(zhí)行復(fù)雜的媒介訪問(wèn)控制(MAC)層軟件來(lái)控制空中接口和基帶之間的鏈接。這些配置中的任何一個(gè)都需要具備存儲(chǔ)器管理能力的高性能32位處理器，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高數(shù)據(jù)傳輸率，支持用于這類環(huán)境的RTOS。

在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)越敏感，需要的嵌入數(shù)據(jù)保護(hù)安全功能的MCU就越大。作為4K內(nèi)核系列一部分的MIPS32 4KSd內(nèi)核，可以通過(guò)一個(gè)叫做SmartMIPS的特定應(yīng)用擴(kuò)展(ASE)提供這種保護(hù)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(gè)安全存儲(chǔ)管理單元(MMU)，它可以加入高速緩存接口，進(jìn)一步提高所提供的保護(hù)水平。增加SmartMIPS擴(kuò)展只增加了不到10％的內(nèi)核尺寸，卻可以利用軟件唯一的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)高達(dá)10倍的性能。

為了提高安全水平，所有MIPS科技的處理器內(nèi)核都是可合成的，有助于MCU設(shè)計(jì)人員安排器件的定制布局規(guī)劃。這可以通過(guò)避免值得注意的熱點(diǎn)而減少“欺騙”的可能性，這些熱點(diǎn)能夠幫助發(fā)現(xiàn)代碼處理(codeactivity)。

微控制器范文第3篇

關(guān)鍵詞： Spce061A; 氣體濃度傳感器; 濃煙傳感器; 火災(zāi)探測(cè)

中圖分類號(hào)： TN919?34; TP36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(lái)，我國(guó)多次發(fā)生城市公交客車(chē)上人為縱火或者乘客攜帶的違禁易燃品燃燒引發(fā)的重大人員傷亡事件。由于我國(guó)城市交通中公交客車(chē)擔(dān)負(fù)著繁重的客運(yùn)任務(wù)，人員十分擁擠，加上沒(méi)有隨車(chē)配置車(chē)內(nèi)自動(dòng)化運(yùn)行的危險(xiǎn)品探測(cè)報(bào)警與滅火系統(tǒng)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)常常導(dǎo)致極其嚴(yán)重的人員傷亡。

基于車(chē)上空間與成本的原因，目前不可能在客車(chē)上安裝通常安裝在車(chē)站與機(jī)場(chǎng)的危險(xiǎn)品檢測(cè)設(shè)備，因此對(duì)于危險(xiǎn)品難以提前檢測(cè)和發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致不法分子縱火陰謀屢屢得逞。目前，我國(guó)公交車(chē)只配備了安全錘、手提式滅火器，部分車(chē)輛配備了視頻監(jiān)視器及保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)艙的超細(xì)干粉滅火裝置，但這些安全措施并不能解決車(chē)輛車(chē)廂內(nèi)發(fā)生爆燃時(shí)火勢(shì)在短時(shí)間內(nèi)迅速蔓延、乘客難以疏散難以逃生的問(wèn)題。要從根本上解決這一問(wèn)題，必須研發(fā)適用于公交車(chē)的、對(duì)人體無(wú)害的高效探測(cè)報(bào)警與滅火系統(tǒng)。

為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)品，盡可能減小危害，需要在客車(chē)上面及時(shí)探測(cè)到犯罪分子攜帶的汽油等易燃品，并且在其剛剛打開(kāi)容器時(shí)就能夠探測(cè)到，或者剛剛點(diǎn)燃時(shí)能夠及時(shí)撲滅。本文介紹了一種基于微控制器的客車(chē)防火報(bào)警系統(tǒng)，能夠在汽油等易燃品開(kāi)始揮發(fā)和剛剛點(diǎn)燃時(shí)就探測(cè)到，并且及時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)化的滅火系統(tǒng)將其撲滅，從而大大減少無(wú)辜人員的傷亡。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

客車(chē)防火報(bào)警系統(tǒng)的要求是能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速識(shí)別易燃?xì)怏w和火源同時(shí)避免漏警和誤警，還要能夠迅速疏散乘客和啟動(dòng)滅火器。為滿足要求，本系統(tǒng)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(lái)探測(cè)可燃油氣體，采用固定安裝在車(chē)頂?shù)亩嗖啃滦蜏缁鹌鲹錅缁鹧妫瑫r(shí)還采用自動(dòng)破窗器在緊急情況下疏散乘客。

本系統(tǒng)采用了凌陽(yáng)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(cè)器作為傳感器，可以采用各種新型自動(dòng)化車(chē)載滅火器。

微控制器運(yùn)行期間，一旦發(fā)現(xiàn)有報(bào)警信號(hào)，馬上以語(yǔ)音提醒客車(chē)駕駛員“車(chē)廂某部位發(fā)現(xiàn)汽油” 、“某部位發(fā)生火災(zāi)”等突況，同時(shí)啟動(dòng)車(chē)頂?shù)膽覓焓綔缁鹌鞒l(fā)現(xiàn)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?jīng)]有汽油的地方引起混亂阻礙逃生。在噴射滅火劑的同時(shí)，為了盡快疏散車(chē)上乘客，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自動(dòng)打碎車(chē)窗玻璃的功能，在車(chē)窗玻璃的薄弱位置安裝自動(dòng)破窗器，如果火焰沒(méi)有被及時(shí)撲滅，即可自動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)破窗器擊破車(chē)窗玻璃，同時(shí)發(fā)出語(yǔ)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(chē)輛誤傷，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)車(chē)輛的緊急燈提醒后面車(chē)輛避開(kāi)。

2 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括總控制臺(tái)和3～4個(gè)工作單元，每個(gè)單元包括1個(gè)凌陽(yáng)微控制器，2～3個(gè)配備吸氣風(fēng)扇的汽油傳感器，4個(gè)火焰探測(cè)器，2個(gè)煙霧傳感器與2個(gè)滅火器，電動(dòng)破窗器及語(yǔ)音報(bào)警喇叭等 ，作為核心的微控制器電路板安裝在公交車(chē)頂部，硬件設(shè)計(jì)功能模塊如圖1所示。

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼02t1.tif>

圖1 硬件設(shè)計(jì)功能模塊圖

配備的多個(gè)傳感器與滅火器均勻安裝在車(chē)廂頂部的合適部位，與微控制器電路通過(guò)信號(hào)線連接，為了能夠盡可能提前發(fā)現(xiàn)汽油泄漏，每個(gè)工作單元可以在靠過(guò)道的座椅上另外布置1個(gè)汽油傳感器，力求能夠?qū)崿F(xiàn)完全覆蓋整個(gè)車(chē)廂。從而提高了探測(cè)的反應(yīng)速度，大大減少了探測(cè)盲區(qū)，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)火源和滅火爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間。不同種類的傳感器組合使用可以減少漏報(bào)和誤報(bào)情況。

系統(tǒng)有一個(gè)安裝在駕駛員儀表板上的總控制臺(tái)。每個(gè)單元的微控制器通過(guò)NRF905無(wú)線收發(fā)模塊與總控制臺(tái)進(jìn)行信號(hào)聯(lián)系。

當(dāng)某個(gè)工作單元傳感器發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，報(bào)告總控制臺(tái)，駕駛員可以立即判斷情況，開(kāi)啟車(chē)輛緊急雙閃燈，并且迅速把車(chē)輛減速?？康桨踩貛А?/p>

采用凌陽(yáng)SPCE061A微控制器的優(yōu)點(diǎn)是中斷功能強(qiáng)大，對(duì)傳感器信號(hào)的反應(yīng)速度快，語(yǔ)音處理能力比較好，數(shù)據(jù)處理能力比較強(qiáng)，容易與車(chē)載通信系統(tǒng)連接，也容易同時(shí)接收多種類型傳感器的信號(hào)，能夠同時(shí)控制各種滅火設(shè)備與破窗逃生設(shè)備，也有利于在將來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行傳感器改進(jìn)與功能擴(kuò)展[1]。2M010型汽油氣體傳感器體積小，價(jià)格比較低廉， 對(duì)油氣氣體有極高的靈敏度，同時(shí)具有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性，能夠滿足大規(guī)模安裝與長(zhǎng)期使用的要求[2]。

MQ?2型傳感器對(duì)汽油等可燃?xì)怏w燃燒產(chǎn)生的煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì)烷類煙霧更為敏感[3]。A710/IR3三頻紅外火焰探測(cè)器體積小，價(jià)格低，工作穩(wěn)定，探測(cè)角度范圍廣，探測(cè)靈敏度高，信號(hào)輸出方便[3]。

2M010汽油傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)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。

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼02t2.tif>

圖2 2M010汽油傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性曲線

3 電路的連接與工作過(guò)程

系統(tǒng)將各個(gè)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(cè)得的汽油濃度數(shù)值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值以后送給CPU， 火焰探測(cè)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(tǒng)利用中斷方式發(fā)出警報(bào)，大大提高了對(duì)火情的反應(yīng)速度[4]。

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼02t3.tif>

圖3 2M010型汽油傳感器特性曲線

考慮到有些情況下可能發(fā)生虛警，例如車(chē)上有人抽煙用打火機(jī)點(diǎn)煙，或者路過(guò)加油站附近等區(qū)域，空氣中汽油濃度比較高。因此系統(tǒng)需要根據(jù)不同的汽油濃度進(jìn)入不同的報(bào)警級(jí)別，采取不同的報(bào)警措施，避免錯(cuò)誤觸發(fā)滅火器。系統(tǒng)啟動(dòng)以后，通過(guò)汽油傳感器，隨時(shí)報(bào)告汽油濃度數(shù)值并且顯示在主控臺(tái)的顯示器上面，當(dāng)汽油濃度超出100 ppm（電壓值約1.5 V）時(shí)，立即發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)，鎖定汽油濃度超標(biāo)的區(qū)域。駕駛員通過(guò)車(chē)載廣播提醒乘客，詢問(wèn)是大家否發(fā)現(xiàn)有人攜帶和釋放易燃液體，提醒乘客準(zhǔn)備停車(chē)疏散。濃度超出500 ppm（電壓值約2.5 V）時(shí)，立即停車(chē)并且指揮乘客下車(chē)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(cè)器已經(jīng)發(fā)現(xiàn)煙霧與火焰，則系統(tǒng)立即鎖定發(fā)生火焰煙霧的區(qū)域啟動(dòng)滅火器撲滅火焰，并且迅速疏散乘客，如果此時(shí)火焰太大，滅火器無(wú)法迅速撲滅，人員已經(jīng)無(wú)法從車(chē)門(mén)逃生，則可以由駕駛員手動(dòng)或者由工作單元的微控制器自動(dòng)發(fā)出指令啟動(dòng)自動(dòng)破窗器，打碎車(chē)窗，通過(guò)語(yǔ)音提示，引導(dǎo)乘客從車(chē)窗逃生[5]。

4 工作單元的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)源程序分為主程序和外部中斷服務(wù)程序。主程序執(zhí)行系統(tǒng)初始化和汽油濃度檢測(cè)與傳輸，以及濃度超標(biāo)時(shí)的報(bào)警任務(wù)，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào);兩個(gè)外部中斷服務(wù)程序方便執(zhí)行發(fā)現(xiàn)煙霧與火焰時(shí)的快速報(bào)警任務(wù)。本方案所用的程序采用匯編語(yǔ)言與C語(yǔ)言混合編寫(xiě)，對(duì)于底層的驅(qū)動(dòng)程序，采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程，對(duì)外給出C語(yǔ)言的調(diào)用接口;采用模塊化程序設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行編程，有利于各個(gè)模塊的升級(jí)、維護(hù)[6]。主程序與中斷服務(wù)程序的流程圖如圖4、圖5所示。

include "SPCE061.H"

int main（）

{

//設(shè)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(shè)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(kāi) IRQ3_EXT1 中斷

*P_INT_Ctrl=C_IRQ3_EXT2; //打開(kāi) IRQ3_EXT2中斷

__asm（"INT IRQ"）; 打開(kāi)IRQ中斷

while（1）

{*P_Watchdog_Clear = C_WDTCLR;清除看門(mén)狗}

unsigned int AD（void）;

void Sent_SIO_Data（void）;

//濃度數(shù)據(jù)通過(guò)A0口進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以后送給無(wú)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(zhuǎn)換

uiData=*P_ADC_LINEIN_Data; //ADC轉(zhuǎn)換開(kāi)始

uiData=0;

uiData = AD（）;

fVoltage=（float）uiData/0xffc0*3.3;

if（uiData>0x745E）;

//是否大于1.5 V，是，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，發(fā)送濃度數(shù)值

*P_IOA_Data = 0x8000; //從A15發(fā)出報(bào)警信號(hào)

unsigned int Sent_SIO_Data（void）; //發(fā)送濃度數(shù)值

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

*P_IOA_Data = 0xE000;

Delay（）; //延時(shí)

*P_Watchdog_Clear = 0x0001; //清看門(mén)作

}

unsigned int AD（void）

{

unsigned int uiData;

while（?。?P_ADC_MUX_Ctrl&0x8000））; //等待ADC 轉(zhuǎn)換完成

uiData=*P_ADC_LINEIN_Data;

return（uiData&0xffc0）;

}

外部中斷服務(wù)子程序代碼如下：

.TEXT

.PUBLIC _IRQ3

_IRQ3：

INT OFF

PUSH R1，R5 TO [SP] //現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)

R1=0x0100

TEST R1，[P_INT_Ctrl] //比較是否為IRQ3_EXT1

JNZ L_Irq3_Ext1 //是，則轉(zhuǎn)至對(duì)應(yīng)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(zhuǎn)至對(duì)應(yīng)程序段;

L_Irq3_Key： //否，則進(jìn)入鍵喚醒中斷

GOTO L_Exit_INT;

L_Irq3_Ext2： //進(jìn)入外部中斷2

R1=0x8000

[P_IOA_Data]=R1 //從A15發(fā)出報(bào)警信號(hào)

GOTO L_Exit_INT;

L_Irq3_Ext1： //外部中斷1

R1=0xE000

[P_IOA_Data]=R1 //從A14啟動(dòng)滅火器，A13啟動(dòng)破窗器

R1 = 0x0100

[P_IOA_Data]=R1 //從A14啟動(dòng)滅火器，A13啟動(dòng)破窗器

R1 = 0x0100

L_Exit_INT：

[P_INT_Clear]=R1

pop R1，r5 from [sp] //現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)

INT IRQ，F(xiàn)IQ

RETI

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼02t4.tif>

圖4 主程序流程圖

5 系統(tǒng)的定期維護(hù)檢測(cè)

考慮到公交車(chē)的使用非常頻繁，系統(tǒng)長(zhǎng)期使用以后，可能有些傳感器或者電路線路發(fā)生污損、氧化等故障，因此需要定期進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)的方法簡(jiǎn)單，定期在車(chē)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(shí)檢測(cè)到并且發(fā)出報(bào)警與滅火控制信號(hào)。

<E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼02t5.tif>

圖5 中斷服務(wù)程序流程圖

6 測(cè)試結(jié)果

本系統(tǒng)在模擬公交車(chē)車(chē)廂內(nèi)進(jìn)行多次測(cè)試，打開(kāi)吸氣風(fēng)扇以后，在不同部位潑灑汽油，系統(tǒng)能夠在3 s之內(nèi)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)汽油并且1秒鐘之內(nèi)啟動(dòng)報(bào)警器，在發(fā)現(xiàn)濃煙或火焰2 s之內(nèi)啟動(dòng)火源所在位置的滅火器，在5 s內(nèi)撲滅火焰。當(dāng)汽油濃度比較低的時(shí)候，系統(tǒng)只顯示濃度數(shù)值提醒駕駛員去詢問(wèn)情況，不啟動(dòng)滅火器和破窗器。因此可以避免誤報(bào)警的情況。

7 該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)

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

（2） 采用無(wú)線傳輸模塊向主控臺(tái)傳輸汽油濃度數(shù)據(jù)，駕駛員可以根據(jù)數(shù)據(jù)及時(shí)排查是否有人攜帶易燃品的情況，便于排除虛警和及時(shí)停車(chē)疏散乘客。

（3） 汽油傳感器與煙霧傳感器配備有一個(gè)吸氣風(fēng)扇，風(fēng)扇從車(chē)廂里抽取空氣送給傳感器，相比汽油等易燃?xì)怏w通過(guò)自然對(duì)流的方式擴(kuò)散到傳感器的位置，主動(dòng)吸氣方式提高了對(duì)氣體的反應(yīng)速度。對(duì)于每一秒鐘都意味著死亡或者逃生的滅火系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這樣的設(shè)計(jì)大大提高了發(fā)現(xiàn)火情的速度。

（4） 系該統(tǒng)具有很大改進(jìn)潛力，如果采用可以自動(dòng)調(diào)整滅火器噴頭對(duì)準(zhǔn)火苗噴射的紅外線控制裝置，可以在更短時(shí)間內(nèi)撲滅火焰。

參考文獻(xiàn)

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[2] 陳有卿，謝剛.新穎電子模塊應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

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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(nèi)嵌射頻無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)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(zhǎng)的指令，8位字長(zhǎng)的數(shù)據(jù)；內(nèi)置4MHz RC振蕩器，運(yùn)行速度1μs指令周期；7個(gè)特殊功能的硬件寄存器，2級(jí)硬件堆棧，直接、間接和相對(duì)尋址方式；1024×12bit可編程EPROM，41字節(jié)數(shù)據(jù)RAM；在線串行編程（In-Circuit Serial ProgrammingTM,ICSP TM），內(nèi)部RC振蕩器的頻率可編程校準(zhǔn)（獨(dú)立于發(fā)射器的石英晶體振蕩器基準(zhǔn)），8位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；上電復(fù)位，看門(mén)狗定時(shí)器，低功耗睡眠模式，可編程編碼保護(hù)，5個(gè)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(nèi)嵌的UHF ASK/FSK發(fā)射器，射頻頻率范圍為310～480MHz，可調(diào)節(jié)的輸出功率+2～12dbm，ASK數(shù)據(jù)發(fā)射速率0～40Kbps，F(xiàn)SK數(shù)據(jù)發(fā)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?zé)o鍵入口（RKE）發(fā)射器、車(chē)庫(kù)門(mén)開(kāi)門(mén)器、遙測(cè)（輪胎壓力，水、電、氣表、貴重物品跟蹤）、無(wú)線安防系統(tǒng)、無(wú)線電遙控等領(lǐng)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(shí)鐘輸入（GPIO僅在內(nèi)部RC模式，在其它振蕩器模式下為OSC1）。當(dāng)GPIO時(shí)TTL輸入，在外部RC振蕩器模式時(shí)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(fù)位）輸入/編程電壓輸入。當(dāng)構(gòu)成MCLR時(shí)，此腳是低電平有效，實(shí)現(xiàn)器件復(fù)位。在設(shè)備進(jìn)入正常的運(yùn)行和編程模式時(shí)，MCLR、VPP上的電壓不能超過(guò)VDD，并且能夠通過(guò)軟件編程改變引腳狀態(tài)來(lái)喚醒睡眠狀態(tài)。

5（XTAL）：發(fā)射器晶振，連接到考比慈（COPITTS）型晶體振蕩器上。

6（RFENIN）：發(fā)射器和時(shí)鐘輸出使能，內(nèi)部下拉。

7（CLKOUT）：時(shí)鐘輸出。

8（PS/DATAASK）：功率選擇和ASK數(shù)據(jù)輸入。

9（VDDRF）：發(fā)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(kāi)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(kāi)路輸出。

12（VSSRF）：發(fā)射器接地參考端。

13（NC）：空腳。

14（LF）：連接外部回路濾波器。VCO轉(zhuǎn)換輸入和充電泵輸出的共用點(diǎn)。

15（DATAFSK）：FSK的數(shù)據(jù)輸入。

16（FSKOUT）：FSK晶振的輸出。

17（GP2/T0CKI）：雙向I/O端口，能構(gòu)成T0CKI。

18（GP1）：雙向I/O端口/串口編程時(shí)鐘，能通過(guò)軟件編程改變引腳狀態(tài)來(lái)喚醒睡眠狀態(tài)。這個(gè)緩沖器在串口編程模式下為施密特觸發(fā)器輸入。

19（GP0）：雙向I/O端口/串口編程數(shù)據(jù)，能通過(guò)軟件編程改變引腳狀態(tài)來(lái)喚醒睡眠狀態(tài)。這個(gè)緩沖器在串口編程模式下為施密特觸發(fā)器輸入。

20（VSS）：邏輯電路和I/O腳的參考地。

3 基本結(jié)構(gòu)和特性

rfPIC12C509AF內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括一個(gè)完整的8位CMOS微控制器電路和發(fā)射器電路，以下介紹發(fā)射器電路。發(fā)射器電路方框圖如圖1所示。

發(fā)射器是一個(gè)完整的集成UHF ASK/FSK發(fā)射電路，由石英晶體振蕩器、鎖相環(huán)電路（PLL）、集電極開(kāi)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(shí)現(xiàn)ASK和FSK的操作。

引腳VDDRF和VSSRF分別是發(fā)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(dú)立的。

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

ftransmit=fXTAL×32

考慮到發(fā)射頻率的靈活選擇，最終晶振頻率可能不是標(biāo)準(zhǔn)值。晶振頻率最小值為9.65～15MHz，負(fù)載電容10～15pF，并聯(lián)電容7pF，等價(jià)串聯(lián)阻抗60Ω。

rfPIC12C509AF晶體振蕩器實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)FSK操作電路如圖3所示。電容C1和C2通過(guò)拖動(dòng)晶振來(lái)實(shí)現(xiàn)FSK調(diào)制。當(dāng)DATAFSK=1時(shí)，F(xiàn)SKOUT為高阻抗，只有C1對(duì)晶振起使用，發(fā)射頻率為fMAX；當(dāng)DATAFSK=0時(shí)，F(xiàn)SKOUT與VSSRF接地，電容C1和C2并聯(lián)，發(fā)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(lián)值確定fMIN。

C1取值22～1000pF，C2取值47～1000pF。

發(fā)射器中心頻率（fc）：fc=(fMAX+fMIN)/2

發(fā)射器頻率偏差：Δf=(fMAX-fMIN)/2

石英晶體振蕩器有1個(gè)四分頻（Divide by 4）電路，此電路通過(guò)時(shí)鐘輸出（CLKOUT）引腳輸出時(shí)鐘。CLKOUT時(shí)鐘輸出信號(hào)可作為微控制器的輸入或其它外圍電路的穩(wěn)定基準(zhǔn)頻率。注意千萬(wàn)不要將CLKOUT信號(hào)連接到PIC微控制器的OSC1輸入端，因?yàn)镻IC微控制器沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)就不能工作，此時(shí)發(fā)射器的振蕩器也不能工作。這時(shí)PIC微控制器需要從外部引入時(shí)鐘或經(jīng)過(guò)內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘。當(dāng)應(yīng)用中需要穩(wěn)定的基準(zhǔn)頻率時(shí)，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(hào)習(xí)盡可能小，應(yīng)對(duì)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(huán)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(gè)外部回路濾波器。這個(gè)回路濾波器控制PLL的動(dòng)態(tài)范圍和起始鎖定時(shí)間。

PLL的輸出給功率入大器（PA）。集電極開(kāi)路輸出的不同值可直接驅(qū)動(dòng)閉環(huán)天線（ANT1、ANT2）或經(jīng)過(guò)1個(gè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)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(kāi)路輸出，必須通過(guò)負(fù)載上拉到VDDRF。

PA的差動(dòng)輸出應(yīng)該匹配1個(gè)1kΩ的負(fù)載電阻。當(dāng)匹配不合理時(shí)會(huì)導(dǎo)致過(guò)度的干擾和諧波輻射。發(fā)射輸出功率可以通過(guò)改變PS/DATAASK腳的電壓調(diào)節(jié)成+2～-12dBm中的6個(gè)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(gè)20μA的內(nèi)部電流源輸出電流流入PS/DATAASK腳，通過(guò)電阻R2產(chǎn)生一個(gè)電壓降，作為功率控制電壓（VPS）控制發(fā)射輸出功率。VPS控制PA的偏置電流，高的發(fā)射功率需要較大的偏置電流。

為了實(shí)現(xiàn)ASK操作，PA/DATAASK腳的功能是控制功率放大器PA導(dǎo)通或關(guān)斷。分壓網(wǎng)絡(luò)上的R1和R2是為了確定VPS，以達(dá)到選擇發(fā)射器輸出功率的目的。假如要得到最大發(fā)射器輸出功率，可以把引腳GP0和PA/DATAASK直接連接起來(lái)。

邏輯控制模引式腳RFENIN控制著發(fā)射器的操作。當(dāng)RFENIN=1時(shí)，發(fā)射器和CLKOUT在工作模式；當(dāng)RFENIN=0時(shí)，發(fā)射器和CLKOUT進(jìn)入待機(jī)模式。在待機(jī)模式時(shí)，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生很小的電流。REFNIN腳在內(nèi)部有1個(gè)下拉電阻。

4 應(yīng)用電路

微控制器范文第5篇

關(guān)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(tǒng)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(hù)、保養(yǎng)蓄電池就成為一項(xiàng)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(yīng)影響電池容量，充電前需要對(duì)電池進(jìn)行放電。該電池的放電規(guī)范要求測(cè)量單體電池電壓，并記錄單體電池電壓下降到1V時(shí)的放電時(shí)間，然后在單體電池兩極間接入放電電阻。該電池的充電規(guī)范要求使用分階段定電流充電法。充電過(guò)程中要檢測(cè)電池的端電壓和充電電流，充電后期要測(cè)量單體電池的電壓，并對(duì)電壓較低的電池做相應(yīng)處理。

本文針對(duì)539CH-l型Ni-Cd蓄電池的充放電規(guī)范，提出一種充放電控制器的設(shè)計(jì)方案。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用AVR單片機(jī)Megal6L作為核心，可同時(shí)控制兩塊539CH-1型蓄電池的充放電過(guò)程。Megal6L通過(guò)串行總線接收上位機(jī)的命令，然后通過(guò)SPI總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給TLV5638。單片機(jī)通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)CD4053將TLV5638的兩路D/A轉(zhuǎn)換輸出送入信號(hào)調(diào)整電路，從而完成對(duì)充放電電流的控制。放電過(guò)程中，Megal6L通過(guò)控制8D鎖存器74LS573和復(fù)合管陣列ULN2081控制放電電阻接入。

硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)包括串行通信電路、充電和放電控制電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路等模塊。

通信電路

單片機(jī)通過(guò)串口與上位機(jī)通信。Megal6L端口為T(mén)TL電平，而上位機(jī)串口為RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口。因此，在上位機(jī)與單片機(jī)通信時(shí)需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)采用MAX232完成TTL電平與RS-232C接口電平之間的轉(zhuǎn)換。

充電和放電控制電路

單片機(jī)收到上位機(jī)的充放電控制命令后，通過(guò)SPI口將控制信號(hào)發(fā)送給TLV5638。TLV5638將收到的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并送入信號(hào)調(diào)整電路。模擬控制信號(hào)經(jīng)調(diào)整后送入充電或放電電源的PI控制器，對(duì)充電和放電電流進(jìn)行控制。單片機(jī)通過(guò)CD4053選擇控制信號(hào)的輸出通道，使該控制器可同時(shí)對(duì)兩塊蓄電池進(jìn)行充電和放電。

D/A轉(zhuǎn)換

本設(shè)計(jì)使用雙通道12位電壓輸出型高速DAC TLV5638完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)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(wú)縫連接。設(shè)計(jì)中，將Megal6作為主機(jī)，通過(guò)SPI口直接與TLV5638的串行接口相連。因?yàn)镸egal6的SPI口為4線串口，所以連接時(shí)單片機(jī)SPI口的PB6(MISO)懸空。

串行通信時(shí)，TLV5638的CS腳電平出現(xiàn)下降沿時(shí)通信開(kāi)始，數(shù)據(jù)在SCL的下降沿逐位移入TLV5638的內(nèi)部寄存器。最先移入的是數(shù)據(jù)的最高位。當(dāng)16位數(shù)據(jù)全部移入或CS腳電平變高時(shí)，TLV5638移位寄存器中的數(shù)據(jù)被存入相應(yīng)的鎖存器，鎖存器的選擇由數(shù)據(jù)中的控制字確定。因此，當(dāng)Mega16需要向TLV5638發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，PB7先從高電平跳到低電平，然后通過(guò)SPI口連續(xù)進(jìn)行兩次寫(xiě)操作，寫(xiě)操作完成后，在SCLK的第16個(gè)上升沿，相應(yīng)鎖存器的內(nèi)容自動(dòng)更新。

送入TLV5638的16位數(shù)據(jù)字包括控制段和數(shù)據(jù)段兩部分。其中，R0和R1為寄存器選擇位。

12位數(shù)據(jù)段的內(nèi)容受寄存器選擇的影響。當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入DAC寄存器或緩沖器時(shí)，數(shù)據(jù)段各位均用于表示數(shù)據(jù)值；當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入控制寄存器時(shí)，DO和D1用于確定參考電壓。

實(shí)際應(yīng)用中，TLV5638工作于慢速正常模式，采用2.048V內(nèi)部參考電壓。更新TLV5638某一路DAC數(shù)據(jù)時(shí)，必須保證另外一路數(shù)據(jù)不變。因此，除初始化過(guò)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(tài)。

Mega16的SPI口可采用4種不同的數(shù)據(jù)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(yīng)用中，考慮到TLV5638的使用要求，令CPHA=0，CPOL=1，即傳輸開(kāi)始時(shí)采樣SCK下降沿，結(jié)束時(shí)采樣SCK上升沿。

信號(hào)通道選擇

Mega16通過(guò)PD4NPD5以及邏輯電路控制信號(hào)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(hào)為例。模擬控制信號(hào)從TLV5638輸出，經(jīng)濾波后送入CD4053的X通道和Y通道。單片機(jī)PD4一方面直接與CD4053控制端A相連，另外還通過(guò)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(hào)反相，使任意時(shí)刻X、Y通道中只有一個(gè)可以輸出有效控制信號(hào)，保證該路充電和放電不發(fā)生沖突。應(yīng)用中沒(méi)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(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)時(shí)，利用繼電器將放電電阻并聯(lián)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(dá)林頓管陣列ULN2801驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)PAO～PA7輸出控制信號(hào)，PD2、3、7和PC6、7輸出5片74LS573所需的鎖存使能信號(hào)?？刂菩盘?hào)由74LS573鎖存，然后通過(guò)ULN2801驅(qū)動(dòng)繼電器工作，將放電電阻并聯(lián)在單格電池兩端，從而完成單格電池剩余容量放電。

軟件設(shè)計(jì)

軟件采用主從結(jié)構(gòu)，基于模塊化設(shè)計(jì)思想，主要包括主程序模塊、通信程序模塊、D/A轉(zhuǎn)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(jī)初始化，等待并處理中斷等工作。

通信程序模塊中，單片機(jī)與上位機(jī)間采用RS-232C串口通信。單片機(jī)采用中斷方式接收上位機(jī)發(fā)出的命令，并根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)內(nèi)容向上位機(jī)發(fā)送應(yīng)答信息。當(dāng)命令的起始標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志都正確時(shí)，單片機(jī)向上位機(jī)發(fā)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(jī)發(fā)送ASCII字符‘N’，表示發(fā)送不成功，要求上位機(jī)重新發(fā)送命令。

DA轉(zhuǎn)換與通道選擇模塊中，當(dāng)上位機(jī)需要控制充、放電電流時(shí)，單片機(jī)采用查詢方式，通過(guò)SPI口向TLV5638發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，然后通過(guò)控制CD4053確定模擬控制信號(hào)輸出通道。因?yàn)镸egal6L的SPI口字寬為8位，必須連續(xù)進(jìn)行兩次寫(xiě)操作才能完成對(duì)TLV5638的編程。

繼電器組控制模塊中，單片機(jī)收到上位機(jī)命令后，先將數(shù)據(jù)寫(xiě)到PA口，然后向相應(yīng)鎖存使能位寫(xiě)‘O’，將數(shù)據(jù)鎖存入74LS573中，完成對(duì)繼電器的控制。