【正文】 ???? 嵌入式系統(tǒng)中的零功耗設(shè)計(jì) ?????????????????? 本設(shè)計(jì)中的低功耗技術(shù) ???????????????????? 軟件抗干擾技術(shù) ??????? ?????????????????? 軟件出錯(cuò)對(duì)系統(tǒng)的傷害 ???????????????????? 數(shù)字濾波方法 ???????????????????????? 軟件冗余技術(shù) ???????????????????????? I2C 總線技術(shù) ?????????????????????????? 第五章 軟件設(shè)計(jì) ?????????????????????????? ? ? 溫度采集程序的實(shí)現(xiàn) ??????????????????????? PTR4000 的軟件編程 ??????????????????????? 上位機(jī)界面設(shè)計(jì) ????????????????????????? 工作流程 ???????????????????????????? 結(jié)束語(yǔ) ????????????????????????????????? 致 謝 ????????????????????????????????? 參考文獻(xiàn) ???????????????????????????????? 附錄 A程序流程圖???????????????????????????? 附錄 B硬件外觀圖???????????????????????????? 附錄 C程序清單????????????????????????????? 附錄 D硬件原理圖 ????????????????????????? ??? 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 選題背景 分析內(nèi)容 本課題的研究涉及兩方面內(nèi)容，其一是無(wú)線通訊技術(shù)，其二是數(shù)字化傳感器技術(shù)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 題 目 數(shù)字化無(wú)線溫度傳感器的分析與設(shè)計(jì) 摘要 集成化智能傳感器概念的提出僅 僅十余 年 ，但近年發(fā)展很快，國(guó)外刊物上關(guān)于新型集成化智 能傳感器研制的報(bào)道很多，國(guó)內(nèi)一些著名高校和研究所也在開展此類工作。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。和經(jīng)典的傳感器相比，集成化智能傳感器具有體積小、成本低、功耗小、速度快、可靠性高、精密度高以及功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。再將這兩方面結(jié)合到一起的同時(shí)，研究低功耗的設(shè)計(jì)方法及無(wú)線傳輸中仰制噪音的濾波算法。 大規(guī)模集成電路技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，為傳感器向集成化、智能化方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，集成智能傳感器在應(yīng)用領(lǐng)域成為傳感器發(fā)展的新趨勢(shì)。 數(shù)據(jù)融合是一種數(shù)據(jù)綜合和處理技術(shù)，是許多傳統(tǒng)學(xué)科和新技術(shù)的集成和應(yīng)用，如通信、模式識(shí)別、決策論、不確定性理論、信號(hào) 處理、估計(jì)理論、最優(yōu)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。 來源及意義 現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集 (即傳感器技術(shù) )、信息傳輸 (通信技術(shù) )和信息處理 (計(jì)算機(jī)技術(shù) )。無(wú)線溫度傳感器作為熱表的一部分，用來測(cè)量回水溫度。 AD590 是 AD公司利用 PN 結(jié)正向電流與溫度的 關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。 方 案二：以高速數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)TMS320F240 為中央處理單元，配以極少的外圍電路構(gòu)成了檢測(cè)器的核心控制部件。雖然 PIC 在這方面已不能與新型的 TI— MSP430 相比， 但在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合還是能滿足需要的。 RS485 對(duì)于多站互連是十分方便的。適用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備 之間的接口。A） 、較大的輸入輸出電流直接驅(qū)動(dòng) LED（ 灌電流可達(dá) 25mA） 、一次性編程 OTP（ One Time Programmable） 芯片的低價(jià)位 （ 最低的不到 6元人民幣 ） 、小體積 （ 8引腳 ） 、指令簡(jiǎn)單易學(xué)易用等，都體現(xiàn)了微控制器工業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。另外，由于所用指令數(shù)較少和較簡(jiǎn)潔，編程任務(wù)和調(diào)試相對(duì)就比較容易，而且學(xué)習(xí)和實(shí)現(xiàn)都非?？?。 2． 哈佛 (Harvard)雙總線結(jié)構(gòu) 其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是基于哈佛雙總線概念，數(shù)據(jù)的指令傳輸總線完全分開以避免出現(xiàn)典型的普通 CISC 設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的處理瓶勁問題。圖 3 是表示兩種不同結(jié)構(gòu)的示意圖。 A L U 圖 5 寄存器組示意圖 PIC 系列微控制器技術(shù)性能特點(diǎn) 1 高速度 由于 PIC 系列控制器所用的寬字單周期指令、哈佛雙總線和 PISC 結(jié)構(gòu)， 其數(shù)據(jù)吞吐率最高可達(dá) 6MIPS(即每秒鐘可執(zhí)行 600 萬(wàn)條指令 )，這幾乎是其它大多數(shù) 8 位微控制器速度的 4倍。A)。 PIC 的 I/O 口 有多種功能，通過軟件配置，每 2 個(gè)引腳都可以對(duì)輸入和輸出分別分時(shí)多路復(fù)用 ，或者可以被編程呈高阻狀態(tài)，例如可以支持用普通總線進(jìn)行多片配置?？梢杂脦讉€(gè)不同的中斷源激活處理從休眠狀態(tài)中蘇醒。直接、間接、相對(duì)三種尋址方式 二、功能部件特性 并行口操作 斷電復(fù)位鎖定 而它所擁有的高性能，如 CCP 模塊、并行 口、 12C／ SPI、 SCI 通訊等等使它能適合于各種應(yīng)用要求。 三、狀態(tài)寄存器 STATUS(F3) 狀態(tài)寄存器是一個(gè) 8 位寄存器，實(shí)際上在這個(gè)系列中目前只用了 7 位。 (3)Z(D2)(Zero)全零標(biāo)志位 當(dāng)算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算的結(jié)果為 O時(shí)，該位被置 l，否則為 O。 復(fù)位操作將使 OPTION 寄存器低 6 位全部為“ l。 PICl6C57/58 芯片的程序計(jì)數(shù)器 PC 寬度為 11 位，堆棧寬度為 11 位。當(dāng)程序計(jì)數(shù)器大于 512個(gè)字時(shí)， PC的高 2位 D10t 和 D9將用狀態(tài)寄存器 STATUS 中的 頁(yè)面選擇位 PA1 和 PAO(D6和 D5位 )來加載作為高位地址。當(dāng)寫 入 TRIS寄存器的位為“ l時(shí)，該位就為輸入口，加在相應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)器上將使之呈高阻狀態(tài)；為“ O時(shí)，即為輸出口，將可使輸出數(shù)據(jù)鎖存在被選中的引腳上。 64位ROM和一線端口存 儲(chǔ) 和 控 制 邏 輯溫 度 傳 感 器配 置 寄 存 器低 溫 觸 發(fā) 器 T L高 溫 觸 發(fā) 器 T H高 速暫 存 器8 位 C R C 生 成 器供 電方 式 選 擇D QV D DI N T E R N A L V D D 圖 7 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 D A L L A SD S 1 8 B 2 01 2 3GNDDQVDS1 2 3D S 1 8 B 2 0 Z 8 腳 S O I C 封 裝1234 5678 N CN CN CN CN CV D DV Q G N DD S 1 8 B 2 0 T 0 9 2 封 裝 底 視 圖 圖 8 DSl8B20 的管腳排列 三、引腳說明 表 2： 16 腳 SSOP PR35 符號(hào) 說明 9 1 GND 接地 8 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出腳。 斜坡式累加器用來補(bǔ)償感溫振蕩器的非線性，以 期在測(cè)溫時(shí)獲得比較高的分辨力。當(dāng)在 DS1820 中存儲(chǔ)的或由其計(jì)算的 CRC 值和總線控制器計(jì)算的值不相符時(shí)， DS1820 內(nèi)部并沒有一個(gè)能阻止命令序列進(jìn)行的電路。配置數(shù)據(jù)由 DATA、 CLKI 輸入，各種模式的控制見表 5： 模式 PWR CE CS 工作模式 (發(fā)射／接收 ) 1 1 0 配置模式 1 0 1 待機(jī)模式 1 0 0 掉電模式 0 X X 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 說明： (1)待機(jī)模式下功耗約為 12uA，此時(shí)發(fā)射／接收電路均關(guān)閉，只有時(shí)鐘電路工作 (2)掉電模式下功耗約為 l uA，此時(shí)所有電路關(guān)閉，進(jìn)入最省電狀態(tài) (3)在待機(jī)和掉電模式下 PTR4000 均不能接收、發(fā)射數(shù)據(jù) 通道 l 接 口 CLKl、 DATA、 DRl 為三線多功能接口： (1)在配置模式下，單片機(jī)通過通道 l的 CLKl、 DATA 線配置 PTR4000 的工作參數(shù)； (2)在發(fā)射模式下，單片機(jī)通過通道 l的 CLKl、 DATA 發(fā)送數(shù)據(jù)； (3)在接收模式下，當(dāng)接收到與本機(jī)地址一致時(shí)，通過 DRl 輸出中斷指示 (高有效 )，單片機(jī)通過 CLKl、 DATA 接受數(shù)據(jù)。 陜西廣播電視大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 P I C 1 6 F 7 4R C 4 圖 11DSl8B20 與微處理器的典型連接圖 3． 3 無(wú)線模塊 PTR4000 一、特點(diǎn) PTR4000 具有全球開放的 頻段， 125 個(gè)頻道，能滿足多頻及跳頻需要，其最高速率為 1Mbps,具有高數(shù)據(jù)吞吐量，內(nèi)置硬件 CRC 糾檢錯(cuò)，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成，其供電壓為 ，能滿足低功耗的設(shè)計(jì)要求。在任何使用 CRC 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)的情況下，總線控制器必須用上面的公式計(jì)算出一個(gè) CRC 值，和存儲(chǔ)在 DS18B20 的 64 位 ROM 中的值或 DS1820內(nèi)部計(jì)算出的 8位 CRC 值 (當(dāng)讀暫存器時(shí)，做為第 9 個(gè)字節(jié)讀出來 )進(jìn)行比較。 同時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位到一個(gè)值，這個(gè)值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。 64 位 ROM 的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC=X8+X5+X4+1)。 八 、 I/O端口控制寄存器 TRISX 這是一個(gè)只寫寄存器。 (2)“ CALL調(diào)用指令可直接把低位裝 入 PC，同時(shí)對(duì)第 9 位清零。 FSR 的高位 D6和 D5用來選擇不同的體 .而體 Bankl、 BankBank3 的低位地址的 l 6 個(gè)寄存器都被跌射到 BankO，即 4個(gè)體的低位地址的 16 個(gè)邏 輯地址的寄存器共用 16 個(gè)物理寄存器，這就是說只能對(duì) 80 個(gè)物理寄存器進(jìn)行訪 問。 (7)PA2(D7)保留位未用 四、選擇寄存器 ORTION 選擇寄存器 OPTION 不屬于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，是一個(gè)用來設(shè)置 TMRO/WDT 預(yù)分頻值、外部 INT 中斷和 TMRO 存放各種控制位的只寫寄存器，本身是一個(gè) 8位寄存器，但是只用了其中的低 6位。 (2)DC(D)(Di gi t Carry／ Borrow)半進(jìn)位／借位標(biāo)志位 對(duì)加法指令 ADDWF 和 ADDLW，運(yùn)算結(jié)果中的低 4 位向高 4位有進(jìn)位，被置 l，無(wú)進(jìn)位清零。 (1)通用寄存器組通過 (寄存器 )組選擇寄存器 FSR 可對(duì)寄存器組進(jìn)行直接或 間接訪問。寬工作電壓： 2． OV～ 6． OV 上電 定時(shí)器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立 16 位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器 TMRl，睡眠中仍可計(jì)數(shù) 八級(jí)硬件堆棧 中斷控制可以進(jìn)行全局控制和分別控制。芯片可以在一個(gè)指令周期內(nèi) (200ns)對(duì)任何寄存器 (包括 I／ O寄存器 )中的任何一位完成位置 I、位清零和 位測(cè)試功能。 PIC 的小晶片尺寸加上MICROCHIP 先進(jìn)的 CMOS 技術(shù)使芯片具有很寬的性能范圍以及低工作電流 (典型值：在3V， 32kHz 時(shí)工作電流為 15181。 所有的寄存器，包括 I/0口、定時(shí)器和程序計(jì)數(shù)器等都是采用 RAM 結(jié)構(gòu)形式，而且都只需要一個(gè)周期 就可以完成 訪 問和操作。正因?yàn)樵?PIC 系列微控制器中采用了哈佛雙總線結(jié)構(gòu)，所以與常見的微控制器不同的一點(diǎn)是：程序和數(shù)據(jù)總線可以 采用不同的寬度。 程序分支指令 CALL、 GOTO 和在 PCL 上的操作需要兩個(gè)周期的執(zhí)行時(shí)間，在 20MHz的情況下為 400ns。三個(gè)系列微控器的指令都是單字的寬字位指令：低檔、中檔和高檔系列的指令位數(shù)分別為 1 14 和 16 位，且分別只有 3 35和 58條指令，它們向上兼容其指令系統(tǒng)除了程序分支指令是單字雙周期指令外， 其它指令都是單周期、單字指令，在這些指令中，沒有功能相交叉的指令，使所有的指令具有簡(jiǎn)潔性；而一般CISC(Complex Instr