【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱 ,由中央處理系統(tǒng) (CPU)、存儲(chǔ)器 (R 腳和 ROM)、 I/0 接口器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及串行通信接口器等功能電路集成在一塊芯片上 ,組成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī) ,故名單片微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑 ,單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。單片機(jī)作為最典型的嵌入式系統(tǒng) ,它的成功應(yīng)用推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛 ,在現(xiàn)代生 活中幾乎每一個(gè)方面都存在嵌入式系統(tǒng) ,早已融入人們的日常生活 ,嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品主要集中在信息家電、通信產(chǎn)品、工業(yè)控制器、掌上電腦 (PDA)領(lǐng)域。 .家電、玩具、汽車、新一代手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備也都采用了嵌入式系統(tǒng)的核心技術(shù)。此外 ,家庭自動(dòng)化系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、自動(dòng)售貨機(jī)、消費(fèi)電子設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化儀表與醫(yī)療儀器等也都有嵌入式系統(tǒng)的身影。目前 ,國(guó)內(nèi)家具市場(chǎng)出現(xiàn)的智能化家具產(chǎn)品 ,均屬于嵌入式系統(tǒng)。隨著微電子工藝水平的不斷提高 ,嵌入式系統(tǒng)的突飛猛進(jìn) ,它在家具領(lǐng)域必將得到更廣泛的應(yīng)用。此外 ,隨著 Inter 用戶的不斷增多 ,嵌入式系統(tǒng)今后的發(fā)展無(wú)疑要面向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。 對(duì)于此項(xiàng)目的完成，因?yàn)槲覀兊慕M員學(xué)過(guò) mc9s12xs128， ATmega16， STC89C51 這幾款單片機(jī)，所以我們決定在這幾款單片機(jī)中選擇一款作為我們只能家居系統(tǒng)的主控芯片。 上述三款單片機(jī)的特點(diǎn)： Ⅰ . Mc9s12xs128 單片機(jī)： MC9S12XS128(以下簡(jiǎn)稱 XS128)是 Freescale 公司推出的 S12XS系列單片機(jī)中的一款增強(qiáng)型 16 位單片機(jī)， S12XS 系列單片機(jī)是在 S12XE 系列基礎(chǔ)上去掉 XGate 協(xié)處理器的單片機(jī)，該系列單片機(jī)采用 CPU12X V2 內(nèi)核，可運(yùn)行在 40MHz 總線頻率上。不僅在汽車電子、工業(yè)控制、中高檔機(jī)電產(chǎn)品等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的用途，而且在 FLASH 存儲(chǔ)控制及加密方面呢也有很強(qiáng)的功能。 XS128: 存儲(chǔ)器： 128KB FLASH； 2KB EEPROM； 8KB RAM。 A/D:16 通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器；可選 8 位、 10 位和 12 位精度； PWM： 8 位 8 通道或 16 位 4 通道 PWM； 串行口： 2 個(gè)異步串行通訊 SCI 和 2 個(gè)同步串行設(shè)備接口 SPI； CRG 時(shí)鐘和復(fù)位發(fā)生器：鎖相環(huán)、看門狗、實(shí)時(shí)中斷； 增 強(qiáng)型捕捉定時(shí)器； I2C 總線； CAN 總線： 3 個(gè) 1Mbps 的 CAN 總線，兼容 A/B。 背景調(diào)試模式（ BDM）； 封裝： LQFP112 和 LQFP80； ADC:電路里面的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換器； 特點(diǎn)： AD 時(shí)鐘頻率滿足 500KHz~2MHz； 16 通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 8 位數(shù)字量， 10 位數(shù)字量， 12 位數(shù)字量轉(zhuǎn)換，最短時(shí)間 3us； 外部觸發(fā)控制； 可 選擇單次轉(zhuǎn)換模式或連續(xù)轉(zhuǎn)換模式； PWM: 它有 8 個(gè)獨(dú)立的輸出通道，并且通過(guò)編程可控制其輸出波形的周期。 每一個(gè)輸出通道都有一個(gè)精確的計(jì)數(shù)器。 每一個(gè)通道的 PWM 輸出使能都可以由編程來(lái)控制。 9 PWM 輸出波形的翻轉(zhuǎn)控制可以通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。 周期和脈寬可以被雙緩沖。當(dāng)通道關(guān)閉或 PWM 計(jì)數(shù)器為 0 時(shí)，改變周期和脈寬才起作用。 8 字節(jié)或 16 字節(jié)的通道協(xié)議。 有 4 個(gè)時(shí)鐘源可供選擇（ A、 SA、 B、 SB），他們提供了一個(gè)寬范圍的時(shí)鐘頻率。 Ⅱ、 STC89C51 178。8 位 CPU178。4kbytes 程序 存儲(chǔ)器 (ROM) (52為 8K) 178。128bytes 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM) （ 52有 256bytes 的 RAM） 178。32 條 I/O口線 178。111 條指令，大部分為單字節(jié)指令 178。21 個(gè)專用 寄存器 178。2 個(gè)可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 178。5 個(gè)中斷源， 2個(gè) 優(yōu)先級(jí) （ 52有 6個(gè)） 178。 一個(gè)全雙工 串行通信 口 178。 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 尋址空間 為 64kB 178。 外部 程序存儲(chǔ)器 尋址空間為 64kB 178。 邏輯操作 位尋址 功能 178。 雙列直插 40PinDIP 封裝 178。 單一 +5V電源供電 CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括 中斷系統(tǒng) 和部分外部 特殊功能寄存器 ； RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)； ROM：用以存放程序、一些 原始數(shù)據(jù) 和表格； I/O口：四個(gè) 8位并行 I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出； T/C：兩個(gè)定時(shí) /記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在 記數(shù)模式； 五個(gè)中斷源的中斷 控制系統(tǒng) ； 一個(gè)全雙工 UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信； 片內(nèi) 振蕩器 和時(shí)鐘產(chǎn)生電路， 石英晶體 和 微調(diào)電容 需要外接。最高振蕩頻率為 12M。 ATmega16： ATmega16 有如下特點(diǎn) : 16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即 RWW)， 512字節(jié) EEPROM， 1K字節(jié) SRAM， 32個(gè)通用 I/O 口線， 32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口， 8路 10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益 (TQFP 封裝 )的 ADC， 具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè) SPI串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 工作于空閑模式時(shí) CPU停止工作，而 USART、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 SRAM、 T/C、 SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí) 晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU和除了異步定時(shí)器與 ADC以外所有 I/O模塊的工作，以降低 ADC轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲；Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力；擴(kuò)展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。 高性能、低功耗的 8位 AVR微處理器 10 大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí) 間為單個(gè)時(shí)鐘周期 32個(gè) 8位通用工作寄存器 全靜態(tài)工作 工作于 16MHz時(shí)性能高達(dá) 16MIPS 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash，擦寫壽命 : 10,000次 具有獨(dú)立鎖定位的可選 Boot代碼區(qū)，通過(guò)片上 Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，真正的同時(shí)讀寫操作 512 字節(jié)的 EEPROM，擦寫壽命 : 100,000 次 1K字節(jié)的片內(nèi) SRAM 可 以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密 JTAG 接口 ( 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容 ) 符合 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能 通過(guò) JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對(duì) Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程 外設(shè)特點(diǎn) ： 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 RTC 四通道 PWM 8路 10位 ADC， 8個(gè)單端通道， 2個(gè)具有可編程增益（ 1x, 10x, 或 200x）的差分通道 面向字節(jié)的兩線接口 兩個(gè)可編程的串行 USART 可工作于主機(jī) / 從機(jī)模式的 SPI 串行接口 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器 片內(nèi)模擬比較器 經(jīng)過(guò)上述三款單片機(jī)的對(duì)比，根據(jù)智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn)，如實(shí)時(shí)性，穩(wěn)定性等，我們決定選用mc9sxs128 單片機(jī)作為我們智能家居系統(tǒng)的主控芯片。 （ 2） 電源模塊 首先了解一下不同電源的特點(diǎn)，電源分為開關(guān)電源和線性電 源， 線性電源的電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，開關(guān)電源是指用于電壓調(diào)整的管子工作在飽和和截至區(qū)即開關(guān)狀態(tài)的。線性電源一般是將輸出電壓取樣然后與參考電壓送入比較電壓放大器，此電壓放大器的輸出作為電壓調(diào)整管的輸入，用以控制調(diào)整管使其結(jié)電壓隨輸入的變化而變化，從而調(diào)整其輸出電壓，但開關(guān)電源是通過(guò)改變調(diào)整管的開和關(guān)的時(shí)間即占空比來(lái)改變輸出電壓的 。 從其主要特點(diǎn)上看：線性電源技術(shù)很成熟，制作成本較低，可以達(dá)到很高的穩(wěn)定度，波紋也很小，而且沒(méi)有開關(guān)電源具有的干擾與噪音，開關(guān)電源效率高、損耗小、可以降壓也可以升壓，但 是交流紋波稍大些。 電源模塊對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)極其重要，關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)是否能夠正常工作，因此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)選好合適的電源模塊。 常用的電源有串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源（ LM29 TPS系列、 7805等）和開關(guān)型穩(wěn)壓電源（ LM259 LM257AS1015等）兩大類。前者具有紋波小、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是效率較低，功耗大；后者功耗小，效率高，電流大，但電路卻比較復(fù)雜，電路的紋波大?；诳刂齐娐返男士紤]，以及節(jié)能的理念，并且根據(jù)我們熟悉的情況，我們選擇的 LM2596 開關(guān)型穩(wěn)壓電源。 LM2596開關(guān)電 壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出 3A的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有 、 5V、 12V，可調(diào)版本可以輸出小于 37V 的各種電壓。該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開關(guān)頻率為 150KHz，與低頻開關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需 4 個(gè)外接元件，可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更優(yōu)化了 LM2596 的使用，極大地簡(jiǎn)化了開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。 該器件還有其他一些特點(diǎn)：它的輸入電壓可高達(dá) 40V，在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出 11 電壓的誤差可以保證 在177。 4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在177。 15%的范圍內(nèi)；可以用僅 80μ A 的待機(jī)電流，實(shí)現(xiàn)外部斷電；具有自我保護(hù)電路（一個(gè)兩級(jí)降頻限流保護(hù)和一個(gè)在異常情況下斷電的過(guò)溫完全保護(hù)電路）。 （ 3） GSM模塊和藍(lán)牙模塊 遠(yuǎn)程控制：利用 GSM短信模式與手機(jī)實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的傳輸 近距離控制：利用藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)與手機(jī)藍(lán)牙的通信 （ 4）環(huán)境檢測(cè)模塊 1 溫度 傳感器 （ temperature transducer） 能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。工業(yè)上常用的溫度傳感器有四類：即熱電偶、熱電阻 RTD、熱敏電阻及集成電路溫度傳感器；每一類溫度傳感器有自己獨(dú)特的溫度測(cè)量范圍，有自己適用的溫度環(huán)境；沒(méi)有一種溫度傳感器可以通用于所有的用途：熱電偶的可測(cè)溫度范圍最寬，而熱電阻的測(cè)量線性度最優(yōu)，熱敏電阻的測(cè)量精度最高。 以下通過(guò)圖表比較說(shuō)明其特點(diǎn)。 熱電偶 熱電阻 RTD 熱敏電阻 集成溫度傳感器 測(cè)溫范圍 270~1800 250~900 100~150 55~150 線性度 需要至少是四次多項(xiàng)式或是等效的對(duì)照表 需要至少是二次多項(xiàng)式或是等效的對(duì)照表 需要至少是三次多項(xiàng)式或是等效的對(duì)照表 最優(yōu)在 177。 1℃以內(nèi)無(wú)需線性化 魯棒性 熱 電 偶 線 徑 較粗，是這種傳感器較為堅(jiān)實(shí)。加之外表絕緣層進(jìn)一 步 增 強(qiáng) 其 強(qiáng)度。 熱電阻較易因震動(dòng)而斷裂，主要是由于此類傳感器線徑較細(xì)，容易斷裂。 熱敏電阻的封裝方式較多。密閉性、穩(wěn)定性最好的封裝方式是玻璃封裝；但熱敏的處置稍難，且其不受沖擊和振動(dòng)的影響。 其結(jié)實(shí)耐受度與集成電路及表面貼裝器件相同。 激勵(lì)方式 不需要 電流源 電壓源 一般外用電源 輸出形式 電壓 電阻 電阻 電壓、電流或數(shù)字信號(hào) 外形輪廓 圓珠尺寸 =5 倍 線徑 179。 毫米 179。 毫米 從 TO18 封裝到 雙列直插封裝 價(jià)格 10— 50 美元 20— 1000 美元 2— 10 美元 1— 10 美元 測(cè)溫精度 177。 ℃ 177。 ℃ 177。 ℃ 177。 1℃ 所以通過(guò)上圖的比較可以得到我們的研究目的是測(cè)量當(dāng)前的室溫，綜合價(jià)格和測(cè)溫精度我們即可選用集成電路溫度傳感器 。在此基礎(chǔ)上還有