【正文】 所謂數(shù)字濾波，就是通過(guò)一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在由于信號(hào)中的比重。由于控制信號(hào)的輸出功率較大，不易直接受到外界干擾。PIC系列單片機(jī)有睡眠方式，在空閑時(shí)可以設(shè)置為低功耗工作方式，非空閑時(shí)，用看門(mén)狗、中斷等方式喚醒。首先是CPU的選擇上，PIC系列的CPU具有較寬的操作電壓(2．O～5．5V)，四種可選振蕩方式：低成本阻容(RC)，標(biāo)準(zhǔn)晶體／陶瓷(XT)，高速晶體／陶瓷(HS)，低頻晶體(LP)。在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，按系統(tǒng)有效操作的時(shí)空占空比，實(shí)現(xiàn)按需供給的功耗管理能最有效地、大幅度地降低系統(tǒng)功耗。只有充分實(shí)施了傳統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)和零功耗設(shè)計(jì)，才能獲得系統(tǒng)的最小功耗。因?yàn)樵趯?shí)際系統(tǒng)中，有效操作時(shí)系統(tǒng)的功耗過(guò)大以及非有效操作時(shí)系統(tǒng)的功耗遠(yuǎn)不為零，都會(huì)影響實(shí)際系統(tǒng)的最小功耗水平；而降低系統(tǒng)有效操作和非有效操作時(shí)空中的功耗水平，屬于傳統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)。這些技術(shù)基礎(chǔ)可以滿足零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三個(gè)基本要求。(3) 對(duì)于系統(tǒng)無(wú)法企及的微觀有效操作時(shí)空占空比的功耗管理，要求由電路靜、動(dòng)特性來(lái)滿足功耗分配，即電路動(dòng)態(tài)過(guò)程有功耗，電路靜態(tài)時(shí)沒(méi)有功耗。零功耗是一個(gè)工程概念。這一特點(diǎn)是嵌入式系統(tǒng)零功耗設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在一個(gè)具體應(yīng)用系統(tǒng)中，有效操作的時(shí)空占空比有：宏觀時(shí)域占空比、宏觀區(qū)域占空比、微觀時(shí)域占空比和微觀區(qū)域占空比。如果系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)沒(méi)有任何功耗浪費(fèi)，那么它的功耗就是系統(tǒng)的理想功耗。與此類似，地址總線上的轉(zhuǎn)換是由數(shù)據(jù)和指令存取的順序決定的。由存儲(chǔ)系統(tǒng)引起的能耗可引入代碼壓縮來(lái)解決。也就是說(shuō)，軟件對(duì)系統(tǒng)的能量消耗有很大的影響。74VHC系列是個(gè)不錯(cuò)的選擇。可采用現(xiàn)成的產(chǎn)品，如附帶MMTTM的166MHZ和266MHZ低能耗奔騰處理器。在降低電壓的同時(shí)改變時(shí)鐘頻率可改變CPU的單操作耗能量，減少完成特定數(shù)量工作所需的能量。動(dòng)態(tài)電壓縮放動(dòng)態(tài)電壓縮放(Dynamic Voltage Scaling，DVS)就是允許電壓調(diào)節(jié)歷程(VoltageScheduler Routine)在運(yùn)行時(shí)改變CPU的操作電壓。動(dòng)態(tài)電源管理 動(dòng)態(tài)電源管理(Dynamic Power Management，DMP)技術(shù)有選擇的把閑置的系統(tǒng)成分置于低能狀態(tài)，從而有效地利用電能。與此同時(shí)，CPU時(shí)鐘速度的良好管理也能節(jié)省不少的能量。因此，只需輕微降低電壓就可以顯著地減少能量消耗。在此處闡明了與能耗有關(guān)的幾個(gè)參數(shù)和幾種實(shí)現(xiàn)低能耗的措施，簡(jiǎn)要的介紹了何立民教授提出的理想低功耗設(shè)計(jì)思想——零功耗設(shè)計(jì)，講述了本設(shè)計(jì)中是如何實(shí)現(xiàn)低功耗的。六、PTR4000與單片機(jī)的接口 圖13 與單片機(jī)的接口電路為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與上位機(jī)之間的串行通信，在硬件結(jié)構(gòu)上采用了單電源轉(zhuǎn)換芯片ICL232，ICL232是一個(gè)雙組驅(qū)動(dòng)／接收器，它內(nèi)含一個(gè)電容性電壓發(fā)生器，可在單5V電源供電時(shí)提供EIA／TIA232E電平，如圖l 4所示。一、 基本電氣特性 表3 參數(shù)數(shù)值工作頻率2400MHZ~2524MHZ調(diào)制方式GMSK穩(wěn)頻方式PLL最大發(fā)射功率OdB接收靈敏度90Db最高通信速率l000Kbit/s工作電壓~發(fā)射電流(峰值)10mA接收電流(峰值)18mA掉電模式功耗luA二、 引腳說(shuō)明圖12 PTR4000的管腳圖表4管腳名稱功能方向1DATA通道l數(shù)據(jù)輸入／輸出腳，接單片機(jī)I／OI/O2GND電源地3CLK1通道1時(shí)鐘I4GND電源地I5DR1通道1中斷輸出O6CS工作模式選擇，選擇芯片為配置模式還是發(fā)者/接收模式I7DOUT2GND通道2數(shù)據(jù)輸入/輸出腳，接單片機(jī)I/OO8GND電源地9CLK2通道2時(shí)鐘O10GND電源地11DR2通道2中斷輸出O12CE使能，使芯片進(jìn)入工作模式I13PWRPowredown模式I14GND電源地15VDDVcc，I16VDDVcc，I四、硬件接口l、編程配置接口該接口由CE、CS、PWR組成，控制PTR4000的四種工作模式：配置模式，發(fā)射／接收模式，待機(jī)模式，掉電模式。移入8位CRC會(huì)使移位寄存器復(fù)O。CRC值的比較以及是否進(jìn)行下一步操作完全由總線控制器決定。五、CRC發(fā)生器 DS18B20中有8位CRC存儲(chǔ)在64位ROM的最高有效字節(jié)中。然后計(jì)數(shù)器又開(kāi)始計(jì)數(shù)直到O，如果門(mén)周期仍未結(jié)束，將重復(fù)這一過(guò)程。圖9溫度傳感器測(cè)量電路DS18B20是這樣測(cè)溫的：用一個(gè)高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個(gè)門(mén)周期，內(nèi)部計(jì)數(shù)器在這個(gè)門(mén)周期內(nèi)對(duì)一個(gè)低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)得到溫度值。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。二、DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。通過(guò)執(zhí)行TRIS f指令可以用工作寄存器W的內(nèi)容對(duì)輸出驅(qū)動(dòng)控制寄存器加載。 (4)如果任何一條指令中PC被作為目標(biāo)操作數(shù)，那么計(jì)算的8位結(jié)果將被送入PC的低8位，PC的低8位，PC的第9位將被清零。PC的值加l后指向返回的地址，再把斷點(diǎn)地址壓棧保護(hù)。(1)“GOTO無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令可以直接改變PC的低9位地址(D8D0)值。其關(guān)系如下：FSR D6 D5 存儲(chǔ)體 邏輯地址 物理寄存器地址 0 0 Bank0 00h~1Fh 00h~1Fh 10h~1Fh 0 1 Bank1 20h~3Fh 00h~1Fh 30h~3Fh 1 0 Bank2 40h~5Fh 00h~1Fh 50h~5Fh 1 1 Bank3 60h~7Fh 00h~1Fh 70h~7Fh六、程序計(jì)數(shù)器PC 程序計(jì)數(shù)器PC可以產(chǎn)生最多對(duì)2K*12位片內(nèi)EPROM/OTP ROM存儲(chǔ)單元進(jìn)行尋址的地址信號(hào)。(5)DD6位保留位未用五、 間接尋址INDF和FSR寄存器 INDF間址寄存器不是一個(gè)物理寄存器，它被用來(lái)協(xié)同寄存器FSR實(shí)現(xiàn)間接尋址操作，實(shí)際有效地址是寄存器FSR的內(nèi)容。 OPTION寄存器的設(shè)置是通過(guò)執(zhí)行ORTION指令，把工作寄存器W中的數(shù)據(jù)加載到OPTION寄存器中。 (6)PAl、PAO(DD5)(Program Page Preselect)程序存儲(chǔ)器頁(yè)面地址預(yù)選位，對(duì)不同型號(hào)的芯片它們的定義不一樣。對(duì)減法指令的借位極性能則剛好相反。但對(duì)減法指令SUBWF，減法運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生借位時(shí)，該位被清零，而無(wú)借位時(shí)被置l。 (2)專用寄存器 它又可分成兩類：一類用于CPU核心操作，另一類用于控制外圍功能芯片操作。 寄存器組可以分成兩大類：通用寄存器和專用寄存器。寬工作溫度范圍： 一商用級(jí)：O℃～+70℃ 一工業(yè)級(jí)：一40℃～+85℃ 一汽車級(jí)：一40℃～+125℃ PIC16F74是片內(nèi)帶A/D的芯片所以它在測(cè)量?jī)x器表、工業(yè)控制、汽車電子、家用電器及通訊等眾多方面應(yīng)用廣泛。四種可選振蕩方式 一低成本阻容：RC 一標(biāo)準(zhǔn)晶體／陶瓷：XT 一高速晶體／陶瓷：HS 一低頻晶體：LP四、CMOS工藝特性振蕩定時(shí)器，保障振蕩的穩(wěn)定建立 flagsh存儲(chǔ)器。8位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器TMR2，帶有8位的周期寄存器及預(yù)分頻和后分頻 雙向可獨(dú)立編程設(shè)置I／0引腳 多種硬件中斷 精簡(jiǎn)指令集，僅35條單字節(jié)指令，易學(xué)易用 外圍接口的中斷優(yōu)先級(jí)用軟件確定。s SAR A／D轉(zhuǎn)換器； (3)16通道16位單斜率積分A／D轉(zhuǎn)換器； (4)雙5mV典型偏置的比較器； (5)8位D／A轉(zhuǎn)換器； (6)內(nèi)部集成的溫度傳感器； (7)內(nèi)部集成的基準(zhǔn)電壓源； (8)內(nèi)部集成的振蕩器； (9)32*4點(diǎn)陣多路復(fù)用的LCD驅(qū)動(dòng)器； (10)8／9位通用異步串行接收發(fā)送器USART(串行通信接口)； (11)用電池供電的實(shí)時(shí)時(shí)鐘； (12)雙1 6位200ns捕捉寄存器； (13)雙1 6位200ns比較輸出接口； (14)并行從動(dòng)(SLAVE)端口； (15)64字節(jié)EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。所以PIC系列芯片與外部電路和接口效率非常高，可以用來(lái)作為高速I／O控制器。這4種振蕩方式是：RC型—低成本的RC振蕩器，XT型一標(biāo)準(zhǔn)的石英晶體振蕩器，HS型一高速石英晶體振蕩器和LP型—低功耗低頻石英晶體振蕩器。A)和極小的待命狀態(tài)電流(休眠方式3V工作情況下小于1181。設(shè)計(jì)師還可以用PIC微控制器，通過(guò)對(duì)其編程來(lái)取代那些低檔的門(mén)陣列、PLD、膠合(G1ue Logic)邏輯和多芯片狀態(tài)機(jī)等設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)其高性能價(jià)格比的優(yōu)點(diǎn)，PIC微控制器除了其價(jià)格優(yōu)勢(shì)外，設(shè)計(jì)師還可以得到多方面的可編程靈活性、強(qiáng)有力的控制器功能和節(jié)約空間的諸多好處。而大多數(shù)其它微控制器都有需要兩個(gè)以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。而在指令流水線結(jié)構(gòu)中，取指和指令執(zhí)行在時(shí)間上是相互重疊的，所以才可能實(shí)現(xiàn)單周期指令。數(shù)據(jù)總線都是8位的，但低檔、中檔和高檔系列的指令總線位數(shù)分別為114和16位。而在哈佛結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)中，指令和數(shù)據(jù)空間是完全分開(kāi)的。 (3) 由于采用寬字指令，在相同情況下，程序量大為減少，形成的代碼是一般微控制器的一半。最大限度地提高了每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的效率。單字節(jié)指令提高了軟件編碼的效率和減少了所需要的程序存儲(chǔ)單元，使系統(tǒng)具有高處理性能和突出性能。 PIC系列微控制器硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1． 精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(RISClikeReduced Instruction Set Computerlike)結(jié)構(gòu)Microchip技術(shù)公司具有先進(jìn)的類RISC結(jié)構(gòu)的PIC系列微控制器的簡(jiǎn)潔性，為8位微計(jì)算機(jī)市場(chǎng)設(shè)立了一種事實(shí)上的新的性能標(biāo)準(zhǔn)。其高速度（每條指令最快可達(dá)160ns）、低電壓（最低工作電壓可為2V）、低功耗（3V，32kHz時(shí)15181。迄今為止，至少有35家半導(dǎo)體廠商的微控制器進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。它是異步串行通訊中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線，它包括了按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C(jī)械方面的規(guī)定?！發(fā)，在+“O’’。 方案二:采用RS485接口，它是RS422A的變型，它與RS422A的區(qū)別在于：RS422A為全雙工，采用兩對(duì)平衡差分信號(hào)線；而RS485為半雙工，采用一對(duì)平衡差分信號(hào)線。方案二：采用PTR4000作為無(wú)線收發(fā)模塊，它含有CRC硬件校驗(yàn)，當(dāng)PTR4000接收到數(shù)據(jù)與攝制的本機(jī)地址一致且CRC效驗(yàn)正確時(shí)，才把接收到的數(shù)據(jù)以中斷方式傳給CPU，誤碼率低，與PTR2000相比較，其可靠性高。 3) 睡眠和低功耗模式。 ③軟件編程靈活，可采用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程。由于受單片機(jī)指令運(yùn)行速度的影響，影響到它的數(shù)據(jù)采集能力，而且它不具有低功耗狀態(tài)，不能滿足低功耗的要求。即使電源在515V之間變化，其電流只是在l以下作微小變化。 方案一：采用AD590作為傳感器。第二章 方案論證數(shù)字化無(wú)線溫度傳感器的設(shè)計(jì)應(yīng)包含兩個(gè)部分：一部分是溫度測(cè)量(發(fā)射)電路，一部分是溫度處理(接收)電路。因此，戶用熱量計(jì)是給暖商品化必不可少的工具，也是建筑節(jié)能的一項(xiàng)重要措，隨著供暖事業(yè)的發(fā)展必將得到普遍應(yīng)用。目前，國(guó)際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 本設(shè)計(jì)中的無(wú)線溫度傳感器為正在研究中的科研項(xiàng)目，暫時(shí)只用各種器件臨時(shí)組合，如果方案進(jìn)入成熟階段，可將其集成在一塊芯片上，實(shí)現(xiàn)其微型化。 利用CMOS工藝兼容的集成濕度傳感器將敏感電容和處理電路集成在一塊硅片上，通過(guò)Coventor模擬得到全量程總的敏感濕敏電容變化值，同時(shí)提高了可靠性并降低了成本，隨著微機(jī)械加工技術(shù)的逐步發(fā)展，使得以CMOS工藝技術(shù)制造的集成濕度傳感器已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。對(duì)于多個(gè)傳感器組成的陣列，數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠充分發(fā)揮各個(gè)傳感器的特點(diǎn)，利用其互補(bǔ)性、冗余性，提高測(cè)量信息的精度和可靠性，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。 目前，市場(chǎng)上的集成智能傳感器已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，其發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面： (1)向微型化發(fā)展； (2)應(yīng)用新的物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)、生物效應(yīng)作為傳感器原理； (3)使用新型材料； (4)向微功耗及無(wú)源化發(fā)展； (5)采用新的加工技術(shù)(如化學(xué)微腐技術(shù)、微機(jī)械加工技術(shù))； (6)向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展。 電子自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展與進(jìn)步促使傳感器技術(shù)、特別是集成智能傳感器技術(shù)日趨活躍起來(lái)，近年來(lái)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，國(guó)外一些著名的公司和高等院校正在大力開(kāi)展有關(guān)集成智能傳感器的研制，國(guó)內(nèi)一些著名的高校和研究所也積極跟進(jìn)，集成化智能傳感器技術(shù)取得了令人矚目的發(fā)展?！?，要求靜態(tài)功耗電流小于10，動(dòng)態(tài)功耗電流小于8mA，無(wú)線傳輸距離大于10米，． 本設(shè)計(jì)中利用無(wú)線技術(shù)和數(shù)字化集成溫度傳感器技術(shù)，研制數(shù)字化無(wú)線集成溫度傳感器，以確保熱量表一體化，解決現(xiàn)有熱量表需有線測(cè)量回水溫度帶來(lái)的可靠性、安全性差等諸多問(wèn)題。關(guān)鍵詞 PIC16F74 低功耗 無(wú)線 數(shù)字化 I2C總線