【正文】 以上這些要求就組成了IC總線協(xié)議的主要內(nèi)容。IC總線當然不僅僅是一種內(nèi)部連接總線。在絕大多數(shù)情況下，CPU還不至于忙到不能多執(zhí)行幾條指令的程序，故這種方法還是被廣泛應(yīng)用。因此我們應(yīng)多采用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵的地方人為的插入一些單字節(jié)指令（NOP）或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書寫，這便是軟件冗余。 程序冗余當CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。如果三個數(shù)據(jù)相同，則進行下一數(shù)據(jù)的比較，如果被比較的數(shù)據(jù)只有兩個相同，則認為相同的數(shù)據(jù)是正確的，并以此更新第三個相異的數(shù)據(jù)，繼續(xù)比較。備份數(shù)據(jù)的存放地址應(yīng)遠離原始數(shù)據(jù)的存放地址以免被同時破壞。RAM中存放的數(shù)據(jù)通常包括系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)或常數(shù)、狀態(tài)標志、中間變量和計算結(jié)果。具體方法是首先將采樣值按大小排隊，去掉最大和最小的，然后再把剩下的取平均值。但對于慢速隨機變量采用短時間內(nèi)連續(xù)采樣求平均值的方法，其濾波效果往往不夠理想。5. 滑動平均值濾波法不管是算術(shù)平均值濾波法還是加權(quán)平均值濾波法，都需要連續(xù)采樣N個數(shù)據(jù)，這種方法適合于有脈動干擾的場合。它特別適合于信號本身在某一數(shù)值范圍附近做上下波動情況，如流量、液位等信號的測量。若變量變化比較緩慢，采用中值濾波效果比較好，但對于快速變化的參數(shù)，如流量，則不宜采用。但這種方法也是有明顯的缺點；第一是△Y的確定不夠靈活，必須根據(jù)現(xiàn)場的情況不斷地更新新值；第二是不能反應(yīng)采樣點數(shù)N＞3時各采樣值受干擾情況。使用時關(guān)鍵問題是最大允許誤差△Y的選??；△太大，各種干擾信號將乘機而入，率變低，通?？筛鶕?jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲得，必要時，也可以由實驗室得出。（1） 限幅濾波法限幅濾波的做法是把兩次相鄰的采樣值相減，求出其增值（以絕對值表示）然后與兩次采樣允許的最大差值（由被控對象的實際情況而決定）△Y進行比較，若小于或等于△Y，則取本次采樣值；若大于△Y，則仍取上次采樣值作為本次采樣值，即△Y ,則Y(K)=Y(K) ,取本次采樣值。數(shù)字濾波的方法很多，常用的有以下幾種：1. 程序判斷濾波法 經(jīng)驗說明，許多物理量的變化都需要一定的時間，相鄰兩次采樣值之間的變化有一定的限度。 數(shù)字濾波方法 數(shù)字濾波是提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可靠性最有效地方法，因此在微型控制系統(tǒng)中一般都要進行數(shù)字濾波。2. 控制失靈一般情況下，控制狀態(tài)的輸出時通過微機控制系統(tǒng)的輸出通道實現(xiàn)的。A)；其外圍器件減少，功耗自然可以降低；即使使用了較高的晶振頻率，由于CPU內(nèi)部有一個特殊功能寄存器DIVM可以對時鐘分頻，從而達到節(jié)電目的。 本設(shè)計中的低功耗技術(shù)本設(shè)計的低功耗設(shè)計貫穿整個設(shè)計的方方面面。零功耗系統(tǒng)設(shè)計是基于CMOS數(shù)字電路靜、動態(tài)功耗特性的最大靜態(tài)化的功耗管理設(shè)計。降低系統(tǒng)供電電壓，降低時鐘頻率，減少硬件電路設(shè)計制作時的分布電容等，這樣可以減少有效操作電路中的功耗水平；減少CMOS電路的靜態(tài)泄漏電流的措施，則可降低非有效操作時空電路上的功耗。四、零功耗系統(tǒng)與最小功耗系統(tǒng)設(shè)計 ．零功耗系統(tǒng)是基于功耗管理的低功耗系統(tǒng)，但只有零功耗系統(tǒng)設(shè)計并不能實現(xiàn)系統(tǒng)的最小功耗。因此，實現(xiàn)零功耗管理必須有相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)，這就是CMOS工藝的電路基礎(chǔ)、嵌入式系統(tǒng)實時的智能化控制以及具有功耗管理功能的外圍器件。(2) 系統(tǒng)具有按有效操作時空占空比實施精細功耗管理的能力，能做到“多干多 吃、少干少吃、不干不吃、誰干誰吃“的系統(tǒng)功耗分配。如果能按照系統(tǒng)有效操作時空占空比實施精細的功耗管理，使無效操作期間沒有功耗，就可實現(xiàn)系統(tǒng)的零功耗。經(jīng)研究計算可發(fā)現(xiàn)一個驚人的現(xiàn)狀，即在一個嵌入式應(yīng)尉系統(tǒng)中，有效操作只是全部運行操作的高諧小量。2．應(yīng)用系統(tǒng)中的有效操作時空占空比如果將系統(tǒng)運行中，所有時間、空間上的有效操作和無效操作采用時空占空比來量化描述，那么，有效操作占空比定義為：有效操作與系統(tǒng)全部運行操作之比。 嵌入式系統(tǒng)中的零功耗設(shè)計一、 零功耗系統(tǒng)設(shè)計的基本概念1．系統(tǒng)中的理想功耗一個電子系統(tǒng)要運行就會有功耗。指令總線上的轉(zhuǎn)換是由將要執(zhí)行的操作指令的順序決定的。在嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，我們主要考慮這兩個因素：存儲系統(tǒng)與系統(tǒng)總線。在基于微處理器、微控制器的系統(tǒng)中，軟件起到了應(yīng)到硬件活動的主導(dǎo)作用。現(xiàn)代CMOS離散邏輯家庭擁有很低的動態(tài)電能消耗和幾乎可忽略的靜態(tài)消耗與速度不可兩全其美。首先，介紹硬件的節(jié)能設(shè)計方法。雖然這種方法可減少電能消耗，但并不能顯著地改變能量消耗，因為能量消耗與執(zhí)行時間成正比。該策略可采用不同方法來實現(xiàn)，如計數(shù)器、硬件控制器或軟件控制。綜上所述，可引入以下4個主要的優(yōu)化措施。否則如果采用的頻率太高將造成極大的浪費，電池的壽命也將大大的縮短。從分析式(1)可看出，能量消耗與電壓有平方的關(guān)系。減少電能消耗不僅能延長電池的壽命、降低用戶更換電池的次數(shù)，而且能帶來提高系統(tǒng)性能與降低系統(tǒng)開銷的好處，甚至能起到保護環(huán)境的作用。上電后第一次配置時必須將120bit配置字全部移入；而后當僅需要lbit即可完成收／發(fā)模式的切換。圖11DSl8B20與微處理器的典型連接圖3．3 無線模塊PTR4000一、特點，125個頻道，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，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，能滿足低功耗的設(shè)計要求。然后從系列編號的最低有效位開始，一次一位移入寄存器，8位系列編碼都進入以后，序列號再進入，48位序列號都進入后，移位寄存器中就存儲了CRC值。在任何使用CRC進行數(shù)據(jù)傳輸校驗的情況下，總線控制器必須用上面的公式計算出一個CRC值，和存儲在DS18B20的64位ROM中的值或DS1820內(nèi)部計算出的8位CRC值(當讀暫存器時，做為第9個字節(jié)讀出來)進行比較。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。 同時，計數(shù)器被復(fù)位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。圖9示出了溫度測量電路的方框圖。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗碼(CRC=X8+X5+X4+1)。以上特點使DS18B20非常適用于遠距離多點溫度檢測系統(tǒng)。 八、I/O端口控制寄存器TRISX 這是一個只寫寄存器。返回指令的功能是把堆棧棧頂?shù)臄?shù)據(jù)(即斷口地址)送入程序計數(shù)器PC，以確保正確保證返回調(diào)用的主程序。 (2)“CALL調(diào)用指令可直接把低位裝入PC，同時對第9位清零。除了以下幾種情況指令執(zhí)行的結(jié)果會改變PC本身的地址值外，其他情況都隨著指令的執(zhí)行會自動加l。、BankBank3的低位地址的l 6個寄存器都被跌射到BankO，即4個體的低位地址的16個邏輯地址的寄存器共用16個物理寄存器，這就是說只能對80個物理寄存器進行訪問。(3)TOSE(D4)(TMRO source edge select)TMRO源觸發(fā)沿選擇位 TOSE=O當TOCK1引腳上出現(xiàn)上升沿對計數(shù)器加l； TOSE=I當TOCK1引腳上出現(xiàn)下降沿肘計數(shù)器加l.(4)TOSE(D5)(TMRO clock source)TMRO時鐘信號源選擇位 TOSE=0用內(nèi)部指令周期時鐘(CLKOUT) TOSE=1用TOCKl引腳上外部輸入的脈沖。 (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)存儲器，是一個用來設(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8位寄存器，但是只用了其中的低6位。 (5)TO(D4)(Time Out)定時時間到標志位 芯片上電后或執(zhí)行CLRWDT和SLEEP指令后，該位被置l；當監(jiān)視定時器WDT定時時間到時，該位被清零。 (2)DC(D)(Di gi t Carry／Borrow)半進位／借位標志位 對加法指令A(yù)DDWF和ADDLW，運算結(jié)果中的低4位向高4位有進位，被置l，無進位清零。狀態(tài)寄存器各位安排如下所示：PA2PAlPAOTOPDZDCC其各位功能如下所示： (1)C(D0)(Carry／Borrow)進位／借位標志位 對加法指令A(yù)DDWF和ADDLW，加法運算結(jié)果的最高有效位產(chǎn)生進位時，該位被置1元進位時清零。(1)通用寄存器組通過(寄存器)組選擇寄存器FSR可對寄存器組進行直接或間接訪問。由于包括I/0端口在內(nèi)的80個尋址的8位寄存器組成的寄存器組，通過8位的片內(nèi)數(shù)據(jù)總線與算術(shù)邏輯運算單元ALU相連。寬工作電壓：2．OV～6．OV程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝上電定時器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立 同步通訊接 SCI／USART操作 16位定時器／計數(shù)器TMRl，睡眠中仍可計數(shù) 高驅(qū)動電流，I／O腳可直接驅(qū)動數(shù)碼管(LED)顯示 每個I／O引腳最大拉電流25MA 每個I／O引腳最大灌電流20MA 八級硬件堆棧 PIC16F74單片機 特點一、高性能RISC結(jié)構(gòu)CPU 中斷控制可以進行全局控制和分別控制。7 可編程的特殊外圍接口性 (1)雙lO位／20KHZ，8位／80KHZ的PWM(脈寬調(diào)制)接口； (2)可多達8個通道8位、26181。芯片可以在一個指令周期內(nèi)(200ns)對任何寄存器(包括I／O寄存器)中的任何一位完成位置I、位清零和位測試功能。4 用戶可選擇振蕩器 片內(nèi)集成帶有RC振蕩器的監(jiān)視定時器，而且引進了“用戶可選擇振蕩器的新設(shè)計概念，它允許用戶在4種從直流到20MHZ(200ns)頻率范圍內(nèi)選擇一種振蕩形式讓芯片執(zhí)行指令，以優(yōu)化系統(tǒng)的功耗。PIC的小晶片尺寸加上MICROCHIP先進的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時工作電流為15181。利用PIC高性能算法處理能力的實時性可以取代低效率的存儲操作和精確度不高的查表法。所有的寄存器，包括I/0口、定時器和程序計數(shù)器等都是采用RAM結(jié)構(gòu)形式，而且都只需要一個周期就可以完成訪問和操作。 在大多數(shù)在大多數(shù)微控制器中，取指和指令執(zhí)行都是順序進行的。正因為在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是：程序和數(shù)據(jù)總線可以采用不同的寬度。諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機是在同一個存儲空間取指令和數(shù)據(jù)(即普林斯頓結(jié)構(gòu))，兩者不能同時進行，故限制了工作帶寬。 程序分支指令CALL、GOTO和在PCL上的操作需要兩個周期的執(zhí)行時間，在20MHz的情況下為400ns。 (1) 指令流水線結(jié)構(gòu)可以在一個周期內(nèi)同時完成一條指令的執(zhí)行和下一條指令的取指。三個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114和16位，且分別只有335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潔性；而一般CISC(Complex Instruction Set Computer)結(jié)構(gòu)的微控制器通常有50到110條多字節(jié)多周期的指令。PIC系列微控制器在世界微控制器市場份額排名逐年上升，在8位微控制器市場，已從1990年的第20位提高到1996年的第5位，以至成為一種新的8位微控制器的世界標準和最有影響力的主流嵌入式控制器。它率先推出采用精簡指令集計算機RISC(Reduced Instruction Set Computer)、哈佛（Harvard）雙總線和兩級指令流水線結(jié)構(gòu)的高性能價格比的8位嵌入式控制器（Embedded Controller)。3 硬件原理與實現(xiàn) 在微控制器(Microcontroller)應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛的今天，各個領(lǐng)域的應(yīng)用也向微控制器廠商提出了更高要求，希望速度更快、功耗更低、體積更小、價格更廉以及組成系統(tǒng)時所需要的外圍器件更少；隨著越來越多的各種非電子工程技術(shù)人員的應(yīng)用需求，他們想把微控制器作為嵌入式部件應(yīng)用到自己熟悉的領(lǐng)域，還提出簡單易學用的要求，用戶的需求就是商家的市場和動力，老的半導(dǎo)體廠商順應(yīng)潮流不斷推出新品種，新的半導(dǎo)體廠商則后來居上，把越來越多的外圍接口器件集成到片內(nèi)，功能越來越強、性能越來越高。 方案三：采用RS232C接口?？偩€兩端接匹配電阻(100Ω左右)，驅(qū)動器負載為54Ω。這相當于兩個單端驅(qū)動器，輸入同一信號時，其中一個驅(qū)動器的輸出永遠是另一個驅(qū)動器的反向信號。 射頻模塊方案方案一：采用PTR2000作為無線收發(fā)模塊，其集成度相對較高，外圍硬件電路簡單，收發(fā)一體，但因為是無線通信，在通信過程中易受干擾，誤碼率高。 2) 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。 ②硬件結(jié)構(gòu)簡單，具有豐富的可編程多路復(fù)用I／O引腳，能實現(xiàn)對溫度傳感器、鍵盤顯示接口、輸出打印接口的編程功能。 微處理器方案 方案一：主機采用以89C51系列單片機為核心的微控制器完成對無線發(fā)射接收模塊的控制，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集。該器件具有良好的線性和互換性，測量精度高，并具有消除電源波動的特性。其系統(tǒng)原理框圖如下所示：12CI/O溫度傳感器發(fā)射模塊圖1 溫度測量部分原理框圖接收模塊上位機USART12C圖2 溫度處理部分原理框圖 傳感器方案 溫度傳感器的種類很多，選擇的空間就很廣闊，可以使用熱電偶，熱電阻等測溫元件，也可以選用集成溫度傳感器。以適應(yīng)我國民用計量儀表使用的實際現(xiàn)狀，達到節(jié)約能源和供需平衡的目的。在國家有關(guān)政策的引導(dǎo)下，目前，全國各地正在進行供熱分戶改造，未來幾年內(nèi)，國家將逐步