【正文】 故實(shí)質(zhì)上它是一種程序?yàn)V波。 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(jìn)行數(shù)字濾波。但是在微機(jī)的控制系統(tǒng)中，控制狀態(tài)的輸出常常取決于某些條件狀態(tài)的輸入和條件狀態(tài)的邏輯處理結(jié)果，而在這些環(huán)節(jié)中，由于干擾的侵入，可能造成條件狀態(tài)偏差，失誤，導(dǎo)致輸出控制誤差加大，甚至控制失靈。2. 控制失靈一般情況下，控制狀態(tài)的輸出時(shí)通過(guò)微機(jī)控制系統(tǒng)的輸出通道實(shí)現(xiàn)的。在其他元器件的選用上，盡量采用低功耗器件，如無(wú)線收發(fā)模塊選用超低功耗無(wú)線收發(fā)模塊PTR4000，其最大工作電流僅為18mA，在掉電模式下僅為1uA．總之，在PIC單片機(jī)為核心的控制硬件電路設(shè)計(jì)上，采用及篩選低功率的電子元件與集成電路，進(jìn)行低功耗線路設(shè)計(jì)和線路板優(yōu)化；在軟件控制上采用降低功耗的休眠技術(shù)及采樣周期優(yōu)化，以期達(dá)到最大限度地降低計(jì)量?jī)x表功耗，延長(zhǎng)電池壽命。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(gè)特殊功能寄存器DIVM可以對(duì)時(shí)鐘分頻，從而達(dá)到節(jié)電目的。在選擇合適的電壓和晶振的情況下，其功耗可以降到微安級(jí)(如SLEEP模式下，功耗只為1181。本設(shè)計(jì)的低功耗設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)的方方面面。對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)與零功耗設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最小功耗一微功耗。零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于CMOS數(shù)字電路靜、動(dòng)態(tài)功耗特性的最大靜態(tài)化的功耗管理設(shè)計(jì)。 綜上所述，零功耗系統(tǒng)是一種工程概念。降低系統(tǒng)供電電壓，降低時(shí)鐘頻率，減少硬件電路設(shè)計(jì)制作時(shí)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(shí)空電路上的功耗。它是根據(jù)電路功耗特性參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)滿足低功耗設(shè)計(jì)要求，在很多情況下并沒(méi)有功耗管理的參與。四、零功耗系統(tǒng)與最小功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì) ．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(jì)并不能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最小功耗。三、零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容按照最大靜態(tài)化設(shè)計(jì)的基本原則，零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須有最小量有效操作時(shí)空占空比的任務(wù)規(guī)劃，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的硬件支持電路，并實(shí)現(xiàn)按有效操作時(shí)空占空比的功耗管理軟件支持。因此，實(shí)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(shí)時(shí)的智能化控制以及具有功耗管理功能的外圍器件。二、零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，是按系統(tǒng)中有效操作時(shí)空占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)按需分配的功耗管理。(2) 系統(tǒng)具有按有效操作時(shí)空占空比實(shí)施精細(xì)功耗管理的能力，能做到“多干多 吃、少干少吃、不干不吃、誰(shuí)干誰(shuí)吃“的系統(tǒng)功耗分配。零功耗系統(tǒng)是指該系統(tǒng)中沒(méi)有任何功耗浪費(fèi)。如果能按照系統(tǒng)有效操作時(shí)空占空比實(shí)施精細(xì)的功耗管理，使無(wú)效操作期間沒(méi)有功耗，就可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的零功耗。零功耗系統(tǒng)按照有效操作時(shí)空占空比實(shí)行精細(xì)的功耗管理，非有效操作期間沒(méi)有功耗，從而使系統(tǒng)功耗與原來(lái)相比達(dá)到趨于零的效果。經(jīng)研究計(jì)算可發(fā)現(xiàn)一個(gè)驚人的現(xiàn)狀，即在一個(gè)嵌入式應(yīng)尉系統(tǒng)中，有效操作只是全部運(yùn)行操作的高諧小量。3．高諧小量時(shí)空占空比與零功耗設(shè)計(jì)在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，CPU高速處理能力與實(shí)際任務(wù)操作狀態(tài)以及系統(tǒng)中的微觀靜、動(dòng)態(tài)的巨大差異，導(dǎo)致大量無(wú)謂等待狀態(tài)，形成有效操作的時(shí)、空占空比現(xiàn)象。2．應(yīng)用系統(tǒng)中的有效操作時(shí)空占空比如果將系統(tǒng)運(yùn)行中，所有時(shí)間、空間上的有效操作和無(wú)效操作采用時(shí)空占空比來(lái)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(yùn)行操作之比。在一個(gè)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，由于普遍存在CPU高速運(yùn)行功能和有限任務(wù)處理要求的巨大差異，會(huì)形成系統(tǒng)在時(shí)間與空間上巨大的無(wú)效操作。一、 零功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本概念1．系統(tǒng)中的理想功耗一個(gè)電子系統(tǒng)要運(yùn)行就會(huì)有功耗。這兩個(gè)效果可在編譯時(shí)計(jì)算出來(lái)。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。至于由系統(tǒng)總線引起的能耗，可根據(jù)與每一總線相連接的模塊數(shù)及總線路徑的長(zhǎng)度，在一個(gè)指令處理系統(tǒng)中的總線一般具有較高的裝載容量。在嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，我們主要考慮這兩個(gè)因素：存儲(chǔ)系統(tǒng)與系統(tǒng)總線。直到最近，還沒(méi)有有效的且精確的方法可用來(lái)評(píng)估軟件設(shè)計(jì)對(duì)能量消耗所起的效應(yīng)，我們就無(wú)法對(duì)軟件進(jìn)行優(yōu)，進(jìn)而減少電能消耗。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(dòng)的主導(dǎo)作用。它不僅耗能少，而且能滿足一般的微處理器的應(yīng)用.低能耗軟件設(shè)計(jì)在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，人們往往會(huì)認(rèn)為只有硬件消耗能量?，F(xiàn)代CMOS離散邏輯家庭擁有很低的動(dòng)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。在奔騰處理器家族中這些處理器耗能量少，它們?yōu)榍度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)提供了簡(jiǎn)化而低開(kāi)銷(xiāo)的熱管理方案，I／。首先，介紹硬件的節(jié)能設(shè)計(jì)方法。低能耗硬件設(shè)計(jì) 前面兩種技術(shù)主要著眼于提高系統(tǒng)能源的利用率，即動(dòng)態(tài)電源管理和動(dòng)態(tài)電壓縮放只能改進(jìn)系統(tǒng)的使用。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?yàn)槟芰肯呐c執(zhí)行時(shí)間成正比。電壓調(diào)節(jié)歷程首先分析系統(tǒng)狀態(tài)，然后決定最佳的目標(biāo)電壓。該策略可采用不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如計(jì)數(shù)器、硬件控制器或軟件控制。DPM是建立在假設(shè)系統(tǒng)及成分的工作負(fù)載各不相同，且工作負(fù)載的變化能準(zhǔn)確地被預(yù)測(cè)出來(lái)的基礎(chǔ)上的。綜上所述，可引入以下4個(gè)主要的優(yōu)化措施。如果為了適應(yīng)一個(gè)敏感性進(jìn)程而把你的CPU的時(shí)鐘固定在一個(gè)很高的值上，當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行另一個(gè)敏感性不強(qiáng)的進(jìn)程時(shí)將損失大量的能量。否則如果采用的頻率太高將造成極大的浪費(fèi)，電池的壽命也將大大的縮短。同樣，電能消耗與操作頻率成比例，當(dāng)操作頻率逐漸向O逼近時(shí)，能量消耗的動(dòng)態(tài)部分也向O靠近。從分析式(1)可看出，能量消耗與電壓有平方的關(guān)系。為了滿足低能耗這一特性，必須在設(shè)計(jì)的每一部分及每一階段減少能量消耗。減少電能消耗不僅能延長(zhǎng)電池的壽命、降低用戶更換電池的次數(shù)，而且能帶來(lái)提高系統(tǒng)性能與降低系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)的好處，甚至能起到保護(hù)環(huán)境的作用。圖14 串行接口電路該芯片的第2腳輸出大約+9V左右的電壓，該條件在基準(zhǔn)電壓的獲取上將使用。上電后第一次配置時(shí)必須將120bit配置字全部移入；而后當(dāng)僅需要lbit即可完成收／發(fā)模式的切換。配置數(shù)據(jù)由DATA、CLKI輸入，各種模式的控制見(jiàn)表5：模式PWRCECS工作模式(發(fā)射／接收)110配置模式101待機(jī)模式100掉電模式0XX說(shuō)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(guò)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(guò)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(guò)DRl輸出中斷指示(高有效)，單片機(jī)通過(guò)CLKl、DATA接受數(shù)據(jù)。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)，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(guò)軟件設(shè)置完成，能滿足低功耗的設(shè)計(jì)要求。六、4DSl8820與單片機(jī)的典型接口設(shè)計(jì) 圖5以MCS一5 l系列單片機(jī)為例，畫(huà)出了DS18B20與微處理器的典型連接。然后從系列編號(hào)的最低有效位開(kāi)始，一次一位移入寄存器，8位系列編碼都進(jìn)入以后，序列號(hào)再進(jìn)入，48位序列號(hào)都進(jìn)入后，移位寄存器中就存儲(chǔ)了CRC值。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(méi)有一個(gè)能阻止命令序列進(jìn)行的電路。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(lái))進(jìn)行比較?？偩€控制器可以用64位ROM中的前56位計(jì)算出一個(gè)CRC值，再用這個(gè)和存儲(chǔ)在DSl820中的值進(jìn)行比較，以確定ROM數(shù)據(jù)是否被總線控制器接收無(wú)誤。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時(shí)知道在給定溫度下計(jì)數(shù)器的值和每一度的計(jì)數(shù)值。斜坡式累加器用來(lái)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。 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(lái)補(bǔ)償感溫振蕩器的拋物線特性。計(jì)數(shù)器被預(yù)置到對(duì)應(yīng)于55℃的一個(gè)值。圖9示出了溫度測(cè)量電路的方框圖。圖7 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖8 DSl8B20的管腳排列三、引腳說(shuō)明表2：16腳SSOPPR35符號(hào)說(shuō)明91GND接地82DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC=X8+X5+X4+1)。DSl8B20的管腳排列如圖8所示，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時(shí)接地)。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)寫(xiě)入 TRIS寄存器的位為“l(fā)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。 八、I/O端口控制寄存器TRISX 這是一個(gè)只寫(xiě)寄存器。PC的高2位D10和D9交用狀態(tài)寄存器STATUS中的頁(yè)面選擇位PA1和PAO(D6和D5位)來(lái)加載作為高位地址。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(jì)數(shù)器PC，以確保正確保證返回調(diào)用的主程序。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(lái)加載作為高位地址。 (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。當(dāng)程序計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值大于512個(gè)字時(shí)，PC的高2位D10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(lái)加載作為高位地址。除了以下幾種情況指令執(zhí)行的結(jié)果會(huì)改變PC本身的地址值外，其他情況都隨著指令的執(zhí)行會(huì)自動(dòng)加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。、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(shuō)只能對(duì)80個(gè)物理寄存器進(jìn)行訪問(wèn)。對(duì)INDF寄存器本身進(jìn)行間接尋址訪問(wèn)，將讀出FSR寄存器的內(nèi)容。(3)TOSE(D4)(TMRO source edge select)TMRO源觸發(fā)沿選擇位 TOSE=O當(dāng)TOCK1引腳上出現(xiàn)上升沿對(duì)計(jì)數(shù)器加l； TOSE=I當(dāng)TOCK1引腳上出現(xiàn)下降沿肘計(jì)數(shù)器加l.(4)TOSE(D5)(TMRO clock source)TMRO時(shí)鐘信號(hào)源選擇位 TOSE=0用內(nèi)部指令周期時(shí)鐘(CLKOUT) TOSE=1用TOCKl引腳上外部輸入的脈沖。復(fù)位操作將使OPTION寄存器低6位全部為“l(fā)。 (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(lái)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(xiě)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。 對(duì)PIC16C56/57，片內(nèi)有4頁(yè)(2K個(gè)字)程序存儲(chǔ)器，需要2位頁(yè)面預(yù)選地址，故PAl和PAO兩位都作為頁(yè)面預(yù)選地址。 (5)TO(D4)(Time Out)定時(shí)時(shí)間到標(biāo)志位 芯片上電后或執(zhí)行CLRWDT和SLEEP指令后，該位被置l；當(dāng)監(jiān)視定時(shí)器WDT定時(shí)時(shí)間到時(shí)，該位被清零。 (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。 (2)DC(D)(Di gi t Carry／Borrow)半進(jìn)位／借位標(biāo)志位 對(duì)加法指令A(yù)DDWF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。這一點(diǎn)與大多數(shù)微處理機(jī)的情況不一樣。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(jìn)位／借位標(biāo)志位 對(duì)加法指令A(yù)DDWF和ADDLW，加法運(yùn)算結(jié)果的最高有效位產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)，該位被置1元進(jìn)位時(shí)清零。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。(1)通用寄存器組通過(guò)(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(wèn)。通用寄存器用于指令執(zhí)行中存放數(shù)據(jù)或控制信息；專(zhuān)用寄存器SFR(Special Function Register)包括定時(shí)器、寄存器、程序計(jì)算器PC(Program Counter)、狀態(tài)寄存器SATAUS、I/0寄存器(端口)和(寄存器)組選擇寄存器FSR(File Select Register)等。由于包括I/0端口在內(nèi)的80個(gè)尋址的8位寄存器組成的寄存器組，通過(guò)8位的片內(nèi)數(shù)據(jù)總線與算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU相連。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。寬工作電壓：2．OV～6．OV低功耗 2MA5V，4MHZ 15UA3V，32KHZ 1UA低功耗Sleep模式下 程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝斷電復(fù)位鎖定上電定時(shí)器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立 三、微控制器特性 ． 同步通訊接 SCI／USART操作 并行口操作 16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器TMRl，睡眠中仍可計(jì)數(shù) 8位定時(shí)器／計(jì)數(shù)