【正文】 、估計理論、最優(yōu)化技術(shù)、計算機科學、人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。3．CMOS工藝兼容 目前，國外在研究二次集成技術(shù)的同時，集成智能傳感器在工藝上的研究熱點集中在研制與CMOS工藝兼容的各種傳感器結(jié)構(gòu)及制造工藝流程，探求在制造工藝和微機械加工技術(shù)上有所突破。圖像傳感器在CMOS工藝兼容基礎(chǔ)上使得其動態(tài)范圍擴展技術(shù)有所進步。其微型化主要基于以下發(fā)展趨勢：尺寸上的縮微和性質(zhì)上的增強性；各要素的集成化和用途上的多樣化；功能上的系統(tǒng)化、智能化和結(jié)構(gòu)上的復(fù)合性。 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(計算機技術(shù))。近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段；(1)傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；(2)模擬集成溫度傳感器／控制器；(3)智能溫度傳感器。 進入2 1世紀后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。在國家有關(guān)政策的引導下，目前，全國各地正在進行供熱分戶改造，未來幾年內(nèi)，國家將逐步實行按甩熱量分戶計量收費，屆時將會催生一個非常龐大的實時在線供熱表市場。無線溫度傳感器作為熱表的一部分，用來測量回水溫度。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。溫度測量部分由傳感器、MCU、和無線發(fā)射模塊構(gòu)成。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。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。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。但是AD590是集成模擬傳感器，需要進行A／D轉(zhuǎn)換才能與控制器連接。 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。 方案二：以高速數(shù)字信號處理器(DSP)TMS320F240為中央處理單元，配以極少的外圍電路構(gòu)成了檢測器的核心控制部件。 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。 但其價格昂貴，功能強大，用在此處屬于大材小用。 2) 精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高。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)用場合還是能滿足需要的。 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。本設(shè)計中采用PTR4000作為無線收發(fā)模塊。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。RS485對于多站互連是十分方便的。總線兩端接匹配電阻(100Ω左右)，驅(qū)動器負載為54Ω?！發(fā)，在+“0’’。 方案三：采用RS232C接口。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。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，老的半導體廠商順應(yīng)潮流不斷推出新品種，新的半導體廠商則后來居上，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。應(yīng)該說，每一個廠商的微控制器能在市場上占有一定份額，肯定有它存在的道理，即各個不同公司的芯片有它自己的特點才能吸引住有特定要求的部分用戶。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)。A）、較大的輸入輸出電流直接驅(qū)動LED（灌電流可達25mA）、一次性編程OTP（One Time Programmable）芯片的低價位（最低的不到6元人民幣）、小體積（8引腳）、指令簡單易學易用等，都體現(xiàn)了微控制器工業(yè)發(fā)展的新趨勢。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。為了達到獨一無二的高速性能，PIC微控制器采用了小型機設(shè)計結(jié)構(gòu)。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。另外，由于所用指令數(shù)較少和較簡潔，編程任務(wù)和調(diào)試相對就比較容易，而且學習和實現(xiàn)都非常快。 (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。 (2) 高速的指令執(zhí)行時間，在20MHz時鐘情況下達到200ns，在25MHz時可達到160ns。 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。2． 哈佛(Harvard)雙總線結(jié)構(gòu) 其存儲結(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)計中經(jīng)常出現(xiàn)的處理瓶勁問題。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。一個用于指令，一個用于數(shù)據(jù)。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。圖3是表示兩種不同結(jié)構(gòu)的示意圖。 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。只有涉及到改變程序計數(shù)器PC（Progran Counter）值的程序分支指令（例如GOTO、CALL或?qū)C寫操作）等才需要兩個周期。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。INSDTMROPCLSTATUSFSRPORTA其他專用寄存器通用寄存器GPRA L UW寄存器圖5 寄存器組示意圖 PIC系列微控制器技術(shù)性能特點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6MIPS(即每秒鐘可執(zhí)行600萬條指令)，這幾乎是其它大多數(shù)8位微控制器速度的4倍。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。3 低功耗 由于采用全靜態(tài)CMOS設(shè)計，電源操作能耗很低，但非?？煽俊IC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。A)。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。5 程序代碼加密保護 具有程度代碼加密保護功能，可通過對片內(nèi)EPROM保密設(shè)置進行加密。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。PIC的I/O 口有多種功能，通過軟件配置，每2個引腳都可以對輸入和輸出分別分時多路復(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行多片配置。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。8 中斷特性 PIC16CXX和PIC17CXX有中斷功能。中斷控制可以進行全局控制和分別控制?？梢杂脦讉€不同的中斷源激活處理從休眠狀態(tài)中蘇醒。 PIC16F74單片機 特點一、高性能RISC結(jié)構(gòu)CPU 除地址分支跳轉(zhuǎn)指令(GOTO、CALL)為雙周期指令，其余皆為單周期指令八級硬件堆棧直接、間接、相對三種尋址方式二、功能部件特性 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 8位定時器／計數(shù)器TMR0，帶8位預(yù)分頻 16位定時器／計數(shù)器TMRl，睡眠中仍可計數(shù) 并行口操作 同步通訊接 SCI／USART操作 三、微控制器特性 ． 上電定時器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立 斷電復(fù)位鎖定程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝低功耗 2MA5V，4MHZ 15UA3V，32KHZ 1UA低功耗Sleep模式下 寬工作電壓：2．OV～6．OV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。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。通用寄存器用于指令執(zhí)行中存放數(shù)據(jù)或控制信息；專用寄存器SFR(Special Function Register)包括定時器、寄存器、程序計算器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。(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。三、狀態(tài)寄存器STATUS(F3)狀態(tài)寄存器是一個8位寄存器，實際上在這個系列中目前只用了7位。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。這一點與大多數(shù)微處理機的情況不一樣。 (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。 (3)Z(D2)(Zero)全零標志位當算術(shù)運算或邏輯運算的結(jié)果為O時，該位被置l，否則為O。 (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。 對PIC16C56/57，片內(nèi)有4頁(2K個字)程序存儲器，需要2位頁面預(yù)選地址，故PAl和PAO兩位都作為頁面預(yù)選地址。 (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。復(fù)位操作將使OPTION寄存器低6位全部為“l(fā)。(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。對INDF寄存器本身進行間接尋址訪問，將讀出FSR寄存器的內(nèi)容。、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。PICl6C57/58芯片的程序計數(shù)器PC寬度為11位，堆棧寬度為11位。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。當程序計數(shù)器的計數(shù)值大于512個字時，PC的高2位D10和D9將用狀態(tài)寄存器STATUS中的頁面選擇位PA1和PAO(D6和D5位)來加載作為高位地址。 (2)“CALL調(diào)用指令可直接把低位裝入PC，同時對第9位清零。當程序計數(shù)器大于512個字時，PC的高2位D10t和D9將用狀態(tài)寄存器STATUS中的頁面選擇位PA1和PAO(D6和D5位)來加載作為高位地址。返回指令的功能是把堆棧棧頂?shù)臄?shù)據(jù)(即斷口地址)送入程序計數(shù)器PC，以確保正確保證返回調(diào)用的主程序。PC的高2位D10和D9交用狀態(tài)寄存器STATUS中的頁面選擇位PA1和PAO(D6和D5位)來加載作