微控制器十篇

微控制器篇1

低功耗16位通用MCU MsP430F2XX系列集成了高达120KB的片上存储器，并支持20位地址字，因此将总体可寻址存储(无翻页)容量提升至1MB，从而支持更复杂程序的开发。各种模拟与数字外设选项支持终端产品的增强特性，同时还降低了系统成本与功耗。该系列具备1.8～3.6V的宽工作电压范围，而灵活的时钟架构使设计人员能够实施选定的处理速度与工作电压。由于在3.3V电压下实现了16MHz的全速处理器状态，电池使用寿命与系统成本得以进一步优化。

Texas Instruments

电话:800－820－8682

省略

低成本高效能8位MCU提供更大设计弹性

C8051T610系列低成本8位微控制器适合面临成本上升压力的消费及工业应用，如玩具、相机模块和手机配件等。

T610采用专利的流水线式单周期8051核心，中央处理器带宽最高25MIPS，还包含可测量模拟信号的高精确度ADC、稳压器和精准内部振荡器等许多强大功能，故能提供很高的每平方毫米功能密度，进而减少所需的外部元器件数目以及最终产品的体积与成本。

Silicon Laboratories

电话:021－6237－2233

省略

支持单段电视广播PND的应用处理器

SH－MobileR2(SH7723)应用处理器用于支持单段(One－Seg)地面数字电视广播的便携式和移动设备，如汽车导航系统和个人导航设备。

SH－MobileR2集成了SH－4A CPU内核，以及一个可增加视频和音频处理效率的浮点处理单元(FPU)。它在最高工作频率400MHz工作时的处理性能为720MIPS，FPU可实现2.省略.省略

实现SRS wOw HD技术的音频处理器

AP8302可实现SRS Labs的wOw HD技术，使任何立体声音箱驱动器，包括耳机，以至到iPod连接器或迷你音响组合，都能提供逼真的环绕立体声效。

AP8302芯片接受任何立体声输入，并仅通过两个前端音箱放出环绕音，聆听者不用一团额外的音箱便可得到有如沉浸在三维环绕立体声场里的感觉。AP8302增强声音的空间感外，还通过其SRS TruBass特性，制造最大的低音反响，并为可选的低频效应(LFE)输出提供低音管理。AP8302包括了AP8202的技术外，还提供额外细致的高音内容，以及因应周围的立体声而调整中央信息混合的能力，因此歌唱声变得更清晰和能够集中于中心范围。

威龙半导体

电话:00852－2797－3288

省略

符合未来汽车安全标准的可扩展MCU

专门针对汽车安全应用，尤其是气囊系统和动力转向应用的XC2300系列MCU具备32位性能和齐全的外设功能，可提供当前和未来的安全应用所需的快速反应时间、冗余能力和灵活性。

XC2300系列灵活的UsIC可配置为UART、LIN、缓冲SPI、I2C总线或I2S接口。两个高性能的并行ADC有多达24个通道，可对可选数据进行预处理，且转换时间低至1.2μs。存储器保护单元(MPU)为安全系统开发人员带来的另一好处是，可将第三方供应商的软件集成到一个受保护的执行环境中。

Infineon Technologies

电话:021－6101－9000

省略

低成本、低功耗、高性能的8位MCU系列

PICl8F4XK20／2XK20系列单片机备有28、40和44引脚封装，融合多种先进的纳瓦技术特性，包括电源管理模式、1.8～3.6V工作电压范围及高效的片上外设，可实现极佳的功耗控制性能。此外，它们可通过内置振荡器在3V的工作电压下实现16MIPS(64MHz)的速度，既可体现高性能又能保持低功耗，适合通用控制以及各种电池驱动或低功耗应用。

Microchip Technology

电话:021－5407－5533

省略

具有片上CAN和EEPROM的8位MCU系列

S08D系列是集成了控制器区域网络(CAN)接口、电子可擦拭可编程只读内存(EEPROM)和片上仿真/调试工具的8位MCU。嵌入式CAN接口为众多汽车和工业控制应用提供理想的连通性解决方案，而嵌入式EEPROM则通过实现数据的轻松写入和擦拭，无须外部串行EEPROM，从而提高了系统设计灵活性。具有片上调试功能的集成开发工具能够让设计人员进行实时快速调试，实现产品快速面市。每一种集成功能都可以在－40～+125℃的整个汽车温度范围内正常使用。

Freescale Semiconductor

电话:800－990－8188

省略

具有精巧体积和丰富功能的8位MCU

C8051F336系列高整合8位微控制器引脚与C8051F330系列完全兼容，但程序存储空间增至16KB。F336系列拥有更多闪存、高效能和在各种条件下均可发挥最佳效能的操作能力，设计人员很容易通过软件将产品升级和扩充新功能。

该系列的流水线式单周期8051核心最大提供25MIPS处理器带宽，还整合丰富的高效能模拟功能，包括测量和控制模拟信号所需的高度线性SAR ADC和可编程IDAC。

Silicon Laboratories

电话:021－6237－2233

省略

能移除高清电视中移动图像光晕效应的视频后处理器

具有专利的运动精确图像处理技术的视频后处理器PNX5100能帮助电视制造商显著提升液晶电视上高清运动图像的质量。PNX5100中采用的这一技术结合了影像抖动消除、运动锐化和逼真的色彩管理，从而成功地消除了高速运动镜头中的可见光晕和模糊，为欣赏体育节目和动作电影提供了更佳的观赏体验。

其移动精确图像处理技术采用了向上转变技术，以及三格画面高清影像抖动消除和完整的运动补偿向上转变至1920×1080p@120Hz。自动图像控制功能动态地调节处理参数，用以在每一格画面输出上获得最佳的改善。

NXP SenliCOilductors

电话:010－6517－2288

scn.省略

低功耗MCU为便携式医疗诊断设备提供完整信号链

MSP430FG4270微控制器能为手持式医疗应用提供完整的信号链，同时促使价格进一步降低。大容量片上存储器与全系列集成模拟外设有助于尽可能降低组件成本，缩小系统占用空间，理想适用于多种便携式应用，如个人血压监控器、肺活量计、搏动器以及心率监控器等便携式应用。

MsP430FG4270的16位RISC架构能够优化性能，延长电池使用寿命一这是便携式应用设计人员最关切的问题。片上功能集成了多种组件，其中包含一个支持内部参考与5个差动模拟输入的高性能16位∑－型ADc、一个12位DAC、两个可配置的运算放大器、一个16位计时器和多个16位寄存器等。

Texas Instruments

电话:800－820－8682

省略

用于智能卡的90nm内置闪存的安全型MCU

用90nm工艺制造的内置闪存的安全型微控制器ST21F384是ST的ST2l智能卡平台内的一款安全型微控制器，是为2.5G和3G移动通信优化的产品。

ST21F384的内核是一个8/16位CPU，线性寻址宽度16MB，典型工作频率21MHz。芯片内置7KB用户RAM存储器，以及128字节页面的384KB闪存，耐擦写能力与早期安全微控制器的EEPROM存储器相当。电流消耗完全符合2G和3G的电源规格。该微控制器含有一个硬件DES(数据加密标准)加速器和用户可以访问的CRC(循环冗余代码)计算模块。

STMieroelectYonics

电话:010－5984－6288

省略

用于摩托车引擎控制的32位MCU

32位的XC2700系列微控制器适合摩托车电子引擎装置，并满足即将颁布的排放标准要求。

XC2700系列以C166SV2高性能微控制器内核为基础，可在80MHz的频率下，通过66MHz五级管线提供单周期执行。它还集成了内存、稳压器和接口等关键外设，以降低系统总体成本，而且该全新的微控制器系列可以采用现有的C166SV2开发软件，使该系列成为经济高效的解决方案。

Infineon Technologies

微控制器篇2

关键词：StellarisTM微控制器；集成开发环境；Cortex-M3微处理器；PS/2键盘接口

中图分类号：TP335文献标识码：A

前言

尽管我们尽力在片内提供所有I/O功能，但是高端嵌入式微处理器在与电路接口时还是经常需要帮助。这些附加的接口电路已经要求包含可编程逻辑器件（PLD）、分立逻辑器件、专用功能集成电路（IC）和8位微控制器。群星（stellaris）微控制器为这些I/O解决方案提供了多个优势。

现实中，用于设计中的高端微处理器可以完美地集成片内外设。外设可以与期望的管脚相连，并且不会存在系统延迟问题。而事实上，复杂的I/O实现方案还存在很多因素。

1I/O处理器实例

现实中，用于设计中的高端微处理器可以完美地集成片内外设。外设可以与期望的管脚相连，并且不会存在系统延迟问题。而事实上，复杂的I/O实现方案还存在很多因素。表1列出了系统增加I/O处理器的常见原因。

1.1I/O系统选项

群星（Stellaris）微控制器为经济解决方案和共同的工具链提供了主机CPU，从而使得微控制器成为最通用的解决方案。

2主机CPU接口

用户需要特别考虑的是I/O处理器与主机微处理器之间的接口的类型。群星（stellaris）微控制器为主机微控制器提供3类串行接口。表2列出了每条串行总线的属性。

2.1开发和调试

在一个包含其他ARM器件的系统中使用群星微控制器的最大好处就是可以使用共同的开发工具。系统中所有目标微控制器都可以使用相同的集成开发环境（IDE）和调试器硬件，因而可以减少开发时间和预算。

3架构

群星（Stellaris）微控制器使用ARM的Cortex-M3微处理器（ARMv7系列的一部分）。Thumb-2技术结合16位和32位指令，可供高性能处理器使用。

与早期的ARM发生器相比，Cortex-M3提供了改良的中断处理能力，这对于注重时间的嵌入式控制应用非常重要。Cortex-M3的嵌套中断控制器（NVIC）将进入中断所需的时钟周期减少高达70%。I/O处理代码可以在多个优先中断源中快速有效地移动。

对于整个灵活性来讲，群星（stellaris）微控制器还允许将任意的GPIO管脚配置成边沿和电平触发中断。

3.1 I/O处理器的设计

以下设计向低成本的高端嵌入式微处理器系统增加了以下3个接口：

PS/2键盘接口

8个通用输出管脚

声音报警器（audio beeper）

在将PS/2端口直接与一个嵌入式微处理器接口时存在几个挑战：

主机微处理器不含片内PS/2接口；

PS/2是一个5V接口；

PS/2键盘以高于10kHz的速率为数据输出计时。该格式与SPI和I2C不兼容，因而接收该数据流时需要特定的硬件，或者每个时钟都带有中断。这一点可能大多数嵌入式操作系统都不能做到，也可能是对微处理器带宽的无效使用。

通过将群星微控制器选作I/O处理器，这三个挑战都可以迎难而解。Luminary Micro公司的群星LM3S101微控制器通过使用留作将来扩展用的资源，只需一美元就可实现所有这3个功能。本实例使用一个UART接口和基于ASCII的简单协议与主机通信。使用LM3S102器件取代微控制器将可以使能I2C与主机CPU通信。

4 功能描述

键盘会以10-15kHz的速率向LM3S101微控制器产生同步的PS/2时钟和数据信号。LM3S101微控制器对数据流中的这些信号、时钟进行监控，并验证其奇偶性。PS/2接口实际上是一个双向接口，但本实例只演示了键盘发送的情形。

一旦接收到字节并经过验证后，LM3S101微控制器软件将数据写入UART，并将它传输给主机微处理器。软件可以扩展成将PS/2扫描代码传送前转换至ASCII当量（equivalent）。

整个I/O接口电路如图2所示。

在I/O处理器实例源代码中列出的软件，使用群星（stellaris）系列驱动程序库DriverLib.来简化群星外设的访问过程。

5协议

本实例将一个非常简单的1字节ASCII协议用于主机微控制器的命令中：

・0..7控制数字输出0..7

・b和m控制报警器（beeper）

・与主机微处理器的通信完全包括扫描代码数据（这种情况下是指被称作Set 2的一系列代码）。键盘中的每个物理键在make（键按下）和break（键释放）时产生唯一的字节序列。例如，A键在make（键按下）时产生0x1C，在break（键释放）时产生0xF0 0x1C。

6结语

一个被设计成I/O处理器的群星微控制器，可以解决与高端嵌入式微处理器一起工作时出现的困难的接口问题。通过I/O微控制器，简单的串行接口可以支持丰富的I/O类型和进行预处理，从而进一步减少主机微处理器的开销。通过群星器件，在提供一种经济有效的系统解决方案的同时，开发人员还可以从公共工具链中获益。

参考文献

[1]王永宏,徐炜,郝立平. STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[2]Sloss A N ,Symes D. ARM沈建华译.嵌入式系统开发――软件设计与优化[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[3]郑扣根译.操作系统概念[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]邵贝贝等译.嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ[M].第二版.北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[5]PHIL IPS 公司L PC2200 User Manaul [ R].PHILIPS公司,2004,5.

微控制器篇3

【关键词】微量加样器 使用 校准 维护

中图分类号：R197.39 文献标识码：B 文章编号：1005-0515（2011）4-302-01

1 微量加样器的使用

1.1 设定容量值

P型加样器容量计读数由三位数字组成（显示所转移液体容量），读数精确到个位数。单道可调移液器容量计读数则由四位数字组成，读数精确到小数后一位，从上（最大有效数字）到下（最小有效数字）读取。利用底部刻度可将容量调节到更精确的分度。 P型根据型号不同，数字可能是黑色或红色的。单道可调加样器的数字不同型号均为白色。

转动加样器的黑色调节环或按钮的白色调节旋钮均可设定容量。用白色调节旋钮设定容量比较方便和快速，尤其是穿戴手套时。使用黑色调节环可较准确调节到设定值。

1.2 吸液

首先选择一支合适的吸头安放在加样器套筒上。使用P5000及P10ML时，装吸头前必在套筒上加插一过滤芯。稍加扭转压紧吸头使之与套筒间无空气间隙。未装吸头的加样器绝不可用来吸取任何液体。

标准吸液步骤如下：

1.2.1 把按钮压至第一停点；

1.2.2 垂直握住加样器，使吸头浸入液体深度视型号而定（见下表）

不同型号器允许浸入深度

1.2.3 缓慢、平稳地松开按钮，吸液样。等1秒钟，然后将吸头提离液面。用吸水纸拭去吸嘴外面可能附着的液滴。小心勿触及吸头口。

1.3 放液

1.3.1 将吸头口贴到容器内壁并保持10～40°倾斜。

1.3.2 平稳地把按钮压到第一停点。等1s后再把按钮压至第二停点以排出剩余液体。

1.3.3 压住按钮，同时提起加样器，使吸头贴容器壁擦过。

1.3.4 松开按钮。

1.3.5 按吸头弹射器除去吸头（只有改用不同液体时才需更换吸头）。

1.4 预洗

当装上一个新吸头（或改变吸取的容量值）时应预洗吸头，先吸人1次液样并将之排回原容器中。

预洗新吸头能有效提高移液的精确度和重现性。这是因为第一次吸取的液体会在吸头内壁形成液膜，导致计量误差。而同一吸头在连续操作时液膜相对保持不变，故第2次吸液时误差即可消除。

1.5 致密及黏稠液体

对于密度低于水的液体，可将容量计的读数调到低于所需值来进行补偿。

排放致密或黏稠液体时，宜在第一停点多等1～2秒压到第二停点。对密度高、黏稠大或挥发性的液体，推荐使用活塞正移动加样器。

1.6 加样器吸头

加样器吸头是整个移液系统的有机组成部分，对其基本要求是，必须有高机械、热力学和化学稳定性，且纯度高，生产过程纯净，无有机或化学物质（如染料）和重金属污染。选择密封良好的环口、薄壁和嘴口尖细的吸头，将使得在加样时，吸头的安装或卸脱更加容易。吸头管壁有弹性，加样吸液时不会产生漩涡，这样加样的精度就更高。吸头嘴口无毛刺，表面光洁平滑，使得其沾湿性极小，可避免液体滞留外壁引起的误差。吸头应与加样器上吸头套筒密封完好，可防止由于空气泄漏而造成加样精度或准确度的误差。此外，吸头还应有液体容积刻度线。D200吸头在20/1l和100~1处有标记；D1000吸头在300~1处有标记，D10吸头在2/A1处有标记。最后，吸头应能在121℃下消毒20min。

如果在使用加样器加样中，想绝对避免样品与样品、样品与加样器或样品与操作人员之间的污染，建议使用Diamond带滤芯吸头。Diamond带滤芯吸头可以经高温消毒，其内置滤芯不会损坏。

2 微量加样器的校准

2.1 加样器的适用范围：各种品牌、型号、可调和多道加样器。

2.2 校准的基本操作条件：

2.2.1 操作室：独立房间，显示温度和湿度的状态；温度控制：15-30℃（±0.5℃）； 湿度控制：60%-90% ；工作台面：防震、防尘、远离热源、无阳光直。

2.2.2 天平：0.000 01精密分析天平（小数点后5位），每年需进行校准。

2.2.3 测试介质：双蒸馏水，每4小时更换一次，批次更换周期不大于2周。

2.3 选定校准体积：1.拟校准体积；2.加样器标定体积的中间体积；3.最小可调体积（不小于拟校准体积的10%）。

2.4 校准步骤：

2.4.1 将加样器调至拟校准体积，选择合适的吸头；

2.4.2 调节好天平；

2.4.3 吸吹蒸馏水3次，使吸头湿润，用吸水纸拭干洗头；

2.4.4 垂直握住加样器，将吸头进入液面2-3mm处，缓慢（1-3秒）地吸取蒸馏水；

2.4.5 将吸头离开液面，靠于管壁，去掉吸头外部的液体；

2.4.6 将加样器以30°角放入称量烧杯中，缓慢地将加样器压至第一档，等1-3秒再压至第二档，使吸头内液体完全排出；

2.4.7 记录称量值；

2.4.8 按上述步骤称量10次；

2.4.9 取10次测定值的均值作为最后加样器吸取蒸馏水重量，按蒸馏水在不同温度、气压下的重量、体积的换算因子计算体积。然后按校准结果调节加样器。

3 加样器的维护保养程序

加样器应根据使用频率进行维护，但至少应每3各月进行一次，具体方法如下：

3.1 一般可用中性洗涤剂或60%的异丙醇清洁，然后用蒸馏水反复洗涤，去除洗涤剂或异丙醇，晾干。清洁后活塞处可使用一定量的剂。

3.2 如液体进入加样器内严重污染，可将加样器拆开后清洁。具体步骤参照加样器说明书。

3.3 可调式移液器在不使用时应竖立放于支架上，应远离潮湿、腐蚀性物品。

3.4 移液器操作过程中为防止液体进入套筒内，应必须注意压放按钮时保持平稳；加样器不得倒转；吸头内有液体不得将加样器平放。

3.5 有些加样器的吸管可部分高压消毒，但需注意消毒时不可超温超时，也不可挤压放置，以免造成变形。

微控制器篇4

[关键词]水轮发电机组；同期；自动并网；解裂保护

1、概述

我司现有三个小水电站，三水电合计装机容量1365KW，有7台混流式水轮发电机组。改造前，当水轮发电机组发电通过升压变压器与省网并网时，操作人员必须通过观察并网同步指示灯、电压表、频率表等进行人工合闸并网。当省网与水电解列时，操作人员往往来不及“停车”造成水轮发电机产生高速运转，造成“飞车”所产生的高频率和高电压致使电网中的其它设备烧毁及自身发电机组的损坏。后在水轮发电机组原有控制系统上加装一套微电脑控制装置，以实现水电发电机组自动并网、解裂时通过调速电机迅速将水轮机组关闭至空载状态起到自身发电机组的保护作用。

2、自动并网功能（微电脑电气控制原理如图）

准同期操作较难掌握的是频率差和相位角差，这两个要素对等待时间和冲击电流影响又最大。其自动并网过程是将微电脑控制器面板上的【功能设定】旋钮转在【同期】档，微电脑接通（1-3或1-5）且发出“开大”或“关小”信号，控制电动机正转（KM1）或反转（KM2），快速调整水轮机转速与电网频率相等。当微电脑捕捉到发电机频率与电网频率之差进入±0.25Hz，相角差由大及小进入20°时，微电脑（9、10）常开点接通原来PGL控制柜的ME-630断路器人工合闸常开按钮发出合闸命令实现自动并网功能。

2.1操作简单

1）自励建压后，调整电压与外网基本一致。2）拨上微电脑电源，微电脑将自动控制“开大”“关小”使频率接近至50HZ，同时调节励磁使发电机组电压与外网电压基本一致。3）将微电脑开关将【常态】转向【同期】，微电脑控制器通过（13、16）外网、（18、20）发电机端电压信号，检测自动调节至各参数（电压、频率、相位）同步时发出并网信号“HHHH”，此时ME-630断路器将自动合闸。4）将【同期】转回【常态】，然后通过“开大”按钮点动逐步加大发电功率。

2.2自动并网、自动调速的效果

一是避免因人工合闸并网时，在不同步误操作的情况下造成发电机烧毁和开关损坏。二是减轻了操作人员脑力劳动和体力劳动。我司大部分小电站，机组与控制屏不在同一处，通常要由一个人在机组旁边调整转速，另一个人在控制屏进行同期操作，这样才不会一个人来回的跑动来实现同步并网，技改后只需一人在控制屏处操作就可实现同步并网了，并可腾出一人固定在前池“捞草”可有效提高发电效率。同时并网过程中减少冲击电流对保护机组、延长空气开关寿命也起重要作用。

3、解裂保护

如因某种原因当省网与水电解裂时，操作人员往往来不及关机造成水轮发电机组“飞车”现象。由于高速运转所产生的高频率和高电压，或是断路器未能时关断将造成发电机组冲击电网中的其它电气设备及自身发电机组的损坏。

3.1解裂保护工作过程

联网的发电机组安装了微电脑控制器时当：【运行方式】旋至【大网】档时，在外网频率出现异常的瞬间（即变电所开关跳闸后的第一时间）电脑就检测到，若符合下列情况：①频率≥50.5Hz同时电压≥456V；②频率≥51.0Hz同时电压≥437V；③电压

4、提高了机组运行的可靠性和效益。

从我司水电站技改前后的运行情况表明，在各方面都有改善，主要表现为：技改前，人为操作，尽可能地增大发电量，提高水轮机转速，致使电网电压过高，影响了电网的供电质量。采用微电脑技改后，排除了人为因素的影响，使机组在正常周波和电压范围内运行，确保了电网的供电质量。由于手动操作，在机组发生故障或电网突然跳闸甩负荷时，运行值班人员来不及操作，容易引起飞车事故的发生，造成机电设备的损坏和人员的伤害。如2012年8月，因雷雨天气引起外网跳闸由于没能及时同时关闭三台水轮机组造成3号机组（SFW160）160KW发电机定子绕组烧毁、励磁发电机损坏，造成2.05万元的直接经济损失，更主要是影响了发电高峰期（汛期）的发电效益其间接经济损失160Kw*24h/天*30天*0.56元/kw.h=6.45万元。技改后，当与外网解裂后可立即自动发出过速信号，发电机主开关分闸、调速电机立即关机控制水轮机运行在空载状态，可以确保机电设备和人员的安全，设备完好率有了较大的提高。由于设备完好率提高，停机次数少，恢复发电时间短，其发电效益得到了正常的发挥。本套装置采用微电脑装置与原来手工合闸、分闸合为一体，互为转换备用，转换操作简便。采用微电脑装置时，利用原电气装置与微电脑相配合，达到自动并网与解裂保护的目的。当微电脑装置出现故障时，只需拨动钮子转换开关、关闭微电脑电源即可转换为手动操作（同步灯）继续发电。

5、结语

采用微电脑对小水电站进行技术改造，不仅能确保电能质量的稳定，提高机组运行的安全度和设备完好率，增加发电效益及降低运行费用，是一种投资少、见效快的技改办法。还可利用微电脑的控制功能，增设在前池上配置水位自动临测装置，实现按水位自动调节出力的功能、远程控制功能等等，为今后的进一步技术革新打下良好基础。

微控制器篇5

关键词：智能家居;ARM;LabVIEW;继电器

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）09-00-02

0 引 言

近年来，物联网[1]被认为是继互联网之后最重大的科技创新，成为了全球关注的热点领域。 智能家居属于物联网的一个重要分支[2]，又称智能住宅，英文名为Smart Home[3]，是指以住宅为基础平台，利用综合布线、网络控制、安全防范等技术将与家居生活有关的设施进行集成，其目标是建立一个从家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以提高住宅技术水平，优化居住环境[4，5]。 本文介绍了一个实用的智能家居系统中的分支系统――基于LabVIEW与ARM微控制器的智能家居控制系统，利用32位ARM配合LabVIEW上位机实现智能家居中的远程控制功能。

1 系统方案设计

系统的总体结构如图1所示，整个系统主要由上位机和下位机两大部分组成，采用LabVIEW编写上位机显示程序[6，7];下位机主要由ARM最小系统、液晶屏显示电路、外设等组成。STM32F107作为主控芯片，通过RS-232串口控制外设的状态，为了保证控制的准确性，每次状态有改变时，外设都要向ARM返回其改变后的状态，并在上位机上显示出来。

图1 系统总体结构图

2 系统的硬件设计

2.1 微控制器选型

该系统中用到的处理器STM32F107VCT6[8]是STM32增强型系列产品，该处理器是一个32位处理器，基于ARM V7架构的Cortex-M3内核，主频72 MHz，内部含有256字节的FLASH和64 K字节的SRAM，拥有32位宽的数据路径、寄存器库和内存接口，其中包括13个通用寄存器、两个堆栈指针、一个链接寄存器、一个程序计数器和一系列包含编程状态寄存器的特殊寄存器。具有处理速度高，代码量少的优点，嵌入式快速中断控制器支持延时操作和实时性能。

2.2 TFT液晶屏选型

TFT是“Thin Film Transistor”的简称，是指薄膜晶体管（矩阵）――可以“主动地”对屏幕上各个独立的像素进行控制，图像产生的基本原理为：显示屏由许多可发以出任意颜色光线的像素组成，主要控制各个像素显示相应的颜色就可以达到目的。本系统采用TFT LCD屏，LCD屏的分辨率为320*240，262 K色，采用ILI9320控制器，包括720路源极驱动以及320路的栅极驱动，自带有显存，容量为172 800字节。ILI9320控制模块与STM32F107处理器之间的接口为“i80-system”接口，用到的信号如图2所示，其中DB为数据总线，其它的信号为控制信号。 由于STM32F107不支持FSMC，所以本系统通过GPIO总线对屏进行访问操作，实现图形界面的显示。

图2 “i80-system”接口信号

2.3 串口模块设计

本系统采用ARM自带的串行通讯模块。STM32F107的串口非常丰富，功能也很强劲，最多可提供5路串口。本系统采用其中两个串口，一个用来进行上位机命令的实时接收，另一个用来实时控制外设。本系统选择的串口接口是9个引脚的RS-232接口。由于处理器STM32F107输出的是TTL/COMS电平，而PC串口为RS-232电平，所以硬件设计使用了美信（MAXIM）公司的电平转换芯片MAX232实现双向电压转换。

3 软件设计

软件部分主要包括上位机软件和下位机软件，上位机软件由LabVIEW编写完成，主要负责人机互通，发送控制命令。下位机软件主要由STM32底层驱动程序、串口通讯程序、液晶屏显示程序组成。

3.1 上位机设计

LabVIEW[9]是一种采用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，本系统通过LabVIEW提供的VISA控件，设置串口为COM1口，波特率为9 600 b/s，采用事件结构对用户界面做出响应，上位机显示界面如图3所示，每当按下显示界面的一个按键则产生一个事件，事件控制外设状态。

图3 上位机显示界面

3.2 下位机设计

系统初始化，液晶屏显示欢迎界面，界面内容包括该系统名字以及该系统在使用过程中需要注意的各项事项。ARM在接收上位机发来的指令后，将相应的命令按照通信协议打包发送给外设，外设再将变化后的状态按通信协议返回给ARM，ARM提取数据并传输给上位机显示。下位机流程如图4所示。

3.2.1 USART串行通讯程序

本系统中通过设置波特率寄存器USART_BRR达到配置不同波特率的目的。波特率[10]计算如式（1）：

（1）

波特率

这里的fCK是给外设的时钟，USARTDIV是一个无符号的定点数：USARTDIV=DIV_Mantissa[11：0]+DIV_Fraction[3：0]/16

DIV_Mantissa[11：0]定义USART分频器除法因子（USARTDIV）的整数部分，DIV_Fraction[3：0]定义了USART分频器除法因子（USARTDIV）的小数部分，在写入USART_BRR之后，波特率计数器会被波特率寄存器的新值替换。因此，不要在控制进行中改变波特率寄存器的数值。ARM与外设之间的通信协议：数据包=前导码+地址+命令控制码+后导码。

3.2.2 液晶屏显示模块程序

TFT LCD的初始化主要是在函数ili9320_Initializtion（）中实现的。首先，我们调用LCD_Init（）函数，对TFT LCD使用的GPIO管脚进行初始化，完成了GPIO的初始化后，我们就可以正常访问TFT LCD驱动芯片了，程序首先读取驱动芯片的ID，然后依据驱动芯片的型号执行相应的初始化程序，本系统所采用的驱动芯片的ID为9320。

图4 下位机流程图

4 系统测试

使用本系统进行实际的远程控制，我们选取的实验终端为一个配备了四个继电器的控制板，上位机控制协议如以下表1所列。

表1 上位机控制协议上位机信号 继电器状态

1o 继电器1开

1c 继电器1关

2o 继电器2开

2c 继电器2关

3o 继电器3开

3c 继电器3关

4o 继电器4开

4c 继电器4关

ao 继电器1-4全部开

ac 继电器1-4全部关

按下上位机显示界面的按键后，对应的继电器会实时做出响应，如果继电器打开了，则上位机显示界面上对应的灯会亮起，如果继电器关闭，则上位机对应的灯会熄灭。正常情况下，液晶屏显示欢迎界面，包括系统的名字及系统的相关注意事项。一旦整套系统出现故障，液晶屏显示“ERROR”，ARM向蜂鸣器发出报警信号，蜂鸣器响起，测试结果达到了系统预期效果。

5 结 语

本文设计并实现了一套基于LabVIEW与ARM微控制器的智能家居控制系统。ARM处理器作为下位机接受上位机发送来的指令，实现了照明、家电（如空调、热水器等）、窗帘、防盗报警、电话等远程控制。以前的智能家居控制系统由于功能要求不是很高，大多数都采用8位微控制器作为核心，本系统采用32位ARM处理器搭配LabVIEW编写的上位机，这从根本上将智能家居的性能提高了一个很大的层次，首先在控制方法上由定时变为了实时远程，其次在任务执行方面由单任务串行变为可多任务并行，最后加上终端可视化界面，完成了一整套功能强大、界面友好、操作简单的智能家居远程控制系统。

参考文献

[1]田景锡.物联网概论[M].南京：东南大学出版社， 2010.

[2]唐亮.我国物联网产业发展现状与产业链分析[D].北京：北京邮电大学，2010.

[3] Kyeong-AhJeong，Salvendy， Gavriel，Proctor， Robert W. Smart home design and operation preferences of Americans and Koreans [J]. Ergonomics， 2010， 53（5）： 636-660.

[4]侯冉冉，张亮.关于智能家居系统的探讨[J]. 住宅智能化与节能专辑， 2010， 4（4）： 2.

[5]吕璐，郝恩民，许芳婷.当前国内智能家居的发展探讨[J].电子制作， 2015， 4（8）：235.

[6]张宇，黄伟志，郝岩.基于LabVIEW的多功能数据采集系统的设计与实现[J].自动化仪表， 2013， 34（8）：24-26.

[7]徐菲，梁志剑，裴东兴，等.基于LabVIEW的多通道数据采集系统[J].电子测试，2012（8）：56-58.

[8] STM32F107xx芯片数据手册.意法半导体（中国）投资有限公司MCU技术支持[Z]. 2010-1-10.

微控制器篇6

【关键词】四旋翼飞行器；惯性传感器；PID控制

0 引言

微型四旋翼飞行器不仅具有体积小、结构简单、成本低廉等优点，而且能够在狭小的空间内垂直起降、定点悬停，能够适应各种复杂环境，具有广阔的应用前景。

但是，四旋翼飞行器是一个典型的非线性、强耦合、多变量的欠驱动系统[1]，并且在飞行过程中容易受到外界的干扰因素影响，使得飞控系统的设计变得尤为困难。因此，本文采用STM32处理器为核心控制器，结合MPU6050陀螺仪加速度计、2.4G无线通信模块，设计双闭环PID控制算法，实现微型四旋翼飞行器的稳定飞行。

1 系统总体设计

四旋翼飞行器总体结构如图1所示，由主控器模块、电池组供电模块、无线通信模块、动力输出模块和传感器模块构成。操控者通过遥控器向飞行器发送飞行指令，飞行器的主控芯片STM32F103C8T6接收到飞行指令后，通过IIC总线采集陀螺仪、加速度计芯片MPU6050以及GPS芯片 的实时信息，经过滤波算法后进行飞行姿态算解，使用闭环PI算法计算四个电机的PWM占空比，最终通过控制四个电机的转速实现飞行器姿态的控制。

2 系统硬件设计

2.1 系统主控制器

飞行器选用意法半导体（ST）公司的STM32F103C8T6作为主控芯片，该芯片采用Cortex-M3内核，主频最高72MHz，内置64KB程序存储器，20KB数据存储器，3个通用定时器，1个高级定时器，2个12位10通道ADC，32个通用IO口，支持SPI、IIC、UART、USB、CAN等总线接口。满足飞控系统的各项要求。

2.2 陀螺仪与加速度计传感器模块

陀螺仪与加速度计传感器采用MPU6050，该芯片集成了3轴陀螺仪和3轴加速度计。陀螺仪可测范围为±250dps，±500dps，±1000dps，±2000dps；加速度计可测范围为±2g，±4g，±8g，±16g。使用IIC总线和主控芯片进行通信。

3 系统软件设计

3.1 飞控算法设计

整个飞控算法包括飞行姿态算解、姿态控制。

姿态算解就是根据MPU6050的陀螺仪和加速度计分别获得获得三轴转动的角速度和三轴方向上的加速度，求解四旋翼飞行器的方位和姿态。MPU6050内部集成了数字运动处理（DMP）单元，利用卡尔曼滤波对六轴数据进行数据融合产生四元数。主控芯片通过IIC总线直接从MPU6050的数据缓存中读出四元数，利用公式（1）把四元数转化为欧拉角[2-3]，从而获得飞行器的当前姿态。

3.2 双闭环PID控制

四旋翼飞行器在飞行过程中不可避免的会受到外部的干扰，因此，采用双闭环串级控制算法实现飞行器飞行姿态的调整和控制，提高系统的抗干扰能力，控制框图如图2所示。内环对飞行器的角速度进行PID控制，外环对飞行器的姿态角进行PID控制。

4 实物图片

微型四旋翼飞行器的实物如图3所示。

5 Y论

微型四旋翼飞行器在硬件上采用高性能的STM32F103C8T6和MPU6050芯片，结构简单可靠。在软件上使用MPU6050芯片的DMP功能直接读取飞行器的姿态结合双闭环PID控制飞行器姿态，获得更稳定的飞行姿态控制。

【参考文献】

[1]齐书浩.微型四旋翼飞行器总体设计及其运动控制[D].上海：上海交通大学，2013.

微控制器篇7

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关键词：传感器；电容式触摸屏；微控制器；电阻式触摸屏

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.003

触摸屏无处不在！尽管检测触摸动作的方法已经发展了数年时间，但直到最近它们才又恢复了生机，因为一些老技术得到重新开放和重生（我正在研究光学触摸）。触摸屏正不断进入到我们的家庭和日常消费类设备中。为什么这么说？看看运行安卓系统的最新、最伟大的数码相机吧。除玩“愤怒的小鸟”游戏以外，您还可以用它们照相。噢，您想要外出旅游吧！不管这些新应用是如何变得普遍流行的，当您拿出您的消费类显微镜观察牛排被油炸过后发出嘶嘶声的原因，并对其进行分析时，您就会明白新技术所带来的这些巨大进步。

凭借其巨大的出货量与其一年一次的变化，移动市场大大拓展和发展了触摸屏控制技术。毫无疑问，对于广大消费者而言，触摸屏技术迈出的第一步是电阻式触摸技术。它的手写功能为文字输入带来了一种全新的方法。在今天的社会中，手写输入已经和知道如何“正确”地在星巴克点单一样，成为您社会地位的无言象征。如果您不知道这种技术，那么您就过时了。电阻式触摸技术曾在移动市场占有“王座”的地位，直到最近才被其新出现的“篡位者”打败：电容式触摸 （cap touch） 屏控制。最初使用时，这种技术为一种专有技术，但之后越来越多的公司看到了它的好处，开始屈身致力于这种技术的开发工作。那么，它有什么特别之处呢？让我们来深入研究电容式触摸技术及其成熟过程和各种版本情况。

第一次实现的电容式触摸一次只能识别一个触摸动作。毕竟，这正是电阻式触摸屏所能实现的。那么，为什么我们需要同时多点触摸呢？这种单一固有电容仅监控一个检测通道的接地电容值。当人们渴望拥有多点触摸时，一种新的方法出现了。在这种情况下，表面电容或者仅固有电容形成幻影效应（请参见图1）

为了解决这个问题，我们使用互电容概念来监控每排和列之间组合的电容值。这种方法让系统拥有更高的精确度，但是搜索数从算数搜索变为几何搜索。现在比较排数*列数和排数+列数（参见图2）。

这些基本的触摸检测系统，演化出了手势识别、对象拒绝和其它功能。最初，这些功能要求更多的功耗，因此触摸设计人员使用现有微控制器，并对必要模拟工具进行一些改进，以应对开发工作。他们可能完成了工作，但这是最为有效的方法吗？未必。经常有人告诉我，您不必最优秀，只需比竞争者好便可。

谈及人生安全时，就会讲到从众心理。但在商界，随大流并不总是能让您获得成功。新技术和新方法总是层出不穷。就电容式触摸屏而言，使用集成微控制器可以实现您的目标，但付出的代价是什么呢？集成FLASH和RAM会推高功耗和资金成本。另外，使用触摸屏的系统通常都已经集成了某种嵌入式控制器，用于满足完成触摸计算或者复杂触摸识别的要求。实际上，研究今天的市场发展趋势就可以发现，应用处理器正在塑造其自有专用触摸引擎。为什么会出现这种情况呢？

原因是系统优化。为什么要使用冗余元件呢，因为这样可以：1）节省资金；2）减少对便携式设备充电的次数。换句话说，你可以与朋友拥有更长的通话时间，或者多看一部电影。因此，触摸屏控制器公司们开始纷纷跟进。它们研究特殊需求，开发出基于模拟前端（AFE）的投射电容式触摸屏控制器。

当开启使用嵌入式微控制器和使用数字状态机（或基于AFE的设计）的触摸IC时，会出现什么情况呢？

图3使用应用处理器（淡灰色）的平均功耗，对比使用嵌入式MCU（3a：深灰色）的触摸IC以及使用数字状态机（3b：红色）基于触摸IC的AFE工作模式的功耗

图3表明，应用处理器运行时两种方法都有噪声，但是，如果我们关闭应用处理器的结果如何呢？

这里是一个完全不同的情况。现在出现的是数量级的差异：

我们从功耗的角度，为您说明了只能使用基于AFE解决方案的合理性。您是否在想，如果没有MCU，你将更加依赖于应用处理器，这样会不会让其负担过大呢？下面让我们来看看，是否会出现这种情况。

微控制器篇8

关键词：微控制器；32位；微处理器内核；模拟IP

新一代微控制器

微控制器(MCU)可以连接和控制从洗碗机等基本家用电器到先进丰富媒体消费设备的系统。过去20年，8位器件已经控制了市场，但是，增加了功能水平的范围更广泛的最终用户系统正在推动着从8位和16位器件向基于处理器的32位MCU的过渡，后者的性能和功能是更加先进的应用所必不可少的。

从8位和16位到32位MCU的过渡正在顺利进行。根据Semico Research的预测，到2011年，32位MCU的总出货量将超过20亿个，收入将以18％的年率增长。

随着行业向32位MCU的过渡，设计人员不仅需要增加功能，而且还需要增加各种外设，包括诸如USB和音频编解码器的高性能IP。

利用各种丰富的处理器内核和全面而多样化的验证模拟IP模块库，MIPS科技拥有处理器和外设IP产品组合一可为客户提供用于32位MCU应用的完整的系统解决方案。

8位和16位MCU的局限性

8位和16位MCU非常适用于低端应用。这些应用趋于使用单片电路一需要的是一个单处理器，利用一个简单的核进行控制，只需执行一个简单而特定的任务。这种应用的存储器需求可以利用8位和16位处理器的最大寻址范围。

具备有限的一系列基本外设的8位或16位微控制器的平均销售价格在1至2美元之间，这使之成为了过分要求超低成本和最低性能解决方案的有效选择。

但是，尽管8位和16位MCU仍然适用于低端场合，这些MCU的局限性还是使之无法适合那些要求更加计算密集、功能丰富的性能的应用。这样的局限性包括数据通道宽度、最大寻址范围、相对较低的功率效率、受限的C代码支持和缺乏可用的先进调试开发工具。16位微控制器还会受到缺乏一个主导的标准架构、受限的生态系统支持的影响。

32位MCU的优势

为了说明32位处理器相较于8位处理器的优势，可以来看看一个电机控制设计，这是许多工业和家庭产品中的一种普通应用。

电机的速度和功率是由MCU的脉宽调制器(PWM)电路调节的。8位MCU通常能够测量电机速度，并因此每100 ms修改一次PWM信号。一个运行于相同时钟频率的32位处理器，具有8位MCU四或五倍的速率，有助于改善精度和进行更有效的控制。

因使用32位处理器获得的额外裕量能够使它同时运行其他程序，增加其功能，例如功率因数校正或TCP/IP控制的遥控/诊断任务。

32位处理器可提供改善的计算性能和存储器、低功耗、集成的连接性和软件支持，这是今天许多基于MCU的先进最终产品所必需的。而且，中高端8位或16位MCU的价格也与32位MCU的价格相当。

微控制器系统的开发问题

32位处理器具有满足新一代MCU所需的更高水平的性能和改善的软件支持能力。开发人员面对的挑战是确定哪一个MCU架构可以充分满足设计规范，最大限度地降低系统成本，同时为降低风险和加快上市时间提供所需的工具。

开发人员必须考虑的一个问题是电源管理，尤其是在电池供电的设备、工业控制系统和家用电器设计当中，这些都要求符合最大额定功率标准。动态功耗与CV2F成正比，这意味着功耗是随频率而增加的。随着为实现工作频率使工艺尺寸不断缩小，漏电流量将增加，从而进一步增：加了功耗。

嵌入式闪存占据了MCU芯片的大部分面积，因此，对最终产品成本的影响也最大。为了使软件能够支持实时操作系统(RTOS)、复杂算法代码和网络协议栈，MCU需要嵌入至少256KB的共用闪存，才能满足OEM厂商的产品规范。该MCU架构必须采用可以减少执行该应用所需代码量的设计特点，这样才能减少闪存的数量，进而降低器件成本。

许多电机控制应用中的确定性操作非常关键。对某些32位处理器来说，要实现期望的性能，需要使用复杂的、多路关联式高速缓存(multi-way associative cache)架构和多段流水线来最大限度地实现吞吐量。不过，缓存缺失和流水线停顿可能对产品的实时行为产生不利的影响。这类系统在规定时间内可能需要服务数以百计的中断，以确保自动防故障装置的工作(例如高速机床或车辆制动系统)。因此，很重要的是用于这种类型环境的基于高速缓存的处理器需要采用一种高频流水线架构，它可以有效地处理可能的停顿和异常，而高速缓存设计能够实现很高的命中率。

其他设计不需要这样高的性能，可以不使用高速缓存而在较低的频率下工作，这是一种集成了基于无高速缓存的SRAM设计。

为了最大限度地重复使用和满足不同的应用需求，使用有一个内置高度可配置性和灵活性的标准架构是非常有利的。

根据定义，MCU包含一系列数字和模拟器件。在一般情况下，8位MCU可能采用低成本的0.25um工艺制造，以实现其具体应用所需的性能。过渡到高性能的系统不仅需要采用32位处理器，而且MCU还要采用更精细的0.13um和90nm工艺制造。

微控制器市场与应用概述

工业是MCU器件较大消费者。工业界拥有所有MCU市场中最广泛的最终产品，预计到2010年出货量将超过4亿个。产品范围从用于工厂和家用电器的单功能电机、电源转换器和仪表到更加集成的安全网络系统和医疗设备。

工业产品中的一个普遍趋势是朝着机电一体化类型的系统发展，其中更加智能的电子系统将取代机械系统或加入到机械系统当中。机电应用方面的一个例子是家庭温度自动调节器，这类电子产品可以提供更高水平的可编程能力和精度，最终将降低能源成本。

在一个机电一体化设计中集成MCU可能因增加的功能而改善了其功能性，例如LCD显示器，可以通过如脉宽调制(PWM)技术改进其效率――更精确地控制系统变量，增加更多易于使用的功能并降低成本。它还能够增加设计流程中的灵活性，有助于将相同的硬件应用干各种应用，只需改变软件就可以满足不同产品的需要。

今天，电机控制产品越来越多地生产出来以符合“绿色”能源标准，例如能源之星(Energy Star)，这需要系统具备一种性能和功耗的优化平衡能力。MCU的性能通常是以每MHz的DMIPS(每秒执行百万条Dhrystone指令数)表示的，而功率效率则是以mW/DMIIX3表示的。DMIIX3/MHz等级越高，功率效率也越高，需要实现所需性能的频率也越低。

为了用最低的工作频率实现高DMIPS的性能等级，MIPS科技用于MCU市场的处理器采用了非常有效的微架构，它构建了一个5 段或8段流水线，可以实现高于1.5 MIPs/MHz的性能水平。此外，整数乘/除单元(MDU)可以加速通常用于电机控制软件的数学函数类型。

越来越多的工业设备已经开始利用高速有线和无线网络进行互连，不论是在建筑物外部还是内部。在一个有线网络配置中，系统MCU执行TCP/IP协议栈软件和数据链接固件，以便于数据在网络节点上的传输。在诸如ZigBee或蓝牙的无线连接中，微控制器通过执行复杂的媒介访问控制(MAC)层软件来控制空中接口和基带之间的链接。这些配置中的任何一个都需要具备存储器管理能力的高性能32位处理器，以实现网络的高数据传输率，支持用于这类环境的RTOS。

在网络上传输的数据越敏感，需要的嵌入数据保护安全功能的MCU就越大。作为4K内核系列一部分的MIPS32 4KSd内核，可以通过一个叫做SmartMIPS的特定应用扩展(ASE)提供这种保护能力，它增加了用于算法的密码加速，例如RSA、ECC、DES和AES。

SmartMIPS还包括一个安全存储管理单元(MMU)，它可以加入高速缓存接口，进一步提高所提供的保护水平。增加SmartMIPS扩展只增加了不到10％的内核尺寸，却可以利用软件唯一的实现方法实现高达10倍的性能。

为了提高安全水平，所有MIPS科技的处理器内核都是可合成的，有助于MCU设计人员安排器件的定制布局规划。这可以通过避免值得注意的热点而减少“欺骗”的可能性，这些热点能够帮助发现代码处理(codeactivity)。

微控制器篇9

关键词：无人机；导航；ARM；uC/OS-II

中图分类号：TP391.8 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 13-0000-02

ARM-Based Microcontroller UAV Navigation Control System Software Design

Zhu Dongliang

(Fujian Institute of Guomai Information Institute,Fuzhou350014,China)

Abstract:The cruise control system is to achieve autonomous flight control of UAVs core,the ARM microcontroller,angular rate gyro,accelerometer,GPS,pressure altitude sensors,pressure sensors and other hardware based on the combination of navigation control law algorithm,in uC/OS-II RTOS to design UAV navigation control,experiments show that compliance with the flight control system,high-precision,miniaturization,digital trends,research value and broad application prospects.

Keywords:UAV;Navigation;ARM;UC/OS-II

一、软件开发平台

（一）uC/OS-II简介

uC／OS-II是一种基于优先级的可抢先的硬实时内核。自从92年以来，在世界各地都获得了广泛的应用，它是一种专门为嵌入式设备设计的内核，目前已经被移植到40多种不同结构的CPU上，运行在从8位到64位的各种系统之上。尤其值得一提的是，该系统自从2.51版本之后，就通过了美国FAA认证，可以运行在诸如航天器等对安全要求极为苛刻的系统之上。鉴于uC／OS-II可以免费获得代码，对于嵌入式RTOS而言，选择uC／OS无疑是最经济的选择。

1.应用程序基本结构

每一个uC／OS-II应用至少要有一个任务。而每一个任务必须被写成无限循环的形式。以下是推荐的结构：

void task（void*pdata）

{

INT8U err；

InitTimer（）；//可选

For（；；）

{

//应用程序代码

OSTimeDly（1）；//可选

}

}

2.main函数的结构

{

初始化系统硬件；

OSInit（）；

任务的建立，消息机制的建立；

OSStart（）；

}

在OSStart（）执行之前不得启动中断，硬件系统还不能工作。必须先让软件系统进入工作状态后才行。

3.中断处理

为了减少中断事件的开销，中断服务程序用汇编语言来完成，下面给出示意代码。

4.用户中断服务程序

{

保存需要保护的CPU寄存器I

调用OSIntEnter（）或OSIntNesting直接加1；／／通知内核进入中断状态

执行用户代码做中断服务；

调用OSIntExit（）；／／将中断嵌套层敬计数器减1

恢复保护的CPU寄存器；

执行中断返回指令；

}

5.任务管理与调度

在应用程序运行时，任务的优先级是不发生改变的，任务与它们的时间约束在编译的时候已经获得。传递任务地址和相关参数到OSTaskCreat（）即可建立任务。当能够确保任务处在非空闲状态时，调用函数0STaskDel（）即可删除任务。任务在等待延时期满时，是无法执行挂起操作的。挂起操作可通过调用OSTaskSuspen（）来执行，通过调用OSTaskResume（）恢复。

（二）工具介绍

ADS调试软件。ADS全称为ARM Developer Suite，是ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具，现在ADS的最新版本是1.2。ADS由命令行开发工具，ARM实时库，GUI开发环境（Code Warrior和AXD），实用程序和支持软件组成。有了这些部件，用户就可以为ARM系列的RISC处理器编写和调试自己的开发应用程序了。ARM调试器（AXD）没有集成在CodeWarrior IDE中，这就意味着用户不能在CodeWarrior IDE中进行断点调试和查看变量。而AXD（ARM eXtended Debugger）是ADS软件中独立于CodeWarrior IDE的图形软件，打开AXD软件，默认时打开ARMulator。调试器本身是一个软件，用户通过这个软件使用Debug Agent可以对包含有调试信息的、正在运行的可执行代码进行变量的查看、断点的控制等调试操作。

二、GPS串行通讯程序设计

（一）NMEA-0183协议说明

GPS模块传输电平兼容RS-232，经过电平转换后的TTL电平与微控制器通讯，通讯协议为统一的NMEA-0183协议。下面是这一协议的简要说明。

NMEA-0183是美国国家海洋电子协会（National Marine Electronics Association）为海用电子设备制定的标准格式。目前业已成了GPS导航设备统一的RTCM（Radio Technical Commission for Maritime services）标准协议。

表4-1：GPS标准协议

序号 命令 说明 最大帧长

1 $GPGGA 全球定位数据 72

2 $GPGSA 卫星PRN数据 65

3 $GPGSV 卫星状态信息 210

4 $GPRMC 运输定位数据 70

5 $GPVTG 地面速度信息 34

6 $GPGLL 大地坐标信息

7 $GPZDA UTC时间和日期

注：发送次序$PZDA、$GPGGA、$GPGLL、$GPVTG、$GPGSA、$GPGSV*3、$GPRMC串口调试接收过程中需要至空旷的地方方能接收到信息。

（二）软件流程

设置串口1波特率为19200，采用串口中断采集数据并将接收到的数据放在一个缓冲区中，并进一步读取缓冲区，提取相应命令的信息。图1是软件流程框图：

图1：串口读取GPS信息流程框图

采集到的数据分析，如下式选取$GPGGA全球定位数据说明：

微控制器篇10

【关键词】气敏传感器;微控制器;TP-3C;ADC7741;AT89S52

1.引言

1.1 项目背景

根据2008年世界卫生组织的事故调查显示，大约 50-60% 的交通事故与酒后驾驶有关。用简便、准确、卫生的检测仪器进行检测，对违章饮酒者进行重罚，促使每个人增强遵章守纪的意识，消除隐患，对减少因酗酒造成的事故具有很大的意义。根据人呼出气体中乙醇的含量来确定酗酒的标准，从医学的角度看是可行的。人体摄入乙醇越多，血液中乙醇的溶解量就越大，从肺部呼出气体中乙醇的含量就越高。根据医学上对人饮酒的血醇含量的试验结果进行分析就可以确定酗酒的标准。而酒精的即时检测，有助于社会各方面的安全，特别是交通的安全。

设计一种能够在交警执法现场使用，并且可以快速而准确检测驾驶员血液酒精浓度的酒精测试器就显得十分有必要。

1.2 国内酒精测试器的发展概况

目前普遍使用的气敏传感器主要有燃料电池型（电化学型）和半导体型二种。这二种能够制造成便携型呼气酒精测试器，适合于现场使用，其中半导体特别适合使用于民用市场。

半导体型采用氧化锡半导体作为传感器，这类半导体器件具有气敏特性，当接触的气体中其敏感的气体浓度增加，它对外呈现的电阻值就降低，半导体型呼气酒精测试仪就是利用这个原理做成的。这种半导体在不同工作温度时，对不同的气体敏感程度是不同的，因此半导体型呼气酒精测试仪中都采用加热元件，把传感器加热到一定的温度，在该温度下，该传感器对酒精具有最高的敏感度。

1.3 本设计的主要工作

设计要求涉及传感器的选择，气敏传感器能够根据气体中酒精浓度的变化产生与之对应的电压或者电流变化，但是这些数据的变化及其细微，而且是连续的数据，单片机无法直接进行处理，需要选择合适的AD转换芯片。

其次还要选择合适输入设备和输出设备，输入设备应当具有良好的功能扩展性与布线简单等特点;输出设备则应该具备使用简单，数据简单易读等特点。

根据上述原因，本设计采用了单片机，气敏传感器，AD转换芯片的架构方案来进行电路的设计。

2.酒精测试器的基本原理

本酒精测试器的基本功能包含对人体呼出气体中酒精浓度的通过运算转换为血液酒精浓度的数值，将其在液晶上显示，并且可以通过键盘控制酒精测试器的工作状态。

本酒精测试器的设计包括：传感器部分、模数转换部分、主控部分、显示部分和输入部分，一共五部分组成。

传感器部分拟使用半导体型气敏酒精传感器，半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点，应用极其广泛。半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小;P型阻值随气体浓度的增大而增大。象SnO2金属氧化物半导体气敏材料，属于N型半导体，在200～300℃温度它吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当遇到有能供给电子的可燃性气体（如乙醇）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃性气体以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面;氧脱附放出电子，可燃性气体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电子密度增加，电阻值下降。可燃性气体不存在了，金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。这就是半导体气敏元件检测可燃气体的基本原理。利用这种电阻变化的特性，在传感器与负载电阻串联，那么随着酒精浓度的变化，负载电阻上的电压便会发生变化。

因传感器器产生的电压为模拟量，而主控单元的单片机只能对数字量进行处理，所以需要将电压进行转换，将其变为数字量。电压频率转换器VFC（Voltage Frequency Converter）是一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。相对于电压，一个信号的频率更为稳定。大家发现通过将电压先转换为频率，再测量其频率值，从而即可得到电压的幅度值。所以在测量中不管信号的幅度值有多大，都可以只考虑其转换后所得到的较之更为稳定的频率来代替直接对信号的分析，这样得到的结果精度会更高。

实现电压/频率的转换的方法很多，电压/频率转换电路实际上是一种振荡电路，它的振荡频率随外加控制电压变化而变化。对它的基本要求是输出频率应与输入控制电压成线性关系，且动态范围要大。本设计采用集成化电压/频率转换芯片来实现模数转换部分。

主控部分拟采用单片机完成数据的处理工作，显示部分选择常用的点阵字符型LCD显示器。输入部分为了减少产品体积和功能的扩展拟而采用采用矩阵式键盘的设计方案。

3.硬件电路设计

3.1 核心硬件介绍

下面对该设计中核心选择的三种硬件介绍

3.1.1 酒精传感器TP-3C

本设计中采用的是TP系列的气敏传感器――TP-3C，它采用二氧化锡作为制作材料，能有效检测现场酒精浓度，且灵敏度高，电路简单。TP-3C是一种半导体型气敏传感器。用于机动车驾驶人员及其他风险作业人员的酗酒检测和其他场所乙醇蒸汽的探测。具有快速响应恢复，优异的稳定性/长寿命，功耗低、微型化设计，温湿度影响小等特点。气体敏感特性如图3.1，图3.2所示。

气体敏感特性：

图3.1 130ppm 酒精气体响应曲线图（供电电压V=2.5V DC，环境为模拟人体呼出气体温湿度）

图3.2 208ppm 酒精气体响应曲线图（供电电压V=2.5V DC，环境为模拟人体呼出气体温湿度）

输出电压一般在4S后就保持稳定，因为我们的传感器在4S后，已充分和气体反应。

3.1.2 压频转换芯片ADC7741

AD7741是一种低成本，超小型同步电压变频（VFC）。该芯片包含了片上2.5 V的基准电压。内部包含一个通道的VFC数据输入缓冲器。采用8-Lead DIP封装形式。工作电压采用4.75V～5.25V，输入时钟信号最高频率为6.144MHZ。引脚图如图3.3所示。

图3.3 AD7741引脚图

图3.4 AD7741电压输入与频率输出关系图

AD7741正常工作时电压输入与时钟信号的输出成线性正比关系，当输入电压为0V时，输出信号频率为输入时钟信号的5%，即fout=fCLK*5%。当输入电压为最大电压2.5V时，输入信号频率为输入时钟信号的45%，即fout=fCLK*45%。可参照图3.4。

3.1.3 微控制器AT89S52

AT89S52是ATMAL公司的兼容51内核的8位低功耗、高性能单片机，具有8K内部FLASH存储器。AT89S5X系列单片机具有独特的优势，可进行10000次程序反复写入且支持在系统编程，不需专门使用编程器进行编程，只需通过SPI串行总线接口和简单的软硬件支持就可现场将程序下载至FLASH（使用脚P1.5-P1.7，RST），也能实现“在系统”仿真和“在线”远程升级，因此在系统开发过程中可以十分容易的将程序进行修改，反复进行试验，大大缩短系统开发周期，同时可以保证用户的系统设计可以达到最优。

3.1.4 液晶显示芯片1602

工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。

3.2 硬件电路设计

3.2.1 电路概述

传统的酒精报警器电路设计有的太简单，这虽减少了生产成本但却达不到精确地测定酒精浓度的目的，而且需要人手工操作，一些场合下，给人们带来了一些繁重的得操作，在本设计中利用简单操作的键盘和LCD的观显示解决了上述的问题。基于AT89S52单片机用TP-3C型气体传感器实现酒精气体浓度的检测，需要信号采集模块用于对酒精浓度信号的采集，该信号是通过TP-3C气体传感器和负载电压得到分压电信号。信号转换模块用来把采集到的模拟电压信号转换可以用单片机处理的计数脉冲信号。液晶显示模块是对单片机处理后的数字信号的显示，用来显示气体酒精浓度情况。根据各功能模块的设计思想，可得到它的系统总框图。

图3.5 系统总框图

3.2.2 电路设计原理图

总的电路原理图设计如下，各子模块将分别介绍。

图3.6 总电路原理图

前面已讲过，酒精传感器的原理是二氧化锡吸附乙醇气体而本身体电阻发生变化，我们通过检测因传感器本身的电阻变化而带来的端电压变化来检测空气中的浓度。在此设计中，采用AD7741来进行采样。AD7741在此类应用中非常合适，因为AD7741具有片内参考电压，通过比较传感器端与基准参考电压得到的一个值从而输出一定频率的脉冲信号，单片机通过在单位时间内对此脉冲信号进行计数，将计数器寄存器中的数值进行处理后通过LCD屏幕显示出此时气体中酒精的浓度。

4.系统软件设计

4.1 系统软件设计概述

在单片机应用系统开发中，应用程序设计是整个系统设计的主要工作。单片机应用程序设计一般采用汇编语言，它能直接操纵硬件，能编写出高质量的代码。汇编语言指令是用一些具有相应含义的助记符来表达的，所以，它要比机器语言容易掌握和运用，另一方面，在本设计中对设备要求执行效率高、反应快;存储容量较小的ROM;因此本设计采用汇编语言编写代码。软件设计流程图：

4.2 系统软件功能的实现

4.2.1 键盘控制的实现

键盘设计采用的时4*4键的矩阵键盘设计，实际使用中只对“0”键和“1”键定义的功能。“0”键的功能为启动检测，“1”键的功能为系统复位。功能实现的相关代码如图4.1所示：

MOV A，#0FH

MOV P1，A

HERE：MOV A，P1

CJNE A，#0FH，BUTTON

SJMP HERE

BUTTON：MOV B，A

MOV A，#0F0H

MOV P1，A

MOV A，P1

ADD A，B

CJNE A，#11101110B，K1

SETB TR0

SETB TR1

JB TR0，$

LCALL LCD2

CLR C

MOV A，22H

SUBB A，#14H

JB C，DD

LCALL SAFE

LJMP RETURN

DD：LCALL DDUNKEN

LJMP RETURN

K1：CJNE A，#11011110B，K2

LCALL LCD1

LJMP RETURN

K2：CJNE A，#10111110B，K3

NOP

LJMP RETURN

K3：CJNE A，#01111110B，RETURN

NOP

LJMP HERE

RETURN： NOP

图4.1 键盘控制子程序

4.2.2 液晶显示的实现

液晶显示功能的设计一共由3个子程序构成：

LCD0子程序控制液晶初始化的字符显示，显示效果如图4.2所示：

图4.2 LCD初始化显示效果图

LCD0子程序控制液晶初始化的字符显示，显示效果如图4.3所示：

图4.3 LCD准备就绪效果图

LCD2子程序控制酒精测试结果的字符显示，显示效果如图4.4所示：

图4.4 LCD酒精测试结果效果图

4.2.3 酒精浓度的算法实现

在本设计中TP-3C的酒精浓度特性由前文中的图3.1和图3.2可以得知：

当酒精浓度为130ppm时对应的电压为0.8V，208ppm时对应的电压为1.1V，故可以推出公式：

0.8V=a*130ppm+b

1.1V=a*208ppm+b

通过计算可以解得a=0.00385，b=0.3，可以得到Vout=0.00385*ppm+0.3

而AD7741的频率和电压关系公式为：

100KHz=x*0V+y

900KHz=x*2.5V+y

通过计算可以解得x=320，y=100，可以得到fout=Vin*320+100

将两个公式联立可以得到酒精浓度与输出频率之间的关系，公式为：

fout=1.232*ppm+196

为便于数值处理将公式近似为：

fout=1.25*ppm+196。

功能实现的相关代码如图4.5所示：

MOV A，20H

CLR C

SUBB A，#196D

MOV 20H，A

MOV A，21H

SUBB A，#0H

MOV 21H，A

MOV A，20H

MOV B，#5D

DIV AB

MOV B，#4D

MUL AB

MOV 22H，A

图4.5 酒精浓度算法子程序

4.3 设计验证

在测试时使用的时按照液体浓度配置的酒精溶液进行的测试，配置溶液浓度与测试结果比较表参照表4.1。

表4.1 酒精浓度测试表

酒精浓度（ppm） TP-3C电压（V） AD7741频率（KHz） 液晶显示值（ppm）

0 0.29 200 0

100 0.66 302 80

150 0.83 376 140

200 1.11 455 204

5.总结与展望

本设计利用敏感度较高的气敏传感器，可以对空气中低浓度的酒精进行检测，以微控制器做控制单元可以高速而准确的将测试结果迅速的通过液晶显示实时的结果。与传统的酒精测试不同，本设计中采用高亮LCD显示酒精浓度结果，特别是采用模数转换器ADC7741能精确转换酒精传感器采集到的数据，对测试结果的进度可以达到千分之一，供电使用的时4.5V低电压设计，使得此设备的便携性和随身性成为可能。

目前，传感器和模数转换元件等新技术呈现百花齐放的局面。传统的51单片机依然可以很好的发挥自己的左右，掌握新技术，结合以往的基础开发出实用，价廉和稳定的51单片机设备仍然具有很重要的实际意义。

参考文献

[1]李建忠.单片机原理及应用（第二版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[2]李广弟编著.单片机基础（修订本）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.

[3]于勇.51单片机C语言常用模块与综合系统设计实例精讲（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2008.

[4]张大波.嵌入式系统[M].北京：电子工业出版设，2008.