使用MAXQ3210進行環(huán)境監(jiān)測

新型MAXQ3210的功能使其在MAXQ系列和嵌入式微控制器市場中獨樹一幟。MAXQ3210在低引腳數封裝中集成了EEPROM代碼和數據存儲、壓電喇叭驅動器和9V穩(wěn)壓器。高性能 16 位 RISC 內核使該器件既快速又節(jié)能?；贛AXQ10內核，MAXQ3210與其他MAXQ微控制器不同，具有8位累加器而不是16位累加器。MAXQ3210可用于許多需要幾個I/O引腳和一些智能控制的應用。本文介紹了一些理想的環(huán)境監(jiān)測應用。

MAXQ3210特性和監(jiān)視功能

MAXQ3210具有2kB的EEPROM碼空間、128字節(jié)的EEPROM數據空間和64字節(jié)的RAM。集成的 9V 穩(wěn)壓器簡化了電池供電應用中的電路。MAXQ3210還為其它電路元件提供穩(wěn)定的5V輸出。JTAG調試引擎允許在沒有昂貴的仿真器的情況下進行應用內調試。

MAXQ3210集成了獨特的外設，可用于環(huán)境監(jiān)測應用。壓電喇叭驅動器和高電流LED驅動器可在環(huán)境條件不安全或變化時提供即時狀態(tài)反饋。這些外設功能在許多監(jiān)控應用中都很有用;簡單的安全系統(tǒng)、煙霧報警器、溫度監(jiān)視器和運動探測器都可以放置驅動電喇叭的微控制器。

此外，該器件還提供多種連接環(huán)境監(jiān)測電路的選項。MAX3210的內部模擬比較器監(jiān)測外部電路中的電壓變化，這些變化是環(huán)境變化的結果。該外部電路可以是簡單的溫度熱敏電阻，也可以是更復雜的電路，例如測量電流為電容器充電所需的時間的斜率模數轉換器（ADC）。

監(jiān)視外部電路的另一種選擇是通過MAXQ3210的數字I/O。例如，當發(fā)生超出范圍的情況時，環(huán)境監(jiān)測電路產生外部中斷，喚醒MAXQ3210。MAXQ3210的I/O引腳也可以使用串行傳輸協(xié)議與測量距離或照明條件的外部IC進行數據通信。

監(jiān)控應用程序的軟件體系結構

為MAXQ3210編寫的應用通常體積小，簡單，可以用MAXQ匯編語言進行編碼。對于本文后面介紹的示例應用程序，使用了MAX-IDE工具集。MAX-IDE是達拉斯半導體公司的免費開發(fā)環(huán)境，為MAXQ器件提供匯編器和調試環(huán)境。圖 1 顯示了環(huán)境監(jiān)控應用程序的基本架構。

圖1.MAX3210在環(huán)境檢測應用中的主程序環(huán)路大部分時間處于休眠模式，定期喚醒傳感器并分析結果。

啟動時，器件會經歷一個初始化周期，在該周期中，寄存器和配置位被設置為一般應用程序使用。如果設備剛剛通電，則可能需要額外的操作，例如制造測試和配置。通過初始化和開機檢查后，應用程序進入主循環(huán)，在其中測量并對其環(huán)境做出反應。首先，通過比較器或數字I/O引腳獲取環(huán)境讀數，然后分析超出范圍的情況。接下來，應用執(zhí)行定期診斷，其中可能包括測試外部電路、測量電池或檢查數據EEPROM中記錄的永久性故障。診斷后，應用程序會檢查狀態(tài)，范圍從警告（電池電量不足）到警報條件（溫度過高）。當環(huán)境讀數需要采取行動時，應用有幾個選項，我們將在下面討論：發(fā)出喇叭聲，閃爍LED，使用I / O引腳與另一個設備通信，或者簡單地將條件記錄到數據EEPROM中以供以后分析。

用于簡單監(jiān)控應用的軟件

一個對環(huán)境監(jiān)測器建模的簡單應用程序可供下載。它在MAXQ3210評估板上構建和測試。按鈕可在報警和正常條件之間切換。喇叭響起表示警報。

環(huán)境監(jiān)測應用程序的主循環(huán)出現(xiàn)在以下段落中。請注意，環(huán)境監(jiān)視器的狀態(tài)機非常簡單;它獲取傳感器讀數并對其進行分析，以查看系統(tǒng)是否超過了某個閾值（溫度太熱、空氣中煙霧過多等）。如果條件超出范圍，則會發(fā)出警報信號。

MainLoop:
    move  DP[0], #CONDITION_FLAG  ; see if we are alarming
    move  ACC, @DP[0]             ; read the alarm flag
    jump  z, MainLoop_NoSignal    ; skip next code if not alarming

    ;
    ; If our condition is above threshold, see if it is
    ; time to sound the horn
    ;
    call  CheckSignalTime         ; see if it is time to sound the horn
    jump  nz, ReadAndSleep        ; back to sleep if no signal
    call  SignalCondition         ; sound horn, light LEDs, etc.
    jump  ReadAndSleep            ; let's go to sleep now
    ;
    ; In a real sensor, we still want to take readings even if we are
    ; signaling.  We need to check to see if environmental conditions
    ; have returned to normal.
    ;
MainLoop_NoSignal:
    call  CheckForSelfTest        ; time to run periodic diagnostics?
    jump  z, ReadAndSleep         ; skip if not time yet
    call  SelfTest                ; perform self diagnostics

ReadAndSleep:
    call  ReadSensor              ; get a 'sensor reading'
    call  AnalyzeSensor           ; see if condition out of threshold
    jump  Sleep                   ; put the device into low power mode

自檢功能允許定期系統(tǒng)診斷，其中應用程序可以監(jiān)控其電池狀況或檢查電路是否行為異常。自檢也是增加內部定時器的好地方，用于跟蹤MAXQ3210的工作時長，從而使帶有傳感器的外部系統(tǒng)能夠按計劃終止使用壽命。

應用代碼演示了MAXQ外設的易用性，以及它們如何節(jié)省代碼空間和執(zhí)行周期。例如，喇叭驅動器只需要一個位來激活或停用喇叭輸出。

SoundTheHorn:
    move  HORN_DRIVER, #1
    move  LC[0], #10
    call  DelayMilliseconds
    move  HORN_DRIVER, #0
    ret

電源管理

功耗是環(huán)境監(jiān)測應用中最重要的因素之一，通常使用電池供電。MAXQ3210提供低功耗停止模式和低壓電池監(jiān)控。

當應用周期性測量環(huán)境條件時，MAXQ3210的低功耗停止模式有兩種喚醒選項：外部中斷或喚醒定時器，可使器件退出休眠模式并開始代碼執(zhí)行。當應用程序等待外部電路觸發(fā)條件時，外部中斷是一個不錯的選擇。典型的例子是等待門打開或熱敏電阻兩端的電壓超過外部中斷的閾值。

喚醒定時器是使MAXQ3210退出停止模式的另一種選擇。喚醒是演示應用中前面討論的功能：外部監(jiān)測電路喚醒MAX3210，測量環(huán)境，必要時做出反應，然后返回睡眠狀態(tài)。圖2顯示了此類應用的典型電流消耗模型。微控制器的大部分時間都花在低功耗休眠模式下。當設備喚醒時，電流消耗要高得多。這就是MAXQ內核的高性能的用處。MAXQ3210計算速度快，在高功耗狀態(tài)下花費的時間更少，在低功耗休眠模式下花費的時間更多。

圖2.監(jiān)視應用程序大部分時間處于休眠狀態(tài)以節(jié)省電源，在非常短的運行時會定期喚醒。

由于電池壽命是大多數監(jiān)控應用的關鍵組成部分，因此檢測電池何時接近使用壽命非常有用。MAXQ3210通過檢查寄存器中的狀態(tài)位來確定電池電壓是否降至門限以下。該電壓閾值固定為 7.7V，這是 9V 電池開始擊穿的地方。在此電壓電平下，電池中剩余充足的電量供MAXQ3210繼續(xù)工作。功耗敏感型應用可以在低電量下運行數天或數周，并定期發(fā)出警告信號，就像煙霧報警器中常見的那樣。

數據電子工程

MAXQ3210的128字節(jié)數據EEPROM使應用更加智能。它允許應用程序保留永久配置和狀態(tài)數據，即使在電源故障或電池拆卸時也是如此。永久數據存儲有多種用途。

提高產量。行為略微超出規(guī)格的設備（例如，測量有點短的距離檢測器）可以存儲永久配置信息，允許軟件補償外部電路的變化。這允許激活或出售以前可能被丟棄的終端設備。

行為配置和自定義。MAXQ3210應用可以針對特定的目標環(huán)境或最終用戶進行定制。例如，環(huán)境監(jiān)視應用程序可能配置為較大網絡的一部分。當設備的測量在某個閾值被觸發(fā)時，微控制器不僅會發(fā)出喇叭，而且還可以切換端口引腳以提醒其他設備有關該條件的信息。出廠配置可以啟用或禁用此網絡通知。

壽命結束。在環(huán)境傳感器中，測量環(huán)境的電路可能會隨著使用而退化。通過隨著時間的推移更新MAX3210的EEPROM，應用可以控制在必須更換之前運行多長時間。例如，傳感器在運行五年后可以自動禁用，通過喇叭或閃爍的 LED 發(fā)出信號，表明它不再起作用。

環(huán)境監(jiān)測應用

MAXQ3210的一些更明顯的環(huán)境監(jiān)測應用是家庭安全應用：火災報警和氣體報警。MAXQ3210具有集成在片上的所有應用工具。然而，MAXQ3210比專用煙霧報警器微控制器更通用。使用前面討論的簡單環(huán)境監(jiān)控軟件架構可以創(chuàng)建各種應用程序。以下示例中的一些針對可防止或最大程度地減少對企業(yè)或家庭的損害的安全應用。其他應用程序為消費者提供便利。

為了防止損壞家庭或辦公室，一種應用是地下室的水位監(jiān)測器，其中一段時間內可能不會注意到積水。在這種情況下，使用濕度傳感器或類似于廁所中使用的水箱設備檢測水。當水使浮子上升到某一點以上時，浮子觸發(fā)外部中斷，MAXQ3210發(fā)出電喇叭提醒居民。此外，MAXQ3210將情況傳達給更大的家庭或企業(yè)網絡，后者又通知企業(yè)或房主有關情況。

溫度監(jiān)測是另一個潛在的應用。超市冰柜或送貨卡車上的冷藏車的內容物是否過熱受到監(jiān)控。一個簡單的熱敏電阻與模擬比較器一起使用;當食品冷卻器的溫度超過安全限值時，MAXQ3210向雜貨店店員指示情況。這種局部溫度監(jiān)測具有無窮無盡的有用應用，例如網絡設備、飲料、膠片、實驗室設備、藝術用品以及幾乎任何易腐爛的產品。

應用程序也可以是關于便利性的。MAXQ3210內置智能運動檢測器，當寵物、兒童或入侵者進入房屋禁區(qū)時，會提醒房主。按鈕用于配置傳感器。

MAXQ3210非常適合作為泊車助手。MAXQ3210使用簡單的距離檢測電路，根據測量的距離，發(fā)出不同的喇叭。此應用需要在微控制器中進行配置和智能。當放置在車庫中時，該電路可幫助車主停放汽車而不會撞到墻壁。最終用戶可能不希望他們的自動停車助手每次走在賽道前時都按響電喇叭。因此，設備被編程為初始延遲 - 當首次檢測到運動時，系統(tǒng)等待兩秒鐘以查看是否檢測到任何其他運動。如果不是，則可能是有人走在傳感器前面。此外，可以通過使用按鈕禁用該設備;如果最終用戶在車庫工作時設備不斷發(fā)出嗶嗶聲，那將很不方便。

評估套件

MAXQ3210評估板（EV kit）是開始對任何MAXQ3210應用進行原型設計的絕佳平臺。它采用 9V 電源或 9V 電池供電。兩個按鈕控制復位和外部中斷信號。10引腳JTAG接頭提供對硬件調試例程的訪問，從而允許查看和修改寄存器、存儲器和堆棧。I/O 引腳連接到一個方便的 2 x 20 接頭，靠近用于測試外部電路的原型區(qū)域。

板載壓電喇叭和LED可用于測試應用的視覺和聲音。默認情況下，喇叭輸出阻尼聲音 - 響亮但不痛苦?？梢栽陔娐钒迳咸砑犹€以短路阻尼電路，從而允許喇叭以其全部 85dB 音量驅動。

MAXQ3210評估板可與MAX-IDE配合使用。它支持MAXQ3210的硬件調試引擎，提供源代碼級調試和存儲器監(jiān)控。

圖3.MAXQ3210評估板提供壓電喇叭、LED和9V電池座，用于完整的應用開發(fā)。

MAXQ3210優(yōu)點摘要

如我們所見，MAXQ3210在環(huán)境監(jiān)測應用中具有若干優(yōu)點。主要優(yōu)勢在于集成——監(jiān)控應用所需的組件（比較器、喇叭和LED驅動器）集成在芯片上，無需外部芯片來驅動這些功能。集成降低了整體系統(tǒng)成本，并通過減少需要測試的組件數量提高了可靠性。此外，單芯片需要的連接更少，從而縮短了終端電路板的測試時間。單芯片解決方案還意味著更小、更便宜的 PC 板。

微控制器的其他優(yōu)勢是高性能和低功耗。單周期MAXQ內核和大寄存器空間允許應用高效存儲數據并快速執(zhí)行計算。MAXQ3210在低功耗休眠模式下花費的時間更長，執(zhí)行代碼的時間更少。

最后，MAXQ3210的電池監(jiān)視器和數據EEPROM允許智能、自我監(jiān)控應用。設備可以在電池電量接近耗盡時警告用戶。此外，應用程序可以跟蹤其組件的壽命并實施計劃的生命周期結束。

結論

MAXQ3210是MAXQ微控制器的低引腳數實現(xiàn)方案，設計用于不需要昂貴微控制器提供的外設支持的應用。雖然MAXQ3210非常適合環(huán)境傳感器，但它確實是一款通用、高性能、省電的微控制器，能夠為許多應用增加智能和交互。

需要注意的是，雖然本文討論環(huán)境監(jiān)測，但MAXQ3210的應用范圍要廣泛得多。MAXQ16具有數據EEPROM、支持捕獲、比較和PWM操作的3210位定時器以及高性能MAXQ微控制器內核，適用于各種微控制器應用。

審核編輯：郭婷