新型MAXQ3210的功能使其在MAXQ系列和嵌入式微控制器市場(chǎng)中獨(dú)樹(shù)一幟。MAXQ3210在低引腳數(shù)封裝中集成了EEPROM代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、壓電喇叭驅(qū)動(dòng)器和9V穩(wěn)壓器。高性能 16 位 RISC 內(nèi)核使該器件既快速又節(jié)能。基于MAXQ10內(nèi)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(gè)I/O引腳和一些智能控制的應(yīng)用。本文介紹了一些理想的環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)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(shù)據(jù)空間和64字節(jié)的RAM。集成的 9V 穩(wěn)壓器簡(jiǎn)化了電池供電應(yīng)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(diào)試引擎允許在沒(méi)有昂貴的仿真器的情況下進(jìn)行應(yīng)用內(nèi)調(diào)試。

MAXQ3210集成了獨(dú)特的外設(shè)，可用于環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用。壓電喇叭驅(qū)動(dòng)器和高電流LED驅(qū)動(dòng)器可在環(huán)境條件不安全或變化時(shí)提供即時(shí)狀態(tài)反饋。這些外設(shè)功能在許多監(jiān)控應(yīng)用中都很有用;簡(jiǎn)單的安全系統(tǒng)、煙霧報(bào)警器、溫度監(jiān)視器和運(yùn)動(dòng)探測(cè)器都可以放置驅(qū)動(dòng)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(cè)電路的選項(xiàng)。MAX3210的內(nèi)部模擬比較器監(jiān)測(cè)外部電路中的電壓變化，這些變化是環(huán)境變化的結(jié)果。該外部電路可以是簡(jiǎn)單的溫度熱敏電阻，也可以是更復(fù)雜的電路，例如測(cè)量電流為電容器充電所需的時(shí)間的斜率模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。

監(jiān)視外部電路的另一種選擇是通過(guò)MAXQ3210的數(shù)字I/O。例如，當(dāng)發(fā)生超出范圍的情況時(shí)，環(huán)境監(jiān)測(cè)電路產(chǎn)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(cè)量距離或照明條件的外部IC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

監(jiān)控應(yīng)用程序的軟件體系結(jié)構(gòu)

為MAXQ3210編寫(xiě)的應(yīng)用通常體積小，簡(jiǎn)單，可以用MAXQ匯編語(yǔ)言進(jìn)行編碼。對(duì)于本文后面介紹的示例應(yīng)用程序，使用了MAX-IDE工具集。MAX-IDE是達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司的免費(fèi)開(kāi)發(fā)環(huán)境，為MAXQ器件提供匯編器和調(diào)試環(huán)境。圖 1 顯示了環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用程序的基本架構(gòu)。

圖1.MAX3210在環(huán)境檢測(cè)應(yīng)用中的主程序環(huán)路大部分時(shí)間處于休眠模式，定期喚醒傳感器并分析結(jié)果。

啟動(dòng)時(shí)，器件會(huì)經(jīng)歷一個(gè)初始化周期，在該周期中，寄存器和配置位被設(shè)置為一般應(yīng)用程序使用。如果設(shè)備剛剛通電，則可能需要額外的操作，例如制造測(cè)試和配置。通過(guò)初始化和開(kāi)機(jī)檢查后，應(yīng)用程序進(jìn)入主循環(huán)，在其中測(cè)量并對(duì)其環(huán)境做出反應(yīng)。首先，通過(guò)比較器或數(shù)字I/O引腳獲取環(huán)境讀數(shù)，然后分析超出范圍的情況。接下來(lái)，應(yīng)用執(zhí)行定期診斷，其中可能包括測(cè)試外部電路、測(cè)量電池或檢查數(shù)據(jù)EEPROM中記錄的永久性故障。診斷后，應(yīng)用程序會(huì)檢查狀態(tài)，范圍從警告（電池電量不足）到警報(bào)條件（溫度過(guò)高）。當(dāng)環(huán)境讀數(shù)需要采取行動(dòng)時(shí)，應(yīng)用有幾個(gè)選項(xiàng)，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(gè)設(shè)備通信，或者簡(jiǎn)單地將條件記錄到數(shù)據(jù)EEPROM中以供以后分析。

用于簡(jiǎn)單監(jiān)控應(yīng)用的軟件

一個(gè)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)器建模的簡(jiǎn)單應(yīng)用程序可供下載。它在MAXQ3210評(píng)估板上構(gòu)建和測(cè)試。按鈕可在報(bào)警和正常條件之間切換。喇叭響起表示警報(bào)。

環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序的主循環(huán)出現(xiàn)在以下段落中。請(qǐng)注意，環(huán)境監(jiān)視器的狀態(tài)機(jī)非常簡(jiǎn)單;它獲取傳感器讀數(shù)并對(duì)其進(jìn)行分析，以查看系統(tǒng)是否超過(guò)了某個(gè)閾值（溫度太熱、空氣中煙霧過(guò)多等）。如果條件超出范圍，則會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

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(yīng)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(nèi)部定時(shí)器的好地方，用于跟蹤MAXQ3210的工作時(shí)長(zhǎng)，從而使帶有傳感器的外部系統(tǒng)能夠按計(jì)劃終止使用壽命。

應(yīng)用代碼演示了MAXQ外設(shè)的易用性，以及它們?nèi)绾喂?jié)省代碼空間和執(zhí)行周期。例如，喇叭驅(qū)動(dòng)器只需要一個(gè)位來(lái)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(cè)應(yīng)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(dāng)應(yīng)用周期性測(cè)量環(huán)境條件時(shí)，MAXQ3210的低功耗停止模式有兩種喚醒選項(xiàng)：外部中斷或喚醒定時(shí)器，可使器件退出休眠模式并開(kāi)始代碼執(zhí)行。當(dāng)應(yīng)用程序等待外部電路觸發(fā)條件時(shí)，外部中斷是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。典型的例子是等待門(mén)打開(kāi)或熱敏電阻兩端的電壓超過(guò)外部中斷的閾值。

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

圖2.監(jiān)視應(yīng)用程序大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)以節(jié)省電源，在非常短的運(yùn)行時(shí)會(huì)定期喚醒。

由于電池壽命是大多數(shù)監(jiān)控應(yīng)用的關(guān)鍵組成部分，因此檢測(cè)電池何時(shí)接近使用壽命非常有用。MAXQ3210通過(guò)檢查寄存器中的狀態(tài)位來(lái)確定電池電壓是否降至門(mén)限以下。該電壓閾值固定為 7.7V，這是 9V 電池開(kāi)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(yīng)用可以在低電量下運(yùn)行數(shù)天或數(shù)周，并定期發(fā)出警告信號(hào)，就像煙霧報(bào)警器中常見(jiàn)的那樣。

數(shù)據(jù)電子工程

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

提高產(chǎn)量。行為略微超出規(guī)格的設(shè)備（例如，測(cè)量有點(diǎn)短的距離檢測(cè)器）可以存儲(chǔ)永久配置信息，允許軟件補(bǔ)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(shè)備。

行為配置和自定義。MAXQ3210應(yīng)用可以針對(duì)特定的目標(biāo)環(huán)境或最終用戶(hù)進(jìn)行定制。例如，環(huán)境監(jiān)視應(yīng)用程序可能配置為較大網(wǎng)絡(luò)的一部分。當(dāng)設(shè)備的測(cè)量在某個(gè)閾值被觸發(fā)時(shí)，微控制器不僅會(huì)發(fā)出喇叭，而且還可以切換端口引腳以提醒其他設(shè)備有關(guān)該條件的信息。出廠配置可以啟用或禁用此網(wǎng)絡(luò)通知。

壽命結(jié)束。在環(huán)境傳感器中，測(cè)量環(huán)境的電路可能會(huì)隨著使用而退化。通過(guò)隨著時(shí)間的推移更新MAX3210的EEPROM，應(yīng)用可以控制在必須更換之前運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間。例如，傳感器在運(yùn)行五年后可以自動(dòng)禁用，通過(guò)喇叭或閃爍的 LED 發(fā)出信號(hào)，表明它不再起作用。

環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用

MAXQ3210的一些更明顯的環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用是家庭安全應(yīng)用：火災(zāi)報(bào)警和氣體報(bào)警。MAXQ3210具有集成在片上的所有應(yīng)用工具。然而，MAXQ3210比專(zhuān)用煙霧報(bào)警器微控制器更通用。使用前面討論的簡(jiǎn)單環(huán)境監(jiān)控軟件架構(gòu)可以創(chuàng)建各種應(yīng)用程序。以下示例中的一些針對(duì)可防止或最大程度地減少對(duì)企業(yè)或家庭的損害的安全應(yīng)用。其他應(yīng)用程序?yàn)橄M(fèi)者提供便利。

為了防止損壞家庭或辦公室，一種應(yīng)用是地下室的水位監(jiān)測(cè)器，其中一段時(shí)間內(nèi)可能不會(huì)注意到積水。在這種情況下，使用濕度傳感器或類(lèi)似于廁所中使用的水箱設(shè)備檢測(cè)水。當(dāng)水使浮子上升到某一點(diǎn)以上時(shí)，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(dá)給更大的家庭或企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，后者又通知企業(yè)或房主有關(guān)情況。

溫度監(jiān)測(cè)是另一個(gè)潛在的應(yīng)用。超市冰柜或送貨卡車(chē)上的冷藏車(chē)的內(nèi)容物是否過(guò)熱受到監(jiān)控。一個(gè)簡(jiǎn)單的熱敏電阻與模擬比較器一起使用;當(dāng)食品冷卻器的溫度超過(guò)安全限值時(shí)，MAXQ3210向雜貨店店員指示情況。這種局部溫度監(jiān)測(cè)具有無(wú)窮無(wú)盡的有用應(yīng)用，例如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、飲料、膠片、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、藝術(shù)用品以及幾乎任何易腐爛的產(chǎn)品。

應(yīng)用程序也可以是關(guān)于便利性的。MAXQ3210內(nèi)置智能運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器，當(dāng)寵物、兒童或入侵者進(jìn)入房屋禁區(qū)時(shí)，會(huì)提醒房主。按鈕用于配置傳感器。

MAXQ3210非常適合作為泊車(chē)助手。MAXQ3210使用簡(jiǎn)單的距離檢測(cè)電路，根據(jù)測(cè)量的距離，發(fā)出不同的喇叭。此應(yīng)用需要在微控制器中進(jìn)行配置和智能。當(dāng)放置在車(chē)庫(kù)中時(shí)，該電路可幫助車(chē)主停放汽車(chē)而不會(huì)撞到墻壁。最終用戶(hù)可能不希望他們的自動(dòng)停車(chē)助手每次走在賽道前時(shí)都按響電喇叭。因此，設(shè)備被編程為初始延遲 - 當(dāng)首次檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)等待兩秒鐘以查看是否檢測(cè)到任何其他運(yùn)動(dòng)。如果不是，則可能是有人走在傳感器前面。此外，可以通過(guò)使用按鈕禁用該設(shè)備;如果最終用戶(hù)在車(chē)庫(kù)工作時(shí)設(shè)備不斷發(fā)出嗶嗶聲，那將很不方便。

評(píng)估套件

MAXQ3210評(píng)估板（EV kit）是開(kāi)始對(duì)任何MAXQ3210應(yīng)用進(jìn)行原型設(shè)計(jì)的絕佳平臺(tái)。它采用 9V 電源或 9V 電池供電。兩個(gè)按鈕控制復(fù)位和外部中斷信號(hào)。10引腳JTAG接頭提供對(duì)硬件調(diào)試?yán)痰脑L問(wèn)，從而允許查看和修改寄存器、存儲(chǔ)器和堆棧。I/O 引腳連接到一個(gè)方便的 2 x 20 接頭，靠近用于測(cè)試外部電路的原型區(qū)域。

板載壓電喇叭和LED可用于測(cè)試應(yīng)用的視覺(jué)和聲音。默認(rèn)情況下，喇叭輸出阻尼聲音 - 響亮但不痛苦。可以在電路板上添加跳線以短路阻尼電路，從而允許喇叭以其全部 85dB 音量驅(qū)動(dòng)。

MAXQ3210評(píng)估板可與MAX-IDE配合使用。它支持MAXQ3210的硬件調(diào)試引擎，提供源代碼級(jí)調(diào)試和存儲(chǔ)器監(jiān)控。

圖3.MAXQ3210評(píng)估板提供壓電喇叭、LED和9V電池座，用于完整的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

MAXQ3210優(yōu)點(diǎn)摘要

如我們所見(jiàn)，MAXQ3210在環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用中具有若干優(yōu)點(diǎn)。主要優(yōu)勢(shì)在于集成——監(jiān)控應(yīng)用所需的組件（比較器、喇叭和LED驅(qū)動(dòng)器）集成在芯片上，無(wú)需外部芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)這些功能。集成降低了整體系統(tǒng)成本，并通過(guò)減少需要測(cè)試的組件數(shù)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(cè)試時(shí)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(shì)是高性能和低功耗。單周期MAXQ內(nèi)核和大寄存器空間允許應(yīng)用高效存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并快速執(zhí)行計(jì)算。MAXQ3210在低功耗休眠模式下花費(fèi)的時(shí)間更長(zhǎng)，執(zhí)行代碼的時(shí)間更少。

最后，MAXQ3210的電池監(jiān)視器和數(shù)據(jù)EEPROM允許智能、自我監(jiān)控應(yīng)用。設(shè)備可以在電池電量接近耗盡時(shí)警告用戶(hù)。此外，應(yīng)用程序可以跟蹤其組件的壽命并實(shí)施計(jì)劃的生命周期結(jié)束。

結(jié)論

MAXQ3210是MAXQ微控制器的低引腳數(shù)實(shí)現(xiàn)方案，設(shè)計(jì)用于不需要昂貴微控制器提供的外設(shè)支持的應(yīng)用。雖然MAXQ3210非常適合環(huán)境傳感器，但它確實(shí)是一款通用、高性能、省電的微控制器，能夠?yàn)樵S多應(yīng)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(cè)，但MAXQ3210的應(yīng)用范圍要廣泛得多。MAXQ16具有數(shù)據(jù)EEPROM、支持捕獲、比較和PWM操作的3210位定時(shí)器以及高性能MAXQ微控制器內(nèi)核，適用于各種微控制器應(yīng)用。

審核編輯：郭婷