摘要：在MAXQ系列以及其他嵌入式微控制器中，MAXQ3210獨具特色。它把基于EEPROM的代碼和數(shù)據(jù)存儲、壓電喇叭驅(qū)動器、9V穩(wěn)壓器集成在低引腳數(shù)封裝內(nèi)。高性能的16位RISC核使其運行速度快，并且省電。由于是基于MAXQ10核，MAXQ3210不同于其他的MAXQ微控制器，它采用的是8位累加器，而不是16位累加器。MAXQ3210非常適合于需要較少I/O引腳和一些智能控制的許多應用。本文討論它在環(huán)境監(jiān)視中的應用。

MAXQ3210的特性及其監(jiān)視功能

MAXQ3210包含2kB EEPROM程序存儲器、128字節(jié)EEPROM數(shù)據(jù)存儲器、64字節(jié)RAM存儲器。其內(nèi)置的9V穩(wěn)壓器簡化了電池供電電路。它也為其他電路元件輸出5V電源。在調(diào)試方面，它用內(nèi)置的JTAG調(diào)試引擎取代了昂貴的外部仿真器。

MAXQ3210集成了用于環(huán)境監(jiān)視的外圍部件。當環(huán)境條件不安全和發(fā)生變化時，它能夠通過壓電喇叭驅(qū)動器和大電流LED驅(qū)動器等外圍部件進行告警。這些外圍部件在簡單的保安系統(tǒng)、煙霧警報器、溫度監(jiān)視器和運動檢測器等應用中很實用。

此外，MAXQ3210為環(huán)境監(jiān)視電路提供了多種接口選項。其內(nèi)部的電壓比較器可以監(jiān)視外部電路輸出的隨外部環(huán)境變化的電壓值。其外部電路可以很簡單，比如測量溫度的熱敏電阻；也可以較復雜，比如測量電容充電時間的斜率式模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。

除了電壓比較器外，MAXQ3210也可以通過數(shù)字I/O口監(jiān)視外部電路。例如，當環(huán)境條件超出范圍時，外部監(jiān)視電路可以通過中斷引腳向MAXQ3210發(fā)送中斷請求信號。MAXQ3210也可以使用串行通信協(xié)議，通過數(shù)字I/O口與測量距離和照明情況的外部IC電路進行數(shù)據(jù)傳輸。

監(jiān)視系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

通常，為MAXQ3210編寫的應用程序都很簡短，足以用MAXQ匯編語言編寫。下面列舉的應用程序用MAX-IDE工具包編寫。MAX-IDE是一個由Dallas Semiconductor免費提供的開發(fā)環(huán)境，為MAXQ系列微控制器提供了一個匯編和調(diào)試環(huán)境。圖1示出了一個環(huán)境監(jiān)視應用的基本架構(gòu)。

圖1. MAXQ3210的環(huán)境監(jiān)視主程序循環(huán)在大部分時間內(nèi)處于休眠狀態(tài)，定期喚醒后去讀取并分析傳感器輸出。

啟動后，微控制器首先要經(jīng)過一個初始化過程，將相關(guān)寄存器和配置位按照應用要求進行設(shè)置。如果微控制器初次加電，可能還需要一些額外的操作，例如制造商設(shè)定的一些測試和配置。經(jīng)過初始化和加電檢測后，應用程序進入主循環(huán)體，開始測量和響應外部環(huán)境的變化。首先，應用程序通過電壓比較器或數(shù)字I/O口讀取環(huán)境信息，并分析環(huán)境條件是否超出范圍。接下來，進行系統(tǒng)診斷，如檢測外部電路、測量電池電壓、核實存儲在數(shù)據(jù)EEPROM中的永久性故障信息等等。隨后，應用程序檢查狀態(tài)信息，其中包括告警(如低電池)和提示信息(如溫度過高)。如果環(huán)境情況要求執(zhí)行一些動作，有以下一些選項我們將在下面討論：驅(qū)動喇叭發(fā)聲，使LED閃爍，通過I/O引腳和其他設(shè)備通信，或者簡單地把告警信息存入數(shù)據(jù)EEPROM以便后續(xù)分析。

簡單的監(jiān)視應用軟件

可以下載為開發(fā)環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)而編寫的簡單應用程序。該程序是在MAXQ3210評估工具上編寫和測試的。一個按鈕被用來切換告警和正常狀態(tài)。喇叭發(fā)聲表示告警。

該環(huán)境監(jiān)視應用的主循環(huán)體在下面幾段中給出。用于環(huán)境監(jiān)視的狀態(tài)機非常簡單：獲取傳感器輸出并分析它是否超出了某種門限(溫度太高，空氣中煙霧濃度太大等)。如果超出邊界，則發(fā)出告警。

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

其中的SelfTest為系統(tǒng)診斷子程序。系統(tǒng)診斷子程序用于監(jiān)視電池電壓和外部電路的異常情況。在SelfTest中也很適合實現(xiàn)一個計時器，用它來跟蹤MAXQ3210投入運行的時間，從而計算外部傳感器系統(tǒng)的工作壽命。

該應用程序說明了MAXQ微控制器外圍部件的易操作性，以及如何節(jié)省代碼的存儲空間和執(zhí)行周期。例如，僅需用一個單比特來開關(guān)喇叭。

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)視應用中最為重要的一個因素，因為它通常是由電池供電的。MAXQ3210提供低功耗停止模式和電池欠壓監(jiān)視器。

定期檢測外部環(huán)境條件時，應用程序可以用兩種方式喚醒處于低功耗停止模式的MAXQ3210，使其執(zhí)行代碼。這兩種方式分別是外部中斷或定時器喚醒。在等待外部電路觸發(fā)條件的應用中，外部中斷方式比較合適。比如，在等待開門或熱敏電阻上的壓降超出門限時，就應該采用外部中斷。

喚醒定時器是另外一種使MAXQ3210脫離停止模式的方式。喚醒功能在前面的應用案例中已有討論：外部監(jiān)視電路喚醒MAXQ3210，使其檢測外部環(huán)境條件，必要時進行響應，然后再返回到停止模式。圖2示出了這種工作方式的電流消耗模式。從中可以看出，在大部分時間內(nèi)，MAXQ3210微控制器處于低功耗休眠模式。當MAXQ3210從休眠模式醒來后電流消耗增大。此時正是高性能MAXQ核的用武之處。MAXQ3210能夠更快地完成任務，在高功耗狀態(tài)下停留的時間更短，而更多的時間處于低功耗休眠模式。

圖2. 監(jiān)視應用程序在大部分時間內(nèi)休眠以節(jié)省功耗，它定期醒來并快速運行。

由于電池是大多數(shù)監(jiān)視應用中的關(guān)鍵部件，檢測電池是否快用完很重要。MAXQ3210通過檢測一個寄存器狀態(tài)位來判斷電池電壓是否低于門限。這個門限被固定于7.7V，這正是9V電池瀕臨耗盡時的電壓。在這個電平下，電池還有一定的電量，可保障MAXQ3210繼續(xù)運行一段時間。低功耗應用系統(tǒng)，比如煙霧警報系統(tǒng)，可以在電池電壓低于門限后工作幾天或幾周，并不斷發(fā)出低電壓告警信號。

數(shù)據(jù)EEPROM

MAXQ3210的128字節(jié)數(shù)據(jù)EEPROM極大地方便了應用程序，可使應用程序存儲永久性的配置和狀態(tài)數(shù)據(jù)，即使在電源失效或去掉電池后也可保持這些數(shù)據(jù)。永久性數(shù)據(jù)存儲可用于以下這些目的。

1. 改進性能。稍微不能滿足性能指標要求的系統(tǒng)(比如，測距儀測量的距離稍微偏短)可以存儲永久性配置信息，以使軟件能夠補償外部電路的偏差。這種措施可以使已被棄用的設(shè)備被重新利用或出售。
2. 動作配置及用戶化。MAXQ3210應用系統(tǒng)可以按照特定環(huán)境或用戶的要求定制。比如，環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)可以被配置為大型網(wǎng)絡(luò)的一部分，當測量值超過門限時，該系統(tǒng)不但自己鳴喇叭告警，而且還可向其他設(shè)備發(fā)出警報。通過配置，生產(chǎn)廠家可以使能或禁止這種網(wǎng)絡(luò)功能。
3. 工作期限。用于環(huán)境監(jiān)視的傳感器和測量電路可能會隨著使用期限而劣化。通過修改EEPROM中的數(shù)據(jù)，應用程序可以確定電路必須被替換的時間。比如，在使用5年后，監(jiān)視系統(tǒng)可以自動禁止自己工作，并通過鳴喇叭或點亮LED提示自己不能再工作。

環(huán)境監(jiān)視應用

火災和煤氣警報器等住宅安全系統(tǒng)是典型的環(huán)境監(jiān)視應用。MAXQ3210完全可以實現(xiàn)這些功能，但是它比煙霧警報專用微控制器更通用。利用本文前面介紹的環(huán)境監(jiān)視程序架構(gòu)，可以開發(fā)出各種應用系統(tǒng)。在下面列舉的安全應用中，有些應用是為了防止或減少公司或家庭的損失，其余的應用是為了方便用戶。

為了防止家庭或辦公室遭受水災，可以為地下室安裝水位監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以利用濕度傳感器或類似于衛(wèi)生間沖洗水箱的裝置來檢測水位。當水溢出或超過一定水位時，傳感器或浮漂觸發(fā)外部中斷，MAXQ3210鳴喇叭，發(fā)出警報。此外，MAXQ3210可以和公司或家庭網(wǎng)絡(luò)通信，把警報發(fā)給公司或家庭成員。

溫度監(jiān)視是另一種可能的應用。超市冰柜或運輸車冷凍車廂內(nèi)的溫度不能過高。為此，可以用簡單的熱敏電阻和MAXQ3210構(gòu)成監(jiān)視系統(tǒng)。當冷卻器內(nèi)的食物溫度超過安全界線時，系統(tǒng)發(fā)出警報。這種監(jiān)視系統(tǒng)有許許多多的用途，比如，用于監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、實驗室設(shè)備、保藏藝術(shù)品、飲料以及其他易腐爛物品的溫度。

監(jiān)視應用的目的也可能是為了方便用戶。當寵物、小孩或入侵者進入家庭的禁區(qū)時，由MAXQ3210構(gòu)成的運動檢測器可以向主人發(fā)出警報。當然，該檢測器應該可以通過按鈕來開關(guān)。

MAXQ3210也很適合實現(xiàn)一個輔助泊車裝置。它可以根據(jù)距離探測電路測量的距離使喇叭發(fā)出不同的警報聲音。這種系統(tǒng)需要一些配置和智能處理。在車庫內(nèi)停車時，系統(tǒng)能夠幫助車主防止碰撞墻壁，但用戶并不希望他們從探測電路前面走過時系統(tǒng)鳴喇叭警告。為此，可用軟件實現(xiàn)延遲，當系統(tǒng)初次探測到移動時，軟件可以讓系統(tǒng)等待兩秒鐘看是否有進一步的移動。若無，這可能是有人在傳感器前面走動。也可以通過按鈕來開關(guān)系統(tǒng)；這樣可以避免用戶在車庫內(nèi)工作時系統(tǒng)不斷地發(fā)出警告。

評估工具

MAXQ3210評估工具(EV kit)是開發(fā)原型應用系統(tǒng)的理想平臺(參見圖3)。它使用9V電源或電池，用兩個按鈕分別來復位和產(chǎn)生中斷信號，用一個10針JTAG接頭訪問硬件調(diào)試程序，可以顯示和調(diào)整MAXQ3210的寄存器、存儲器和堆棧。I/O引腳由一個便利的2 x 20針接頭引出，靠近原型區(qū)以便于測試外部電路。

板上壓電喇叭和LED可被用作應用中的測試信號和發(fā)生設(shè)備。默認狀態(tài)下，壓電喇叭輸出經(jīng)過阻尼的聲音―響亮，但不刺耳。也可通過跳線來短路阻尼電路，使喇叭發(fā)出最強的85dB音量。

MAXQ3210評估工具可以配合MAX-IDE使用。它支持MAXQ3210的硬件調(diào)試引擎，可進行源代碼級的調(diào)試和監(jiān)視內(nèi)存。

圖3. MAXQ3210評估工具配備有壓電喇叭、LED和9V電池座，支持完整的應用開發(fā)。

MAXQ3210的優(yōu)點總結(jié)

如上所述，MAXQ3210在環(huán)境監(jiān)視應用中有諸多優(yōu)點。其中的主要優(yōu)點之一是高集成度。監(jiān)視應用所需的元件基本上都被集成到了芯片上(包括電壓比較器、喇叭和LED驅(qū)動器等)，因此省去了不少外部元件。高集成度降低了系統(tǒng)的費用，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了需要測試的元件數(shù)量。而且，單片化的方案所需的連線更少，縮短了電路板的測試時間。單片方案也意味著印刷板更小、成本更低。

MAXQ3210的另一個優(yōu)點是高性能，低功耗。單周期MAXQ核和大量的寄存器空間允許應用程序更高效地保存數(shù)據(jù)并更迅速地執(zhí)行任務。MAXQ3210在更多的時間內(nèi)處于低功耗休眠模式，而執(zhí)行代碼的時間更少。

最后，MAXQ3210的電池監(jiān)視功能和數(shù)據(jù)EEPROM便于實現(xiàn)靈巧、自我監(jiān)視的應用。電池快耗盡時器件可警告用戶。此外，系統(tǒng)還可跟蹤其元件的壽命，實現(xiàn)有計劃的設(shè)備更新。

結(jié)論

MAXQ3210是一款MAXQ微控制器的低引腳數(shù)實現(xiàn)，用于不需要高檔微控制器提供的外設(shè)的應用。雖然MAXQ3210是環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)的理想方案，但它也是一個通用的、高性能、節(jié)能型微控制器，能夠為許多應用提供智能和互動能力。

值得注意的是，雖然本文只討論了MAXQ3210在環(huán)境監(jiān)視中的應用，實際上它的應用范圍要廣闊得多。利用其數(shù)據(jù)EEPROM、支持捕獲、比較和PWM操作的16位定時器、以及高性能MAXQ微控制器核，MAXQ3210可以應用在許多領(lǐng)域。