利用MAXQ3210进行环境监视

Abstract

在MAXQ系列以及其他嵌入式微控制器中，MAXQ3210独具特色。它把基于EEPROM的代码和 数据存储、压电喇叭驱动器、9V稳压器集成在低引脚数封装内。高性能的16位RISC核使其运行 速度快，并且省电。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非常适合于需要较少I/O引脚和一些智能控  制的许多应用。本文讨论它在环境监视中的应用。

MAXQ3210的特性及其监视功能

MAXQ3210包含2kB EEPROM程序存储器、 128字节EEPROM数据存储器、 64字节RAM存储 器。其内置的9V稳压器简化了电池供电电路。它也为其他电路元件输出5V电源。在调试方面， 它用内置的JTAG调试引擎取代了昂贵的外部仿真器。

MAXQ3210集成了用于环境监视的外围部件。当环境条件不安全和发生变化时，它能够通过压电喇叭驱动器和大电流LED驱动器等外围部件进行告警。这些外围部件在简单的保安系统、烟雾警报器、温度监视器和运动检测器等应用中很实用。

此外，MAXQ3210为环境监视电路提供了多种接口选项。其内部的电压比较器可以监视外部电 路输出的随外部环境变化的电压值。其外部电路可以很简单，比如测量温度的热敏电阻；也可以较复杂，比如测量电容充电时间的斜率式模数转换器(ADC)。

除了电压比较器外，MAXQ3210也可以通过数字I/O口监视外部电路。例如，当环境条件超出范 围时，外部监视电路可以通过中断引脚向MAXQ3210发送中断请求信号。MAXQ3210也可以使 用串行通信协议，通过数字I/O口与测量距离和照明情况的外部IC电路进行数据传输。

监视系统的软件架构

通常，为MAXQ3210编写的应用程序都很简短，足以用MAXQ汇编语言编写。下面列举的应用 程序用MAX-IDE工具包编写。  MAX-IDE是一个由Dallas Semiconductor免费提供的开发环境， 为MAXQ系列微控制器提供了一个汇编和调试环境。图1示出了一个环境监视应用的基本架构。

图1. MAXQ3210的环境监视主程序循环在大部分时间内处于休眠状态，定期唤醒后去读取并分 析传感器输出。

启动后，微控制器首先要经过一个初始化过程，将相关寄存器和配置位按照应用要求进行设置。如果微控制器初次加电，可能还需要一些额外的操作，例如制造商设定的一些测试和配置。经过初始化和加电检测后，应用程序进入主循环体，开始测量和响应外部环境的变化。首 先，应用程序通过电压比较器或数字I/O口读取环境信息，并分析环境条件是否超出范围。接下来，进行系统诊断，如检测外部电路、测量电池电压、核实存储在数据EEPROM中的永久性故 障信息等等。随后，应用程序检查状态信息，其中包括告警(如低电池)和提示信息(如温度过高)。如果环境情况要求执行一些动作，有以下一些选项我们将在下面讨论：驱动喇叭发声，使 LED闪烁，通过I/O引脚和其他设备通信，或者简单地把告警信息存入数据EEPROM以便后续分析。

简单的监视应用软件

可以下载为开发环境监视系统而编写的简单应用程序。该程序是在MAXQ3210评估工具上编写 和测试的。一个按钮被用来切换告警和正常状态。喇叭发声表示告警。

该环境监视应用的主循环体在下面几段中给出。用于环境监视的状态机非常简单：获取传感器  输出并分析它是否超出了某种门限(温度太高，空气中烟雾浓度太大等)。如果超出边界，则发出 告警。

其中的SelfTest为系统诊断子程序。系统诊断子程序用于监视电池电压和外部电路的异常情况。 在SelfTest中也很适合实现一个计时器，用它来跟踪MAXQ3210投入运行的时间，从而计算外部 传感器系统的工作寿命。

该应用程序说明了MAXQ微控制器外围部件的易操作性，以及如何节省代码的存储空间和执行周期。例如，仅需用一个单比特来开关喇叭。

电源管理

功耗是环境监视应用中最为重要的一个因素，因为它通常是由电池供电的。  MAXQ3210提供低 功耗停止模式和电池欠压监视器。

定期检测外部环境条件时，应用程序可以用两种方式唤醒处于低功耗停止模式的MAXQ3210， 使其执行代码。这两种方式分别是外部中断或定时器唤醒。在等待外部电路触发条件的应用   中，外部中断方式比较合适。比如，在等待开门或热敏电阻上的压降超出门限时，就应该采用 外部中断。

唤醒定时器是另外一种使MAXQ3210脱离停止模式的方式。唤醒功能在前面的应用案例中已有 讨论：外部监视电路唤醒MAXQ3210，使其检测外部环境条件，必要时进行响应，然后再返回到停止模式。图2示出了这种工作方式的电流消耗模式。从中可以看出，在大部分时间内，MAXQ3210微控制器处于低功耗休眠模式。当MAXQ3210从休眠模式醒来后电流消耗增大。此 时正是高性能MAXQ核的用武之处。  MAXQ3210能够更快地完成任务，在高功耗状态下停留的 时间更短，而更多的时间处于低功耗休眠模式。

图2. 监视应用程序在大部分时间内休眠以节省功耗，它定期醒来并快速运行。

由于电池是大多数监视应用中的关键部件，检测电池是否快用完很重要。  MAXQ3210通过检测 一个寄存器状态位来判断电池电压是否低于门限。这个门限被固定于7.7V，这正是9V电池濒临 耗尽时的电压。在这个电平下，电池还有一定的电量，可保障MAXQ3210继续运行一段时间。 低功耗应用系统，比如烟雾警报系统，可以在电池电压低于门限后工作几天或几周，并不断发 出低电压告警信号。

数据EEPROM

MAXQ3210的128字节数据EEPROM极大地方便了应用程序，可使应用程序存储永久性的配置和状态数据，即使在电源失效或去掉电池后也可保持这些数据。永久性数据存储可用于以下这些目的。

1. 改进性能。稍微不能满足性能指标要求的系统(比如，测距仪测量的距离稍微偏短)可以存储 永久性配置信息，以使软件能够补偿外部电路的偏差。这种措施可以使已被弃用的设备被  重新利用或出售。

2. 动作配置及用户化。  MAXQ3210应用系统可以按照特定环境或用户的要求定制。比如，环 境监视系统可以被配置为大型网络的一部分，当测量值超过门限时，该系统不但自己鸣喇叭告警，而且还可向其他设备发出警报。通过配置，生产厂家可以使能或禁止这种网络功 能。

3.工作期限。用于环境监视的传感器和测量电路可能会随着使用期限而劣化。通过修改 EEPROM中的数据，应用程序可以确定电路必须被替换的时间。比如，在使用5年后，监 视系统可以自动禁止自己工作，并通过鸣喇叭或点亮LED提示自己不能再工作。

环境监视应用

火灾和煤气警报器等住宅安全系统是典型的环境监视应用。  MAXQ3210完全可以实现这些功   能，但是它比烟雾警报专用微控制器更通用。利用本文前面介绍的环境监视程序架构，可以开发出各种应用系统。在下面列举的安全应用中，有些应用是为了防止或减少公司或家庭的损   失，其余的应用是为了方便用户。

为了防止家庭或办公室遭受水灾，可以为地下室安装水位监视系统。该系统可以利用湿度传感 器或类似于卫生间冲洗水箱的装置来检测水位。当水溢出或超过一定水位时，传感器或浮漂触 发外部中断，  MAXQ3210鸣喇叭，发出警报。此外，  MAXQ3210可以和公司或家庭网络通信， 把警报发给公司或家庭成员。

温度监视是另一种可能的应用。超市冰柜或运输车冷冻车厢内的温度不能过高。为此，可以用简单的热敏电阻和MAXQ3210构成监视系统。当冷却器内的食物温度超过安全界线时，系统发出警报。这种监视系统有许许多多的用途，比如，用于监视网络设备、实验室设备、保藏艺术品、饮料以及其他易腐烂物品的温度。

监视应用的目的也可能是为了方便用户。当宠物、小孩或入侵者进入家庭的禁区时，由MAXQ3210构成的运动检测器可以向主人发出警报。当然，该检测器应该可以通过按钮来开 关。

MAXQ3210也很适合实现一个辅助泊车装置。它可以根据距离探测电路测量的距离使喇叭发出不同的警报声音。这种系统需要一些配置和智能处理。在车库内停车时，系统能够帮助车主防止碰撞墙壁，但用户并不希望他们从探测电路前面走过时系统鸣喇叭警告。为此，可用软件实现延迟，当系统初次探测到移动时，软件可以让系统等待两秒钟看是否有进一步的移动。若无，这可能是有人在传感器前面走动。也可以通过按钮来开关系统；这样可以避免用户在车库 内工作时系统不断地发出警告。

评估工具

MAXQ3210评估工具(EV kit)是开发原型应用系统的理想平台。它使用9V电源或电池，用两个按 钮分别来复位和产生中断信号，用一个10针JTAG接头访问硬件调试程序，可以显示和调整       MAXQ3210的寄存器、存储器和堆栈。  I/O引脚由一个便利的2x 20针接头引出，靠近原型区以 便于测试外部电路。

板上压电喇叭和LED可被用作应用中的测试信号和发生设备。默认状态下，压电喇叭输出经过阻尼的声音—响亮，但不刺耳。也可通过跳线来短路阻尼电路，使喇叭发出最强的85dB音量。

MAXQ3210评估工具可以配合MAX-IDE使用。它支持MAXQ3210的硬件调试引擎，可进行源代 码级的调试和监视内存。

图3. MAXQ3210评估工具配备有压电喇叭、 LED和9V电池座，支持完整的应用开发。

MAX03210的优点总结

如上所述，  MAXQ3210在环境监视应用中有诸多优点。其中的主要优点之一是高集成度。监视 应用所需的元件基本上都被集成到了芯片上(包括电压比较器、喇叭和LED驱动器等)，因此省去 了不少外部元件。高集成度降低了系统的费用，提高了系统的可靠性，减少了需要测试的元件  数量。而且，单片化的方案所需的连线更少，缩短了电路板的测试时间。单片方案也意味着印  刷板更小、成本更低。

MAXQ3210的另一个优点是高性能，低功耗。单周期MAXQ核和大量的寄存器空间允许应用程 序更高效地保存数据并更迅速地执行任务。  MAXQ3210在更多的时间内处于低功耗休眠模式， 而执行代码的时间更少。

最后，MAXQ3210的电池监视功能和数据EEPROM便于实现灵巧、自我监视的应用。电池快耗 尽时器件可警告用户。此外，系统还可跟踪其元件的寿命，实现有计划的设备更新。

结论

MAXQ3210是一款MAXQ微控制器的低引脚数实现，用于不需要高档微控制器提供的外设的应用。虽然MAXQ3210是环境监视系统的理想方案，但它也是一个通用的、高性能、节能型微控制器，能够为许多应用提供智能和互动能力。

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