概述
MAXQ3210微控制器是一款功能強(qiáng)大的RISC微控制器,器件所具備的功能和特性使其非常適合電池供電的監(jiān)控和音頻報(bào)警系統(tǒng)。微控制器內(nèi)部集成了5V至9V穩(wěn)壓器、壓電揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器和模擬比較器,大大降低了系統(tǒng)的元件數(shù)量。另外,停機(jī)模式、喚醒模式等多種低功耗特性使其在9V電池供電時(shí)能有效延長(zhǎng)工作時(shí)間。
本應(yīng)用筆記提供了一個(gè)利用MAXQ3210微控制器實(shí)現(xiàn)水位監(jiān)測(cè)及音頻報(bào)警的系統(tǒng),該系統(tǒng)利用礦物質(zhì)對(duì)水的電導(dǎo)率的影響來(lái)檢測(cè)水位,并在必要時(shí)給出報(bào)警信號(hào)。本文介紹的方案還不能直接用作最終產(chǎn)品,只是說(shuō)明有效利用MAXQ3210功能的案例。實(shí)例中使用的水位檢測(cè)機(jī)制并未在極端環(huán)境下進(jìn)行可靠性測(cè)試,也沒(méi)有對(duì)其長(zhǎng)期工作的有效性進(jìn)行評(píng)估。本應(yīng)用筆記提供的只是一個(gè)簡(jiǎn)單案例,可以對(duì)自來(lái)水進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。
本應(yīng)用筆記中的程序針對(duì)MAXQ3210編寫(xiě),并進(jìn)行了測(cè)試,也可以運(yùn)行在包含類(lèi)似資源的其它MAXQ器件,如MAXQ3212。例程開(kāi)發(fā)環(huán)境是MAX-IDE 1.0版和MAXQ3210評(píng)估板修訂版B版。關(guān)于評(píng)估套件的詳細(xì)信息,請(qǐng)參見(jiàn)MAXQ3210EVKIT。
工作原理
本應(yīng)用筆記將詳細(xì)討論MAXQ3210的功能及特性,MAXQ3210的內(nèi)部比較器允許使用最少外圍器件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)使用處理器的低功耗休眠模式和喚醒定時(shí)器,使電池供電監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)在絕大部分時(shí)間處于停機(jī)模式,只是周期性地喚醒系統(tǒng)檢測(cè)水位,判斷是否發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
以下部分說(shuō)明MAXQ3210的一些功能及在本應(yīng)用如何有效利用這些功能,并對(duì)這些功能的結(jié)構(gòu)、設(shè)置進(jìn)行說(shuō)明。
水監(jiān)測(cè)傳感器探頭
水監(jiān)測(cè)傳感器探頭如圖1所示,如上所述,該傳感器不是針對(duì)最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)的。它由一片塑膠材料固定屏蔽夾子形狀的電極。電極之間的距離可以任選或由具體材料決定。傳感器通過(guò)一個(gè)間距為0.1的4引腳連接器直接連接到MAXQ3210評(píng)估板的J4 (引腳9-P0.4、11-P0.5/CMPI和13-P0.6)。1.0M電阻(圖中靠近連接器的導(dǎo)線(xiàn)部分)作為傳感器電極的一個(gè)上拉電阻,該電阻直接焊接到連接器的一個(gè)引腳。
圖1. 水監(jiān)測(cè)探頭
圖2. 水監(jiān)測(cè)原理圖
水監(jiān)測(cè)傳感器探頭與處理器的連接原理圖如圖2所示。傳感器一端連接至MAXQ3210的內(nèi)部模擬比較器輸入端CMPI,P0.5。該輸入還與1.0M電阻相連,電阻的另一端接處理器的端口引腳,P0.6。軟件將P0.6配置為輸出,并在系統(tǒng)初始化部分將其置為高電平。由于比較器具有高輸入阻抗,這種配置在正常條件下使CMPI接近于VCC (例如,傳感器電極沒(méi)有浸入水中)。傳感器的另一端連接至端口P0.4,P0.4配置為輸出引腳并置為低電平。當(dāng)兩個(gè)傳感器電極都浸入水中時(shí),水的電導(dǎo)率強(qiáng)行比較器輸入下拉至地。發(fā)生這種情況時(shí),比較器輸出CMPO改變。關(guān)于模擬比較器及其工作的詳細(xì)信息將在本文的后續(xù)內(nèi)容討論。
停機(jī)模式的重要性
除斷電狀態(tài)外,停機(jī)模式是MAXQ3210的最低功耗模式。停機(jī)模式下禁止處理器內(nèi)部環(huán)形振蕩器、喚醒定時(shí)器(如果使能)以外的所有電路工作。片上時(shí)鐘、定時(shí)器和外設(shè)電路都將停止工作,程序也會(huì)停止運(yùn)行。一旦進(jìn)入停機(jī)模式,MAXQ3210的絕大部分時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài),其功耗主要由漏電流決定。結(jié)合喚醒定時(shí)器使用停機(jī)模式,可實(shí)現(xiàn)低功耗工作。
實(shí)際工作環(huán)境下,水位變化非常慢。因此,處理器在絕大部分時(shí)間內(nèi)可處于停機(jī)模式,只需在較長(zhǎng)的時(shí)間間隔內(nèi)喚醒一次簡(jiǎn)單的傳感器檢測(cè)操作。實(shí)例中,選擇一分鐘作為傳感器的采樣周期。該時(shí)間間隔既不會(huì)錯(cuò)過(guò)報(bào)警,也能夠有效利用處理器的停機(jī)狀態(tài),充分延長(zhǎng)電池的使用壽命。如果這個(gè)周期對(duì)于特定的應(yīng)用過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短,可將軟件中的喚醒延時(shí)常數(shù)(WUDel)改為所要求的數(shù)值,然后重新編譯程序。以下喚醒定時(shí)器周期公式給出了這個(gè)時(shí)間間隔的計(jì)算方式：
當(dāng)處理器時(shí)鐘控制寄存器的STOP位,CKCN.4,置1時(shí),處理器立即進(jìn)入停機(jī)模式。如發(fā)生以下任何條件,處理器將退出停機(jī)模式：
P1.1/RESET出現(xiàn)低電平有效復(fù)位(如果沒(méi)有禁止)
上電復(fù)位(如果沒(méi)有禁止)
P0.6/INT出現(xiàn)外部中斷(如果使能)
喚醒定時(shí)器計(jì)時(shí)到0(如果使能)及中斷被響應(yīng)
處理器由于喚醒定時(shí)中斷而退出停機(jī)模式不會(huì)影響處理器的配置,其中包括時(shí)鐘控制位設(shè)置。外部復(fù)位引起的退出停機(jī)模式則不同,處理器將恢復(fù)到默認(rèn)上電狀態(tài)。因此,在進(jìn)入停機(jī)模式之前,處理器應(yīng)該初始化為標(biāo)準(zhǔn)工作狀態(tài),以便在退出停機(jī)模式時(shí)恢復(fù)到原配置。喚醒定時(shí)器中斷及其中斷服務(wù)程序(ISR)除了使處理器退出停機(jī)模式外,還將啟動(dòng)其它系統(tǒng)功能(如,檢測(cè)傳感器、使揚(yáng)聲器發(fā)聲、低電池電壓檢測(cè)等)。
