摘? 要: 介紹一種采用單片機(jī)SST86542R作為控制核心的家電控制系統(tǒng)，其與市場上的同類產(chǎn)品相比，減少了硬件資源，在成本和功耗方面有較大的改進(jìn)。

　　關(guān)鍵詞: 單片機(jī)? SST86542R芯片

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　　從對(duì)家電的控制手段來看，經(jīng)歷了兩個(gè)階段。在上世紀(jì)70年代到80年代，家用電器基本上屬于機(jī)電控制功能型。進(jìn)入90年代，家用電器出現(xiàn)了智能化，轉(zhuǎn)向電腦控制的智能型家電。這種智能型家電一般通過微控制器(即單片機(jī))實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制操作。未來的家電將實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，Bluetooth、HomeRF以及IEEE802.15等標(biāo)準(zhǔn)的制定表明了這個(gè)趨勢。本文以一種家電冷風(fēng)扇為例，介紹單片機(jī)在家電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。家電冷風(fēng)扇是一種能模擬空調(diào)輸出冷風(fēng)的電風(fēng)扇，其控制核心采用SST86542R單片機(jī)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成和核心接口電路的工作原理

　　設(shè)計(jì)家電控制器的核心是成本、功耗的控制?，F(xiàn)在市場上的同類產(chǎn)品中需要的硬件資源比較多，包括一個(gè)MCU和一個(gè)三-八譯碼器，其中三-八譯碼器用于擴(kuò)展I/O端口。實(shí)際上，在一般MCU的I/O端口足夠的情況下，可以充分利用MCU，采用軟件編碼模塊完全代替三-八譯碼器，從而降低成本和功耗。

1.1 用戶端的輸入信號(hào)源和輸出信號(hào)源

　　冷風(fēng)扇除了具有普通電風(fēng)扇的基本功能外，還有一個(gè)最重要的功能——冷風(fēng)功能，用于選擇是否冷風(fēng)輸出?？刂乒δ苄枰獌蓚€(gè)水位信號(hào)源——缺水(L)、水滿(H)，輸出信號(hào)一個(gè)。

　　從用戶使用方面來講，有下列輸入源和輸出源。

　　輸入源:

　　· 6個(gè)鍵盤:關(guān)機(jī)、開機(jī)/風(fēng)速、風(fēng)類、導(dǎo)風(fēng)、定時(shí)和冷風(fēng);

　　· 6個(gè)紅外遙控功能鍵:與鍵盤相對(duì)應(yīng);

　　· 2個(gè)水位信號(hào)。

??? 輸出源:

　　· 12個(gè)LED指示燈;

　　· 5個(gè)控制信號(hào):高風(fēng)HF、中風(fēng)MF、低風(fēng)LF、導(dǎo)風(fēng)SWI和冷風(fēng)輸出控制;

　　· 蜂鳴信號(hào)。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成框圖

　　本設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)SST86542R。該單片機(jī)有20個(gè)I/O端口，352字節(jié)片上SRAM，16KB Flash EEPROM，以及兩個(gè)可充當(dāng)計(jì)數(shù)器的模塊Core Timer 和Carrier Modulator Transmitter。采用6805精簡指令集。

　　6個(gè)紅外輸入共用一個(gè)紅外輸入端口，根據(jù)輸入的紅外碼來判斷輸入的按鍵。6個(gè)鍵盤輸入共用一個(gè)鍵盤輸入端口。12個(gè)LED指示燈與單片機(jī)的接口有8個(gè)，分別為6個(gè)掃描端口和2個(gè)控制端口。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

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1.3 LED和鍵盤輸入的接口電路及其工作原理

　　為了節(jié)省I/O端口，接口電路將12個(gè)LED排列成一個(gè)6行×2列的矩陣，如圖2所示。每列有6個(gè)LED，其陽極相連并通過一個(gè)反相器連接到單片機(jī)的I/O口，稱為控制端口。每行有2個(gè)LED，其陰極相連并與單片機(jī)I/O口相連，稱為掃描端口。每一行的掃描端口后串聯(lián)一個(gè)二極管和一個(gè)脈沖式鍵盤，6個(gè)鍵盤的另一端相連并與單片機(jī)的公共鍵盤輸入端口相連。這樣LED和鍵盤僅需要9個(gè)端口。

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　　由于電路上的需要，LED和鍵盤檢測采用行掃描的工作方式。每次掃描將需掃描行的掃描端口置低，其它掃描端口置高。如果此時(shí)按下被掃描行的鍵盤，那么公共鍵盤輸入端口為低電平，否則為高電平。為了讓指示燈持續(xù)發(fā)亮沒有閃爍感，掃描頻率要求75Hz以上。每周期掃描6行，因此掃描時(shí)間間隔應(yīng)小于2.2ms。

2 軟件模塊的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件分為主程序和實(shí)時(shí)中斷兩個(gè)模塊。

　　主程序包括系統(tǒng)參數(shù)初始化和循環(huán)工作過程。系統(tǒng)參數(shù)初始化包括單片機(jī)狀態(tài)參量和程序自定義的狀態(tài)變量的初始化。循環(huán)工作過程循環(huán)執(zhí)行水位檢測、紅外碼流檢測、輸入狀態(tài)字變化檢測、輸出端口賦值和定時(shí)器檢查等任務(wù)。

　　實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序是本設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，主要處理與時(shí)間有關(guān)的任務(wù)，包括掃描端口和控制端口的賦值、鍵盤檢測、定時(shí)器的處理、蜂鳴波形的產(chǎn)生和紅外信號(hào)的捕獲等。

2.1 鍵盤和LED的掃描編碼

????指示燈用于指示系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，而系統(tǒng)的狀態(tài)由用戶輸入的信號(hào)來改變。根據(jù)6種不同的輸入源，定義6個(gè)輸入狀態(tài)變量，每一次按鍵，相應(yīng)的狀態(tài)字將產(chǎn)生變化，表示系統(tǒng)的不同狀態(tài)。從上述的電路及其工作原理可以看出，輸入鍵盤和掃描端口的值是相互對(duì)應(yīng)的，如‘關(guān)閉鍵’對(duì)應(yīng) 011111，狀態(tài)變量設(shè)為OFF，只有兩個(gè)狀態(tài)，開/關(guān)，因此用一個(gè)比特就能表示。同理可以得到其它5個(gè)狀態(tài)變量的定義和編碼。編碼應(yīng)盡量簡單，狀態(tài)的變化如能采用自減一或自加一則最好。詳細(xì)見表1。

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　　LED的掃描端口是確定的六個(gè)值，控制端口的數(shù)據(jù)由輸入狀態(tài)變量來決定。

　　當(dāng)系統(tǒng)處于開機(jī)狀態(tài)下，掃描端口是011111時(shí)，表示選中(圖2)LED矩陣的第一行，此時(shí)系統(tǒng)控制第一行兩個(gè)燈的亮滅。首先來看看這兩個(gè)燈各代表什么意思，第一個(gè)表示‘導(dǎo)風(fēng)’連接到PA0端口，第二個(gè)表示‘冷風(fēng)’ 連接到PA1端口。

從狀態(tài)字的定義來看，SWING=1，無導(dǎo)風(fēng)，則燈滅， 反之SWING=0，燈亮;由于MCU的PA0端口通過反相器連接到該燈的陽極，所以 PA0=1，燈滅，PA0=0，燈亮，因此PA0的值直接等于狀態(tài)變量SWING。同理，PA1=COOL。

　　在其它5個(gè)不同的掃描端口賦值下，根據(jù)控制燈和狀態(tài)字的意義，可以得出如表2的結(jié)果，表中的 (0)、(1)、(2)、(3)表示該狀態(tài)字的第0、1、2、3位的值。當(dāng)系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，所有指示燈是滅的，因此對(duì)于6個(gè)掃描端口值，控制端口PA1-PA0恒等于11，不驅(qū)動(dòng)LED。

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　　事實(shí)上，5個(gè)控制輸出信號(hào)也是與當(dāng)前的狀態(tài)變量密切相關(guān)的，它們的賦值計(jì)算方法與PA1、PA0相同。

2.2 紅外碼流檢測

　　紅外碼流檢測采用查詢方式。在實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序中，每隔2ms檢查是否有紅外按鍵輸入，進(jìn)行引導(dǎo)碼的查詢捕獲。一旦捕獲后，執(zhí)行碼流檢測子程序，該子程序包括讀取碼字和判斷碼字兩步。讀取碼字是一個(gè)對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣的過程，判斷碼字是一個(gè)數(shù)據(jù)匹配的過程。

2.3 軟件設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題

　　(1)時(shí)間匹配

　　在主程序處理紅外碼流的檢測過程時(shí)，仍然會(huì)產(chǎn)生實(shí)時(shí)中斷。如上所述，紅外碼流用采樣的辦法進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，則采樣間隔的大小將直接影響到對(duì)紅外信號(hào)的正確接收。如果采樣間隔太大，得到的數(shù)據(jù)不夠精確，不足于分辨1/0比特;但是如果采樣間隔太小，小于中斷服務(wù)程序執(zhí)行一次的時(shí)間，則采集的數(shù)據(jù)會(huì)變小，導(dǎo)致錯(cuò)誤判斷。因此中斷服務(wù)程序應(yīng)該寫得盡量簡短。

　　(2)紅外碼流檢測方式

　　紅外碼流的檢測可以采用外中斷方式或查詢方式，在本設(shè)計(jì)中采用查詢方式。因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)定義了外中斷的級(jí)別比實(shí)時(shí)中斷高，一旦產(chǎn)生外中斷，實(shí)時(shí)中斷請(qǐng)求將被忽略，不執(zhí)行掃描過程，因此會(huì)產(chǎn)生部分應(yīng)該點(diǎn)亮的指示燈沒有點(diǎn)亮的現(xiàn)象。

　　(3)紅外碼流數(shù)據(jù)匹配

　　數(shù)據(jù)匹配是一個(gè)把采集后的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較的過程。預(yù)設(shè)定的數(shù)值可以從紅外波形理論計(jì)算得出，但是理論值與實(shí)際值總會(huì)存在一些差異，因此最好的解決辦法是預(yù)先寫一段數(shù)據(jù)采集程序并記錄下這些數(shù)據(jù)代替理論值，作為預(yù)設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較。

　　SST65P54R工作電壓為2.2～3.2V，功耗小，適用于家電控制系統(tǒng)。另外，本文中的軟件開發(fā)模塊易于推廣成家電控制器的通用軟件模塊。

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參考文獻(xiàn)

1 SST65P54R Design Specification Rev A 02.SST.Sep.1999

2 剛寒冰，齊秋群.MOTOROLA單片機(jī)M68HC05原理與應(yīng)用大全.北京:北京理工大學(xué)出版社，1994