消防應(yīng)急燈專用控制芯片設(shè)計(jì)

　　引言

　　1.1 8051徼處理器IP核

　　8051是一款單芯片、快速的8位微處理器IP核。它的8位功能性的嵌入式控制器支持所有的ASM51指令集以及80C31的相同指令。指令是計(jì)算機(jī)用于控制各部分功能部件完成某一動(dòng)作的指令和命令。8051核的指令按照功能分為5類：數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算及移位指令、控制轉(zhuǎn)移指令、位操作指令。豐富的指令可以增加IP核的使用范圍，同時(shí)8051提供軟件和硬件中斷，一個(gè)串行通信的接口以及兩個(gè)定時(shí)器。

　　在對(duì)8051的仿真測(cè)試過(guò)程中，具體測(cè)試到哪部分就針對(duì)哪部分編寫相應(yīng)的測(cè)試程序，對(duì)后續(xù)添加的模塊要根據(jù)模塊的功能編寫相應(yīng)的測(cè)試程序。

　　對(duì)8051核的仿真測(cè)試進(jìn)行的主要測(cè)試內(nèi)容如下：各個(gè)器件的測(cè)試，包括加法器、乘/除法器、內(nèi)/外部RAM、ROM、特殊功能寄存器、定時(shí)器、外部中斷、UART、P0～P3管口以及每一條指令的測(cè)試，共256個(gè)操作碼。圖2為定時(shí)器O的仿真測(cè)試波形。

　　8051微處理器IP核作為該芯片的核心控制部分，具有運(yùn)算速度快、工作電壓范圍廣、工作功耗低等優(yōu)點(diǎn)。在軟硬件功能劃分上，該模塊主要利用軟件完成電檢測(cè)，工作狀態(tài)顯示，自復(fù)式檢測(cè)功能和主電故障保護(hù)功能。欲了解更多信息請(qǐng)登錄電子發(fā)燒友網(wǎng)(http://www.elecfans.com)

　　同時(shí)8051是開源的代碼設(shè)計(jì)核，可用于ASIC的再使用以及FPGA開發(fā)。

　　1.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

　　實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的基本方法有十幾種，常用的有計(jì)數(shù)法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。由于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換具有速度快、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，而且采用這種方法的芯片成本較低，因此在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之中獲得了廣泛的應(yīng)用。

　　這類A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理建立在逐次逼近的基礎(chǔ)之上，即把輸入電壓和一組從參考電壓分層得到的量化電壓進(jìn)行比較，比較從最大的量化電壓開始，由粗到細(xì)逐次進(jìn)行，由每次比較的結(jié)果來(lái)確定對(duì)應(yīng)的位是1還是0，不斷比較，不斷逼近，直到兩者的差別小于某一誤差范圍時(shí)即完成一次轉(zhuǎn)換。

　　1.3 RS 485總線模塊

　　在工業(yè)控制及測(cè)量領(lǐng)域較為常用的網(wǎng)絡(luò)之一就是物理層采用RS 485通信接口所組成的工控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。這種通信接口可以十分方便地將許多設(shè)備組成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)。RS 485通信協(xié)議的物理層是利用物理媒介實(shí)現(xiàn)物理連接的功能描述和執(zhí)行連接的規(guī)程，提供用于建立、保持和斷開物理連接的、機(jī)械的、電氣的、功能的和過(guò)程的條件。數(shù)據(jù)鏈路層用于建立、維持和拆除鏈路連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)傳輸?shù)墓δ?。?yīng)用層針對(duì)不同的應(yīng)用，利用鏈路層提供的服務(wù)，完成不同通信節(jié)點(diǎn)之間的通信。

　　1.4 電源監(jiān)控保護(hù)模塊

　　電池是應(yīng)急燈的重要組成部分，過(guò)度放電會(huì)影響電池的壽命。自帶電源型消防應(yīng)急燈具由于使用獨(dú)立電源作為備甩電源，電池的特性會(huì)直接影響到應(yīng)急時(shí)間、光源的亮度，因此采用合適的電池非常重要。目前，消防應(yīng)急燈具普遍采用鎳鉻或鎳氫充電電池。同時(shí)，控制系統(tǒng)必須對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的保護(hù)。

　　1.5 光源監(jiān)控保護(hù)模塊

　　光源控制模塊完成兩個(gè)功能：應(yīng)急狀態(tài)下產(chǎn)生信號(hào)，打開備用電源和光源的放電回路，在市電正常時(shí)檢測(cè)光源是否打開。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：消防應(yīng)急燈具的應(yīng)急轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)不大于5 s，高危險(xiǎn)區(qū)域使用的消防應(yīng)急燈具的應(yīng)急轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于0.25s。

　　2 結(jié)語(yǔ)

　　研制高度集成新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)的消防控制專用芯片，無(wú)疑將大大降低設(shè)備制造商的產(chǎn)品開發(fā)難度、成本與能耗，提高設(shè)備的可靠性。這已經(jīng)成為芯片設(shè)計(jì)者、設(shè)備制造商追求的目標(biāo)。隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷加大，該芯片的成本還有進(jìn)一步的降低空間?？紤]到市場(chǎng)有對(duì)產(chǎn)品要求不斷提高的趨勢(shì)，在設(shè)計(jì)時(shí)，該芯片預(yù)留了系統(tǒng)升級(jí)更新的空間，可在短時(shí)間內(nèi)發(fā)展出衍生品種，滿足市場(chǎng)需求。