智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)，幫助家庭遠(yuǎn)離霧霾

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

主控模塊：

AVRmeg16

AVRmeg16的主要特性如下

• 高性能、低功耗的 8 位 AVR ® 微處理器

• 先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu)

– 131 條指令 – 大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期

– 32 個(gè) 8 位通用工作寄存器

– 全靜態(tài)工作

– 工作于 16 MHz 時(shí)性能高達(dá) 16 MIPS

– 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器

• 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

– 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash

擦寫壽命 : 10,000 次

– 具有獨(dú)立鎖定位的可選 Boot 代碼區(qū)

通過片上 Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程

真正的同時(shí)讀寫操作

– 512 字節(jié)的 EEPROM

擦寫壽命 : 100,000 次

– 1K 字節(jié)的片內(nèi) SRAM

– 可以對(duì)鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密

• JTAG 接口 ( 與 IEEE 1149.1 標(biāo)準(zhǔn)兼容 )

– 符合 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能

– 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能

– 通過 JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對(duì) Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程

• 外設(shè)特點(diǎn)

– 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器

– 一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器

– 具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器 RTC

– 四通道 PWM

– 8 路 10 位 ADC

8 個(gè)單端通道

TQFP 封裝的 7 個(gè)差分通道

2 個(gè)具有可編程增益 （1x, 10x, 或 200x）的差分通道

– 面向字節(jié)的兩線接口

– 兩個(gè)可編程的串行 USART

– 可工作于主機(jī) / 從機(jī)模式的 SPI 串行接口

– 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器

– 片內(nèi)模擬比較器

• 特殊的處理器特點(diǎn)

– 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)

– 片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的 RC 振蕩器

– 片內(nèi) / 片外中斷源

– 6 種睡眠模式 : 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及

擴(kuò)展的 Standby 模式

• I/O 和封裝

– 32 個(gè)可編程的 I/O 口

– 40 引腳 PDIP 封裝 , 44 引腳 TQFP 封裝 , 與 44 引腳 MLF 封裝

• 工作電壓 :

– ATmega16L：2.7 - 5.5V

– ATmega16：4.5 - 5.5V

• 速度等級(jí)

– 0 - 8 MHz ATmega16L

– 0 - 16 MHz ATmega16

• ATmega16L 在 1 MHz, 3V, 25°C 時(shí)的功耗

– 正常模式 : 1.1 mA

– 空閑模式 : 0.35 mA

– 掉電模式 : 1 µA

網(wǎng)絡(luò)模塊：

AT32UC3A0512

AT32UC3A0512主要特性如下：

高性能，低功耗AVR32UC 32位微控制器

精簡(jiǎn)單周期RISC指令集，含DSP指令集

“讀-改-寫”三步操作和位元處理操作

1.49 DMIPS/MHz性能表現(xiàn)

在FLASH中66 MHz下，高達(dá)91 DMIPS的運(yùn)行速度(1等待狀態(tài))

在FLASH中33 MHz下，高達(dá)49 DMIPS的運(yùn)行速度(0等待狀態(tài))

內(nèi)存保護(hù)單元

多層次總線系統(tǒng)

通過為提高性能而設(shè)的獨(dú)立總線上，實(shí)現(xiàn)高性能數(shù)據(jù)傳輸

15個(gè)外設(shè)DMA通道，提高外設(shè)通信速度

內(nèi)部高速FLASH

512K Bytes

單周期訪問速度高達(dá)33 MHz

預(yù)取緩沖，優(yōu)化了指令執(zhí)行效率，達(dá)到最高速度

4ms頁(yè)面編程時(shí)間和8ms整片擦除時(shí)間

100,000次寫周期，15年數(shù)據(jù)保存能力

FLASH安全鎖定和用戶自定義配置區(qū)

內(nèi)部高速SRAM，全速單周期訪問

64K Bytes

外部存儲(chǔ)器接口，用于AT32UC3A0擴(kuò)展

兼容SDRAM/SRAM存儲(chǔ)器總線(16位數(shù)據(jù)總線和24位地址總線)

中斷控制器

自動(dòng)向量低延時(shí)中斷服務(wù)，帶可編程優(yōu)先級(jí)

系統(tǒng)功能

電源時(shí)鐘管理，含內(nèi)部RC時(shí)鐘和1個(gè)32KHz晶振

兩個(gè)多用途振蕩器和雙鎖相環(huán)(PLL)，允許獨(dú)立CPU頻率，不受USB頻率影響

看門狗定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)器

通用串行總線

Device 2.0全速，以及On-The-Go(OTG)低速和全速

通過專用的DMA通道實(shí)現(xiàn)靈活的端點(diǎn)配置和管理

片上收發(fā)器，含上拉電阻

10/100 Mbps的以太網(wǎng)MAC接口

802.3以太網(wǎng)媒體訪問控制器

支持媒體獨(dú)立接口(MII)和簡(jiǎn)化MII(RMII)

1個(gè)三通道16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器(TC)

3個(gè)外部時(shí)鐘輸入，PWM，接收和多種計(jì)時(shí)能力

1個(gè)7通道16位脈寬調(diào)制控制器(PWM)

4個(gè)通用 同步/異步 接收/發(fā)送器(USART)

獨(dú)立波特率發(fā)生器，支持SPI，IrDA和ISO7816接口

支持硬件握手操作，RS485接口和調(diào)制解調(diào)線路

2個(gè)主/從串行外設(shè)接口(SPI)，帶片選信號(hào)

1個(gè)同步串行協(xié)議控制器

支持I2S協(xié)議和通用基于框架協(xié)議

1個(gè)主/從2-wire接口(TWI)，兼容400kbit/s I2C

1個(gè)8通道10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器

16位立體聲比特流

采樣速率最高可達(dá)50 KHz

片上調(diào)試系統(tǒng)(JTAG接口)

Nexus Class 2+，運(yùn)行控制，非強(qiáng)加數(shù)據(jù)和程序跟蹤

100腳 TQFP(69 GPIO引腳)，144腳 LQFP(109 GPIO引腳)

5V輸入容差I(lǐng)/Os

3.3V單電源供電或1.8V-3.3V雙電源供電