摘要：基于空間受到限制的電路中，尋求實(shí)現(xiàn)智能化系統(tǒng)管理與控制的目的，通過給出：LED的變閃燈驅(qū)動、醫(yī)用輸液監(jiān)視、電熱剪調(diào)控、高亮LED亮度調(diào)光共四例應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中采用PIC10F20X系列單片機(jī)，通過軟件產(chǎn)生PWM控制信號、間歇式電源供電與測試點(diǎn)檢測過程管理，說明在定時控制、PWM信號產(chǎn)生、I／O監(jiān)控、電池供電下能耗控制方面的應(yīng)用方法。從而實(shí)現(xiàn)了高亮LED調(diào)光電路PWM信號占空比1％～99％以上控制、醫(yī)用輸液監(jiān)視器電池使用壽命延長4倍以上等技術(shù)需求。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；間歇式控制；PWM；占空比；定時控制；I／O監(jiān)控；低功耗
由Microclaip Technology Inc出品的單片機(jī)：PIC10F200／202／204／206，因采用了SOT-23-6封裝，被稱著為世界上最小單片機(jī)。其僅有33條單字指令，除了程序跳轉(zhuǎn)指令為雙周期指令外，其余均為單周期指令(12位寬)；含2級硬件堆棧、數(shù)據(jù)和指令(直接、間接和相對尋址模式)、8位寬數(shù)據(jù)總線、8個特殊功能硬件寄存器：工作速度為4 MHz內(nèi)部時鐘1μs指令周期的RISC架構(gòu)單片機(jī)，完成需要微型化、極小電路
板空間、高性價(jià)比、低電源電壓供電的低功耗環(huán)境嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。
在以下LED的變閃燈驅(qū)動、醫(yī)用輸液監(jiān)視、配合555用于電熱剪調(diào)控、高亮LED亮度調(diào)光的4例應(yīng)用中，通過其集成開發(fā)環(huán)境MPLAB IDE，借助CSS公司的C語言編譯器，實(shí)現(xiàn)其C語言程序設(shè)計(jì)，并通過數(shù)碼微控技術(shù)室(www．01mcu．net)的USB—PIC編程器，采用ICSP方式完成HEX文件到PIC10F200、206的代碼裝載。同時在PROTEUS ISIS軟件中完成對應(yīng)功能仿真，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的驗(yàn)證。最后完成實(shí)物制作。
1 LED變閃燈電路
電路如下圖1所示，PIC10F200用于驅(qū)動30只LED的變閃燈電路。電路中BT1、BT2為鋰電池，U1 DW01—P為電池充電保護(hù)集成電路，其與U2 TM8205FC(雙NMOS)場放應(yīng)管構(gòu)成電池充放電管理，J1為外接充電電源接入端。當(dāng)J1插入充電電源時，單片機(jī)U3與LED(D1～D30)電源斷開，停止工作，此時僅電池進(jìn)行充電，由U1防止鋰電池BT1、BT2出現(xiàn)過充現(xiàn)象。當(dāng)JI充電電源完成充電斷開后，單片機(jī)U3與LED(D1～D30)開始工作，在按鍵S1的操作控制下，單片機(jī)U3通過其GPO引腳分由開關(guān)管VQ1、VQ2實(shí)現(xiàn)各5組3個LED燈的二種工作方式發(fā)光。分二路的目的在于使開關(guān)管VQ1、VQ2分配合理的工作電流到各自所驅(qū)動的15只LED。二種發(fā)光方式其一：以PWM方式控制所有的LED有合適的亮度；其二：在約2 s的時間內(nèi)，前1秒鐘以間歇雙閃動方式(其發(fā)光依然為PWM控亮度)三次閃光，后1秒熄滅。每按一次按鍵S1進(jìn)行一次二種方式的切換。工作中U1防止鋰電池BT1、BT2出現(xiàn)過放電現(xiàn)象。
在程序的起始部分中，用語句：#fuses=0x0FE3，說明關(guān)閉WDT、有代碼保護(hù)、GP3引腳作為I／O口功能、MCLR由電源上電產(chǎn)生，設(shè)置好單片機(jī)的配置字。其PWM信號產(chǎn)生設(shè)置一個自定義函數(shù)如下：
函數(shù)中若設(shè)變量a=b=1 000，則將在單片機(jī)GP0引腳產(chǎn)生50 ms時長共25次500 Hz，占空比為50％的PWM信號。若要改變占空比而維持PWM信號頻率不變，只需在增加或減小a值的同時，減小或增加b值，使a+b值始終為2 000不變，以實(shí)現(xiàn)LED有合適的亮度。
實(shí)現(xiàn)方式二的程序部分如下：
每按一次按鍵S1，c=～c，實(shí)現(xiàn)二種方式的切換。
2 醫(yī)用輸液監(jiān)視電路
醫(yī)用輸液監(jiān)視電路如下圖2所示。電路中IC1 ITR8307／TR8為反射式光電傳感器，在此作為檢測醫(yī)院輸液管中液體存量的檢測裝置，當(dāng)液體少時，其光通量增大，導(dǎo)致其射極輸出電位上升，而液體多時光通量小，該點(diǎn)電位低。由此通過運(yùn)放IC2B，形成檢測信號送單片機(jī)U1的GP3引腳，即該引腳為高電平時代表輸液管中液體存量正常，反之見缺液，由單片機(jī)通過其GP0發(fā)出信號，SP1、LED1以聲光報(bào)警方式告知醫(yī)護(hù)人員。電路通過-5號電池BT供電，其中IC3 CE8353及其外圍C2、L、VD3構(gòu)成了1．5～3V的升壓式開關(guān)電源電路。由于光電傳感器工作時，電流相對較大，在電池供電條件下，為節(jié)省電池電能，同時又能完成前述輸液管內(nèi)液體存量監(jiān)控，設(shè)置由單片機(jī)U1通過其GP1引腳控制IC1、IC2工作電源管理開關(guān)VQ1，單片機(jī)U1通過軟件設(shè)置，使VQ1在每600 ms中的第一個100 ms時，接通VCC1到VCC，100ms后。若U1的GP3引腳收到低電平缺液檢測信號，關(guān)閉VQ1，通過SP1、LED1發(fā)出持續(xù)100 ms間歇100 ms的二次報(bào)警；若U1的GP3引腳收到高電平液檢測正常信號，關(guān)閉VQ1，不論GP3引腳收到何信號，上述過程結(jié)束后，因VQ1均關(guān)閉，再等待500 ms后重覆上述過程。IC2A為電池電壓監(jiān)視報(bào)警電路，當(dāng)電池電壓低于0．9 V時LED2閃爍報(bào)警。由此大大結(jié)省電池的電能，常規(guī)下5號電池1節(jié)，大約可持續(xù)使用達(dá)25天以上。以上間歇控制方式，均由單片機(jī)U1在程序設(shè)計(jì)中以簡單的定時控制功能實(shí)現(xiàn)。程序代碼非常簡單，由文篇幅限制，省略。以上整個電路裝置，夾掛在輸液瓶下輸液管滴管側(cè)。
3 電熱剪調(diào)控電路
電路如下圖3所示，由客戶的使用習(xí)慣上，要求用電位器調(diào)整電熱剪的工作溫度，這里由U3時基電路555構(gòu)成PWM信號產(chǎn)生電路，由電位器R8調(diào)整U3第3腳輸出的PWM信號占空比，實(shí)現(xiàn)VQ3、VQ4外接的12 V陶瓷加熱片的溫度調(diào)控。電路中U2單片機(jī)的作用為對振動開關(guān)S1的監(jiān)測，在3分鐘內(nèi)，以每60μs偵測一次振動開關(guān)有無動作，若持續(xù)3分鐘均無動作，則單片機(jī)通過GP0引腳發(fā)出低電平，關(guān)閉555的PWM信號，停止陶瓷加熱片的加熱。D1 LED顯示振動開關(guān)的動作。實(shí)現(xiàn)該部分的程序如下：
以上之所以使用振動開關(guān)，是因?yàn)楣ぷ髦校穗娐穼⒀b在電熱剪的手柄上，使用中，作業(yè)者操作電熱剪完成包裝帶的裁剪及封口時，將手的振動動作，通過振動開關(guān)，讓單片機(jī)獲得電熱剪正在使用的信息。而當(dāng)作業(yè)者停止使用時，因振動開關(guān)不再有相應(yīng)信號送單片機(jī)，單片機(jī)自動關(guān)斷電熱剪的加熱。使用中，陶瓷加熱片二片分貼在剪刀的上下二片刀片上。
4 高亮LED調(diào)光電路
該電路如下圖4所示，電路中使用了集成高亮LED恒流驅(qū)動電路PT4115，該電路有很寬的電源電壓工作范圍6～30 V，電路中由J1外接的高亮LED上，輸出電流最大可達(dá)1．2 A，通過其DIM端的PWM信號控制，可以通過PWM的占空比達(dá)1％～99％變化，實(shí)現(xiàn)多顆高亮LED串并聯(lián)組合的亮度調(diào)整。
該電路中單片機(jī)的PWM信號產(chǎn)生，同前第一例LED變閃燈電路，所不同處在于，其可通過ADD、SUBB按鍵改變PWM輸出函數(shù)中a、b值的大小來改變占空比大小，實(shí)現(xiàn)PT4115所要求的占空比控制。如下為實(shí)現(xiàn)在S1電源開關(guān)打開時監(jiān)控GP2 ADD引腳，實(shí)現(xiàn)增加PWM信號占空比，即增大亮度的部分程序：
實(shí)現(xiàn)減少亮度的方式，在條件反置時，只需將上述a=a+50；b=b-50修改為a=a-50；b=b+50即可。
5 結(jié)論
以上實(shí)例，通過PIC10F20X系列單片機(jī)，結(jié)合相應(yīng)新器件的應(yīng)用，可發(fā)現(xiàn)該系列單片機(jī)應(yīng)用上非常靈活，同時由于其開發(fā)環(huán)境完全與PIC其他的單片機(jī)相同，同樣可在C語言編譯器下編寫C語言程序，使得其程序開發(fā)非常方便。在使用中，因其內(nèi)置了4 MHz高精度內(nèi)部振蕩器，不再需要外置晶振，簡化了系統(tǒng)環(huán)境。而且由于其對電路環(huán)境的要求不高，完全能夠?qū)Ω鞣N信號，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場測試現(xiàn)場處理。在這里要提示的是：在編程上要注意芯片內(nèi)部的程序存儲器空間(PIC10F200僅256字、PIC10F206為512字)，編程上應(yīng)力求精簡化。