在智能化儀表應(yīng)用中,，片上型微處理控制器已經(jīng)得到非常廣泛的應(yīng)用,，這種微型控制器主要是向著單片化,、微型化、高性價比的方向發(fā)展,，特別是具有片上程序存儲器,、數(shù)據(jù)存儲器和不同的I/O接口的單片微處理器的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的智能化儀表的設(shè)計方法,。傳感器本身的智能化給現(xiàn)代儀表設(shè)計提供了更大的空間,，一些微控制器本身帶有A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、通訊接口(SPI,，CAN等)和保存校正參數(shù)的非易失存儲器的功能,，這種微控制器應(yīng)用于傳感器不僅給傳感器功能提供了很多的附加功能，給用戶提供了方便,，而且減小了系統(tǒng)的有效空間,，與一般系統(tǒng)設(shè)計中采用放大器、電阻及A/D轉(zhuǎn)換器相比,，這種微型控制器在性能/價格比上更具有競爭優(yōu)勢(其具備的A/D功能和D/A功能,，通訊接口和程序存儲器等可以節(jié)約更多的硬件成本)。
　　例如接近覺傳感器在機器人機械手中有十分重要的應(yīng)用,，其線形化是制約其應(yīng)用的主要的因素,，一般紅外接近覺傳感器輸入輸出呈明顯的非線形，且與溫度相關(guān),，利用一般的模擬電路設(shè)計方法將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)輸入信號提供給A/D轉(zhuǎn)換器,盡管在功能上能夠?qū)崿F(xiàn),，但是很難在性能上保持一致性；更為重要的是,，在一些場合這種處理方法會增加硬件的成本,，由于其體積較大而無法滿足實際的使用要求,，例如航天機器人使用的機械手上所使用的接近覺傳感器對體積、信號的穩(wěn)定性等都有嚴(yán)格的要求,。如果使用嵌入式微型控制器可以通過校準(zhǔn)獲得的數(shù)據(jù)表存儲到數(shù)據(jù)存儲器中，還可以通過數(shù)學(xué)模型對溫度的影響進行修正,，并將測量的結(jié)果(距離)直接通過接口傳送給上位機,，比較兩種方式，后者從功能上看毫無疑問節(jié)省空間,、性能優(yōu)越,，而成本則相差無幾，同時有效減少了上位機的處理時間,。
　　下面根據(jù)實際使用中涉及到的一些問題做一些論述,。

1 嵌入式微處理單片機硬件結(jié)構(gòu)
　　圖1是一典型的微型控制器的結(jié)構(gòu)框圖，與一般微處理器不同的是其將程序存儲器,、數(shù)據(jù)存儲器以及各種輸入輸出接口集成在單個芯片上,，而一般的微型處理器需要外接各種存儲器和擴展I/O接口。其基本的構(gòu)成如下：
　　CPU——微型控制器中央處理單元比較簡單,，一般采用精簡指令集,，不具備浮點運算等高級操作功能，其中通用算術(shù)單元ALU可以完成工作寄存器和文件寄存器間的算術(shù)和邏輯操作功能,，以8位整形數(shù)據(jù)工作,。在一般傳感器的應(yīng)用中無須復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，這種結(jié)構(gòu)簡單價格低廉的微單片處理器提供了一較好的解決方案,。
　　數(shù)據(jù)存儲器——由通用寄存器和特殊功能寄存器共同組成,，與一般單片機以K為單位的存儲空間相比，微型控制器的存儲單元較小,，只有256個字節(jié)甚至更少,，由于其空間小，地址簡單,，故常常用來作為微控制器的文件寄存器,。有一些微單片機將這些寄存器作為EEPROM或閃存，用來存儲校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和一般常數(shù),。
　　程序存儲器——用來存儲運行程序,。一般微型控制器采用特殊的結(jié)構(gòu)保證程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，與傳統(tǒng)的馮.諾曼結(jié)構(gòu)程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器在同一空間相比速度更快,，使得處理器在獲取命令的同時可以獲取數(shù)據(jù),。同時這種結(jié)構(gòu)可以使數(shù)據(jù)存儲器寬度和程序存儲器寬度不一樣，后者可以采用較寬的結(jié)構(gòu)以獲取更高的編碼效率,，其空間一般以K為單位記,。
　　I/O口——用來提供數(shù)值輸入輸出通道與外界交換數(shù)據(jù),，這些口除用于采樣狀態(tài)標(biāo)志外，還可以通過編程設(shè)置為與A/D或D/A交換數(shù)據(jù)接口,，或與其他單片機的通訊接口,。
　　定時器/計數(shù)器——其功能主要根據(jù)相應(yīng)的寄存器設(shè)置而定，作為計數(shù)器,，可以對外界的狀態(tài)變化或頻率計數(shù),；用作定時器時，可以用來實現(xiàn)對外界事件計時或控制微處理器周期運行,，如在某一段時間內(nèi)沒有事件發(fā)生時,，作為看門狗的定時器可以周期的復(fù)位，對于智能型的傳感器這種功能顯然很有用,。
　　A/D轉(zhuǎn)換器——一般微單片機中都具備內(nèi)部的4～8路A/D轉(zhuǎn)換器,，因此單片的微型機可以同時接入多個傳感器并實現(xiàn)信號處理。早期微處理器中的這種A/D轉(zhuǎn)換器是以8位為主,，而現(xiàn)在10位或12位精度的微型單片機較為普遍,，給用戶提供了較大的選擇余地。
　　通訊方式接口——對于不同的應(yīng)用場合,，目前的微單片控制器可以提供不同的通訊協(xié)議方式,，例如SPI，I²C,，或支持網(wǎng)絡(luò)接口的CAN,，USB方式。
2 軟件設(shè)計
　　現(xiàn)代微單片控制器中可以集成大量的硬件,，給用戶帶來了很大的方便,，在智能化傳感器的應(yīng)用設(shè)計時可以將其僅僅作為一個元件使用，輸入模擬信號輸出數(shù)值信號,。而在傳感器的智能化中,，實際上硬件所占比重微乎其微，軟件才是增加傳感器功能提高其附加值的主要因素,。
　　在傳感器中使用嵌入式微處理單片機來實時處理數(shù)據(jù)時,，其軟件的結(jié)構(gòu)不同于一般PC機中所采用的方式，前者簡單得多,。在傳感器中應(yīng)用單片機的主要功能是讀入輸入信號,，經(jīng)過簡單的數(shù)據(jù)處理再輸出結(jié)果，這些功能的實現(xiàn)主要采用下面三種結(jié)構(gòu)方式,。
　　·順序方式
　　·中斷方式
　　·多重選擇方式
　　順序方式——其工作原理如圖2所示,，其工作方式比較簡單，主要適合一些重復(fù)性的場合。單片機首先讀入傳感器的輸出,，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后輸出結(jié)果,，并更新內(nèi)部變量，執(zhí)行完后返回重新開始上面的過程(見圖2(a)),。很顯然這種方式本身是在一定的循環(huán)周期下反復(fù)運行,，浪費機器的時間，在輸入沒有發(fā)生變化時,，這種處理方式降低了傳感器本身的反應(yīng)速度,，可以改成(見圖2(b))結(jié)構(gòu)方式，如輸入沒有發(fā)生變化,，返回而輸出不變；當(dāng)輸入發(fā)生變化時,，才進行相應(yīng)的處理,。這樣有效提高了輸出對應(yīng)于輸入之間反應(yīng)效率。

　　中斷方式——這是各種CPU處理事件普遍采用的方式,，在應(yīng)用嵌入式微處理器到傳感器中同樣可以利用中斷模式來實現(xiàn)過程控制和處理,。這種處理方式在多傳感器系統(tǒng)中使用較多，在這里單片機采用上面的方式循環(huán)對部分傳感器采樣的數(shù)據(jù)處理,，執(zhí)行主程序,，當(dāng)某一傳感器的狀態(tài)改變(例如超過某一閾值)時即執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。例如,，在使用溫度實時補償?shù)闹悄芏鄠鞲衅飨到y(tǒng)中,，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，輸入與輸出的函數(shù)關(guān)系發(fā)生改變需要通過查表方式獲取對應(yīng)補償系數(shù)即可通過中斷方式實現(xiàn),。在有上下位機的多處理器系統(tǒng)中,，相互之間的通訊同樣可以通過中斷方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時交換。當(dāng)中斷發(fā)生時,，處理器保護好寄存器中數(shù)據(jù)到堆棧中,，優(yōu)先執(zhí)行中斷功能，當(dāng)中斷程序執(zhí)行完畢時返回斷點恢復(fù)現(xiàn)場繼續(xù)原來的程序,，當(dāng)然這種中斷方式的實現(xiàn)取決于處理器的硬件結(jié)構(gòu),。
　　中斷方式一般應(yīng)用于智能傳感器需要通訊和定時執(zhí)行特殊功能的場合，使得軟件結(jié)構(gòu)簡單易行,。具體程序流程圖見圖3,。

??