计算机技术的迅猛发展使仪器仪表的发展跃上了一个新台阶，传统的检测设备被智能化仪器所取代。智能仪器的两个主要发展方向是便携式智能仪器和大型自动测试系统。便携式智能仪器主要用于加工、贸易、实验及军事现场，要求仪器小巧轻便、操作简单、测量速度快、可靠性高、功耗低。该文介绍一种以PIC16C711单片机为核心部件的低功耗单片机系统，它具有2路模拟信号输人接口，干电池供电，内带1024x14位程序存储器、68x8位RAM.系统配有DC-DC电源转换器件为单片机和LCD显示提供工作电源，并为单片机的A/D转换提供标准电压。系统在信号采样时的工作电流（2mA，睡眠状态（SLEEP）下的工作电流<0.2tnA，成本低于40元人民币，具有良好的应用。

　　2低功耗单片机系统的硬件电路低功耗单片机系统可完成测量通道（参数）选择、A/D转换、控制命令、数据输人、信号分析处理、报警及其它智能功能。根据便携式智能仪器的特点和要求，单片机系统遵循了低功耗设计原则。设计时选用微功耗器件，简化硬件电路，并尽量用软件实现仪器的功能。

　　系统采用了内部带有4路8位A/D转换器、1024x14位片内程序存贮器、68x8位RAM、4个中断源、8分频定时/计数器的低功耗单片机PIC16C711.它具有低功耗睡眠（SLEEP）模式和片内看门狗定时器（WDT），易于实现抗干扰设计。此外，PIC16C711与其它8位单片机相比，代码压缩速度提高了4倍，器件性能大大提高。因此，PIC16C711是低功耗低成本便携式智能仪器较为适宜的单片机。

　　为单片机系统电路图。图中，IC1是仪器采用的低功耗单片机PIC16C711，它的17脚、18脚是片内8位A/D口（模拟输人通道、1），分别接模拟测量信号1、2.IC1的10脚为双向I/O口，电平变化可引起中断。1脚通过R1接操作键K1，随时读取操作命令（中断），改变CPU执行的控制与处理方式。R2、R3构成分压电路，当供电电池电压VDD降至一定值时，IC1的13脚（双向I/O口）电压降低引起中断，CPU发出欠电报警信号送LCD显示。LCD显示器的时钟与数据端口分别接IC1的6脚（外部触发中断输人）和7脚（双向I/O口）。T1、R6、R7、R8构成外部快速复位电路，消除CPU的冗余影响，使仪g在关机后可以立即开机而不致程序运行不正常。

　　电流可达200mA，器件本身耗流仅1mA左右。IC1由干电池提供其工作电压VDD（9V），输出高稳定度+5V直流电压VCC，向IC1和LCD显示器提供工作电压，并通过R4向单键操作的软件苷理低功耗单片机系统硬件电路图IC1的16脚提供A/D转换电压。

　　由可见，数据处理系统的硬件电路较为简单。仪器只设有K1一个操作键，通过软件管理，可以使K1成为多义键，用单键完成测量通道选择、测量基准值调节、测量初始化、采样等控制命令。

　　3软件设计3.1软件模块低功耗单片机系统的软件设计应根据便携式仪器的功能要求确定，软件可采用模块化结构，包括初始化子程序、操作键管理子程序、A/D转换与测量数据处理子程序、显示子程序等。

　　3.2单键操作的多功能管E单键操作可以简化电路设计，减少功耗p.。便携式智能仪器的功能相对简单，利用软件管理，可以用K1取代智能仪器的功能键与数字键。为单键操作的软件管理流程图：由可见，单片机系统加电后，次长时间按下K1键时，LCD显示每秒变化一次测量通道（即测量参数），在显示某通道时松开K1键，CPU选定该参数，并显示基准值“0.0”。第二次按下K1后，CPU依据K1按下时间的长短，改变基准值（按软件设定的步进量递增）或认可当前显示基准值进人测量状态。步进量可以根据测量精度要求选可见，依靠巧妙的软件管理，单键被赋午了控揠辞和数字键的多种功能，成为多义键。

　　3.3软件抗干扰措施便携式仪器采用干电池供电不存在电海或电网干扰问题。但现场使用不可避免地会受到自然放电干扰和其它电气设备的放电干扰。便携式仪器不能增加过多的硬件屏蔽措施，因此，软件抗干扰设计尤为重要。设计实践证明，软件抗干扰不仅效果好，而且降低了产品成本，有利于便携式智能仪器的商品化设计。在仪器运行速度和程序存储容量许可的条件下，应尽量采用软件抗干扰设计。低功耗单片机系统可采用下列软件抗干扰方法：3.3.1数字滤波便携式智能仪器的信号和干扰有时是随机的，其特性往往只能从统计的意义上来描述。此时，经典滤波方法就不可能把有用的信号从测量结果中分离出来，而数字滤波具有较强的自适应性。例如，对于N次等精度数据采集，存车着系统误差和因干扰引起的粗大误差，使采集的数据偏离真实值。此时，可用剔除m个粗大误差后的N-m个测量数据的算术平均值作为测量结果示值：。N-m这种数字滤波方法既剔除了干扰数据，又消除了一定的系统误差，选取适当的N值，可以获得既能满足测量精度要求、又不影响测量效率和CPU占用时间的佳效果。

　　便携式智能仪器不可能连续不断地采样测童，单片机系统的CPU不可能一直处于工作状态，当CPU对测量信号进行采样并处理完毕，CPU处于等待状态，易受干扰影响。此时让CPU执行一条“SLEEP”命令，进人睡眠状态，振荡停止，所有I/O口保持原来的状态。需要CPU工作时再唤醒SLEEP中的CPU.这样不仅降低了单片机系统的功耗，而且大大减少了干扰对CPU的影响。

　　3.3.3看门狗定时器看门狗定时器（WDT）是一个CPU片内自激式的RC振荡记时器。当CPU程序由于某种干扰而失控时，看门狗定时器将溢出产生复位，使CPU重新启动运行，而不至于失去控制。

　　3.3.4指令冗余CPU受干扰后，往往会把操作数当作指令码来执行，程序出现弹飞。为抑制弹飞，可在程序中加人不可能把操作数当作指令码来执行的两个字节的空操作指令，即指令冗余。

　　3.3.5标志判断程序中可设置一些标志以便CPU在执行程序运行时核对判断，若符合标志设定则继续运行，否则转事故处理程序。标志判断可以及时纠正程序运行过程中的出错。

　　由此可见，框架为描述对象提供了一种丰富的结构化语言，来描述调度控制的对象，并能根据这些对象的执行情况自动执行一套作为其断言结果的有效的推理。FSL提供设计者可以借助于这些谓词充分使用FSL.另外，FSL也允许任何USP函数作为谓词，以便执行任意计算来确定规则条件的真值。

　　2.3控制框架的调度对象控制框架的调度对象是函数知识或对象，这里的对象与面向对象的程序设计语言，如SMALLTALK-80中的对象不同，对象之间只存在很少的联系，近似于函数和抽象数据型。采用这样的调度对象有许多优点。首先，使用者不必全面了解其内部表示形式，而只需对它的外部了解就可以灵活使用，做到信息的隐蔽性；其次，具有相对比较少的语义内容，能容纳高阶关系；第三，对于调度对象集中的被调度对象，设计者可以非常方便地进行添加新的知识内容或删去某些调度对象或用新的调度对象去代替某些旧的调度对象。调度对象相互间具有一定的独立性。

　　3结束语基于框架的混合式表示工具FSL，是用MACROUSP语言，在微机上实现的。FSL所具有的特点对于设计和控制与诊断任务有关的推理过程是特别有用的，因为这些任务涉及到根据系统知道的情况类型，确定一种给定情况的描述。此外，FSL所具有的把操作或规则附加给框架的槽的行为，可以用来以好的方式控制推理，因为一个槽的值改变时，所调用的附件能起到敏感器、监控器的作用。所以，fsl对于采用黑板控制结构的多任务系统的实现也是一个强有力的支持工具。目前，对FSL的完善工作正在进行中。

　　（：1999年10月）