消防應急燈專用控制芯片設計方案模塊介紹

　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。指令是計算機用于控制各部分功能部件完成某一動作的指令和命令。8051核的指令按照功能分為5類：數據傳送指令、算術運算指令、邏輯運算及移位指令、控制轉移指令、位操作指令。豐富的指令可以增加IP核的使用范圍，同時8051提供軟件和硬件中斷，一個串行通信的接口以及兩個定時器。

　　在對8051的仿真測試過程中，具體測試到哪部分就針對哪部分編寫相應的測試程序，對后續添加的模塊要根據模塊的功能編寫相應的測試程序。

　　對8051核的仿真測試進行的主要測試內容如下：各個器件的測試，包括加法器、乘/除法器、內/外部RAM、ROM、特殊功能寄存器、定時器、外部中斷、UART、P0～P3管口以及每一條指令的測試，共256個操作碼。圖2為定時器O的仿真測試波形。

　　8051微處理器IP核作為該芯片的核心控制部分，具有運算速度快、工作電壓范圍廣、工作功耗低等優點。在軟硬件功能劃分上，該模塊主要利用軟件完成電檢測，工作狀態顯示，自復式檢測功能和主電故障保護功能。

　　同時8051是開源的代碼設計核，可用于ASIC的再使用以及FPGA開發。

　　1.2 模/數轉換模塊

　　實現A/D轉換的基本方法有十幾種，常用的有計數法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉換法。由于逐次逼近式A/D轉換具有速度快、分辨率高的優點，而且采用這種方法的芯片成本較低，因此在計算機數據采集系統之中獲得了廣泛的應用。

　　這類A/D轉換器的轉換原理建立在逐次逼近的基礎之上，即把輸入電壓和一組從參考電壓分層得到的量化電壓進行比較，比較從最大的量化電壓開始，由粗到細逐次進行，由每次比較的結果來確定對應的位是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即完成一次轉換。

　　1.3 RS 485總線模塊

　　在工業控制及測量領域較為常用的網絡之一就是物理層采用RS 485通信接口所組成的工控設備網絡。這種通信接口可以十分方便地將許多設備組成一個控制網絡。RS 485通信協議的物理層是利用物理媒介實現物理連接的功能描述和執行連接的規程，提供用于建立、保持和斷開物理連接的、機械的、電氣的、功能的和過程的條件。數據鏈路層用于建立、維持和拆除鏈路連接，實現無差錯傳輸的功能。應用層針對不同的應用，利用鏈路層提供的服務，完成不同通信節點之間的通信。

　　1.4 電源監控保護模塊

　　電池是應急燈的重要組成部分，過度放電會影響電池的壽命。自帶電源型消防應急燈具由于使用獨立電源作為備甩電源，電池的特性會直接影響到應急時間、光源的亮度，因此采用合適的電池非常重要。目前，消防應急燈具普遍采用鎳鉻或鎳氫充電電池。同時，控制系統必須對電池進行檢測，以實現對電源的保護。

　　1.5 光源監控保護模塊

　　光源控制模塊完成兩個功能：應急狀態下產生信號，打開備用電源和光源的放電回路，在市電正常時檢測光源是否打開。標準規定：消防應急燈具的應急轉換時間應不大于5 s，高危險區域使用的消防應急燈具的應急轉換時間不大于0.25s。

　　2 結語

　　研制高度集成新技術、新標準的消防控制專用芯片，無疑將大大降低設備制造商的產品開發難度、成本與能耗，提高設備的可靠性。這已經成為芯片設計者、設備制造商追求的目標。隨著企業生產規模的不斷加大，該芯片的成本還有進一步的降低空間。考慮到市場有對產品要求不斷提高的趨勢，在設計時，該芯片預留了系統升級更新的空間，可在短時間內發展出衍生品種，滿足市場需求。