单片机是一种集成在一块电路芯片上的小型而完整的计算机系统。它采用超大规模集成电路技术，在一块硅片上集成了具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多个I/O端口及中断系统、定时器/计数器等功能（还可能包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路复用器、A/D转换器等电路）。根据市场的发展，EPSON推出了专门针对便携式设备的具有先进数据处理功能的32位MCU（Microcontroller Unit）S1C33系列。下面简单介绍一下EPSON 32位单片机的特点：
中央处理器（CPU）是计算机的运算和控制核心。CPU与内部存储器和输入/输出设备并列为电子计算机的三大核心部件。CPU负责计算机中所有操作的读取指令、译码指令和执行指令，其主要功能是解释计算机指令和处理计算机软件中的数据。计算机所谓可编程性，主要是指CPU的编程能力。CPU由运算器、控制器和寄存器以及实现它们之间连接的数据、控制和状态的总线组成。几乎所有CPU的运行原理都可以分为取指、译码、执行和写回四个阶段。
A、强大的CPU内核：S1C33采用RISC（精简指令集）结构，三级流水线，105条16位长指令，大多数指令在一个时钟周期内执行完毕，大大提高了指令执行效率。
B.丰富的外围电路：除了强大的CPU内核外，S1C33的外围电路也很有特色。考虑到嵌入式芯片SOC（System On Chip）的要求，EPSON在设计中将很多外围电路集成在单片机中，用户在开发时不需要添加很多外部器件就能组成完整的系统，大大降低了系统成本和设计复杂度。以本文要使用的S1C33209为例，它包括8KSRAM、直接存储器访问控制器DMAC、中断控制器ITC、可编程定时计数器Programmable Timer、脉冲宽度调制电路PWM、串行接口电路SIO、A/D转换器等，还包含高速晶振电路OSC3、锁相环（PLL）、低速晶振电路以及一个实时时钟。
C.低功耗：功耗是很多嵌入式系统设计必须考虑的问题，S1C33 CPU支持三种省电模式：两种HALT模式，一种SLEEP模式。另外，S1C33内部的时钟电路设计有预分频器（PSC），时钟信号经预分频器分频后输出到合适的工作频率给Timer、SIO、AD等，这样芯片的各个功能模块就工作在合适的频率下，系统功耗就可以降到最低。
D.性价比好：S1C33 CPU核很小，逻辑门数在100K左右，并且采用0.35um及以上的加工工艺，使得CPU核占用较小的芯片面积，达到良好的性价比。
E.独特的ASIC Micro（门阵列结构CPU）：S1C33核心CPU与外围电路均为由NAND门单元构成的ASIC宏单元，这种设计使得S1C33在芯片设计上具有很大的灵活性，S1C33209芯片内部有20K个用户自定义门阵列电路。
ASIC是专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit）的缩写，在集成电路行业中被认为是为特定用途而设计的集成电路。目前，在集成电路行业中，ASIC被认为是为特定用途而设计的集成电路，是指为了满足特定用户和特定电子系统的要求而设计制造的集成电路。ASIC的特点是面向特定用户的需求。与通用集成电路相比，ASIC具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、批量生产时成本更低等优点。
接下来我们利用S1C33209设计一个检测系统。
2. 系统描述及组成
我们的目标是设计一款低功耗、易扩展、体积小的便携式设备。检测系统需要测量的参数包括pH值、溶解氧、化学元素、深度等。测控系统工作时需要接收上位控制中心的指令，并将采集到的数据传输给上位机。两者之间的最大通讯距离大于5km。由于CAN总线可靠性高、实时性好、灵活性强，其最大通讯距离可达10km，受干扰的概率低，所以我们采用CAN总线作为通讯方式。
图1 系统总体结构图
系统总体结构如图1所示。CAN采用双绞线电缆，信号以差分电压传输。SJA1000一端连接单片机，另一端连接CAN总线。为了提高单片机驱动CAN总线的能力，采用PCA82C250作为CAN控制器与物理总线的接口，以提高总线的差分发送能力和CAN控制器的差分接收能力。其工作模式(高速模式和斜率模式)由引脚RS控制。RS接地为高速模式。RS串联电阻后接地，可控制上升和下降斜率，可降低射频干扰。系统从功能上分为测控子模块和通信子模块两个主要部分。测控子模块主要功能是根据命令启动系统，完成参数提取、数据处理、存储和传输等操作。 为了满足探测系统对多通道数据快速采集与分析的特殊要求，此模块以EPSON公司的S1C33209为核心，扩展了信号调理电路以及与CAN总线的接口；通信子模块的作用是完成水下测控系统与上位机的通信，此模块主要是Philips公司的SJA1000 CAN控制器。
SJA1000 是一款独立的 CAN 控制器，主要用于移动目标和一般工业环境中的局域网控制。它是飞利浦半导体 PCA82C200 CAN 控制器 (BasicCAN) 的替代品，并增加了一种新的操作模式 PeliCAN，支持 CAN 2.0B 协议，具有许多新功能。
3.软件设计
在32位系统中，由于软件的复杂性，基于操作系统的软件开发占有重要的地位。操作系统的作用是负责整个系统的任务调度、存储分配、时钟管理和中断管理，并提供文件管理等基本服务。S1C33 32位芯片采用EPSON公司的ROS33操作系统，其核心为各类嵌入式系统中广泛使用的iTron 3.0 OS Kernel。ROS33 Kernel具有以下特点：支持μITRON 3.0标准、内核优化紧凑（最小1.7k）、响应速度快（CPU主频33MHz，最快调度响应时间为7.8μs）、支持基于ANSI标准的C语言等。本次设计的主要应用程序框架如下：
#包括“ros33.h”
空主（）
sys_ini(); //用于初始化ROS33使用的参数和资源
vcre_tsk（任务ID，任务启动地址，优先级，堆栈首地址）；//定义要执行的任务
…
sta_tsk(任务ID，任务启动代码);//激活执行
…
系统状态（）；
本系统的通信协议采用“ID+命令+数据+校验”的形式，其中ID为网络设备标识符，ID.18~ID.20标识符ID.21~ID.28作为固定命令，不参与验收过滤。数据表示通信的具体内容，校验采用1字节的校验和形式。由于CAN总线本身带有15位CRC校验，且本系统节点数较少，竞争不会很激烈，因此通信可靠性较高。
软件设计思路如下：系统上电后，S1C33209会首先对自身及SJA1000进行初始化，确定工作主频、波特率及输出特性等，然后接收上位机的控制命令。同时将采集到的数据通过SJA1000传输到CAN总线或者备份到Flash存储器中。其中SJA1000的初始化是设计的重点，写入各个寄存器的内容必须认真、全面考虑，否则系统不能正常工作。假设上位机SJA1000适配卡的ACR为xx20，AMR为FF00，下位机测控中心SJA1000的ACR为xx40，AMR为FF00。以下是初始化程序：
无效 CAN_Init(viod)
{ CANMODE=ox09; //进入复位模式，单个接受滤波器，初始化SJA1000
CANCDR=0x88; //选择PeilCAN模式
CANIER=0x1A; //打开接收中断、过载中断、错误中断
CANAMR0=0xFF; //接收MCU RAM中屏蔽寄存器内容的值
CANACR1 = 0x40；
CANBTR0=0x03; //总线时序寄存器
CANBTR1 = 0xFF;
CANOCR=0xAA; //输出控制寄存器
CANMODE=0x08; //返回工作状态
CAN是控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）的缩写，是由以研发和生产汽车电子产品闻名的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO118-8），是目前世界上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已成为汽车电脑控制系统和嵌入式工控局域网的标准总线，并且有专为以CAN为底层协议的大型卡车和重型机械车辆设计的J1939协议。近年来，它的高可靠性和良好的检错能力在环境温度恶劣、电磁辐射强、振动大的汽车电脑控制系统和工业环境中受到重视并得到广泛应用。
由于测控系统对通信的实时性要求很高，一旦收到上位机的控制命令必须及时作出反应，为此CAN总线采用中断方式接收信息，即SJA1000无误接收信息后，将INT置为低电平，下降沿触发S1C33209外部中断0，使其进入中断服务程序，其流程如图2所示。
图2 接收流程图
如果要向CAN控制器发送数据，必须先将一组符合PeiCAN帧格式的数据写入SJA1000的发送缓冲区中，然后调用发送子程序。我们采用查询的方式实现发送，如图3所示流程。
图3 发送流程图
4。结论
为了开发资源、检测海上油田、监测和防治污染，本文采用EPSON公司的32位单片机S1C33209和SJA1000控制器设计检测系统。该系统具有速度快、功耗低、体积小、易扩展等特点。实验表明，该系统能与上位机可靠通讯，基本能满足实际需要。
