專利名稱：具有存儲位管理及應用程序處理的電路配置的小控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種小控制裝置，其具有一種用于存儲位管理以及應用程序處理的電路配置。小控制裝置是可存儲編程控制器的一種新類型。通過這種類型的控制器補充了可存儲編程控制器的寬的領域。這種設備的使用者能夠實現微控制任務，例如卷簾式百葉窗、燈光系統或者類似物的控制，而不必使用大、且貴的可存儲編程控制器。
通常的可存儲編程的控制器的硬件主要由三部分組成一個中央單元、一個存儲單元以及其它的外設和接口。中央單元借助于邏輯連接、運算、尋址等等執行應用程序。存儲器存儲待執行的應用程序以及操作系統，并且如需要還存儲其它必要的數據。外設和接口可供中央單元來使用其它的工作裝置，如計時器、計數器以及類似物，以及同外界的連接裝置(標準接口和/或專用接口)。按照功能可將存儲器分為各種類型—用于存儲操作系統的可執行代碼的代碼存儲器。這種存儲器一般作為非隨機存儲器以ROM-，EPROM-，F1ash-，或E2PROM-存儲器的形式構成，并且必須由中央單元在一般功能中讀取代碼。
—工作存儲器，用于在控制器的運行期間存儲數據。這種存儲器必須作為可讀寫存儲器以RAM-存儲器的形式構成。
—應用程序存儲器，用于存儲應用程序。這種存儲器同樣必須被構造為可讀寫存儲器。另外，這些存儲器必須被構造為非隨機的、或者至少以RAM-存儲器的形式作為帶有浮沖電源的隨機存儲器。
對于小控制裝置而言，由于限制了功能種類以及由此限制了存儲位需求，常常一個不帶昂貴外設的微控制器就足夠了，在通常的可存儲編程控制器中這種外設是必要的。
由現有技術已公知這種標準化微控制器形式的電路配置。由NEC公司參數手冊，μcom-75X類4位CMOS微機，DB75XFAM.014V10，頁3-0-265，已公知一種微控制器，它已具有一個中央單元、一個ROM存儲單元、一個RAM存儲單元以及一個E2PROM存儲單元(見圖2)。這種微控制器的其它實施形式由Texas Instruments公司參數手冊，TMS370Fami1y，1994，SPNSO14B，頁1-15公知。這種微控制器具有類似于圖3所示意描述的實施形式，具有一個中央單元以及一個組合的RAM/E2PROM存儲單元。
圖1簡單示出了一個微控制器2的總體結構。這種結構主要包括一個中央單元4(CPU)、一個內部存儲單元6、端口連接件8以及其它內部的標準設備以及接口。為了更好地概括，將其它標準設備和接口以一個方框作為內部設備10示出。為了交換數據，各個組件相互間通過內部線路12相連(箭頭方向代表數據流方向)。有很多微控制器的變型，它們帶有各種裝置。例如有帶有4位，8位，16位或者32位中央單元的微控制器。另外，在電流消耗速度以及內部存儲器方面組件的區別很大，在價格方面，與微控制器的裝備或者效率有關的區別也很大。由于一些微控制器已有內部存儲器以及其他裝置，外部資源的附加使用取決于控制器的效率和復雜性以及取決于微控制器的價格和復雜程度。一般情況下，對于小控制裝置考慮的是，具有合適的微控制器，它包含所有必要的資源。圖2以及圖3中示出了各種用于小控制裝置中合適的微控制器2。這種微控制器2已經集成了所有對于所述應用目的所需的資源。在圖2所示的微控制器2除具有一個中央單元4外，還具有一個構造為RAM的可隨機讀寫存儲器部件6a，用于處理數據的中間存儲；具有一個構造為ROM非隨機可讀存儲器部件6b，用于存儲解釋程序；具有一個構造為閃爍存儲器或者作為E2PROM、或者作為電池浮沖RAM的非隨機可讀寫存儲器部件6c，用于存儲應用程序。在圖2中存儲部件在參數部分(RAM6a以及E2Prom6c)和代碼部分(ROM6b)被這樣相互分開，即應用程序可僅僅借助一個解釋程序來處理。圖3所示的微控制器2的構造類似于圖2所示的微控制器2，其區別在于，在此，所有的存儲器部件上6a，6b，6c被集合在一個共同的代碼、以及參數部分，這樣，應用程序可被交替地編譯(編譯程序)或者解釋(解釋程序)。這種微控制器技術上一定適合用于小控制裝置中。這種集成的電路配置的缺點首先是成本。在集成電路中在最小的位置上實現的功能越多，相應的芯片就越貴。另外，在市場上選擇這種標準化的控制器很受限制。
本實用新型以上述問題為出發點，目的在于提出一種依照分類的小控制裝置，其帶有一種足夠快、以及高效率的電路配置，它可由價格合理的裝置并且以最小的位置需求實現。
為了解決這種問題，本實用新型提出一種具有存儲位管理及應用程序處理的電路配置的小控制裝置，其應用一個微控制器，其具有一個處理數據的中央單元和與該中央單元連接的中間存儲數據的隨機存儲器、長期存儲操作系統的非隨機存儲器、用于存儲應用程序的非隨機可讀寫存儲單元及一個用于同外部裝置通信的接口；其中，該小控制裝置與普通的可存儲編程的控制器相比是最小化的，并且另外具有一個顯示屏、一個操作單元，并且具有信號輸入、信號輸出，其中，該電路配置、顯示屏、操作單元、信號輸入以及信號輸出被安置在一個共同的殼體內，并且其中，電路功能由使用者經一個菜單引導的使用界面可在顯示屏上編程，其特征在于，僅僅所述中央單元及與之相連接的隨機存儲器、非隨機存儲器以及接口是該微控制器的組成部分，并且，所述非隨機可讀寫存儲單元是一個串行存儲單元，它作為獨立的單元經所述接口與所述微控制器相連。
該小控制裝置優點是，它比一個并行存儲單元明顯小并且價格便宜。其在速度上的缺點在這類控制器的應用范圍內不明顯。
在本實用新型的第一個可能的實施形式中，該外部的電路配置的存儲單元通過一個中斷控制的串行接口與微控制器相通信，其中，在外部的串行存儲單元中的應用程序借助中央單元以及一個在微控制器的非隨機存儲器中的解釋程序來處理。
在本實用新型的第二個優選實施方式中，電路配置的外部存儲單元與微控制器或者通過一個串行接口(在此不一定非要中斷控制)或者直接通過微控制器的針狀端口相聯。在這種方法中，中央單元將獨立的存儲單元的整體內容(整個應用程序包括所需的數據)拷貝到微控制器的內部隨機存儲器內。隨后中央單元僅僅對微控制器的內部隨機存儲器的應用程序解釋。這種實施方式能獲得很高的處理速度。這樣一種成本合理的電路配置能有利地實現，滿足對小控制系統關于應用程序在處理速度、功能種類以及存儲位需求等方面的要求。
完整在一個微控制器內的這種類型的電路配置在目前價格上是它的兩倍。
本實用新型的其它優點及可能的實施形式包含在從屬權利要求以及對附圖的說明中。其中，圖1-3是已有技術的微控制器的結構示意圖。
圖4是按照本實用新型的電路配置的第一種可能的實施形式的示意圖。
圖5是按照本實用新型的第二種可能的實施形式的電路配置的示意圖。
圖6是實現圖5中的電路示意圖的一部分的詳細電路圖。
圖7是實現圖5中的電路示意圖的另一部分的詳細電路圖。
圖8帶有按照圖4或圖5的電路配置。按照本實用新型的電控裝置的附視圖。
圖4示出了按照本實用新型的電路配置的第一種可能實施形式。在此，按照本實用新型應用一個微控制器2。其中，僅僅中央單元4、隨機可讀寫存儲器6a、非隨機可讀存儲器6b以及一個同步串行接口10a是微控制器2的組件，并且該非隨機可讀寫存儲單元6d是一個串行存儲單元，它作為獨立的單元經接口與微控制器2相聯。因為待應用的微控制器2一般是標準控制器，當然在這種微控制器中還集成了其它標準外設部分。在本實用新型的對象中也僅僅設置了一個微控制器2，其內部不帶非隨機可讀寫存儲器(尤其用于存儲應用程序)，并且通過一個獨立的非隨機可讀寫存儲單元6d代替它。在圖4所示的實施例中，微控制器2的接口被構造為串行中斷控制接口10a。應用這種電路配置的程序處理在下面被描述。
首先必須將待執行的應用程序存入獨立的存儲單元6d。這可以通過例如直接在小控制裝置的鍵盤上編程或者經一個小控制裝置的專用接口由其它設備(例如一個PC)將應用程序拷入。隨后將來自存儲單元6d的第一指令的位順序存入微控制器2的中央單元4，由其譯碼并指行(被解釋)，并且同時將來自存儲單元6d的順序指令傳輸到中央單元4。在此，在每個8-位-語句之后以及每個完整指令(該指令也可由多個字節組成)之后產生一個接口10a的中斷，并且向中央單元4傳輸，由此保證了各個順序指令的讀入。為了處理應用程序，中央單元4應用一個在ROM-存儲器6b中存儲的解釋程序。在本實用新型的一個優選的實施例中，應用程序的每個指令由最大2個字節實現。借助于編譯程序執行指令一般要求每個要執行的指令為4至6字節。借助于解釋程序執行指令可節省存儲位大約50％。具有的優點是，帶有用于大約256-512字節的應用程序的RAM-區的最小、以及因此價格便宜的微控制器可被應用。為了保證應用程序的快速順利執行，接口10a的每個指令傳輸時間最好小于/等于微控制器2的、由每個指令的處理時間和中斷時間組成的執行時間。技術上可實現但不希望的是，在應用程序的中斷控制的處理中接口10a的傳輸時間明顯大于微控制器2的執行時間。
圖5示出了按照本實用新型的電路配置的第二個優選實施形式。在此，微控制器2與獨立的存儲單元6d之間的通信或者說數據交換或者通過一個串行接口10a(按圖4)、或者經一個針形端口接口10b(按圖5)進行。該微控制器2在構造方面基本上與圖4中所示的以及上面描述的微控制器2相同，其中，一個可中斷的、如圖4所示的接口不是必要的。在這個實施形式中，程序處理的類型和方式與以前所述的有很大區別。在此，在小控制裝置每次開機在起動階段(power-up)，獨立的存儲單元6d的整個內容、尤其是應用程序被拷貝到微控制器2的隨機存儲器6a(在此作為RAM)。隨后，中央單元4借助于在非隨機可讀、集成存儲器6b中的解釋程序解釋應用程序。因為這種應用程序的相對時間集中的拷貝在控制器的起動階段沒有什么作用，因此，可應用一個相對慢的獨立存儲器組件，如一個I2C-E2PROM(用于一個I2C-接口的E2PROM)。I2C-E2PROM相對于其它串行存儲器組件的優點是節省連線，它是兩芯連接。此外，串行E2PROM組件與并行E2PROM-存儲組件相比明顯價格便宜并且小。在應用一個更簡單的不帶專用串行接口10a的微控制器2時，應用程序由獨立的存儲器單元6d向微控制器2的RAM存儲器6a的傳輸也可直接經針形端口由軟件控制進行。在這種價格還很便宜的方式中其優點是有很好的抗干擾性。由于傳輸速度低，要傳輸的數據可被可靠地過濾，并且所有數據塊實際上可以無附加時間及存儲損失地進行整體檢查。
圖6與圖7是實現圖5所示的根據本實用新型的第二實施方式的具體電路圖。其中圖6實現圖5中的微控制器2的功能，圖7實現圖5中的存儲器6d的功能，二者之間通過SDA、RXD、SCL和TXD相連接。
圖8示出了一種帶有按照圖4或圖5的內部電路配置的按照本實用新型的小控制裝置。該小控制裝置主要包括一個殼體1，該殼體帶有一系列電壓輸入3和電壓輸出5。小控制裝置在程序控制下接通輸入3和輸出5之間的電流。程序可借助于操作鍵7和多功能鍵9輸入到殼體1中的電路配置。在顯示屏上可觀察程序的輸入和運行。在編程時，在顯示屏上顯示出菜單引導的使用界面。該控制器可借助于一個電接口13由外部計算機編程。
本實用新型不僅僅局限于所描述的實施例，而是包含了其他與本實用新型的意義相同作用的實施形式。
權利要求1.具有存儲位管理及應用程序處理的電路配置的小控制裝置，其應用一個微控制器(2)，其具有一個處理數據的中央單元(4)和與該中央單元(4)連接的中間存儲數據的隨機存儲器(6a)、長期存儲操作系統的非隨機存儲器(6b)、用于存儲應用程序的非隨機可讀寫存儲單元(6d)及一個用于同外部裝置通信的接口(10a，10b)；其中，該小控制裝置與普通的可存儲編程的控制器相比是最小化的，并且另外具有一個顯示屏(11)、一個操作單元(7，9)，并且具有信號輸入(3)、信號輸出(5)，其中，該電路配置、顯示屏(11)、操作單元(7，9)、信號輸入(3)以及信號輸出(5)被安置在一個共同的殼體內，并且其中，電路功能由使用者經一個菜單引導的使用界面可在顯示屏上編程，其特征在于，僅僅中央單元(4)及與之相連接的隨機存儲器(6a)、非隨機存儲器(6b)以及接口(10a，10b)是微控制器(2)的組成部分，并且，非隨機可讀寫存儲單元(6d)是一個串行存儲單元，它作為獨立的單元經接口(10a，10b)與微控制器(2)相連。
2.按照權利要求1所述的小控制裝置，其特征在于，接口(10a)是一個串行的、中斷控制的接口。
3.按照權利要求2所述的小控制裝置，其特征在于，接口(10a)的每個指令的傳輸時間不明顯大于一最好小于一微控制器(2)的、由每個指令處理時間和每個指令中斷時間構成的執行時間。
4.按照權利要求1所述的小控制裝置，其特征在于，接口(10a)是一個串行接口。
5.按照權利要求1所述的小控制裝置，其特征在于，接口(10b)是一個針形端口接口，并且微控制器(2)經針形端口與存儲單元(6d)軟件控制地通信。
6.按照前述權利要求之一所述的小控制裝置，其特征在于，一個應用程序存儲器具有最大512字節的容量。
專利摘要本實用新型涉及一種應用一個微控制器(2)的小控制裝置,其帶有一個在小控制裝置中用于存儲位管理以及應用程序處理的電路配置。其中應用一種微控制器(2),作為基本組件其僅僅具有一個中央單元(4)、一個隨機存儲器(6a)、一個非隨機存儲器(6b)以及一個接口(10a,10b)。一個附加的非隨機可讀寫存儲單元(6b)被構造為串行存儲器單元,并且作為獨立的單元經接口(10a,10b)與微控制器(2)相連。
文檔編號G05B19/042GK2366875SQ9820711
公開日2000年3月1日 申請日期1998年7月28日 優先權日1997年7月28日
發明者霍雷亞－斯蒂芬·庫爾卡, 沃爾弗拉姆·克雷爾 申請人:金鐘-默勒有限公司