恢復模糊邏輯專(zhuān)用器件新方案

自L(fǎng)ofti Zadeh首次提出模糊邏輯理論以來(lái)，模糊邏輯已向前邁出驚人的步伐，特別是關(guān)于此理論的實(shí)用研究方面。的確，從前，屬于大學(xué)研究中心的課題，現在是工業(yè)所用的強有力的工具。實(shí)際上，模糊邏輯基應用正在日益增長(cháng)，這不僅僅包括高檔和高技術(shù)應用，而且特別是在消費類(lèi)產(chǎn)品中應用增長(cháng)更快。

現在，模糊邏輯的大多數應用是用寫(xiě)在標準微控制器中的軟件程序實(shí)現的。這種方法盡管具有經(jīng)濟和其他優(yōu)點(diǎn)，但在靈活性和合成性方面有某種限制，尤其是在執行算法性能方面有局限性。

這些因素導致VLSI設計人員想到用專(zhuān)用器件實(shí)現模糊計算。確實(shí)，已有了模糊協(xié)處理器，它們與標準微處理器結合提高了計算和控制性能。然而，這種器件在很多情況下不是一種經(jīng)濟方案，因為它們需要兩個(gè)“貴重的”元件外加一些接口邏輯。

因此，實(shí)現模糊邏輯基控制系統的正確方法是用專(zhuān)用器件，這種專(zhuān)用器件具有模糊計算能力、標準微控制器特性、“傳統”布爾計算能力、I/O單元和片上外設。這就是STMicroelectronics公司提出的ST52家族元件方案。

ST52x420Dualogic TM 微控制器

“DualogicTM”一詞的意思是器件具有布爾和模糊兩種計算功能。為此，它提供微控制器標準的指令系統:送數、加、減、乘、除、邏輯AND、邏輯OR、位方式移位、無(wú)條件和條件轉移、子程序調用、控制指令。模糊計算單元是在程序開(kāi)始模糊指令部分時(shí)傳遞控制的輔助結構。這樣的模糊指令部分可在程序中使用多次，;而且用幾個(gè)模糊計算塊不僅僅為了實(shí)現系統控制，也可實(shí)現其他功能(如“虛擬傳感器”或自適應控制)。對于這種應用，傳統的微控制器的功能是選擇哪種控制來(lái)執行，而模糊功能去實(shí)現它。

除了上述功能外，為了執行控制，它還具有從傳感器或從其他器件采集數據的外設。實(shí)際上，ST52x420配備有8通道8位A/D變換器、23條可配置I/O引腳、看門(mén)狗定時(shí)器、3個(gè)PWM/定時(shí)器(帶16位預定標計數器的8位“自動(dòng)重新輸入”計數器)。通過(guò)外部引腳可以驅動(dòng)其中一個(gè)PWM/定時(shí)器，以便獲得像事件計數器、輸入捕獲和輸出比較這樣的功能。所有PWM/定時(shí)器可產(chǎn)生定時(shí)器和PWM中 的波形。為了控制PWM模式中3相全橋驅動(dòng)器，有單獨的引腳提供負向波形。圖1示出ST52x420功能框圖。

總之，可以說(shuō)ST52具有實(shí)現智能控制的所有功能:采集數據、管理信息、做出判斷、計算控制動(dòng)作和執行控制。這些性能使控制系統實(shí)現的成本降低，所以可以說(shuō)產(chǎn)品的戰略是經(jīng)濟的。

FUZZYSTUDIO TM 4

無(wú)論如何，一個(gè)好的低成本元件對經(jīng)濟應用是不夠的。事實(shí)上，產(chǎn)品的上市時(shí)間是基本法則，這意味著(zhù)為了縮短應用設計的時(shí)間(從而降低成本)，需要強有力的和易于使用的開(kāi)發(fā)工具。為了滿(mǎn)足這種要求，STMicroelectronics公司提供ST52家族開(kāi)發(fā)系統FUZZYSTUDIOTM4，為低檔微控制器編程提供新設計方法。這種方法稱(chēng)之為“視覺(jué)方法”，為器件編程提供快速、簡(jiǎn)單的方法，不需要用匯編程序，從而縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間和降低了成本。用戶(hù)接口是某些“奇才(Wizards)”構圖成的簡(jiǎn)單直觀(guān)圖像支持和編輯環(huán)境。

由設計人員對微控制器進(jìn)行編程的主要操作如下:

·器件和外設配置

·變量定義和初始化

·主程序定義

·用戶(hù)的流程定義

·中斷服務(wù)子程序定義

圖2示出FUZZYSTUDIOTM4概觀(guān)。

FUZZYSTUDIOTM4執行上述操作借助于目標視窗，目標視窗包含進(jìn)入開(kāi)發(fā)編程操作環(huán)境的樹(shù)形視圖。雙擊“Peripheral”項，便可進(jìn)入外設配置環(huán)境。借助能提供外設性能指標的參數表就能執行這種操作，而不用寫(xiě)任何代碼行，僅僅用鼠標點(diǎn)擊引導選擇就行。應考慮到，為了配置外設必須編程幾個(gè)寄存器的每一位，連續地保持數據表在視野之下。用新的方法，不僅僅能較快地得到配置，而且也能避免編程不允許配置的錯誤差。在編譯期間自動(dòng)生成相應的代碼。

雙擊“Variables”項便進(jìn)入變量定義和初始化視窗。此操作與“寄存器文件”中通用寄存器的一個(gè)符號名稱(chēng)有關(guān)，另外，可以定義變量類(lèi)型?？捎玫淖兞款?lèi)型是“Byte”，"Signed Byte"“Word”，“Signed Word”。根據變量類(lèi)型，編譯程序把指令編譯為處理符號和16位變量類(lèi)型的一種方式。符號變量類(lèi)所采用的變換不是傳統的二進(jìn)制補碼，而是基于128的數據移動(dòng)，在這種方式中，當寄存器值為0時(shí)變量值是-128，當寄存器值為128時(shí)變量值是0，當寄存器值為255時(shí)變量值是127。在Signed Word類(lèi)型中加128到最高有效字節。采用這種變換的原因是:在執行控制時(shí)它具有某些優(yōu)點(diǎn)、用ST52家族指令系統最容易處理。雙擊“Table”項打開(kāi)視窗以便定義常數和數據表(或查找表)，數據表做為常數向量處理。

FUZZYSTUDIOTM4開(kāi)發(fā)系統最重要的特性之一是程序編輯?？山柚ミB功能單元組成的框圖定義編寫(xiě)程序。微控制器的每一功能對應于一個(gè)功能單元。功能如下:

·算術(shù)和邏輯編程(運算單元)

·模糊系統定義(模糊單元)

·修正程序流程的條件結構(條件單元)

·外設使能/禁止(外設單元)

·程序調用(調用單元)

·與外設和I/O數據交換(發(fā)送和接收單元)

·中斷設置(中斷屏蔽和中斷優(yōu)先單元)

·中斷等待和暫停(等待和暫停單元)

·低級編程(匯編單元)

每個(gè)單元與一個(gè)相配的編輯相關(guān)，雙擊單元便可選取。運算單元編輯是一個(gè)簡(jiǎn)單的文本編輯，它能寫(xiě)算術(shù)和邏輯高級指令、控制指令(如IF，WHILE，FOR)和借助存在精密外設寄存器中的預定義變量與外設相互聯(lián)系。所用語(yǔ)法與“C”語(yǔ)言相同。條件單元用簡(jiǎn)單的編輯單元來(lái)插入條件以修正程序的邏輯流程。用鼠標點(diǎn)擊檢查單元編程外設所執行的功能，在處理外設單元時(shí)檢查單元能確定所選外設是否使能、停止或復位。以同樣的方式使能或禁止每個(gè)中斷。與外設的數據交換(例如定時(shí)計數器初始化或并行端口數據讀)用選擇器件列表中的目標/源器件和變量列表中的源/目標變量來(lái)執行。這兩種列表適用于發(fā)送或接收單元。

最重要的編輯是模糊系統編輯，它能開(kāi)發(fā)模糊邏輯的圖像和“視覺(jué)”編程能力。第一級編輯用于定義模糊系統結構以建立輸入和輸出變量數及其特性和與程序全局變量的聯(lián)系。每一個(gè)圖標代表一個(gè)模糊變量:雙擊它便開(kāi)放Member ship Function編輯;它完全是圖形化的，這便于進(jìn)行設計和用簡(jiǎn)便快速點(diǎn)擊鼠標修改函數形狀(三角形和梯形)。此外，在模糊系統圖中包括表示模糊規則單元的圖標。雙擊它便進(jìn)入Rule Editor，用人機對話(huà)工具可快速確定模糊規則，這可避免可能的語(yǔ)法或鍵入錯誤。此工具插入規則的關(guān)鍵詞以及模糊變量的名稱(chēng)和隸屬函數(從適配列表選擇或點(diǎn)擊合適的鍵)?？捎玫牧斜砗褪鼓苕I只是語(yǔ)句和語(yǔ)義上容許的。

中斷服務(wù)程序和用戶(hù)程序編輯幾乎等同于主程序編輯，唯一的差別是它們必須分別用“RETI”(從中斷返回)和“RET”(從子程序返回)結束。

完成程序后，執行編譯步驟，生成具有不同格式的碼文件。第一種格式用類(lèi)似于'C'正本語(yǔ)言的FSCode表示，它代表程序，而且用框圖描述。從這種文件產(chǎn)生ST52匯編程序碼。最后產(chǎn)生存入器件存儲器的二進(jìn)制碼。借助FUZZYSTUDIOTM4所含的芯片編程功能執行輸入步驟，通過(guò)計算機并行端口在套件所含編程板上執行數據下載。

在應用的實(shí)際實(shí)現前，應該用調試程序來(lái)測試程序和器件性能。調試程序能執行整個(gè)芯片仿真，包括中斷和外設，借助變量“觀(guān)測(watch)”和信號及程序變量的圖像瞬時(shí)圖提供仿真數據。為了便于調試，程序也可被逐條指令地檢查。另外，它也提供某些典型的調試程序性能(如斷點(diǎn)或信號和變量設置)。

綜上所述可見(jiàn)，FUZZYSTUDIOTM4是開(kāi)發(fā)ST52模糊微控制器應用的一種完整系統。另外，它為用戶(hù)提供非常直觀(guān)的編程方法，使其成為容易使用強有力的開(kāi)發(fā)工具。

新器件和開(kāi)發(fā)系統

ST52x420 器件是ST52模糊微控制器家族(ST52x301是第1個(gè)型號)的一個(gè)型號。新器件ST52x430的樣品已生產(chǎn)出，它具有雙倍的存儲器容量(256RAM存儲單元代替128存儲單元，程序存儲器擴展到8K字節)。實(shí)現UART協(xié)議的SCI(串行通信接口)已增添到已有外設中。

另外，具有不同外設組合的其他器件正在設計中。

同時(shí)，STMicroelectronics公司正在開(kāi)發(fā)軟件工具的新版本。

新器件和新開(kāi)發(fā)系統即將推出。