恢復模糊邏輯專用器件新方案

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

現(xiàn)在，模糊邏輯的大多數(shù)應用是用寫在標準微控制器中的軟件程序?qū)崿F(xiàn)的。這種方法盡管具有經(jīng)濟和其他優(yōu)點，但在靈活性和合成性方面有某種限制，尤其是在執(zhí)行算法性能方面有局限性。

這些因素導致VLSI設計人員想到用專用器件實現(xiàn)模糊計算。確實，已有了模糊協(xié)處理器，它們與標準微處理器結(jié)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“貴重的”元件外加一些接口邏輯。

因此，實現(xiàn)模糊邏輯基控制系統(tǒng)的正確方法是用專用器件，這種專用器件具有模糊計算能力、標準微控制器特性、“傳統(tǒng)”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(tǒng):送數(shù)、加、減、乘、除、邏輯AND、邏輯OR、位方式移位、無條件和條件轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用、控制指令。模糊計算單元是在程序開始模糊指令部分時傳遞控制的輔助結(jié)構(gòu)。這樣的模糊指令部分可在程序中使用多次，;而且用幾個模糊計算塊不僅僅為了實現(xiàn)系統(tǒng)控制，也可實現(xiàn)其他功能(如“虛擬傳感器”或自適應控制)。對于這種應用，傳統(tǒng)的微控制器的功能是選擇哪種控制來執(zhí)行，而模糊功能去實現(xiàn)它。

除了上述功能外，為了執(zhí)行控制，它還具有從傳感器或從其他器件采集數(shù)據(jù)的外設。實際上，ST52x420配備有8通道8位A/D變換器、23條可配置I/O引腳、看門狗定時器、3個PWM/定時器(帶16位預定標計數(shù)器的8位“自動重新輸入”計數(shù)器)。通過外部引腳可以驅(qū)動其中一個PWM/定時器，以便獲得像事件計數(shù)器、輸入捕獲和輸出比較這樣的功能。所有PWM/定時器可產(chǎn)生定時器和PWM中 的波形。為了控制PWM模式中3相全橋驅(qū)動器，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ST52具有實現(xiàn)智能控制的所有功能:采集數(shù)據(jù)、管理信息、做出判斷、計算控制動作和執(zhí)行控制。這些性能使控制系統(tǒng)實現(xiàn)的成本降低，所以可以說產(chǎn)品的戰(zhàn)略是經(jīng)濟的。

FUZZYSTUDIO TM 4

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

由設計人員對微控制器進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

·用戶的流程定義

·中斷服務子程序定義

圖2示出FUZZYSTUDIOTM4概觀。

FUZZYSTUDIOTM4執(zhí)行上述操作借助于目標視窗，目標視窗包含進入開發(fā)編程操作環(huán)境的樹形視圖。雙擊“Peripheral”項，便可進入外設配置環(huán)境。借助能提供外設性能指標的參數(shù)表就能執(zhí)行這種操作，而不用寫任何代碼行，僅僅用鼠標點擊引導選擇就行。應考慮到，為了配置外設必須編程幾個寄存器的每一位，連續(xù)地保持數(shù)據(jù)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。在編譯期間自動生成相應的代碼。

雙擊“Variables”項便進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符號名稱有關(guān)，另外，可以定義變量類型。可用的變量類型是“Byte”，"Signed Byte"“Word”，“Signed Word”。根據(jù)變量類型，編譯程序把指令編譯為處理符號和16位變量類型的一種方式。符號變量類所采用的變換不是傳統(tǒng)的二進制補碼，而是基于128的數(shù)據(jù)移動，在這種方式中，當寄存器值為0時變量值是-128，當寄存器值為128時變量值是0，當寄存器值為255時變量值是127。在Signed Word類型中加128到最高有效字節(jié)。采用這種變換的原因是:在執(zhí)行控制時它具有某些優(yōu)點、用ST52家族指令系統(tǒng)最容易處理。雙擊“Table”項打開視窗以便定義常數(shù)和數(shù)據(jù)表(或查找表)，數(shù)據(jù)表做為常數(shù)向量處理。

FUZZYSTUDIOTM4開發(fā)系統(tǒng)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程序。微控制器的每一功能對應于一個功能單元。功能如下:

·算術(shù)和邏輯編程(運算單元)

·模糊系統(tǒng)定義(模糊單元)

·修正程序流程的條件結(jié)構(gòu)(條件單元)

·外設使能/禁止(外設單元)

·程序調(diào)用(調(diào)用單元)

·與外設和I/O數(shù)據(jù)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)

每個單元與一個相配的編輯相關(guān)，雙擊單元便可選取。運算單元編輯是一個簡單的文本編輯，它能寫算術(shù)和邏輯高級指令、控制指令(如IF，WHILE，F(xiàn)OR)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。所用語法與“C”語言相同。條件單元用簡單的編輯單元來插入條件以修正程序的邏輯流程。用鼠標點擊檢查單元編程外設所執(zhí)行的功能，在處理外設單元時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中斷。與外設的數(shù)據(jù)交換(例如定時計數(shù)器初始化或并行端口數(shù)據(jù)讀)用選擇器件列表中的目標/源器件和變量列表中的源/目標變量來執(zhí)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(tǒng)編輯，它能開發(fā)模糊邏輯的圖像和“視覺”編程能力。第一級編輯用于定義模糊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以建立輸入和輸出變量數(shù)及其特性和與程序全局變量的聯(lián)系。每一個圖標代表一個模糊變量:雙擊它便開放Member ship Function編輯;它完全是圖形化的，這便于進行設計和用簡便快速點擊鼠標修改函數(shù)形狀(三角形和梯形)。此外，在模糊系統(tǒng)圖中包括表示模糊規(guī)則單元的圖標。雙擊它便進入Rule Editor，用人機對話工具可快速確定模糊規(guī)則，這可避免可能的語法或鍵入錯誤。此工具插入規(guī)則的關(guān)鍵詞以及模糊變量的名稱和隸屬函數(shù)(從適配列表選擇或點擊合適的鍵)。可用的列表和使能鍵只是語句和語義上容許的。

中斷服務程序和用戶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(jié)束。

完成程序后，執(zhí)行編譯步驟，生成具有不同格式的碼文件。第一種格式用類似于'C'正本語言的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制碼。借助FUZZYSTUDIOTM4所含的芯片編程功能執(zhí)行輸入步驟，通過計算機并行端口在套件所含編程板上執(zhí)行數(shù)據(jù)下載。

在應用的實際實現(xiàn)前，應該用調(diào)試程序來測試程序和器件性能。調(diào)試程序能執(zhí)行整個芯片仿真，包括中斷和外設，借助變量“觀測(watch)”和信號及程序變量的圖像瞬時圖提供仿真數(shù)據(jù)。為了便于調(diào)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(diào)試程序性能(如斷點或信號和變量設置)。

綜上所述可見，F(xiàn)UZZYSTUDIOTM4是開發(fā)ST52模糊微控制器應用的一種完整系統(tǒng)。另外，它為用戶提供非常直觀的編程方法，使其成為容易使用強有力的開發(fā)工具。

新器件和開發(fā)系統(tǒng)

ST52x420 器件是ST52模糊微控制器家族(ST52x301是第1個型號)的一個型號。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(jié))。實現(xiàn)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，STMicroelectronics公司正在開發(fā)軟件工具的新版本。

新器件和新開發(fā)系統(tǒng)即將推出。