你知道MCU还可以简单的功能增强吗_如何增强?

陈翠 发表于 2018-04-23 14:16:02 收藏 已收藏
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你知道MCU还可以简单的功能增强吗_如何增强?

陈翠 发表于 2018-04-23 14:16:02

  MCU简介

  微控制单元(Microcontroller Unit;MCU) ,又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机,是把中央处理器(Central Process Unit;CPU)的频率与规格做适当缩减,并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口,甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。诸如手机、PC外围、遥控器,至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等,都可见到MCU的身影。

  你知道MCU还可以简单的功能增强吗?

  MCU的特点

  要了解一款MCU,首先需要知道就是其ROM空间、RAM空间、IO口数量、定时器数量和定时方式、所提供的外围功能模块(Peripheral Circuit)、中断源、工作电压及功耗等等。

  了解这些MCU Features后,接下来第一步就是将所选MCU的功能与实际项目开发的要求的功能进行对比,明确那些资源是目前所需要的,那些是本项目所用不到的。对于项目中需要用到的而所选MCU不提供的功能,则需要认真理解MCU的相关资料,以求用间接的方法来实现,例如,所开发的项目需要与PC机COM口进行通讯,而所选的MCU不提供UART口,则可以考虑用外部中断的方式来实现;

  对于项目开发需要用到的资源,则需要对其Manua*进行认真的理解和阅读,而对于不需要的功能模块则可以忽略或浏览即可。对于MCU学习来讲,应用才是关键,也是最主要的目的。

  明确了MCU的相关功能后,接下来就可以开始编程了。对于初学者或初次使用此款MCU的设计者来说,可能会遇到很多对MCU的功能描述不明确的地方,对于此类问题,可以通过两种方法来解决,一种是编写特别的验证程序来理解资料所述的功能;另一种则可以暂时忽略,程序设计中则按照自己目前的理解来编写,留到调试时去修改和完善。前一种方法适用于时间较宽松的项目和初学者,而后一种方法则适合于具有一定MCU开发经验的人或项目进度较紧迫的情况;

  指令系统千万不要特别花时间去理解。指令系统只是一种逻辑描述的符号,只有在编程时根据自己的逻辑和程序的逻辑要求来查看相关的指令即可,而且随着编程的进行,对指令系统也会越来越熟练,甚至可以不自觉地记忆下来。

  你知道MCU还可以简单的功能增强吗?

  MCU的基本功能

  对于绝大多数MCU,下列功能是最普遍也是最基本的,针对不同的MCU,其描述的方式可能会有区别,但本质上是基本相同的:

  ● TImer(定时器):TImer的种类虽然比较多,但可归纳为两大类:一类是固定时间间隔的TImer,即其定时的时间是由系统设定的,用户程序不可控制,系统只提供几种固定的时间间隔给用户程序进行选择,如32Hz,16Hz,8Hz等,此类TImer在4位MCU中比较常见,因此可以用来实现时钟、计时等相关的功能;另一类则是Programmable Timer(可编程定时器),顾名思义,该类Timer的定时时间是可以由用户的程序来控制的,控制的方式包括:时钟源的选择、分频数(Prescale)选择及预制数的设定等,有的MCU三者都同时具备,而有的则可能是其中的一种或两种。此类Timer应用非常灵活,实际的使用也千变万化,其中最常见的一种应用就是用其实现PWM输出(具体的应用,后续会有特别的介绍)。由于时钟源可以自由选择,因此,此类Timer一般均与Event Counter(事件计数器)合在一起;

  ● IO口:任何MCU都具有一定数量的IO口,没有IO口,MCU就失去了与外部沟通的渠道。根据IO口的可配置情况,可以分为如下几种类型:

  ● 纯输入或纯输出口:此类IO口有MCU硬件设计决定,只能是输入或输出,不可用软件来进行实时的设定;

  ● 直接读写IO口:如MCS-51的IO口就属于此类IO口。当执行读IO口指令时,就是输入口;当执行写IO口指令则自动为输出口;

  ● 程序编程设定输入输出方向的:此类IO口的输入或输出由程序根据实际的需要来进行设定,应用比较灵活,可以实现一些总线级的应用,如I2C总线,各种LCD、LED Driver的控制总线等;

  ● 对于IO口的使用,重要的一点必须牢记的是:对于输入口,必须有明确的电平信号,确保不能浮空(可以通过增加上拉或下拉电阻来实现);而对于输出口,其输出的状态电平必须考虑其外部的连接情况,应保证在Standby或静态状态下不存在拉电流或灌电流。

  ● 外部中断:外部中断也是绝大多数MCU所具有的基本功能,一般用于信号的实时触发,数据采样和状态的检测,中断的方式由上升沿、下降沿触发和电平触发几种。外部中断一般通过输入口来实现,若为IO口,则只有设为输入时其中断功能才会开启;若为输出口,则外部中断功能将自动关闭(ATMEL的ATiny系列存在一些例外,输出口时也能触发中断功能)。外部中断的应用如下:

  ● 外部触发信号的检测:一种是基于实时性的要求,比如可控硅的控制,突发性信号的检测等;而另一种情况则是省电的需要;

  信号频率的测量;为了保证信号不被遗漏,外部中断是最理想的选择;

  你知道MCU还可以简单的功能增强吗?

  ● 数据的解码:在遥控应用领域,为了降低设计的成本,经常需要采用软件的方式来对各种编码数据进行解码,如Manchester和PWM编码的解码;

  ● 按键的检测和系统的唤醒:对于进入Sleep状态的MCU,一般需要通过外部中断来进行唤醒,最基本的形式则是按键,通过按键的动作来产生电平的变化;

  ● 通讯接口:MCU所提供的通讯接口一般包括SPI接口,UART,I2C接口等,其分别描述如下:

  ● SPI接口:此类接口是绝大多数MCU都提供的一种最基本通讯方式,其数据传输采用同步时钟来控制,信号包括:SDI(串行数据输入)、SDO(串行数据输出)、SCLK(串行时钟)及Ready信号;有些情况下则可能没有Ready信号;此类接口可以工作在Master方式或Slave方式下,通俗说法就是看谁提供时钟信号,提供时钟的一方为Master,相反的一方则为Slaver;

  ● UART(Universal Asynchronous Receive Transmit):属于最基本的一种异步传输接口,其信号线只有Rx和Tx两条,基本的数据格式为:Start Bit + Data Bit(7-bits/8-bits) + Parity Bit(Even, Odd or None) + Stop Bit(1~2Bit)。一位数据所占的时间称为Baud Rate(波特率)。对于大多数的MCU来讲,数据为的长度、数据校验方式(奇校验、偶校验或无校验)、停止位(Stop Bit)的长度及Baud Rate是可以通过程序编程进行灵活设定。此类接口最常用的方式就是与PC机的串口进行数据通讯。

  ● I2C接口:I2C是由Philips开发的一种数据传输协议,同样采用2根信号来实现:SDAT(串行数据输入输出)和SCLK(串行时钟)。其最大的好处是可以在此总线上挂接多个设备,通过地址来进行识别和访问;I2C总线的一个最大的好处就是非常方便用软件通过IO口来实现,其传输的数据速率完全由SCLK来控制,可快可慢,不像UART接口,有严格的速率要求。

  ● Watchdog(看门狗定时器):Watchdog也是绝大多数MCU的一种基本配置(一些4位MCU可能没有此功能),大多数的MCU的Watchdog只能允许程序对其进行复位而不能对其关闭(有的是在程序烧入时来设定的,如Microchip PIC系列MCU),而有的MCU则是通过特定的方式来决定其是否打开,如Samsung的KS57系列,只要程序访问了

  Watchdog寄存器,就自动开启且不能再被关闭。一般而言watchdog的复位时间是可以程序来设定的。Watchdog的最基本的应用是为MCU因为意外的故障而导致死机提供了一种自我恢复的能力。

  如何使用MCU进行简单的功能增强

  如果有一个25美分的MCU,可以用0.5KB的内存做些什么?

  您现在可能已经使用固定功能的集成电路(IC)很长一段时间了,并且在某些情况下,已经适应了它们有限的灵活性。一个简单的通用异步收发器(UART)到串行外设接口(SPI)桥接器、一个复位控制器或一个带有后备存储器的外部实时控制器(RTC)在自身功能方面拥有良好的表现,但却仅限于设定的功能。

  但是如果可以通过智能化或功能定制来更好地满足您的需求呢?如果可以使用独立的低成本MCU来实现这些独立功能呢?

  新型MSP430™超值传感系列MCU可以通过多种集成混合信号功能帮助部署简单的传感解决方案。为扩展这些低成本MCU的功能,TI为25个常见系统级功能创建了一个代码实例库,包括定时器、输入/输出(I/O)扩展器、系统复位控制器、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)等。

  25项功能被划分为标准电路中常见的四个功能类别:即系统管理、脉宽调制、定时器和通信。在使用MSP430FR2000器件时,大部分代码实例都适用于0.5KB以下的内存,成本最低的MSP430 MCU的售价低至1000单位数量29美分,更多数量低至25美分。图1介绍了一些离散功能集成电路,如外部监视器或实时时钟集成电路,可以用25项功能中的对应功能进行替代。如果使用所示的多个集成电路或功能(如定时器或PWM),甚至可以将多种功能组合起来,满足您的应用需求,从而减少工作量和电路板空间。

  你知道MCU还可以简单的功能增强吗?

  为帮助您了解和使用这些功能,TI编写了一本电子版说明书,其中包含25个简短的应用注释,并附有源代码链接。在几分钟内,便能够编译、下载源代码并在MSP430超值传感系列MCU上运行。可以根据您的应用需求对功能进行调整,从而大幅缩短上市时间。

  在开始了解对众多固定功能集成电路的可编程替代方案时(我们期待看到您使用25种功能可以做些什么),我们将继续构建应用注释系列。

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