8位 MCU应用概述和优势介绍

　　虽然 32 位 MCU 备受关注，但绝大多数嵌入式设备使用 8 位设备。通过选择集成了一些精密模拟外设、可配置 GPIO 引脚、串行接口和快速数据总线架构的低引脚数 8 位 MCU，您可以用一个小设备完成很多工作。

　　8 位低引脚数 （LPC） 微控制器利用工艺缩减来增加其功能，从而以更低的成本为更多的应用提供服务。尽管 LPC 设备也受到 0.35μm 技术节点的焊盘限制，但架构、电机控制、智能能源管理、以太网和家庭自动化和控制的无线连接要求的进步为 8 位 MCU 带来了新的应用范围。

　　如今，8 位领域由采用先进工艺技术制造的 MCU 引领，这些技术能够集成一些精密模拟外设、可配置的通用 I/O （GPIO） 引脚、串行接口和快速数据总线架构。借助此功能，这些器件可提供高精度的模拟信号捕获、转换和调节；适度的信号处理能力；以及合理数量的集成内存——所有这些都在最小焊盘环内。

　　根据 Gartner Dataquest 的数据，按体积计算，8 位微控制器占处理器市场的一半以上。这家市场研究公司估计，2008 年 8 位 MCU 市场约为 50 亿美元。

　　最新的 8 位 MCU 的优势包括：

　　高性能——时钟速度达到几十兆赫兹

　　集成特性——闪存、内部高速时钟和定时器、模拟外设、智能卡接口、集成触摸控制器、电机控制、无线接口、有线网络连接，例如集成控制器局域网 （CAN） 和本地互连网络 （LIN） 总线，和许多其他功能

　　高可靠性

　　小包装尺寸

　　低功耗——闪存设备仅消耗纳瓦级电流

　　低成本

　　低电磁干扰 （EMI）

　　该技术背景介绍了当今日益重要的 8 位 MCU 应用程序的快速回顾，特别关注家用电器。在本次应用综述之后，查看富士通 MCU 功能，了解这些设备如何满足应用需求。

　　8 位 MCU 应用概述

　　几个应用领域预计在不久的将来会有强劲的市场需求。

　　医疗的

　　大多数医疗设备获取的生理信号都是模拟信号，在测量、监控或显示之前需要进行信号调理，例如放大和滤波。8 位 MCU 可以实现超低功耗平台，其中包括用于个人血压监测器、脉搏计和心率监测器等应用的完整信号链。使用具有集成 RF/ZigBee 或 Wi-Fi 接口和收发器的设备，远程患者监测也是一种增长趋势。随着便携性成为医疗产品的增长趋势，制造商正在寻求能够降低设计复杂性和开发时间的 MCU 等技术。

　　便携式消费者

　　使 MCU 成为电池供电医疗产品理想选择的特性使这些设备适用于各种便携式消费类应用，包括智能玩具、IP 摄像机和互联网收音机。通过内置 LCD 控制器和触摸传感器控制器，8 位 MCU 提供了一个消费者友好型平台，可实现快速开发。ZigBee 收发器使这些设备易于携带且始终联网。

　　智能传感器应用

　　烟雾探测器、恒温器和玻璃破损检测系统等设备充分利用了 8 位 MCU 的超低功耗和集成的高性能模拟功能。集成的无线网络功能对于此类智能传感器应用也非常有用，可加强家庭自动化、远程监控和控制。这些类型的应用增长如此强劲，一些观察家预计，95% 的访问互联网的设备将是传感器和机器对机器应用中的 MCU。

　　智能计量

　　智能电表可以比传统电表更详细地测量消耗，并通过网络将该信息传达给当地公用事业公司。8 位微控制器完美结合了超低功耗和高性能模拟集成（16 至 21 位 delta-sigma ADC、比较器等）。8 位 MCU 可以测量单相或三相电力、水和气体，并具有用于自动抄表 （AMR） 数据通信的集成无线接口。

　　商业流媒体应用

　　销售点 （POS） 终端和自动售货机可以使用基于 MCU 的低成本平台，以引人入胜的互动方式将销售信息带给消费者。

　　白色和棕色商品

　　8 位 MCU 提供了简单的方法来处理消费产品中的各种任务，例如空调、洗衣机、冰箱、车库开门器、烟雾探测器、真空吸尘器、热泵、微波炉、电视、家庭影院系统、收音机广播接收器和录音产品。特别是亚洲小家电的产量，如除尘器、智能电饭煲、风扇、遥控器等，将继续快速增长。本技术背景资料的下一部分将详细介绍家用电器。

　　满足家电需求

　　洗衣机、洗碗机和冰箱等大型家电都可以受益于先进电机控制技术的节能特性。由于冰箱一直开着，它可以消耗高达 50% 的家庭能源预算，几乎所有的能源都用于运行压缩机电机。大多数冰箱仍然使用恒速开/关压缩机。然而，变速压缩机在市场上越来越受欢迎。这些压缩机通过精确的温度控制实现更高效的冷却，从而减少整体能源使用。此外，制造商越来越多地采用更高效的无刷电机，这进一步减少了能源消耗量。

　　在洗衣机中，当永磁或无刷直流 （BLDC） 电机取代通用三端双向可控硅驱动电机等低端解决方案时，性能和驱动效率显着提高。基于 8 位 MCU 和永磁体或 BLDC 电机的先进控制技术可缩短洗涤周期，从而节省能源并减少用水量。

　　即使是复杂的系统也可以利用 8 位 MCU 来处理一些简单的功能。例如，许多类型的应用都可以受益于使用 6 或 8 引脚 MCU 来控制需要可配置时间延迟的复位电路。电气照明镇流器应用可以使用类似的 LPC 设备，因为与寻找和储存正确的分立元件相比，MCU 易于配置并节省资金。8 位 MCU 现在只需几美分，电池充电器、电动牙刷、烤面包机、咖啡机和廉价玩具等设备现在都包含 MCU。

　　图 1 显示了几个示例应用的 3 个框图。

　　冷气机

　　吸尘器

　　微波炉

　　图 1：家用电器应用。

　　富士通低成本、紧凑型 8 位 MCU 价值主张

　　富士通F²MC-8FX 系列器件 — MB95100和新型 LPC MB95200 /MB95300/MB95400 系列 MCU — 提供适合设计节能电器的片上外设的智能组合和控制面板。该产品系列具有足够的可扩展性和灵活性以满足电器要求，具有电机控制器、运算放大器、比较器、LCD 控制器和使用 SPI/I²C 用于人机界面 （HMI） 的触摸传感器控制器 （TSC） 接口等功能。

　　F²MC-8FX 系列 MCU 集成了 8 到 60 KB 的闪存以及 2 到 32 KB 的 RAM。还提供非易失性 FRAM — 一种快速替代闪存的方法。封装选项包括 DIP、SOP、SSOP、QFP 和 LQFP，引脚数从 8 到 100 个不等。

　　主要特点

　　1. 双操作闪存

　　产品包括富士通专有的嵌入式双操作闪存，它模拟 E²PROM。内存包含两个区域，一个用于程序存储，另一个用于数据存储。集成闪存可在 MCU 的整个工作范围内进行编程，使用户能够在几乎任何环境中充分利用可重新编程的优势。

　　为了简化该内存的使用，富士通免费提供了一个软件 E²PROM 仿真库和 API 代码供用户定制，无需版税。不需要基于闪存的 E²PROM 仿真的用户可以将内存用作传统闪存。

　　嵌入式闪存可重写100，000次，并保证数据保留20年。为了增强系统完整性、安全性和可靠性，MCU 还集成了广泛的硬件和软件系统保护以及闪存安全功能。闪存安全功能可保护客户软件不被未经授权的外部访问读取。

　　2. 组件集成以降低成本

　　富士通 8 位 MCU 具有片上 RC 振荡器电路和低压检测电路，因此无需外部这些组件。甚至 LPC 器件也具有片上 RC 振荡器（+/- 2 到 3%）和片上调试功能。

　　3. 复合定时器可灵活满足系统要求

　　MCU 定时器可配置为脉冲宽度调制 （PWM）、脉冲宽度计数器 （PWC）、间隔定时器或输入捕捉（用于测量间隔时间）。这种定时器的多功能性使其更容易处理各种系统要求。单独的看门狗定时器提供了一种安全机制来监控软件流程、CPU 时钟以及中断处理和执行。

　　4. 非易失性 FRAM 存储器集成

　　富士通 MB95R203 8 位 MCU 是第一款提供集成铁电 RAM （FRAM） 的产品。FRAM 具有高速访问、非易失性、写入模式下的高耐用性、低功耗、出色的抗篡改和不会因辐射而导致性能下降的特点。因此，FRAM 非常适合用于智能卡、安全数据存储和电池供电应用，其中高安全性、小内存大小和低功耗是关键要求。

　　5. 通信接口

　　Fujitsu 8FX MCU 系列支持广泛的通信协议，通常用于大型电器系统设计，提供片上 UART、I²C、LIN-UART/SPI。LIN-UART/SPI 模块无需使用外部定时器通道即可启用 LIN 中断检测和同步，从而简化了 LIN 系统的开发。

　　6. 特定应用功能的集成

　　涉及模拟 I/O 和/或电机控制的应用在 8FX MCU 系列中得到广泛支持。例如，LPC MCU 具有 10 位模数转换器 （ADC） 等关键外设。（12/16 位 ADC 正在开发中。）MCU 还提供高级定时器模块，满足从基本到高级电机控制的电器所需的性能要求。

　　最新的 8 位 MB95300 系列器件提供专门用于电机控制的功能：三个独立的 16 位定时器/脉宽调制器模块。这些模块支持为单相和三相 BLDC 电机控制生成任何脉冲宽度调制 （PWM） 模式。MB95400 系列包含内置电压比较器和运算放大器。

　　此外，MCU 还提供许多系统功能，用于配置多种类型的应用。例如，这些设备可以通过系统完整性软件启用，包括 CPU 寄存器和程序计数器的定期测试例程，有助于确保家用电器中电子控制装置的安全、可靠运行。其他功能，如主动上电复位、低电压检测和低电压警告有助于防止因掉电导致的系统故障。这些片上特性使该 MCU 系列的成员成为同类产品中最强大的 MCU 产品之一。

　　此外，LPC MCU 的四种低功耗模式可帮助开发人员在电池供电设备、电动工具、HVAC 设备、电机控制器和断路器等应用中实施响应式电源管理方案。3 至 5.5V 的电源电压范围还简化了开发并简化了传统设计的升级。

　　7.应用开发简化

　　富士通提供了多种方法来简化应用程序开发，首先是片上调试。MCU 提供具有单线调试、仿真和板载闪存编程接口的在线仿真 （ICE） 功能，无需昂贵的仿真工具。此功能使开发人员能够即时执行非侵入式调试和仿真。为帮助开发人员快速轻松地启动和运行应用程序，富士通为 8 位 MCU 系列提供灵活且经济高效的评估板和入门套件。富士通微电子还为开发工具、参考设计和软件示例以及 C 源代码/项目文件和应用说明提供技术培训和全面支持。

　　富士通 8 位 MCU 技术路线图

　　富士通不断改进 8 位 MCU 工艺技术、性能、功耗和外设集成，如图 2 所示。此外，低成本、易于使用的开发工具现已成为 MCU 产品的标准元素，以及广泛的应用支持。

　　图 2：富士通的价值主张和路线图。

　　8 位 MCU 提供广泛的片上集成，有助于保持低成本和低功耗——非常适合当今的市场趋势和应用。富士通的 8 位 MCU 通过提供具有集成功能的小封装低成本解决方案来满足一系列应用特定要求，为需要高集成度的系统提供了卓越的选择。