新一代32位微控制器走入家庭应用

作者：时间：2008-01-30来源：收藏

　　新一代32位微控制器(MCU)具有非常高的集成度，具有片上闪存、模数转换器和其它的集成外设。这种集成度结合增强的处理能力，能提供高性能和具有成本效益的解决方案，可用于很多新的家电产品、白色家电、消费电子产品和其它应用。设计师现在发现32位MCU仅仅比16位产品略贵一点，但增加的功能特性远远超过了微小的成本差异。很多基于RISCC的32位MCU现在能提供非常高的性能，功耗只相当于16位控制器的水平。这些控制器还具有较小的封装尺寸，因此，在采用32位MCU设计时封装大小不再是一个挑战，即使是在空间受限的应用中。

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　　尽管大多数新一代32位MCU基于RISC架构构建，具有低功耗和高速度，还是有某些版本采用CISC架构，从而为设计师提供了另外一种选择。设计师使用基于RISC的MCU时需要特别关注是否包含扩展指令集，这对于汇编级别的编程和高级应用程序开发来说非常有用。如此多的片上外设进一步丰富了MCU的产品类型。仔细地评估在特定应用中所需要的特性可以帮助选择最合适于该应用的32位MCU。

片上存储器和通信立即增加价值

　　其中一个基础创新是集成片上存储器，现在大多数MCU通常具有最少512KB的闪存和至少32KB的ROM。根据具体应用某些MCU上集成了更多的片上存储器，每一个开发者和设计师必须考虑的事情是目标应用的存储器需求，片上存储器的存在和大小对最终选择产生重大影响。片上闪存允许用户多次重写软件，即使在产品设计已经实现后，使用户从传统的掩模ROM中解脱出来，掩模ROM存储器只能编程一次。这样一来，闪存在那些需要快速处理大量数据的应用中越来越重要，如存储器到存储器传输、外设资源控制、位管理和直接数据命令。

　　在这些先进的MCU中的另外一个重要特性是指令集，这些指令集管理系统控制和I/O访问。这些命令被增强和流水线化，以使他们适合于不同的消费产品应用。例如很多32位器件现在集成了与中央处理器并行工作的高速乘积/和宏单元。这些版本的产品能以33MHz或更高的工作频率在一个周期内执行乘积/和运算，因此这些器件可以用于图像处理应用中，用于滤波处理或快速傅立叶变换，或者用于声音处理。设计师可以考虑把这些宏单元用在消费电子产品中。

　　也有这样的趋势，就是在32位控制器中包含标准的通信接口，以通过以太网物理层(PHY)、USB或者其它接口增加工业标准的连接能力。这些通信接口可以实现系统到系统的通信，并且采用片上USB，不需要主机接口，为如需要大量远程数据采集的工业控制这样的应用增加了价值。

　　最新的32位MCU还具有非常高的处理能力，在增加了乘法器、程序计数加法器以及桶式移位器的特性下，每个时钟周期可以执行超过1.25个指令。一组频率控制和指令，除了通常的存储器访问以及嵌入式编程指令以外，还包括存储器到存储器传输、外设资源控制、位管理以及直接数据命令等指令，提供非常高的目标效率并减少外部存储器访问操作次数以及高速缓存访问次数。结果是减少了CPU总线上的负载、提高了CPU内核和高速缓存的效率。

32位MCU进入家用电器设备应用

　　这种新一代32位MCU增长速度最快的一个应用是家用电器设备，例如空调、洗衣机、冰箱以及更小的白色家电。在过去的设计中，一个通用的8位MCU通常就足够了，但是现在开始强调节约能量和功耗、要求开发出更加安静、效率更高的设备。通过集成的功能特性，例如多功能定时器、高速A/D转换器、过流保护电路，MCU可以减少会影响产品性能的振动和噪声。

　　在这些新的MCU中增加的新的特性可以使用高效的矢量控制功能，使得MCU可以监控和调节压缩机和电机。对于驱动压缩机和电机，32位的MCU可以配置以下这些功能单元：矢量驱动、应用控制、高速处理和高速A/D转换。

　　这些功能需要32位MCU来驱动矢量同时控制应用、保持脉宽调制输出、执行高速A/D转换。在这些嵌入式应用中使用高速12位A/D转换器提供了对最小变化的敏感度，允许非常快速的响应。转换器与灵活的脉宽调制单元一起工作，实现平滑精确的控制，并且降低功率要求以及节省运行成本。

　　家用电器的另外一个趋势是使用来自多个传感器的数据用于控制，例如在微波炉中使用多个温度监控和另外的蒸汽以获得不同食物最好的加热效果。在新的家用电器产品的开发中出现了新的要求，这些要求包括在微波炉和电磁炉表面的精确温度控制以及空调、洗衣机、干衣机和洗碗机更高效的工作。满足这些要求需要能实时地处理来自多个传感器的数据，并提供精细的控制。

　　对于电机控制，新一代的32位MCU可以集成自由运行的定时器。把这些定时器分配给每个相位，通过在三相逆变器控制中将不同定时器用于每个独立的相位，它们能实现载波频率的产生。逆变器控制将直流电源变成交流电，对于实现降低功率和降低工作噪声来说，逆变器功能是非常重要的。逆变器应用的实例是空调设备；现在能用逆变器的其它家用电器包括洗衣机和电冰箱。

　　32位MCU通过确定电机的最佳驱动力，可以控制电机运转，然后在负载波动太大时以及产生不连续和低效率的操作时快速地反馈数据。例如，因为水的运动或衣服的运动，洗衣机的电机负载不断地波动，因此调整驱动力矩是控制的必要部分。通过提供快速的中断响应时间以及能在单位时间内进行运算，这些MCU能有效地精细调整电机控制，使电机运转时的功耗最低。

　
图1：富士通32位MCU框图

　　这些功能大大地增强了32位MCU在家用电器中的价值。另外一个令人兴奋的应用现在开始出现了：完全联网的家用电器，与上网的家庭环境相连接。在32位MCU控制的帮助下，电冰箱将能告诉消费者某类食物储量什么时候比较低或者何时将售完，连接到家庭网络的家用电器将能让消费者知道出现故障或者需要维修。随着各种消费电子产品都实现连网，32位MCU将能使这些联网功能得以实现。