時間：2023-05-29 17:59:25
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇微控制器，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
白光LED驅動器的主要構件是一個振蕩器、一個電荷泵和一個穩流電流源。美國國家半導體公司 (national.com)生產一種在高度集成的LM2791/2型 IC內包含以上三種構件的器件。白光LED驅動器通常與手機基帶控制器或微控制器串聯使用。你可以方便地采用LM2791/2來提供一個時鐘源。你只要考慮到在快速充放電電容器（C1）兩個引腳上有一個偽方波，就可以實現一個簡單而有用的電路。你可以從這兩引腳上獲得這一偽方波，并凈化之。
圖1，白光LED驅動器可以兼做微控制器的時鐘源。
為了完成這個任務，你可將這一偽方波信號通過一只330Ω電阻器R1注入一個簡單的倒相器門，如一個DM7404型十六進制倒相器（圖1）。凈信號是一個純凈的2MHz時鐘源。示波器圖形示出了偽方波以及倒相器輸出端的凈化方波（圖2）。你可以將這個信號用做基帶控制器或微控制器的簡單時鐘源，以便執行諸如小鍵盤解碼或電池識別檢測等簡單任務。
圖2，邏輯倒相器凈化來自快速充放電電容器的偽方波（上部）；凈化方波（底部）是微控制器的穩定時鐘源。
關鍵詞：單片機；嵌入式；開發；研究
中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 18-0000-01
單片機微控制器不同于微處理器，從抽象化比喻來說，嵌入式單片機如果說是航空母艦的話，那么微處理器就是戰斗機，微控制器是整合了所有處理系統的一個載體平臺。嵌入式單片機主要以電子生產設備的控制系統相關，是節省勞動力創造生產總值的必備利器。為現代化企業的發展起到了巨大的革新意義。單片機按CPU處理字的長度分就CPU處理字的長度而言，有4位、8位、32位單片機，按使用范圍分可分為通用單片機和專用單片機兩大類。單片機實時控制功能特別強，其CPU可以對I/O端口直接進行操作，位操作能力更是其它計算機無法比擬的。另外，由于CPU、存儲器及I/O接口集成在同一芯片內，各部件間的連接緊湊，數據在傳送時受干擾的影響較小，且不易受環境條件的影響，所以單片機的可靠性非常高。
一、微控制器基本構成要點
單片機芯片即是一整的微型計算機，對于批量大的專用場合，一方面可以在眾多的單片機品種間進行匹配選擇；同時還可以專門進行芯片設計，使芯片的功能與應用具有良好的對應關系；在單片機產品的引腳封裝方面，有的單片機引腳已減少到8個或更少。從而使應用系統的印制板減小、接插件減少、安裝簡單方便。隨著信息時代的迅速發展，越來越多的微軟產品走入千家萬戶，極大地推動了現代化產業的前進步伐，單片機微控制器也迅速覆蓋到各個行業當中，現金階段所有的高科技研發機構，都在對單片機的應用開發日以繼夜的研究當中，而且具有中國化的單片機技術也相對成熟起來。
單片機微控制器的編程是開發的重點方向，當下越來越多的高科技產品需要微控制器來進行運作，而單片機微控制器的程序相對來說就要單一的多了。所以為了能夠提高單片機微控制器的性能，新的語言編程工作需要的就會很多。尤其是程序的可操作性，對于指令的編輯要具有可靠性、升級能力，加密性能等。由于商業競爭的需要，每個企業在推出一款新的產品的時候，都要對其內部核心技術進行高加密處理。
單片機微控制器在進行程序編輯的時候，由于需要不停的語言改動，就難免會出現誤差，當程序編寫誤差加大的時候，很多編寫技師會進行刪除，但是還是會有很多數據碎片遺留在程序內部，經常性的刪除會對單片機的整體使用壽命造成縮短，所以當要進行程序編輯的時候，首先要進行微控制器的內存空間進行預算，避免由于反復的編寫，造成程序在運行期間出現偏差。還要對所有的內部程序激勵變量進行預算，因為一旦內部變量反差過大的時候，單片機整體會出現高頻度熱度，會引發單片機停止工作，直接損壞。
單片機微控制器在不斷的推動過程中，從最早的B語言進行程序編程到現階段被廣泛使用的C語言編程，無論從結構上還是編輯速度上，C語言都是最為快捷方便的。而且現階段已經實現先用C語言編輯程序，然后再錄入到單片機為控制內，這樣極大的改善了微控制器的使用壽命，而且準確率更加精確。當單片機微控制器需要編輯程序的時候，首先編輯人員要對所需要編輯的程序掌握清楚，對于單片機內部構造也要十分明了，只有對單片機微控制器的硬件方面、軟件方面都十分了解才能進入程序編寫。這是因為現在的企業所開發的產品采用的程序都不相同，所以在編寫程序之前要對產品本身有所掌握的，在對于過時產品進行升級的時候，不可以進行相互對接程序，必須要重新編寫，因為程序與程序的不同，只能覆蓋，不可以續寫。
三、微控制器程序編寫檢測
隨著編寫程序越來越多，其中可操作性、穩定性、安全性抗干擾性能是所有廠家最為關心的問題，在程序編寫完成后，都進行產品的檢測工作，首先測量產品的操作是否方便快捷，之后進行高頻段穩定性測試，完成后進入安全性能測試，下一步進行多種物質元素干擾性測試，首先進行存儲部分的干擾性能測試。因為單片機微控制器所有的指令都需要存儲以及支配，存儲系統尤為重要，采用專業高電頻、電磁儀器，進行壓力測試，配合一起的監控，如果波段出現明顯的變化，則說明產品的抗干擾能力不夠，這個時候就需要加強抗干擾能力的操作。當一切正常后，進入到產品頻率測試，最后產品在經過反復的故障性測試后，才可以正式上市，所以微控制器程序編寫檢測是保證產品最總是否合格的最重要的程序。
四、微控制器關鍵技術分析
隨著對微控制器程序編輯不斷的研究深入，越來越多的技術被推新出來，在眾多工業產品、電子產品領域當中，成為現代化電子技術中最為關鍵的技術。
微控制器內部是結合了以中央處理器為中心控制，鏈接內存等元部件構成的，而且嵌入式微控制器無論是體積還是性能，操作方面十分方便，特別是把所有關聯技術結合到集成塊當中，極大的提高了產品的性能，減少了物體空間。電路板在不斷地減少電子元部件的安裝，現階段的電子產品超薄就體現了微控制器的巨大作用。而且在嵌入式單片機的研究仍然在繼續，未來的微控制器研發的路上還有許多難題，所以我們要加大對單片機的研發與使用，只有通過實踐與理論相結合的技術，才是符合當今社會發展需要的新技術。
微控制器是當今高科技產品至關重要的核心技術。通過微控制器的載體作用，會有越來越多的新技術被融入其中，未來將進入微分子時代，納米微控制器時代，屆時微控制器的應用領域將融入到我們所有的生活工作當中。
參考文獻：
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[2]王東峰.單片機C語言應用100例[M].北京：電子工業出版社，2009.
mc68300系列微控制器的特點
mc68300系列微控制器采用模塊化設計，可以根據用戶的要求，選擇不同的模塊，以適應不同的應用場合。現在廣泛使用的已有十余種產品，一般其組成如圖1所示。
它們具有以下共同的特點或模塊：
⑴ 中央處理單元（cpu）：采用在mc68020基礎上形成的32位cpu，稱作cpu32。它與mc68020的指令系統基本相同，并且還增加了多條適合于微控制器應用的指令，這樣，在開發過程中就可以充分利用已有的成果。最高工作頻率已達25mhz。
⑵ 由于采用了全靜態設計、高速互補金屬氧化物半導體（hcmos）工藝制造，所以mc68300系列微控制器都具有較低的功耗。工作頻率可以從131khz到25.17mhz變化。當使用低功耗停機指令完全停止系統時鐘時，仍可保存所有寄存器的內容不變。
⑶時鐘頻率較其它微控制器低很多。它采用32.768khz的石英晶體，由片內的鎖相環（pll）電路產生所需的時鐘頻率，這就使得高頻噪聲低，抗干擾能力強，容易滿足電磁兼容性（emc）的要求。
⑷ mc68300系列微控制器均有系統集成模塊（sim）。該模塊由外部總線接口（ebi）、片選控制、系統保護子模塊、測試子模塊和系統時鐘組成。
外部總線基于mc68020總線，提供24根地址線、16根數據線及用于數據傳送和中斷請求等功能的控制信號線。數據總線允許8位或16位訪問方式，并允許動態改變總線寬度。
片選控制具有12根獨立的可程控的片選信號輸出，用于系統擴展、增加外部設備和外部芯片。
⑸ 一般均有隊列串行模塊（qsm）。該模塊為mc68300系列微控制器提供兩個獨立的串行通信接口，它們分別是隊列串行外圍接口qspi和串行通信接口sci。
除具有上述共同特點或模塊外，mc68300系列微控制器的主要產品還分別有如下特點或模塊：
⑴ mc68331
除包括cpu32、sim和qsm模塊外，還含有通用定時（gpt）單元。gpt可以實現輸入捕捉（ic）、輸出比較（oc）、脈沖寬度累加（pai）、脈沖寬度調制（pwm）、輔助定時器時鐘輸入（pclk）等功能。
近期motorola還公布了mc68331的低電壓（工作電壓2.7v-3.6v）芯片mc68ck331。它的工作頻率仍可達16mhz，但功耗已大大降低，特別適合于由電池供電的便攜式產品。
⑵ mc68332
mc68332除包括mc68300系列共有的模塊外，還包括2kb ram、半智能化的定時處理單元（tpu）。
tpu是mc68332最具特色的模塊之一。它有自己的執行單元、3級優先級控制器、數據ram、雙定時基準和微程序rom等。它可獨立于cpu之外，執行各種定時、脈沖生成、電機（特別是步進電機）控制、頻率測量等與時間有關的操作，可大大減輕cpu的負擔。
motorola最近已可提供mc68332的低電壓（工作電壓3.0v-3.6v）版本產品mc68lk332，在實現低功耗的同時，其工作頻率仍可達16mhz，適合便攜式產品。
⑶ mc68336
除具有mc68332的所有模塊和功能外，還有5.5k bram、可重構定時器模塊4（ctm4）、16通道的10位隊列化模/數轉換器（qadc）。
mc68336共有7.5kb ram，分為4kb和3.5kb兩個部分，均具有mc68332的2kb ram的全部特性。
⑷ mc68376
除具有mc68336全部功能外，還包括8k brom模塊、can2.0b控制器模塊（toucan）兩個部分。
⑸ mc68ck338
mc68ck338與mc68331相比，主要區別為：把mc68331中的gpt改為可重構定時模塊6（ctm6）；中央處理單元cpu32和系統集成模塊sim均為低功耗模塊，工作電壓為2.7v-3.6v，工作頻率上限為14.4mhz，所以較適合于用電池供電的便攜式產品。
⑹ mc68f333
mc68f333與上述產品相比，主要區別為：增加了64k e2prom。
⑺ mc68334
mc68334與前述的微控制器相比，其主要差別是：把2kb ram改為1kb ram；去掉了串行外圍接口（qsm）模塊；但輸入輸出引腳增加到47。
⑻ mc68360
mc68360適合于通信類產品應用。與其它產品相比，它有較大變化：使用增強型cpu32，即cpu32+；帶4個高速同步hdlc接口，2個異步串行口，14路dma，32條地址線；4個定時器，8個片選端。
除上述產品外，還有mc68340、mc68349、mc68328、mc68356等產品，在此不再一一列舉。
mc68300系列微控制器的開發
mc68300系列微控制器普遍采用了流水線結構、24位地址線和16位數據線，尋址能力可達16m～32m。有些片內的各種存儲器可做到68kb以上。所以，程序復雜程度和開發難度都有較大的增加。為此，開發工具和開發手段都必須相應變化。
用于開發mc68300系列微控制器的開發工具主要有如下幾種：
⑴ cds32高性能仿真系統
cds32包括仿真器和總線狀態分析器，可對mc68300系列微控制器的性能進行實時仿真。在pc機上開發的目標碼能裝入到cds32上運行。它有1m字節以上的仿真存儲器，8k×64位分析器緩沖器具有跟蹤實時事件的能力。cds32還具有斷點操作靈活、硬件調試簡單等特點，仿真速度高達33mhz。cds32有一個仿真頭，用該仿真頭取代目標系統上的mcu。
⑵ mmds1632
它是一種較高級的仿真器，提供了高速、實時的軟件和硬件仿真，可以完全替代mcu。
⑶ m68mevb1632
該系統的硬件由底板m68mpfb1632和名片卡計算機m68mpb33x組成，軟件包括icd32、iasm32、prog32等部分。icd32是在線調試程序，界面友好，可同時顯示6個窗口，系統運行情況一目了然。支持多種運行方式和豐富的調試命令，并可進行反匯編，對調試程序很方便。iasm32
是針對cpu32的交叉匯編程序，具有豐富的匯編命令、宏指令和控制運算，支持多窗口程序編輯和多層子程序嵌套，可以進行模塊化程序設計。prog32是對mcu片內的e2prom進行編程，利用程序也可對片外的eprom進行編程。
在實際開發時，首先在開發器上進行程序編寫和調試，然后利用事先在目標板上設置的bdm（10pin）插座和開發器所帶的扁平電纜，把目標系統和pc機連接起來就可以用icd32對系統進行調試。我們在用mc68332研制經濟型數控系統時就采用了這種方法和工具，完成了項目的開發。
基于mc68332的經濟型機床數控系統
以mc68332為主組成的經濟型數控系統如圖2所示。
在這個系統中，64k ram采用非易失ram，128k rom選用eprom，它們與mc68332的sim模塊相連，各種接口控制信號均由sim產生。rom中存放各種系統程序，ram中存放系統參數和用戶編寫的加工程序。
i/o口是該系統的離散輸入輸出口，它由mc68b21實現。鍵盤由8279鍵盤專用控制電路控制，它由48個薄膜鍵組成。lcd采用256×128點陣的圖形液晶顯示器，其控制器為sed1330。mc68b21、8279和lcd均連接到sim模塊，所需片選信號和其它接口信號由sim產生。
驅動電路連接到tpu模塊，由tpu模塊根據cpu32寫入的數據對步進電機的旋轉速度、轉動方向進行控制。tpu可以同時控制4臺4相步進電機，提供的信號最高頻率為22.5khz，而且加減速度、旋轉方向和速度都可以編程控制，應用十分方便。
通信接口由qsm模塊實現。電平轉換分別由max3232和max487完成，前者是ttl/232電平轉換電路，后者是ttl/485電平轉換電路，這樣就使系統具有rs－232c和rs－485通信能力，可以方便的與上位計算機或其它設備通信，提高了系統的性能。
復位電路由imp811等組成，可以接受面板上的手動復位信號。由于mc68332的reset信號是雙向信號，所以imp811的輸出經過74hc03隔離。imp811可以提供可靠的上電和手動復位信號，因此可以提高系統的可靠性。
結束語
Innovasic公司發現了CISC的潛在機遇，設計制造了一款與Freescale公司68K系列相兼容的、新型32位Fido 1100微處理器芯片。Fido 1100并不只是一款克隆68K的產品，而是在68K結構的基礎上，增加了創新的外設與硬件實時任務切換等新技術。
仿制高手
Fido是Innovasic生產的第一款兼容于68K的芯片。其實Innovasic是克隆微處理器經驗豐富的廠家。過去十年以來，Innovasic的工程師們曾為停產的多個8位和16位微控制器生產過完全兼容的替代產品。不僅軍方是Innovasic的大量客戶，在尋找市面上難以找到的產品時，嵌入式和業界的設計人員也會經常想起Innovasic。lnnovasic的仿制經驗使其充滿自信地推出了自己的原始芯片Fido，這款芯片雖然沿用了68K的編程模式和指令集，但芯片關鍵的微結構內核、內部總線、以及外設等的設計都是自主的創新。例如，Fido使用的鐘頻提高到66MHz，以取勝于Freescale的680x0和ColdFire。
真正的實時
Fido的設計讓人感覺有些“自相矛盾”。如它所兼容的68K指令集是卡特時代的產品，但Fido的微結構內核卻驚人地現代化。Fido芯片的外設類別看似極為平常的I/O，而其實現卻絕非一般。粗覽數據表時，Fido顯得十分普通，但實際上卻有創新的技術內涵。Fido通過硬件取代一貫沿用的常規軟件任務切換，提高性能的同時也簡化了新手的使用。片上有五組32位程序員可見的地址、數據和控制，狀態寄存器組。可以在單一時鐘周期內，從某一寄存器組切換到其他任一組。由這套硬件代替傳統的軟件任務切換功能，或代替傳統實時操作系統的初等操作內核。嵌入式應用中，有了這套硬件，就足夠應付五個任務以內的一切操作管理了。五個任務以下的操作管理也是一般應用都會用得著的。Innovasic建議，任務多于五個時，僅需在五組中的一組上運行傳統的軟件任務管理程序或實時操作系統即可。
Fido維護這五個任務，采用物理上雙份的程序員可見寄存器組，而且可以指定某一份在某個周期上使能。五個寄存器組的用戶及監控的特權級別與68K編程器的相同，當中斷或異常發生時，便無需處理器再行干預切換事物了。Fido的片上中斷控制器中含有中斷屏蔽位、中斷優先級位、和為硬件任務指定中斷源域。從而，在該中斷開放的情況下，就能夠觸發硬件任務的切換，或是由當前任務，如同任一68K處理器一樣，來處理中斷。
任務切換還有其他一些因素。程序員可以給五個寄存器組各分配一個優先級，使高優先級任務能中斷當前任務。另外，當前任務也能把自己置于休眠態，將控制讓予其他任務。從而，可以使用一個定時器即可簡單地實現任務輪換，或優先級任務切換。各種任務排列組合后的切換算法都是可能的，Innovasic認為這是留給程序員的最好練習。
緊拽住軟件價值鏈
Fido將Freescale CPU32+的指令集的字節數加倍，其執行時間與Freescale指令相比，處處有一個時鐘周期的差異。這一點并不奇怪，Freescale的CPU32+，芯片不同，執行時間也不盡相同。作為Fido的客戶，要充分以利用CPU32+軟件開發工具在這方面已有的功能。就是說，絕大多數68K的開發工具Fido都可以利用。如Fido這樣的新開發的處理器，尚未建立自己軟件庫之前，都可以從Freescale原有開發工具中獲取幫助。
Fido在確定性輸出方面，有三大特點：高速緩存具有確定性；I/O極具靈活性；和任務切換僅需單周期。
Fido所用的高速緩存并非是常用的那種高速緩存，實際是32KB的。程序員可以拆分和從新映射到處理器的幾乎全部代碼空聞。這樣的安排，比通常中間暫存的DRAM更加靈活。它已經不是普通意義下的緩存，倒是更像可寫又可控的存儲器。另外最重要地是，它克服了通常高速緩存存在的不確定性。不確定性是實時系統中最致命的缺陷。Fido 1100除去32KB的確定性緩存，還附加24KB SRAM的一般暫存存儲器。
Fido的I/O，像許多微控制器片上集成的I/O控制器一樣，支持以太網、UART、12C、CAN、SPI、和其他一些常用接口。實際上，Fido具有四個通用的可編程I/O控制器(UIC)，由它們模擬出上述的各種外設接口。每個UIC(見圖1)可以表現為高速串行口、16位并行口等等，直到lO～100Mb/s以太網的MAC。Fido芯片上的每個UIC，都可以通過改變固件，而實現不同的配置或各種各樣的產品。
Fido的可編程I/O接口，是通用的但非唯一。Fido的I/O設計與Ubicom的IP3000系列芯片的很相似。Cradle、Cavium Networks、Triscend(已被Xilinx收購)、Morpho、Stretch、和Freescale等公司所生產的芯片，片內都具有可編程的I/O引擎，用以模擬各種標準的接口。然而，Fido的方案中，UIC引擎的編程不是由用戶完成的。這一點與Freescale公司PowerQUICC處理器中的通信引擎類似。Innovasic將UIC引擎的結構及其指令的版權，死死地捏在自己手中。目前，Innovasic免費向客戶提供設備接口的管理固件，它還宣布不久的將來，會有軟件外設問世，眼下的客戶暫時要受點委屈。
調試問題
應該在編程時就該把調試和排錯考慮在內。調研表明，嵌入式的編程人員花費在調試上的時間，在項目的策劃、工程和編程的總時間里，約占40％以上。調試已經成為開發者最頭疼的一項工作。綜上所述，需要一個能提供現成的優秀調試工具的市場。很早以前，已有少數處理器 生產商將調試電路直接集成在芯片之中。如Freescale的后臺調試模塊(BDM，BackgroundDebugModule)。BDM很受嵌入式編程人員的歡迎。Innovasic沒有復制Freescale的BDM，而是研制了自己的BDM替代品，起名為軟件評價與集成調試環境，英文名的字頭縮寫是SPIDER(Software Profiling and Integrated Debug EnviRonment)。SPIDER包括硬件斷點，跟蹤緩沖器，上下文識別寄存器等功能部件。
這些硬件資源與開發用宿主機上的標準GNU/Eclipse操作系統、軟件工具等通過芯片上的串口(通常是以太口)或是片上的JTAG口相連接。硬件斷點與近代異常中斷標準中的典型做法一樣。它們應有上下文識別能力，應可設置成僅在指定上下文激活時才去觸發。程序員在調試五個硬件上下文寄存器中的任一個時，其他四個上下文寄存器應該照舊運行。
Fido片上的24KB SRAM、外部RAM、或是連接于以太口或JTAG口上的其他外存，都可以用作跟蹤緩沖器。因而可以說，Fido具有無限的事件記錄能力，視外存的容量而定。如果程序員打算跟蹤的事件量過大，JTAG或以太口的帶寬可能會限制存儲器容量的發揮，但是無論如何，它畢竟是其他芯片所沒有的很有用的選項。只要不是對以太網接口本身進行調試，可以通過JTAG使用以太網，這樣做能夠相當大地改善帶寬。要是工作于66MHz鐘頻，使用Fido的以太口會實現從容不迫的跟蹤記錄，而不致產生瓶頸。
Fido有一套包括：SDRAM控制器、雙通道DMA控制器、片選信號系統、和各種門類的計數／定時器等穿插在一起的電路，用它可以組成各種硬件設備。內部數據通道位寬雖是32位，而芯片的外部數據總線則為16位，另有16位的SDRAM接口，其中有13位為地址線，接口運行于內核頻率的66MHz。像各有自我側重的CISC處理器一樣，Fido能夠完成向任意外部地址傳輸非整體總線寬度的數據。
能買得起嗎?
Fido是哪一類的處理器，在哪些方面有競爭力呢?Fido 1100是具有大量數據輸出門，16位封裝，低價位(每千片單價10美金)，與時俱進的32位微處理器。Fido 1100，比一般簡單的微控制器多硬件的乘法器和筒形移位寄存器。它是16位難于滿足性能要求時的潛在升級產品。Fido 1100雖說是新芯片，而實際上與Freescale的68K同宗。所以，68K的開發系統、68K的經驗，和原有的支撐軟件都可以照樣使用。
Fido的部分魅力來自68K的血統，所以原有基于68K的各種芯片，自然而然地就成為相互競爭的對手。
表1中的ColdFire 5206與Fido價格一樣，而運行速度較Fido慢了一倍，片上的RAM及外設也都較少。至于ColdFire v2，有Fido缺乏的硬件乘法累加器(MAC)和整數除法指令，可惜對許多用戶也還是不足夠。Freescale的其他基于CPU32的控制器，如68360、68328等，與Fido的性能相當，可惜的是，它們的外設都是硬線邏輯的。純種的680x0處理器，如030、040，它們的工作頻率較低，都只有40MHz，比Fido的運行速度慢，而價格又高出很多。但是，它們比Fido多了浮點運算單元(FPU)，卻又缺乏外設。正確地說，它們的差異，原自于服務目標的不同。ColdFire有更多更好的性能，運行速度也很高。其中的5270系列與Fido有同樣的速度，同樣的外設、總線、存儲控制器，和同樣的價格。Freescale的芯片都使用的是慣用高速緩存，故而都存在令人煩心的時鐘周期不確定的缺陷。
注意：Fido的可變成通用I/O控制器一次只能模擬一種I/O接口。例如，一個UIC編程為以太網的MAC時，就不能再同時編程為UART。所以有些場合，Fido的I/O能力比專用的I/O控制器受到更多的限制。表中的N/A位數據未能提供。
結語
總而言之，Innovasic的Fido 1100為新型的32位微控制器開創了一個新的起點。多少年來，68K芯片一直缺乏第二來源。在ARM、MIPS、和Power Architecture的芯片都有多個廠家供貨的時代，能夠看到一向保守的68K也有了第二來源，令人十分欣慰。
在工業應用領域中，芯片執行時間的可預測性是頭等重要的大事；軟件的執行時的時間擺動會引起機械問題或復雜的調整問題。有少數的重要項目的開發者的全部的工作就在于計算周期數。在那里，高速緩存被禁用，就連DRAM也需經過仔細地處理，因為其刷新周期有時會意想不到地中斷總線的正常活動。這樣的市場，正是Innovasic展示自己經驗，Fido顯示克服周期搖擺的良好時機。
對于主流的開發者，Innovasic應該可以頂替Freescale的ColdFire系列產品。Fido使用軟件來定義各種外設的特色，對于那些混合型終端產品的開發者具有最大的誘惑力。他們期望能夠輕松地配置出混合的設備，伴隨著自然而然地同時也就得到了期望得到的終端產品。花費同樣10美元的代價，用下載軟件的方法就可以獲得各種所需的I/O的組合，再加上Fido獨具的68K血統的優點，對于既求實用又具懷舊情調的開發者，Fido將是最佳的選擇。(梁合慶編譯)
安捷倫助力中國納米技術發展
“STM32系列微控制器是內最為成功的基于ARM-M處理器的32位微控制器，根據ARM的統計，從2007年-2011年，售出的基于Cortex―M內核微控制器中，STM32的累積出貨占總額的45％，幾乎每兩顆中就有一顆是STM32。”意法半導體(STMicroelectronics)副總裁兼微控制器、存儲器和安全微控制器產品部總經理ClaudeDardanne說。
近日，意法半導體宣布STM32F4系列微控制器產品上市。作為STM32平臺的新產品，STM32F4系列基于最新的ARMCortex-M4內核，在現有出色的STM32微控制器產品組合中新增了信號處理功能，并提高了運行速度。
“STM32F4系列引起市場關注有多方面的原因，其中最直接的原因為該系列是迄今性能最高的Cortex-M微控制器，且已上市。意法半導體量產的STM32微控制器平臺擁有250佘種兼容產品、界最好的應用開發生態系統、以及出色的功耗和整體功能。F4系列是STM32產品家族的頂級產品，目前，意法半導體的Cortex-M微控制器共有4個產品系列：STM32F1系列、STM32F2系列和SqWl32L1系列，這3個系列均基于Cortex-M3內核；新的F4系列基于Cortex-M4內核。”ClaudeDardanne表示。
除引腳和軟件兼容高性能的F2系列外，F4的主頻(168MHz)高于F2系列(120MHz)，并支持單周期DSP指令和浮點單元、更大的SRAM容量(192KB，F2是128KB)、512KB一1MB的嵌入式閃存以及影像、網絡接口和數據加密等更先進的外設。意法半導體的90nmCMOS制造技術和芯片集成的ST實時自適應“ART加速器”實現了領先的零等待狀態下程序運行性能(168MHz)和最佳的動態功耗。
意法半導體現有的$3W132產品適合各種應用領域，包括醫療服務、銷售終端設備(POS)、建筑安全系統和工廠自動化、家庭娛樂等。意法半導體正在利用新的STM32F4系列進一步拓寬應用范圍。STM32F4的單周期DSP指令將會催生數字信號控制器(DSC)市場，數字信號控制器適用于高端電機控制、醫療設備和安全系統等應用。新的STM32F4系列的引腳和軟件完全兼容STM32F2系列，如果STM32F2系列的用戶想要更大的SRAM容量、更高的性能和更快速的外設接口，則可輕松地從F2升級到F4系列。此外，目前采用微控制器和數字信號處理器雙片解決方案的客戶可以選擇STM32F4，其在一個芯片中整合了傳統兩個芯片的特性。
“意法半導體MCU部門的營收占公司總收入1／10，其中，中國區MCU的收入占整個部門的1／3，因而中國市場是我們非常重視的市場。我們的產品在通信、玩具、消費、工控制、汽車電子等應用領域都有應用，只要是有需要高性能、需要DSP處理功能的應用場合，都可以用F4系列MCU，這一系列產品是我們向客戶提供的面向高端應用的一個跳躍、一種延伸，我們會優先與合作伙伴合作，但并不意味著我們會放棄其他客戶，我們服務的是整個中國市場。”意法半導體大中國暨南亞地區微控制器與微處理器應用高級經理梁平補充說。
STM32目前共有7大產品系列，180個型號，加上最新加入的F4系列，意法半導體擁有界基于Cortex―M核的最完整的微控制器產品線。首批的STM32F4系列均已量產，這將使這家公司在基于ARMCortexM4內核的競爭中再度領跑。
微控制器下的光耦參數特性測試儀的設計
鄧曉千，蔣力立
（廣東工業大學，廣東 廣州）
摘要：基于圖形化編程語言LabVIEW，配合計算機和單片機通訊電路所組成的一個微控制器測試儀，用于測量和采集光耦特性數據，傳輸到計算機中利用LabVIEW顯示該光耦器件參數特性，并保存到PC機上。
關鍵詞：LabVIEW、光耦測試儀器、輸出特性、電流傳輸比
飛思卡爾半導體在加利福尼亞州圣何塞市舉行的DESIGN West大會上展示其全新的基于ARM Cortex-M0+處理器的Kinetis L系列微控制器(MCU)，再次顯示了其在基于ARM 的嵌入式處理領域的領導地位。入門級 Kinetis L 系列MCU的首批試用樣件計劃于第二季度提供。
飛思卡爾能夠以如此快的速度展示Kinetis L系列器件要歸功于在Cortex-M0+核心的開發過程中與ARM開展了緊密的合作。飛思卡爾是領先的合作伙伴，為ARM定義并開發世界上能效最高的處理器提供了巨大幫助，這些處理器旨在滿足入門級應用，例如家用電器、便攜式醫療系統、智能電表、照明、電源和電機控制系統對能效、成本和易用性等方面的嚴格要求。
飛思卡爾在MCU開發領域擁有超過30年的經驗，在新處理器的定義與驗證過程中提供了有價值的知識和信息，尤其是在I/O處理與調試支持領域。L系列便是飛思卡爾與ARM密切合作的結果。這一入門級MCU系列將卓越的能源效率和易用性與Kinetis 32位MCU系列的性能、外設集、特性和可擴展性相結合，同時充分利用了ARM Cortex架構固有的低功耗和高性能特性。
飛思卡爾高級副總裁兼汽車、工業和多市場解決方案事業部總經理Reza Kazerounian表示：“在ARM新核心的整個設計和開發過程中，飛思卡爾與其開展了密切合作，這使我們成為生產和展示基于Cortex-M0+的MCU的第一家供應商，也使我們向市場推出基于ARM架構的新產品戰略繼續向縱深發展。我們的新型Kinetis L系列MCU將使開發人員在創建下一代更智能、更小、能效更高的嵌入式應用時有更多設計選項。”
A R M執行副總裁兼處理器事業部總經理M i k e Inglis表示：“飛思卡爾是第一家向市場中推出基于Cortex-M4處理器的供應商，他們再次成為ARM處理器方面的先行者，這一次是Cortex-M0+處理器。向其Kinetis產品線中加入L系列產品后，飛思卡爾將創建業界最廣泛、最具可擴展性的ARM Cortex-M MCU組合產品之一，從基于ARM Cortex-M0+處理器的低成本入門級產品到基于Cortex-M4處理器的高達4 MB、200 MHz的器件，范圍非常廣泛。”
Kinetis L系列制造時采用了低漏電、90納米薄膜存儲(TFS)工藝技術，將卓越的動態和停止電流與強大的處理性能相結合，使注重能效的設計不受8位和16位MCU的限制。廣泛的片上閃存密度選擇和眾多模擬、連接和HMI外設選項，可以提高各種應用的智能特性。
Kinetis L系列還滿足了對入門級設計非常關鍵的易用性要求，對于考慮32位解決方案的開發人員來說這經常會成為障礙。MCU及其隨附支持包中的特性將提供易用性，支持快速使用新的器件功能。這將允許開發人員利用Kinetis L系列MCU的全面功效，同時保持入門級設計的快速開發周期。
Kinetis系列可以通過兼容的Kinetis K系列器件(在ARM Cortex-M4處理器的基礎上構建)實現向上遷移，獲得DSP性能和高級特性集成。
在2012年6月召開的飛思卡爾技術論壇上，飛思卡爾將宣布Kinetis L系列產品的全部細節，同時還提供針對不同應用的演示和深入的客戶培訓課程。
Abstract： As a clean， renewable energy， wind energy has become an important part of new energy supplies around the world， and its development prospects are very bright. In order to overcome the shortcomings of poor wind stability， a wind variable pitch control system is designed in this article based on the microcontroller PID algorithm， to achieve constant control of the generator output power.
關鍵詞： 風力發電；變槳；微控制器；PID
Key words： wind power；variable pitch；microcontrollers；PID
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）06-0048-02
0 引言
風力發電由于其清潔無污染、成本低、可再生、蘊量巨大等特點，已成為新能源供應的重要手段，受到世界各國的高度重視，發展前景非常廣闊。
為了克服風速風向的隨機性所導致的風能穩定性差的缺點，風力發電變漿系統顯得尤為重要。變槳系統是使葉片的槳距角可以隨風速風向的變化而進行自動調節，控制風輪的轉速，進而控制風機的輸出功率[1]。本風力發電變漿系統擬采用32位微控制PID算法不斷調整葉片槳距角，以跟隨變化的風速風向，實現最大限度地捕獲風能。
1 微控制器PID控制算法
微控制器（Microcontroller），簡稱MCU，也可稱為單芯片微控制器，是將整個計算機系統集成到一片芯片中。微控制器由于其顯著的高集成度，低成本，高性能等特點，在工業智能化、控制自動化等領域得到了廣泛的應用。
從上世紀七十年代至今，微控制器經歷了從4位、8位、16位到32位微控制器的發展。到本世紀，幾大主流微控制器制造商都在主推32位微控制器。32位微控制器克服了8位、16位微控制器抗干擾能力差，運算速度慢，處理任務單一等缺點，有效提高了工業控制性能，功能十分強大，性價比極高，是工業控制經濟型用戶的理想選擇[2]。
PID算法由于其技術成熟，不需要建立準確數學模型，控制效果顯著，易被熟悉和掌握等特點，在工業控制領域經久不衰。PID控制就是對偏差信號進行比例、積分、微分運算后，形成一定的控制規律，其輸入輸出關系可用微分方程表示為：
u（t）=Kpe（t）+■■e（t）dt+T■■（1）
式中：u（t）——控制器輸出；
e（t）——控制器的輸入（e（t）=r（t）-y（t））；
Kp——控制器的比例放大系數；
TI——積分時間常數；
TD——微分時間常數。
基于風力發電變漿系統大時滯、多干擾等特點，為了克服位置式PID算法運算量大，誤動作影響大等缺陷，文中微控制器將采用增量式PID控制算法。增量式算法的主要優勢體現在對積分環節的處理上，其輸出是控制量u（n）的增量Δu（n），誤動作影響小。
將公式（1）中的微分■由差分■代替，積分■e（t）dt由∑eKT代替，PID增量式控制算法如下[3]：
un=un-un-1
=K■（e■-e■）+■（■e■-■e■）+■（e■-2e■+e■）
=KP（en-en-1）+Kp■en+Kp■（en-2en-1+en-2）（2）
=KP（en-en-1）+KIen+KD（en-2en-1+en-2）
由上式可知，增量式PID計算un，只需要記憶當前時刻en和前兩個時刻的偏差en-1和en-2。為了便于計算，初始化時，使初值en-1=en-2=0，通過采樣數據和參數KP、KD、KI、en、en-1和en-2，實時計算un。
根據輸出控制增量un，可求出本次控制輸出為：
un=un-1+un（3）
2 微控制器PID算法在風力發電變槳系統中的應用
風力發電變槳距控制的原理：為了保證能夠向電網輸送優質、穩定的電能，主控制器需要根據風速、發電機轉速、電功率等參數實時調整槳葉轉過合適的角度，以維持發電機輸出功率的恒定。風力發電變槳距微控制系統原理，如圖1所示[4]。
本風力發電變槳距微控制系統采用閉環負反饋方式，通過STM32系列的32位微控制器實時采樣發電機的輸出功率，與設定的額定功率進行比較，其功率的偏差值e作為微控制器PID算法的輸入，根據微控制器內部編寫好的增量式PID控制算法來實時調節風力機組的槳距角，以實現功率恒定控制。微控制器增量式PID算法的匯編語言程序設計流程如圖2所示[5]。
在風力發電的啟動階段：當風速小于啟動風速時，風機停機，槳距角為90°。當風速大于啟動風速時，槳距角從90°逐漸減小，并通過微控制器不斷檢測風速和發電機的轉速，進而決定是否繼續進槳，直到0°。
當風力發電啟動之后：若風速大于額定風速，發電機的輸出功率將大于額定功率。為了保證能夠向電網輸送功率恒定的電能，此時通過STM32系列微控制器增量式PID算法逐漸增大槳葉槳距角以減小發電機的輸出功率，維持發電機的輸出功率恒定在額定功率附近[6]；相反，若風速小于額定風速，發電機的輸出功率將小于額定功率，通過微控制器PID算法減小槳葉槳距角以增大風輪吸收的風功率以維持功率恒定。
3 結論
由于風速風向的隨機性，通過風力發電變漿系統維持發電機輸出功率恒定非常重要。本風力發電變漿系統采用了微控制器PID算法調整葉片槳距角，進而控制風機的輸出功率恒定，實現最大限度地捕獲風能。
參考文獻：
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[4]薛永平.同步無刷風力發電機偏航變槳控制系統研究[D].陜西科技大學碩士學位論文，2011：6.
根據美國國家公路交通安全管理局2006年4月的報告，駕駛員注意力不集中是大部分事故和近距離碰撞的主要因素。該報告表明，80%的碰撞和65%的近距離碰撞都與駕駛員注意力不集中有關，可能是由于疲勞駕駛、使用手機以及其它分散注意力的因素導致的。由此可見，安全控制變得越來越重要。
智能安全的挑戰
針對道路安全問題,以往最常見的解決方式主要是加強安全教育，增加警力,在限速道路安裝測速雷達等等，很難從根本上解決安全隱患。真正有效的緩解交通事故的最有效辦法是讓車輛“學會”預防事故。目前，一種新型的安全控制系統-高級駕駛員輔助系統可以有效幫助駕駛員有效規避危險,及時避免碰撞,從而挽救生命。該系統是一個由傳感器和處理器組成的網絡，能夠幫助降低駕駛員注意力不集中帶來的危險，增強駕駛員安全。作為系統重要的組成部分-自適應巡航控制系統（ACC）起著至關重要的作用，它可以根據其它車輛的間隔距離和速度，自動調節行駛速度，而無需駕駛員介入。
從市場角度分析，在提高汽車安全性、舒適性和駕駛效率方面，電子控制系統無疑起著重要的作用。未來相關的安全技術和市場也將得到極大的拓展。據Strategy Analytics公司的市場研究報告指出，與駕駛信息相關的汽車電子市場約有7%的年復合成長率，與底盤系統相關的汽車電子市場則有8%的年復合成長率，而汽車安全系統是汽車電子領域增長最強勁的需求之一，年復合成長率高達14%。另外從技術角度看，由于駕駛員輔助系統涉及到大量信息的實時收集，計算和處理，作為車輛控制系統關鍵元器件的MCU的性能起到了決定性的作用。而隨著技術的不斷提升及汽車功能需求的復雜性增加，16位或32位 MCU為主的設計成本變得易于控制，OEM往往傾向于較高字節的MCU，32位MCU日益成為設計的首選。
為了應對高級汽車安全功能的日益增長的市場需求和變化壓力，全球各大汽車半導體廠商均投入巨資進行研發。作為全球領先的MCU廠商-飛思卡爾半導體也于近日推出了一款基于傳感器的防撞系統優化的高性能32位微控制器（MCU）-MPC5561，從而大幅提升車輛安全控制系統的性能。
智能安全控制挽救生命
MPC5561基于Power Architecture技術，非常適用于采用圖像傳感器和雷達技術的駕駛員輔助系統，將高性能計算與信號處理功能很好地結合在一起，同時提供經過驗證的指令集架構的可靠性和熟悉度。MPC5561在一個汽車級片上系統（SoC）設備上集成了高性能處理功能、閃存和行業標準接口，如高速圖像傳感器接口和FlexRay網絡控制器，是專為高級汽車安全系統量身定制的。MPC5561支持大量基于傳感器的汽車安全系統，如ACC、盲點檢測、倒車警告、乘客位置檢測和主動照明系統。這些應用和其它高級駕駛員輔助應用通常都需要體積小巧的印制電路板（PCB），包含緊湊而強大的單芯片MCU，具有很高的集成度。
MPC5561微處理器采用了飛思卡爾高能源效率的e200內核。該內核經過增強，適用于高級汽車安全應用。此外，它還包括一個單指令多數據流（SIMD）引擎，支持信號處理和浮點運算密集的應用。憑借軟件和針腳兼容性，基于大獲成功的MPC5500汽車微處理器平臺和設備而構建的MPC5561，使得開發商能夠重復使用傳統的軟硬件架構，保護其在應用編碼和開發工具上的投資。同時，飛思卡爾為MPC5561提供了一整套軟硬件工具，幫助用戶加快和簡化系統設計。飛思卡爾還通過提供編譯器、調試器和模擬環境的獨立工具廠商，為MPC55xx系列平臺和Power Architecture技術提供第三方開發支持。此外，飛思卡爾還提供豐富的DSP庫來更好滿足設計的需求。
MPC5561產品特性
132MHz版本的增強型e200內核，適合汽車安全應用
單指令/多數據（SIMD）模塊，用于DSP和浮點運算
可變長度編碼（VLE）功能，將代碼減少30%，以改進代碼密度，降低存儲器需求
1MB的嵌入式閃存，帶有糾錯碼（ECC）和邊寫邊讀（RWW）功能
帶有ECC的192KB靜態RAM（SRAM）
32KB的統一緩存（帶有線鎖），可以配置作為額外RAM
通信接口：2個 FlexCAN控制器（兼容TouCAN）、4個 eSCI和2個 DSPI
集成的雙信道FlexRay控制器，用于車輛網絡
高效數據流的CrossBar架構
32 信道的增強型直接內存存取控制器
模擬和CMOS圖像傳感器的高速接口
5/3.3V 輸入/輸出（I/O）、5V模數轉換器（ADC）、3.3V/1.8V總線、1.5V內核
（1. 新鄉市科技局，河南 新鄉 453000；2.新鄉學院，河南 新鄉 453003）
【摘 要】采用了精密的檢測電路，能夠自準確檢測環境空氣的相對濕度,并將檢測數據通過A/D轉換后，送到處理器（AT89C51）中，然后通過軟件的編程，將當前環境的相對濕度值轉換為十進制數字后，再通過數碼管來顯示；而且，通過軟件編程，再加上相應的控制電路，設計出可以自動的調節當前環境的相對濕度。
關鍵詞 單片機；濕度；AT89C51；溫室大棚
0 引言
隨著科技的發達，以及人民生活水平的提高，我國的溫室大棚產業得到迅猛的發展，溫室是蔬菜等植物在栽培生產中必不可少的設施之一，不同種類的蔬菜對濕度等生長所需條件的要求也不盡相同，為它們提供一個更適宜其生長的封閉的、良好的生存環境，從而可以通過提早或延遲花期，最終將會給我們帶來巨大的經濟效益，本設計就在此基礎上，設計一種基于89C51單片機控制的濕度控制系統。
1 硬件平臺
本系統通過單片機AT89C51及其各種接口電路來實現濕度的檢測。其工作原理是：電容式相對濕度傳感器的容值隨著濕度的變化而線性的變化，通過信號檢測和轉換電路將變化的電容轉換成與之對應的變化的電壓，再由A/D轉換器把模擬電壓信號轉換為數字信號并送入到單片機中，單片機對采集到的信號進行濾波處理并通過查表得到實際測量的濕度值,之后通過單片機的各外部接口電路顯示該濕度值，或通過其與上位機的接口把此值送入到上位機進行保存及打印等操作。
由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設備可以方便地連接起來進行通訊。RS-232-C接口（又稱EIARS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業協會（EIA）聯合貝爾系統、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是“數據終端設備（DTE）和數據通訊設備（DCE）之間串行二進制數據交換接口技術標準”該標準規定采用一個25個腳的 DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規定，還對各種信號的電平加以規定。
圖1是系統結構原理圖，其中下位機以單片機AT89C51為核心，配以濕度檢測和傳送電路、A/D轉換電路、存儲器電路、時鐘電路、看門狗復位電路、串行通信電路、鍵盤和LED顯示電路及電源電路等組成。
2 軟件設計
濕度檢測系統是一個智能化的系統,它的軟件所完成的功能主要包括：
（1）采樣：單片機AT89C51能夠控制TLC1549正常工作采樣的采樣程序。
（2）顯示：單片機AT89C51把采樣來的數據
經過濾波、二—十進制轉換并以十進制4位精度顯示的程序。
通信：單片機AT89C51能夠把顯示的數據通過串行通信口傳送到管理級的上位IBM-PC機,然后上位機把接收的數據進行處理。
主程序流程圖如圖2。
測試就是在系統投入運行前，對軟件的需求分析，設計規格說明和編碼的最終復審，是保證系統質量的關鍵步驟。如果要給測試下定義，可以這樣將，系統測試是為了發現錯誤而執行程序的過程。測試的目的在于將功能與需求不一致的地方，不符合邏輯思維的情況都反映給質量測試部門，由質量測試部門調配需求部門統一，再由開發人員進行修改和補充。測試的目標是以最少的時間和人力找出系統中潛在的各種錯誤和缺陷。本次測試嚴格按照設計中的流程進行，通過此次測試，能更好的了解本次設計的流程框架和測試設計原理，并能夠解決測試中出現的各種問題，更好地去解決。通過濕度的改變進行相應的調整。
3 結論
本系統采用了高精度的電容式相對濕度傳感器,在系統運行穩定時,濕度測量范圍為0～100%RH。系統還充分利用了AT89C51單片機自身的軟硬件資源,具有智能化、可編程、小型便攜等優點,因此只要選用不同的濕度傳感器,并修改相應的軟件控制程序,本檢測系統就可應用在環境保護、工業控制、農業生產以及軍事等方面,可見其具有非常廣泛的應用前景
參考文獻
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今天，家電生產商在產品中集成了比以往任何時候更為豐富的用戶可選功能、更好的用戶界面以及更高的安全性。同時，家電生產商也在尋求通過在線校準等方法來提高產品的可制造性。而目前在線校準仍然采用非常耗費時間的機械調整方法。當今的嵌入式控制器能夠為設計人員提供更為靈活的解決方案，幫助他們滿足這些不斷增加的要求。
因此，對于嵌入式半導體企業來說，家電市場正在飛速增長。此外，最近嵌入式微控制器(單片機)在系統級集成方面取得很大進展，從而使嵌入式微控制器解決方案的總體系統成本降到了能夠與機械或簡單模擬電路設計可比，甚至更為經濟的程度。
傳統家電設計
傳統上家電行業是機械控制方式的天下。例如，洗衣機中的循環定時器或者基本家電控制系統中的基本簡單模擬電路是整個系統的核心。
此類傳統機械和簡單模擬設計存在的問題是每個設計只針對一種應用，限制了硬件設計的可重用性。此外，此類傳統系統的功能通常很有限，用戶界面比較原始，經常是使用不方便。再加上生產線上煩瑣費時的機械校準要求，保證家電可靠性以及精度的總體成本變得很高。當今的家電設計工程師不僅要平衡易用性、總體系統成本、安全性和耐用性，同時還必須保證設計出的產品能夠在激烈的競爭中脫穎而出。特別是，現在的消費者對于家電的要求是功能豐富，并且節能。結合多年的機械和模擬電路設計經驗以及目前成本和功能上可行的低成本易用嵌入式微控制器，設計工程師可以滿足所有這些要求。
本文主要探討了一些基于最新嵌入式微控制器的數字解決方案，為家電設計工程師的產品設計提供更多選擇。首先，我們簡要討論一下什么是嵌入式控制以及嵌入式控制行業的發展趨勢。接著，我們討論嵌入式微控制器技術能夠為家電帶來的新功能。這些新功能包括改進基本的家電控制功能，更高的靈活性以及更友好的用戶界面。最后，本文還將討論如何在家電設計中將電子控制和機械部分完美結合起來，同時還將討論與新的環境因素相關的挑戰，以及家電設計的最新熱點一網絡和連接。
嵌入式控制技術
嵌入式控制是指利用嵌入在設備中的計算機(控制器)實現對洗衣機、熱水器、烤箱或其它家電設備的控制。嵌入式微控制器與桌面計算機系統中的微處理器類似，是嵌入式系統中的主要計算部件。不同之處是其擁有更多的輸入和輸出，可以用來“感知”外部世界的信息并做出“響應”。
目前存在多種類型的嵌入式微控制器，從最基本的4位器件直到增強型64位器件。而其中一些8位混合信號微控制器的內建外設和成本優勢使其非常適用于眾多嵌入式控制系統和新的家電設計。
嵌入式控制發展趨勢
嵌入式控制器市場中的一個持續趨勢是為工程師提供綜合嵌入式設計解決方案，幫助他們降低總體系統成本并改善可制造性。對于目前的眾多家電設計來說，功能豐富的8位嵌入式微控制器具有很高的成本效率。混合信號微控制器設計總體系統成本的降低以及功能的進步使得許多傳統的外部簡單模擬器件已經被整合到嵌入式微控制器中。這種集成使系統設計師可更好地組合利用數字控制器功能，以及模擬或機械器件。
這些新的綜合混合信號嵌入式控制器是傳統純數字處理器的進步發展。此類新器件中集成的板上模擬外設包括比較器、運算放大器、模擬數字轉換器、參考電壓源、脈寬調制器以及眾多通信外設。而所有這些都置于軟件的控制之下。
基本控制
通常，當提起微控制器中，首先想到的都是系統級控制、定時、數學計算器、數據存儲以及通信接口。微控制器的所有這些功能為家電設計人員提供了幾乎無限的新工具資源，從而可以改善家電產品的易用性和靈活性，同時還可以增強基本功能并滿足日益苛刻的安全要求。
這些嵌入式控制器支持增加定時事件，如當電費最低的時候打開洗碗機，或者利用先進的馬達驅動控制算法對家電的電動馬達進行動態電源管理。因此，許多家電的基本控制也已經達到一個新的水平。
用戶界面
嵌入式控制器可幫助設計工程師為家電消費者設計出更先進更易用的界面。現在的家電設計工程師需要面對大量的用戶輸入和反饋器件，它們提供實時的狀態更新，傳遞復雜的用戶選項或者為用戶提供危險警告。發光二極管(LED)已經被用于眾多家電設計中，但現在設計工程師走得更遠了一步，可以利用液晶顯示屏或七段LED顯示來顯示用戶友好的數碼和字母文本。
這些顯示技術，配合數字鍵盤甚至觸摸屏等輸入設備使用戶界面更直觀，更易于使用，同時還可以支持更復雜的任務。嵌入式微控制器甚至還可以利用警報音來獲得用戶有安全問題或輸入不正確，或者利用語音命令來完成輸入。
機械電子技術
機械電子技術是傳統機械和新出現的嵌入式微控制器數字控制技術的融合。通過將傳統的機械子系統轉換為基于數字和模擬的系統，機械電子技術為設計帶來了電子智能。與傳統機械或簡單模擬設計相比，機械電子系統可以更精確的進行控制和監測。
同時，管理部門的要求和消費者的期望推動了在電子技術在白色家電和廚房設備中的應用。電子學技術能夠以比機械方式高得多的精度和準確度測量和控制水溫、時間、渾濁度以及壓力。嵌入式微控制器輸出激勵控制繼電器、讀取開關值、激勵電路并監控系統故障，完成這些功能所需要的組件重量遠遠低于機械方式。
結合傳統機械系統的優點以及嵌入式微控制器的控制能力，設計人員可以滿足要求苛刻的家電行業的需求，同時還可以增強產品功能和性能，使設計出的產品能夠從競爭產品中脫穎而出。
環境因素
除了消費者需要功能更豐富的家電以外，政府管理要求、環境以及節約成本等因素也推動家電向更為節能的方向發展。這些要求有望使未來的家電更安全、更安靜、更節能和節水。
嵌入式微控制器可以監控家電設備的能源使用情況、噪聲水平、耗水情況以及其它影響環境的因素。現在，通過低成本嵌入式微控制器，家電設計工程師也可以分享到數字信號調理以及基于數學算法的控制系統(如功率因數校正和變頻算法)的進步。低成本嵌入式微控制器可以提供更可靠的設計和更智能的故障恢復性能，因此工程師可以設計出更安全的家電設備(如烤箱或烤爐)。
連接功能
連接功能是指家電設備的遠程通信能力，可以是接收故障排除診斷信息、改變家電設備設置，或者是集中控制能源使用情況。
計算機的存在提供了兩大主要優點：通信和數據存儲。通過提供多種通信能力，嵌入式控制技術為家電設計人員提供了這兩大特性。例如電力線 控制(PLC)、紅外(IR)通信、因特網協議訪問(如TCP／IP)，甚至利用射頻(RF)技術的無線控制。結合這些功能以及嵌入式微控制器在非易失性存儲器中存儲信息的能力，設計工程師可以方便地實現系統診斷和校準、用戶使用跟蹤、系統級監控以及集中能源控制等系統的設計。
如果洗衣機能夠從生產商的服務中心下載診斷信息，甚至能夠遠程修正他們，不需要消費者在家里等上好多個小時等服務人員上門來檢查，那么該有多么棒啊。
嵌入式控制器提供的另一種形式的設備內連接是家電設備內不同模塊間的通信，不需要布成本高并且經常不可靠的線纜。例如，在用戶顯示板和洗衣機的馬達控制單元之間的連接。利用這種連接能力，設計人員還可以創建可在多個平臺上重利用的更為模塊化的設計。在現場維修時，維修人員也可以更容易地更換這些模塊。
這些潛在的功能增強有望將今天的家電設計提升到一個新的水平。家電以及家電產品子模塊之間互相通信實現節能，通過在線服務保證家電存放，以及通過與遠程維修服務中心的連接來保證可靠運轉。未來，消費者將會把這些功能做為基本的要求，就象今天消費者對于家庭或工作場所必須擁有寬帶或高速連接的要求一樣。
嵌入式控制器應用舉例
下面，我們來看一下利用嵌入式微處理器實現增強功能的一些非常基本的家電設計實例。首先，我們看一下傳統家用機械式溫度控制裝置以及嵌入式微控制器如何為此類家用電器的設計帶來革命。然后，我們再看一下小型低成本嵌入式微控制器如何為溫控電爐等設備增加基本的安全功能以及額外的控制精度。
機械式溫度控制
圖1是一個目前許多家庭中常見的典型機械式溫度控制裝置。完全機械式單元，沒有任何主動式電子器件。
圖2顯示的是該機械式溫度控制裝置的基本框圖，以及所有內部器件。通過左右滑動機械控制桿，用戶可以設置所需要的溫度。室溫反饋機制就是一個簡單的指釷指示器，連接到一個機械溫度傳感器來顯示溫度。一個類似的指示機構用來顯示用戶設定的溫度。隨著溫度升降，溫度控制裝置斷開或連接加熱單元的有線連接觸點，從而實現溫度控制。具體是利用一個雙金屬彈簧隨著室溫的變化而產生形變來實現的。在這一單元中，連接到彈簧的機械式溫度指針臂是給用戶的反饋。刻度盤用來顯示所設定的溫度，而觸點開關則是到加熱單元的輸出。
要將機械式設計轉換為基于嵌入式微控制器的解決方案，所有這些構建單元都必須利用電子器件來代替。
圖3就是一個嵌入式控制系統。用戶反饋通過LCD顯示屏，用戶輸入則采用上／下按鈕以及滑動開關，溫度測量利用低成本溫度傳感器實現，加熱單元控制則利用金屬氧化物半導體場效應三極管(MOSFET)開關實現。新的設計中，利用低成本嵌入式微控制器實現集中控制。
這一電子溫控器比機械式溫控器有以下方面的改進。
首先，利用LCD顯示屏顯示信息，用戶可以看到有關加熱系統的更詳細信息。包括設定的溫度、當前溫度、設備工作時的控制信息等等。
基于嵌入式微控制器的溫控器單元提供了更為準確的溫度測量和控制功能。同時還設計工程師還可充分利用現在數學控制算法來提高溫度控制精度。該硬件單元可以很方便地改造用于不同的溫控應用，因此消費者可以根據其功能和成本偏好來選擇合適的單元。簡單修改嵌入式微控制器軟件就可以實現更多增強功能，例如七天／多天定時器(相對于簡單的每天定時)，甚至可以實現“獨立區域控制”。
電爐等電炊具的溫度控制
電爐等電炊具的溫控開關是另一個很好的例子，簡單地增加一個極低成本的小型嵌入式微控制器就可以大幅提高設備的功能。
圖4顯示是一個目前廚房電炊具(如電爐、電煮鍋以及電炸鍋)中常用的典型可調節機械式溫控單元。該單元利用可調節的機械溫控器來調節電爐的熱量輸出。機械式溫控裝置的主要缺點包括必須在工廠進行機械校準，性能差，精度低，并且容易磨損。
圖4中的機械式電爐溫度控制單元可以容易地轉換為簡單的電子電路，如圖5所示，采用一個TRIAC(三端雙向可控硅)和一個電容性電源以及一個低成本微型控制器。與機械式溫控開關相比，可控硅控制電路的優點之一是可以實現更為精確的控制，因為加熱單元是以“開”和“關”的方式精確控制的，可以實現更好的溫度控制。這也意味著溫控單元不需要在工廠中校準，因為加熱單元的開并是按照嚴格的時間周期進行的。而且，即使長時間使用，電路也不容易磨損。
讓我們看一下這一電路的內部工作情況。這個基于嵌入式微控制器的電路采用相位或半波計數使TRIAC導通，從而使加熱單元工作。通過在每個半波的一部分時間內使TRIAC(TRCl)導通，可以實現相位控制，與脈寬調制(PWM)類似。該方法的優點是為負載提供功率的波型頻率沒有變化，仍然為交流電輸入頻率。控制加熱單元時，這一點并非必需的，但當用于燈光控制時卻是絕對必需的，因為人眼能夠感受到這種頻率變化。
對于加熱單元這樣的負載，嵌入式微控制器在交流電輸入波形的過零點開始使TRIAC導通整個周期。通過跳過半波周期來完成溫度或熱量控制。這一方法的優點是可幫助減輕電磁干擾(EMI)以及反饋到電源線的噪聲輻射。基于嵌入式微控制器的電爐還可以增加多種其它功能，而這些在采用機械式溫控開關時是不可能的。例如，對于用于煮或燉的電爐產品來說，沸騰點控制通常會滯后，但對于嵌入式設計，可以更準確地控制沸騰點。新設計還提供了安全功能，例如，當烹調完畢后，如果用戶忘記關閉電源，那么系統可以自動將其關閉，甚至還可以提醒用戶爐子仍在通電，整個電爐還是熱的。增加一個簡單的溫度傳感器就可以提供準確的溫度控制，同時利用數學算法還可以提高能源效率。
其它優勢
嵌入式微控制器不僅可以提高家用電器的整體性能和可靠性，而且還可幫助產品從競爭中脫穎而出。例如，不僅僅局限于提供功能有限、成本具有競爭力的電爐產品，通過在家電產品中利用嵌入式微控制器，家電生產商還可以提供具有更高能源效率以及安全功能的產品。基于嵌入式微控制器的新設計還支持設計基于同樣同樣硬件設計的多種平臺產品，功能差異通過嵌入式微控制器軟件編碼實現。
基于嵌入式微控制器的智能電路還可改善家電產品的可制造性，減少了生產線上機械器件成本高昂且耗時的校正過程。同時，今天的消費者對于環境問題更為關注。再加上新的政府管制要求，對于安全和環境友好的要求也越來越高。
結語
【關鍵詞】低功耗；省電模式；睡眠模式；深度睡眠模式
1.引言
隨著越來越多的電子設備由電池供電，低功耗問題已越來越受到關注。近年來，微控制器制造商也不斷在使用新的方式來控制功耗，比如說設計各種各樣的電子開關。通過從電子開關芯片的部件上減小功率，可以極大減少能耗的輸出。另外在電壓監控電路方面也有一些研究，持續使用也可以有效的減少能耗。因此，
對于任何電氣系統的設計，功耗都是其重要的考慮因素。尤其是對于位于無數現代設備核心的嵌入式系統和能使這些大部分系統工作的微控制器。嵌入式系統在市場中的拓展應用，應用的領域如便攜式電子產品，計量應用和醫療設備，使得功耗成為嵌入式系統設計的最重要的考慮之一。重要的是，一個微控制器不僅消耗盡可能少的功率，并且還有允許最小功耗設計的功能。為了設計出最好的系統，工程師必須了解一個微控制器可能提供的所有的節電功能，功能包括選擇最好的設備，以及如何利用利用這些特性來達到最經濟的能源利用。
2.影響微處理器的能耗因素
影響微處理器的能耗因素主要有兩個：動態功率和靜態功率。
動態功率的消耗目前是由數字邏輯開關引起的，這時微控制器處于主動模式。動態功率主要受到時鐘速度的影響，另外是受到電壓和溫度的影響。因此，動態功率的控制在很大程度上是時鐘速度的控制。
靜態功率的消耗是當主時鐘被禁用時，微控制器處于斷電模式引起的。靜態功率主要是由晶體管漏和電壓控制器所使用的電流產生的。對于許多的微控制器來說，還需要必要的邏輯時鐘來從靜態功耗模式中恢復操作（比如看門狗定時器）。靜態功率主要受到電壓高低和溫度的影響，這兩者也是對晶體管漏電流產生的重要因素。因此，盡管大部分的靜態功耗取決于設備的設計和制造過程。
通過以上分析電壓對動態功率和靜態功率都有影響，最低供電電壓對微控制器的低功耗來說是非常關鍵的。可以通過公式1得到平均電流。平均電流可以用來評估低功率性能。平均電流越小，低功率性能越好。
平均電流
= （（iActive x tActive）+（iSleep x tSleep））/（tActive+ tSleep） （1）
3.新低功耗技術
從現有的技術發展上看，目前已實現讓微控制器進入睡眠模式來降低應用中的功耗。但是隨著微控制器變得越來越復雜，使用上也越來越先進，該方式的不足之處也隨之出現。把傳統的微控制器和市場上未來10年到20年所需要的由電池供電的產品相比，傳統的睡眠模式已不再適用。現在大多數電子產品均需要極低功率消耗。
最近，制造商在微控制器中采用了更新模式來減少低功耗，這種微控制器可以抵消由日益復雜化和幾何圖形日益變小帶來的負面影響。這種模式稱之為深度睡眠模式。在高級模式中，處于深度睡眠的各種各樣的裝置都在以同樣的方式運行。使用嵌入式軟件控制開關的芯片的重要區域，不再有能量消耗。通過去除了芯片某些領域的功率，晶體管漏也被刪除，電池壽命顯著延長。盡管制造商們改進睡眠模式的程度有所提高，但是睡眠電流降低80%是常見的。事實上，現在一些微控制器可以在睡眠模式中實現低達20nA的電流。將低電流和可以低自放電率的電池聯系起來，深度睡眠模式可以作為應用程序存在很長時間。
4.低功耗的實現
1）盡可能的使微控制器處于斷電模式
處于操作模式的微控制器會比處于斷電模式的微控制器消耗更多的電流。如方程式2所描述的，我們可以使微控制器處于斷電模式來減少平均電流。通常我們使用低功率指令來達到斷電模式，使用WDT使微控制器從睡眠模式恢復過來。我們可以配置WDT的時長來達到一種長時間的斷電狀態。對于某些微控制器來說，WDT時期可以長達多天。我們可以通過長時間的斷電來達到低功耗。
2）在睡眠模式時減少設備的使用可以降低功耗
睡眠模式的電力消耗（數碼睡眠）是由電流斷電和電流斷電引起的。如果一個模塊式活躍的，它將消耗一些電流，甚至是當微控制器處于睡眠模式時。在進入睡眠模式之前，禁用不必要的模塊，可以降低數碼睡眠模式的電流，同時有助于低功率設計。一些重要的模塊，比如BOR，可能仍然活躍在睡眠模式中，由于睡眠狀態有很長的工作周期，這是降低平均電流的重要因素，對于低功耗高性能也非常重要。
3）降低工作電壓
減少設備的工作電壓，即Vdd，是一個降低整體功耗的有用步驟。當開始消耗功耗時，功耗主要受時鐘速度的影響。當設備處于睡眠模式時，晶體管的漏電流是關鍵。在低電壓時，切換系統時鐘需要少的電流，晶體管漏也需要少的電流。
重要的是，要注意如何降低工作電壓降低的最大允許操作的頻率。選擇允許應用程序以其最大速度運行的最優電壓。請參考所給定設備電壓的最大工作頻率的設備數據表。
4）使用新的極端低功率模式
在深度睡眠模式或LPM5模式下，CPU 和所有設備，除了RTCC、DSWDT和液晶（LCD設備）外，都不提供電源。此外，深度睡眠模式會降低Flash，SRAM和電壓監控電路的功率。這顯示深度睡眠模式比其他的任何操作模式都能降低功耗。大多數設備的典型睡眠模式電流小于50nA。四個字節的數據保留在DSGPRx寄存器中，這個寄存器可以用來保存一些應用程序的關鍵數據。在深度睡眠模式中，I/Q系統和32kHz晶體振蕩器（Timer1和SOSC）仍處于運行狀態，所以深度睡眠模式不中斷應用程序的操作。中斷RTCC，喚醒超低功耗，DSWDT超時，外部中斷O（INTO），MCLR或POR可以喚醒在深度失眠模式的設備。在喚醒設備的同時，恢復工作復位向量。深度睡眠模式允許一個設備達到盡可能低的靜態功率。代價是，固件蘇醒后必須重新初始化。因此，深度睡眠模式最好用于需要長壽電池和長時間睡眠的應用程序。
5）正確配置端口針
微控制器都有雙向I/Q針，這些針有模擬輸入功能。值得注意的是，將信號應用于這些針，就能消耗最少的功率。
A.配置未使用的端口針
如果一個端口針未被使用，它會被孤立起來毫無聯系性，但它會被配置為輸出針的高狀態和低狀態。或者它被配置為有外部電阻（大約10 kΩ）的輸入。如果配置為輸入，只有針輸入泄露電流通過針口（如果針與Vdd或Vss直接連接，相同的電流則會流過）。兩個選項允許針被推后使用，可以對硬件的輸入或者輸出不做修改。
B.數字輸入
數字輸入插口消耗最少的功率時，是在輸入電壓靠近Vdd附近或Vss附近。如果輸入電壓之間的中點附近Vdd，Vss，數字輸入緩沖區內的晶體管偏見在線性區域會消耗大量的電流。如果這樣就可以配置為模擬輸入，數字緩沖是關閉，減少電流以及總控制器電流。
C.模擬量輸入
模擬輸入有一個非常高阻抗，所以他們消耗很少的電流。他們將當前消費低于一個數字輸入，如果應用電壓通常會集中Vdd和Vss之間。有時是適當的和可能的數字輸入配置為模擬輸入時，數字輸入必須去一個低功率狀態。
D.數字輸出
沒有額外的電流被數字輸出接腳除了當前經歷銷權力外部電路。密切關注外部電路來減少他們當前的消費。
6）使用高價值上拉電阻
更多情況下使用較大的上拉電阻等I / O別針MCLR，I2C?信號，開關和不同電阻規格。例如，一個典型的I2C牽引為4.7 k。然而，當I2C傳輸和拉一條線低，這對每個總線電流消耗近700 uA 3.3 v。通過增加大小的I2C引體向上10 k，當前可以減半。這種技術是特別有用的情況下牽引可以增加到一個非常高的電阻如100k或1M。
5.總結
通過引入新的低功耗技術，我們可以繼續關注能耗作為一個關鍵設計目標。結果是不僅令人印象深刻的設備功能和性能，但功耗低于長期行業最低。當創建一個低功耗應用程序，方法是很重要的從低功率的角度設計的所有方面。本文討論的都是什么導致功耗，在新的低功耗模式進行了初步調查，介紹了方法來達到極端的低功耗設計。
參考文獻：
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[2]E. Schlunder， “Deep Sleep Mode on Microchip PIC18 and PIC24 Microcontrollers”
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[4]Brant Ivey，nanoWatt and nanoWatt XLP? Technologies：An Introduction to Microchip’s Low-Power Devices.
