利用下一代PIC18 Q10 MCU的高級外設(shè)完成更多工作

下一代PIC18“Q10”系列微控制器具有多個易于使用的內(nèi)核獨(dú)立外設(shè)（CIP）和智能模擬外設(shè)，可滿足期望，并被證明是大多數(shù)嵌入式應(yīng)用的正確選擇?！癚10”MCU 的 CIP 可降低固件復(fù)雜性，提供所需的靈活性，并幫助系統(tǒng)滿足功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用要求

絕大多數(shù)嵌入式應(yīng)用需要的不僅僅是計算能力。系統(tǒng)性能完全取決于應(yīng)用程序，因為要求因應(yīng)用程序而異。一種應(yīng)用可能需要高精度、快速模擬功能和安全通信;而另一個應(yīng)用可能是成本驅(qū)動的，可能需要在MCU中集成多個定時器和通信接口。

最常見的嵌入式系統(tǒng)通常涉及某種類型的傳感、電源轉(zhuǎn)換、閉環(huán)控制和/或某些通信活動。一般來說，物聯(lián)網(wǎng)是大量智能、數(shù)據(jù)收集、決策設(shè)備，有助于實現(xiàn)一個知情的世界;在這個世界里，我們可以更準(zhǔn)確地預(yù)測可以精確趨勢的數(shù)據(jù)。為了促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)，最基本的設(shè)備只需要包括一個安全控制器和一些將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆苹蛴芯€/無線通信介質(zhì)的方法。因此，所需的MCU選擇完全取決于應(yīng)用，可能不需要巨大的存儲器或高處理能力。

考慮到智能設(shè)備的存在大幅增加，我們與這些設(shè)備的交互始終存在。這些設(shè)備的故障可能是危險的，因為我們對它們的依賴有時是深刻的。因此，系統(tǒng)必須通過內(nèi)置安全機(jī)制來符合某些安全要求，這有助于在需要時降低潛在風(fēng)險或?qū)p壞降低到可容忍的水平。

為了實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的功能安全，整個系統(tǒng)應(yīng)符合當(dāng)?shù)匕踩ㄒ?guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的標(biāo)準(zhǔn)。作為嵌入式應(yīng)用中的主要部分，微控制器的完整性以及其他部件對于在惡劣環(huán)境中實現(xiàn)系統(tǒng)魯棒性至關(guān)重要。

固件及其限制

讓我們考慮一個在任何應(yīng)用程序中檢測開關(guān)按下事件的簡單示例。有多種軟件解決方案可用于實現(xiàn)這一目標(biāo)。但是，所有這些解決方案都需要一種算法和一些處理來解決去抖動問題或檢測多按和長按事件，從而消耗CPU時間，功耗，并且很可能是一個關(guān)鍵優(yōu)先級的瑣碎中斷服務(wù)例程（取決于交換機(jī)的目的）。

此外，如果要檢測的不是開關(guān)按下，而是檢測時間段明顯更小的外部脈沖，事情將變得更加復(fù)雜。錯過了它是最突出的。在檢測脈沖時，您可能會經(jīng)常遇到的另一個挑戰(zhàn)是毛刺。擺脫軟件中的故障始終是一個挑戰(zhàn)，因為有時它被評估為“1”，有時被評估為“0”，永遠(yuǎn)不確定。

通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器測量模擬信號是許多應(yīng)用最基本的要求之一。這些測量通常需要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均和低通濾波。用于消除噪聲的基于軟件的濾波器既耗時又復(fù)雜，而數(shù)據(jù)平均需要大量內(nèi)存。

延遲是軟件帶來的另一個問題;即使您以最佳方式確定所有任務(wù)的優(yōu)先級。優(yōu)先級相同和較低優(yōu)先級的任務(wù)必須等到優(yōu)先級較高的任務(wù)完成。這在某些應(yīng)用中可能對安全至關(guān)重要。如果某些應(yīng)用程序需要評估兩個并發(fā)信號，軟件只能按順序進(jìn)行。在軟件中處理實時信號很困難，因為CPU是同步的，這增加了從輸入到輸出的至少一個時鐘周期延遲。

在開發(fā)應(yīng)用程序時，大量此類并發(fā)癥非常常見。克服它們總是需要復(fù)雜的代碼例程或外部硬件電路，這將增加應(yīng)用程序的開發(fā)時間和成本。為閃存程序添加簡單的CRC檢查可能是一項非常復(fù)雜的開發(fā)和測試任務(wù)。處理這些復(fù)雜代碼會消耗 CPU 時間和功耗。從 CPU 卸載它們可以延長 MCU 的休眠持續(xù)時間，而計算不需要 CPU。這有助于降低MCU的平均功耗，這在電池供電應(yīng)用中可能非常關(guān)鍵。

PIC18 “Q10”系列 MCU 及其專用外設(shè)

Microchip最新的PIC18“Q10”系列微控制器經(jīng)過優(yōu)化，具有集成的智能模擬、可配置外設(shè)和5V操作，可實現(xiàn)穩(wěn)健的實時控制，以實現(xiàn)抗噪性。

每個器件都包括一整套內(nèi)核獨(dú)立外設(shè)（CRC /內(nèi)存掃描、可配置邏輯單元、窗口看門狗定時器、硬件限制定時器等）、PWM 和多個通信接口。此外，該系列還包括智能模擬外設(shè)，如過零檢測器（ZCD）、片上模擬比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和帶計算功能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC2）。ADC2包括硬件電容分壓器（CVD）支持，用于多通道電容式觸摸檢測。

PIC18 'Q10' MCU 通過使用其智能模擬和內(nèi)核獨(dú)立外設(shè) （CIP） 促進(jìn)軟件的創(chuàng)新設(shè)計替代方案。初始化后，CIP 可提供穩(wěn)態(tài)閉環(huán)嵌入式控制，而不會受到 CPU 的任何干擾。由于它們是獨(dú)立的外設(shè)和CPU獨(dú)立，因此共享數(shù)據(jù)、邏輯信號和/或模擬信號的延遲為零。此外，CIP 有助于降低固件復(fù)雜性，從而減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)。因此，CIP 使您能夠使用 PIC18 'Q10' MCU 輕松設(shè)計更復(fù)雜的應(yīng)用。

面向嵌入式應(yīng)用的PIC18 “Q10”MCU

Microchip的PIC18“Q10”系列MCU配備了針對各種實時應(yīng)用的大量外設(shè)。PIC18 'Q10' MCU 通過穩(wěn)健的硅設(shè)計和制造工藝為系統(tǒng)提供良好的完整性，有助于提高系統(tǒng)穩(wěn)健性。窗口看門狗定時器，用于從失控的代碼中恢復(fù)，在應(yīng)用程序中啟用所需的安全功能。安全性是應(yīng)用程序中另一個備受追捧的功能。片上CRC模塊在通信應(yīng)用中節(jié)省了大量時間和功耗。內(nèi)存掃描功能為無線 （OTA） 升級和系統(tǒng)啟動提供固件自檢，防止系統(tǒng)受損。

當(dāng)勤奮使用時，可配置邏輯單元 （CLC） 是一項非常強(qiáng)大的資產(chǎn)。CLC可以配置為任何基本邏輯門和/或順序元件，以執(zhí)行無數(shù)的任務(wù)。例如，在讀取小周期脈沖時，通過使用D觸發(fā)器配置中的CLC可以完全避免毛刺。對于CLC來說，讀取兩個并發(fā)信號是一帆風(fēng)順的，因此任何數(shù)字邏輯也可以建立在這兩個輸入信號上，如OR，AND和NOR等。給出所需的輸出。CLC 可以與自身、其他 CLC 和/或其他外圍設(shè)備結(jié)合使用。這種多功能性使您可以靈活地創(chuàng)建創(chuàng)新設(shè)計。編碼器、解碼器、計數(shù)器、脈沖擴(kuò)展器、環(huán)形轉(zhuǎn)換器、有限狀態(tài)機(jī)等應(yīng)用都可以使用 CLC 輕松實現(xiàn)。

回到開關(guān)去抖動問題，檢測開關(guān)按下事件所需的魯棒去抖動機(jī)制也可以通過定時器外設(shè)的硬件限制定時器（HLT）功能來實現(xiàn)，而無需任何固件邏輯實現(xiàn)。定時器可以檢測開關(guān)按下的上升或下降（或兩者，如果需要），然后在所需的預(yù)編程延遲后生成事件（以克服去抖動波動）。CLC 還可用于實現(xiàn)交換機(jī)去抖動邏輯。硬件限位定時器（HLT）在安全關(guān)鍵應(yīng)用中也很有用，可以檢測潛在的故障情況并采取適當(dāng)?shù)募m正措施將系統(tǒng)從故障狀態(tài)中恢復(fù)，這有助于系統(tǒng)以可預(yù)測的方式運(yùn)行。

在處理模擬信號時，智能模擬外設(shè)（如帶CVD、比較器和ZCD的ADC2）非常方便。ADC2模塊內(nèi)置的后處理計算功能使您能夠僅在硬件級別執(zhí)行平均值、突發(fā)平均值、過采樣、低通濾波、最小/最大閾值檢測以及更多操作。結(jié)合CVD技術(shù)，ADC2模塊還可用于人機(jī)界面（HMI）應(yīng)用中的電容式觸摸檢測。您可以在設(shè)計中添加直觀的觸摸按鈕，避免使用外部觸摸模塊。

模擬比較器和ZCD也是模擬信號處理應(yīng)用中非常有用的外設(shè)。兩個外設(shè)都提供瞬時信號電平檢測，因為它們與CPU異步，因此沒有輸出延遲。

CIP 旨在根據(jù)您編寫、調(diào)試、測試和集成到整個系統(tǒng)中的軟件代碼自動執(zhí)行通常由 CPU 執(zhí)行的任務(wù)。帶有 CIP 的 PIC18 “Q10” 提供更多的睡眠時間余量，無需擔(dān)心控制方案可能會產(chǎn)生競爭中斷，從而忽略一個中斷。它減少了軟件和中斷的數(shù)量，釋放了CPU，并允許降低工作頻率以降低功耗。CIP 和“Q10”的智能模擬外設(shè)是下一代解決方案，可與緊湊型單核 MCU 并行執(zhí)行事件。

開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)

在任何新設(shè)計中使用加載功能的PIC18“Q10”MCU都是無縫且直接的。PIC18 'Q10' 系列 MCU 由 MPLAB X 集成開發(fā)環(huán)境 （IDE） 和基于云的 MPLAB Xpress IDE 提供支持。MPLAB X IDE 具有許多功能，可在設(shè)計階段增強(qiáng)開發(fā)和調(diào)試體驗，并提供單一集成環(huán)境來開發(fā) PIC 和 AVR MCU 的應(yīng)用。直觀的 MPLAB 代碼配置器 （MCC） 可作為 MPLAB X 的插件提供，提供圖形編程環(huán)境，只需單擊幾下即可生成易于理解的 C 代碼，為您節(jié)省大量時間和精力。這個全面且易于使用的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)有助于縮短整體設(shè)計周期和上市時間。與以前的PIC MCU的引腳對引腳兼容性確保您可以輕松遷移到“Q10”系列MCU，以增強(qiáng)現(xiàn)有產(chǎn)品的功能，而無需進(jìn)行大量的重新設(shè)計。

Microchip的“Curiosity Nano”和“Curiosity HPC”開發(fā)板可用于啟動使用“Q10”系列MCU的開發(fā)和快速原型設(shè)計。Curiosity板從頭開始設(shè)計，以利用Microchip的MPLAB X和MPLAB Xpress開發(fā)環(huán)境，包括一個集成的編程器/調(diào)試器，不需要額外的硬件即可開始使用。

總結(jié)

PIC18 'Q10' 系列 MCU 將 PIC CPU、CIP、智能模擬外設(shè)和通信外設(shè)等完美結(jié)合，以開發(fā)具有高性能、完整性、設(shè)計靈活性和低功耗的系統(tǒng)。獨(dú)特的功能集和外設(shè)組合使其成為眾多應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)微控制器，包括但不限于工業(yè)過程控制、家用電器、傳感器節(jié)點、醫(yī)療、人機(jī)界面、無線連接、電機(jī)控制和汽車。因此，讓我們開始為您的下一個應(yīng)用程序構(gòu)建下一代智能設(shè)備。

審核編輯：郭婷