你知道MCU還可以簡單的功能增強(qiáng)嗎_如何增強(qiáng)？

　　MCU簡介

　　微控制單元（Microcontroller Unit；MCU） ，又稱單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer ）或者單片機(jī)，是把中央處理器（Central Process Unit；CPU）的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存（memory）、計數(shù)器（Timer）、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機(jī)，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制。諸如手機(jī)、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業(yè)上的步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂的控制等，都可見到MCU的身影。

　　MCU的特點

　　要了解一款MCU，首先需要知道就是其ROM空間、RAM空間、IO口數(shù)量、定時器數(shù)量和定時方式、所提供的外圍功能模塊（Peripheral Circuit）、中斷源、工作電壓及功耗等等。

　　了解這些MCU Features后，接下來第一步就是將所選MCU的功能與實際項目開發(fā)的要求的功能進(jìn)行對比，明確那些資源是目前所需要的，那些是本項目所用不到的。對于項目中需要用到的而所選MCU不提供的功能，則需要認(rèn)真理解MCU的相關(guān)資料，以求用間接的方法來實現(xiàn)，例如，所開發(fā)的項目需要與PC機(jī)COM口進(jìn)行通訊，而所選的MCU不提供UART口，則可以考慮用外部中斷的方式來實現(xiàn);

　　對于項目開發(fā)需要用到的資源，則需要對其Manua*進(jìn)行認(rèn)真的理解和閱讀，而對于不需要的功能模塊則可以忽略或瀏覽即可。對于MCU學(xué)習(xí)來講，應(yīng)用才是關(guān)鍵，也是最主要的目的。

　　明確了MCU的相關(guān)功能后，接下來就可以開始編程了。對于初學(xué)者或初次使用此款MCU的設(shè)計者來說，可能會遇到很多對MCU的功能描述不明確的地方，對于此類問題，可以通過兩種方法來解決，一種是編寫特別的驗證程序來理解資料所述的功能;另一種則可以暫時忽略，程序設(shè)計中則按照自己目前的理解來編寫，留到調(diào)試時去修改和完善。前一種方法適用于時間較寬松的項目和初學(xué)者，而后一種方法則適合于具有一定MCU開發(fā)經(jīng)驗的人或項目進(jìn)度較緊迫的情況;

　　指令系統(tǒng)千萬不要特別花時間去理解。指令系統(tǒng)只是一種邏輯描述的符號，只有在編程時根據(jù)自己的邏輯和程序的邏輯要求來查看相關(guān)的指令即可，而且隨著編程的進(jìn)行，對指令系統(tǒng)也會越來越熟練，甚至可以不自覺地記憶下來。

　　MCU的基本功能

　　對于絕大多數(shù)MCU，下列功能是最普遍也是最基本的，針對不同的MCU，其描述的方式可能會有區(qū)別，但本質(zhì)上是基本相同的：

　　● TImer（定時器）：TImer的種類雖然比較多，但可歸納為兩大類：一類是固定時間間隔的TImer，即其定時的時間是由系統(tǒng)設(shè)定的，用戶程序不可控制，系統(tǒng)只提供幾種固定的時間間隔給用戶程序進(jìn)行選擇，如32Hz，16Hz，8Hz等，此類TImer在4位MCU中比較常見，因此可以用來實現(xiàn)時鐘、計時等相關(guān)的功能;另一類則是Programmable Timer（可編程定時器），顧名思義，該類Timer的定時時間是可以由用戶的程序來控制的，控制的方式包括：時鐘源的選擇、分頻數(shù)（Prescale）選擇及預(yù)制數(shù)的設(shè)定等，有的MCU三者都同時具備，而有的則可能是其中的一種或兩種。此類Timer應(yīng)用非常靈活，實際的使用也千變?nèi)f化，其中最常見的一種應(yīng)用就是用其實現(xiàn)PWM輸出（具體的應(yīng)用，后續(xù)會有特別的介紹）。由于時鐘源可以自由選擇，因此，此類Timer一般均與Event Counter（事件計數(shù)器）合在一起;

　　● IO口：任何MCU都具有一定數(shù)量的IO口，沒有IO口，MCU就失去了與外部溝通的渠道。根據(jù)IO口的可配置情況，可以分為如下幾種類型：

　　● 純輸入或純輸出口：此類IO口有MCU硬件設(shè)計決定，只能是輸入或輸出，不可用軟件來進(jìn)行實時的設(shè)定;

　　● 直接讀寫IO口：如MCS-51的IO口就屬于此類IO口。當(dāng)執(zhí)行讀IO口指令時，就是輸入口;當(dāng)執(zhí)行寫IO口指令則自動為輸出口;

　　● 程序編程設(shè)定輸入輸出方向的：此類IO口的輸入或輸出由程序根據(jù)實際的需要來進(jìn)行設(shè)定，應(yīng)用比較靈活，可以實現(xiàn)一些總線級的應(yīng)用，如I2C總線，各種LCD、LED Driver的控制總線等;

　　● 對于IO口的使用，重要的一點必須牢記的是：對于輸入口，必須有明確的電平信號，確保不能浮空（可以通過增加上拉或下拉電阻來實現(xiàn)）;而對于輸出口，其輸出的狀態(tài)電平必須考慮其外部的連接情況，應(yīng)保證在Standby或靜態(tài)狀態(tài)下不存在拉電流或灌電流。

　　● 外部中斷：外部中斷也是絕大多數(shù)MCU所具有的基本功能，一般用于信號的實時觸發(fā)，數(shù)據(jù)采樣和狀態(tài)的檢測，中斷的方式由上升沿、下降沿觸發(fā)和電平觸發(fā)幾種。外部中斷一般通過輸入口來實現(xiàn)，若為IO口，則只有設(shè)為輸入時其中斷功能才會開啟;若為輸出口，則外部中斷功能將自動關(guān)閉（ATMEL的ATiny系列存在一些例外，輸出口時也能觸發(fā)中斷功能）。外部中斷的應(yīng)用如下：

　　● 外部觸發(fā)信號的檢測：一種是基于實時性的要求，比如可控硅的控制，突發(fā)性信號的檢測等;而另一種情況則是省電的需要;

　　信號頻率的測量;為了保證信號不被遺漏，外部中斷是最理想的選擇;

　　● 數(shù)據(jù)的解碼：在遙控應(yīng)用領(lǐng)域，為了降低設(shè)計的成本，經(jīng)常需要采用軟件的方式來對各種編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，如Manchester和PWM編碼的解碼;

　　● 按鍵的檢測和系統(tǒng)的喚醒：對于進(jìn)入Sleep狀態(tài)的MCU，一般需要通過外部中斷來進(jìn)行喚醒，最基本的形式則是按鍵，通過按鍵的動作來產(chǎn)生電平的變化;

　　● 通訊接口：MCU所提供的通訊接口一般包括SPI接口，UART，I2C接口等，其分別描述如下：

　　● SPI接口：此類接口是絕大多數(shù)MCU都提供的一種最基本通訊方式，其數(shù)據(jù)傳輸采用同步時鐘來控制，信號包括：SDI（串行數(shù)據(jù)輸入）、SDO（串行數(shù)據(jù)輸出）、SCLK（串行時鐘）及Ready信號;有些情況下則可能沒有Ready信號;此類接口可以工作在Master方式或Slave方式下，通俗說法就是看誰提供時鐘信號，提供時鐘的一方為Master，相反的一方則為Slaver;

　　● UART（Universal Asynchronous Receive Transmit）：屬于最基本的一種異步傳輸接口，其信號線只有Rx和Tx兩條，基本的數(shù)據(jù)格式為：Start Bit + Data Bit（7-bits/8-bits） + Parity Bit（Even， Odd or None） + Stop Bit（1~2Bit）。一位數(shù)據(jù)所占的時間稱為Baud Rate（波特率）。對于大多數(shù)的MCU來講，數(shù)據(jù)為的長度、數(shù)據(jù)校驗方式（奇校驗、偶校驗或無校驗）、停止位（Stop Bit）的長度及Baud Rate是可以通過程序編程進(jìn)行靈活設(shè)定。此類接口最常用的方式就是與PC機(jī)的串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

　　● I2C接口：I2C是由Philips開發(fā)的一種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，同樣采用2根信號來實現(xiàn)：SDAT（串行數(shù)據(jù)輸入輸出）和SCLK（串行時鐘）。其最大的好處是可以在此總線上掛接多個設(shè)備，通過地址來進(jìn)行識別和訪問;I2C總線的一個最大的好處就是非常方便用軟件通過IO口來實現(xiàn)，其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率完全由SCLK來控制，可快可慢，不像UART接口，有嚴(yán)格的速率要求。

　　● Watchdog（看門狗定時器）：Watchdog也是絕大多數(shù)MCU的一種基本配置（一些4位MCU可能沒有此功能），大多數(shù)的MCU的Watchdog只能允許程序?qū)ζ溥M(jìn)行復(fù)位而不能對其關(guān)閉（有的是在程序燒入時來設(shè)定的，如Microchip PIC系列MCU），而有的MCU則是通過特定的方式來決定其是否打開，如Samsung的KS57系列，只要程序訪問了

　　Watchdog寄存器，就自動開啟且不能再被關(guān)閉。一般而言watchdog的復(fù)位時間是可以程序來設(shè)定的。Watchdog的最基本的應(yīng)用是為MCU因為意外的故障而導(dǎo)致死機(jī)提供了一種自我恢復(fù)的能力。

　　如何使用MCU進(jìn)行簡單的功能增強(qiáng)

　　如果有一個25美分的MCU，可以用0.5KB的內(nèi)存做些什么？

　　您現(xiàn)在可能已經(jīng)使用固定功能的集成電路（IC）很長一段時間了，并且在某些情況下，已經(jīng)適應(yīng)了它們有限的靈活性。一個簡單的通用異步收發(fā)器（UART）到串行外設(shè)接口（SPI）橋接器、一個復(fù)位控制器或一個帶有后備存儲器的外部實時控制器（RTC）在自身功能方面擁有良好的表現(xiàn)，但卻僅限于設(shè)定的功能。

　　但是如果可以通過智能化或功能定制來更好地滿足您的需求呢？如果可以使用獨(dú)立的低成本MCU來實現(xiàn)這些獨(dú)立功能呢？

　　新型MSP430?超值傳感系列MCU可以通過多種集成混合信號功能幫助部署簡單的傳感解決方案。為擴(kuò)展這些低成本MCU的功能，TI為25個常見系統(tǒng)級功能創(chuàng)建了一個代碼實例庫，包括定時器、輸入/輸出（I/O）擴(kuò)展器、系統(tǒng)復(fù)位控制器、電可擦可編程只讀存儲器（EEPROM）等。

　　25項功能被劃分為標(biāo)準(zhǔn)電路中常見的四個功能類別：即系統(tǒng)管理、脈寬調(diào)制、定時器和通信。在使用MSP430FR2000器件時，大部分代碼實例都適用于0.5KB以下的內(nèi)存，成本最低的MSP430 MCU的售價低至1000單位數(shù)量29美分，更多數(shù)量低至25美分。圖1介紹了一些離散功能集成電路，如外部監(jiān)視器或實時時鐘集成電路，可以用25項功能中的對應(yīng)功能進(jìn)行替代。如果使用所示的多個集成電路或功能（如定時器或PWM），甚至可以將多種功能組合起來，滿足您的應(yīng)用需求，從而減少工作量和電路板空間。

　　為幫助您了解和使用這些功能，TI編寫了一本電子版說明書，其中包含25個簡短的應(yīng)用注釋，并附有源代碼鏈接。在幾分鐘內(nèi)，便能夠編譯、下載源代碼并在MSP430超值傳感系列MCU上運(yùn)行?？梢愿鶕?jù)您的應(yīng)用需求對功能進(jìn)行調(diào)整，從而大幅縮短上市時間。

　　在開始了解對眾多固定功能集成電路的可編程替代方案時（我們期待看到您使用25種功能可以做些什么），我們將繼續(xù)構(gòu)建應(yīng)用注釋系列。