8位 MCU應(yīng)用概述和優(yōu)勢(shì)介紹

　　雖然 32 位 MCU 備受關(guān)注，但絕大多數(shù)嵌入式設(shè)備使用 8 位設(shè)備。通過選擇集成了一些精密模擬外設(shè)、可配置 GPIO 引腳、串行接口和快速數(shù)據(jù)總線架構(gòu)的低引腳數(shù) 8 位 MCU，您可以用一個(gè)小設(shè)備完成很多工作。

　　8 位低引腳數(shù) （LPC） 微控制器利用工藝縮減來(lái)增加其功能，從而以更低的成本為更多的應(yīng)用提供服務(wù)。盡管 LPC 設(shè)備也受到 0.35μm 技術(shù)節(jié)點(diǎn)的焊盤限制，但架構(gòu)、電機(jī)控制、智能能源管理、以太網(wǎng)和家庭自動(dòng)化和控制的無(wú)線連接要求的進(jìn)步為 8 位 MCU 帶來(lái)了新的應(yīng)用范圍。

　　如今，8 位領(lǐng)域由采用先進(jìn)工藝技術(shù)制造的 MCU 引領(lǐng)，這些技術(shù)能夠集成一些精密模擬外設(shè)、可配置的通用 I/O （GPIO） 引腳、串行接口和快速數(shù)據(jù)總線架構(gòu)。借助此功能，這些器件可提供高精度的模擬信號(hào)捕獲、轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)；適度的信號(hào)處理能力；以及合理數(shù)量的集成內(nèi)存——所有這些都在最小焊盤環(huán)內(nèi)。

　　根據(jù) Gartner Dataquest 的數(shù)據(jù)，按體積計(jì)算，8 位微控制器占處理器市場(chǎng)的一半以上。這家市場(chǎng)研究公司估計(jì)，2008 年 8 位 MCU 市場(chǎng)約為 50 億美元。

　　最新的 8 位 MCU 的優(yōu)勢(shì)包括：

　　高性能——時(shí)鐘速度達(dá)到幾十兆赫茲

　　集成特性——閃存、內(nèi)部高速時(shí)鐘和定時(shí)器、模擬外設(shè)、智能卡接口、集成觸摸控制器、電機(jī)控制、無(wú)線接口、有線網(wǎng)絡(luò)連接，例如集成控制器局域網(wǎng) （CAN） 和本地互連網(wǎng)絡(luò) （LIN） 總線，和許多其他功能

　　高可靠性

　　小包裝尺寸

　　低功耗——閃存設(shè)備僅消耗納瓦級(jí)電流

　　低成本

　　低電磁干擾 （EMI）

　　該技術(shù)背景介紹了當(dāng)今日益重要的 8 位 MCU 應(yīng)用程序的快速回顧，特別關(guān)注家用電器。在本次應(yīng)用綜述之后，查看富士通 MCU 功能，了解這些設(shè)備如何滿足應(yīng)用需求。

　　8 位 MCU 應(yīng)用概述

　　幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)會(huì)有強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求。

　　醫(yī)療的

　　大多數(shù)醫(yī)療設(shè)備獲取的生理信號(hào)都是模擬信號(hào)，在測(cè)量、監(jiān)控或顯示之前需要進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，例如放大和濾波。8 位 MCU 可以實(shí)現(xiàn)超低功耗平臺(tái)，其中包括用于個(gè)人血壓監(jiān)測(cè)器、脈搏計(jì)和心率監(jiān)測(cè)器等應(yīng)用的完整信號(hào)鏈。使用具有集成 RF/ZigBee 或 Wi-Fi 接口和收發(fā)器的設(shè)備，遠(yuǎn)程患者監(jiān)測(cè)也是一種增長(zhǎng)趨勢(shì)。隨著便攜性成為醫(yī)療產(chǎn)品的增長(zhǎng)趨勢(shì)，制造商正在尋求能夠降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性和開發(fā)時(shí)間的 MCU 等技術(shù)。

　　便攜式消費(fèi)者

　　使 MCU 成為電池供電醫(yī)療產(chǎn)品理想選擇的特性使這些設(shè)備適用于各種便攜式消費(fèi)類應(yīng)用，包括智能玩具、IP 攝像機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)收音機(jī)。通過內(nèi)置 LCD 控制器和觸摸傳感器控制器，8 位 MCU 提供了一個(gè)消費(fèi)者友好型平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)快速開發(fā)。ZigBee 收發(fā)器使這些設(shè)備易于攜帶且始終聯(lián)網(wǎng)。

　　智能傳感器應(yīng)用

　　煙霧探測(cè)器、恒溫器和玻璃破損檢測(cè)系統(tǒng)等設(shè)備充分利用了 8 位 MCU 的超低功耗和集成的高性能模擬功能。集成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能對(duì)于此類智能傳感器應(yīng)用也非常有用，可加強(qiáng)家庭自動(dòng)化、遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。這些類型的應(yīng)用增長(zhǎng)如此強(qiáng)勁，一些觀察家預(yù)計(jì)，95% 的訪問互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備將是傳感器和機(jī)器對(duì)機(jī)器應(yīng)用中的 MCU。

　　智能計(jì)量

　　智能電表可以比傳統(tǒng)電表更詳細(xì)地測(cè)量消耗，并通過網(wǎng)絡(luò)將該信息傳達(dá)給當(dāng)?shù)毓檬聵I(yè)公司。8 位微控制器完美結(jié)合了超低功耗和高性能模擬集成（16 至 21 位 delta-sigma ADC、比較器等）。8 位 MCU 可以測(cè)量單相或三相電力、水和氣體，并具有用于自動(dòng)抄表 （AMR） 數(shù)據(jù)通信的集成無(wú)線接口。

　　商業(yè)流媒體應(yīng)用

　　銷售點(diǎn) （POS） 終端和自動(dòng)售貨機(jī)可以使用基于 MCU 的低成本平臺(tái)，以引人入勝的互動(dòng)方式將銷售信息帶給消費(fèi)者。

　　白色和棕色商品

　　8 位 MCU 提供了簡(jiǎn)單的方法來(lái)處理消費(fèi)產(chǎn)品中的各種任務(wù)，例如空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱、車庫(kù)開門器、煙霧探測(cè)器、真空吸塵器、熱泵、微波爐、電視、家庭影院系統(tǒng)、收音機(jī)廣播接收器和錄音產(chǎn)品。特別是亞洲小家電的產(chǎn)量，如除塵器、智能電飯煲、風(fēng)扇、遙控器等，將繼續(xù)快速增長(zhǎng)。本技術(shù)背景資料的下一部分將詳細(xì)介紹家用電器。

　　滿足家電需求

　　洗衣機(jī)、洗碗機(jī)和冰箱等大型家電都可以受益于先進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)的節(jié)能特性。由于冰箱一直開著，它可以消耗高達(dá) 50% 的家庭能源預(yù)算，幾乎所有的能源都用于運(yùn)行壓縮機(jī)電機(jī)。大多數(shù)冰箱仍然使用恒速開/關(guān)壓縮機(jī)。然而，變速壓縮機(jī)在市場(chǎng)上越來(lái)越受歡迎。這些壓縮機(jī)通過精確的溫度控制實(shí)現(xiàn)更高效的冷卻，從而減少整體能源使用。此外，制造商越來(lái)越多地采用更高效的無(wú)刷電機(jī)，這進(jìn)一步減少了能源消耗量。

　　在洗衣機(jī)中，當(dāng)永磁或無(wú)刷直流 （BLDC） 電機(jī)取代通用三端雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電機(jī)等低端解決方案時(shí)，性能和驅(qū)動(dòng)效率顯著提高?；?8 位 MCU 和永磁體或 BLDC 電機(jī)的先進(jìn)控制技術(shù)可縮短洗滌周期，從而節(jié)省能源并減少用水量。

　　即使是復(fù)雜的系統(tǒng)也可以利用 8 位 MCU 來(lái)處理一些簡(jiǎn)單的功能。例如，許多類型的應(yīng)用都可以受益于使用 6 或 8 引腳 MCU 來(lái)控制需要可配置時(shí)間延遲的復(fù)位電路。電氣照明鎮(zhèn)流器應(yīng)用可以使用類似的 LPC 設(shè)備，因?yàn)榕c尋找和儲(chǔ)存正確的分立元件相比，MCU 易于配置并節(jié)省資金。8 位 MCU 現(xiàn)在只需幾美分，電池充電器、電動(dòng)牙刷、烤面包機(jī)、咖啡機(jī)和廉價(jià)玩具等設(shè)備現(xiàn)在都包含 MCU。

　　圖 1 顯示了幾個(gè)示例應(yīng)用的 3 個(gè)框圖。

　　冷氣機(jī)

　　吸塵器

　　微波爐

　　圖 1：家用電器應(yīng)用。

　　富士通低成本、緊湊型 8 位 MCU 價(jià)值主張

　　富士通F2MC-8FX 系列器件 — MB95100和新型 LPC MB95200 /MB95300/MB95400 系列 MCU — 提供適合設(shè)計(jì)節(jié)能電器的片上外設(shè)的智能組合和控制面板。該產(chǎn)品系列具有足夠的可擴(kuò)展性和靈活性以滿足電器要求，具有電機(jī)控制器、運(yùn)算放大器、比較器、LCD 控制器和使用 SPI/I2C 用于人機(jī)界面 （HMI） 的觸摸傳感器控制器 （TSC） 接口等功能。

　　F2MC-8FX 系列 MCU 集成了 8 到 60 KB 的閃存以及 2 到 32 KB 的 RAM。還提供非易失性 FRAM — 一種快速替代閃存的方法。封裝選項(xiàng)包括 DIP、SOP、SSOP、QFP 和 LQFP，引腳數(shù)從 8 到 100 個(gè)不等。

　　主要特點(diǎn)

　　1. 雙操作閃存

　　產(chǎn)品包括富士通專有的嵌入式雙操作閃存，它模擬 E2PROM。內(nèi)存包含兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)用于程序存儲(chǔ)，另一個(gè)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。集成閃存可在 MCU 的整個(gè)工作范圍內(nèi)進(jìn)行編程，使用戶能夠在幾乎任何環(huán)境中充分利用可重新編程的優(yōu)勢(shì)。

　　為了簡(jiǎn)化該內(nèi)存的使用，富士通免費(fèi)提供了一個(gè)軟件 E2PROM 仿真庫(kù)和 API 代碼供用戶定制，無(wú)需版稅。不需要基于閃存的 E2PROM 仿真的用戶可以將內(nèi)存用作傳統(tǒng)閃存。

　　嵌入式閃存可重寫100，000次，并保證數(shù)據(jù)保留20年。為了增強(qiáng)系統(tǒng)完整性、安全性和可靠性，MCU 還集成了廣泛的硬件和軟件系統(tǒng)保護(hù)以及閃存安全功能。閃存安全功能可保護(hù)客戶軟件不被未經(jīng)授權(quán)的外部訪問讀取。

　　2. 組件集成以降低成本

　　富士通 8 位 MCU 具有片上 RC 振蕩器電路和低壓檢測(cè)電路，因此無(wú)需外部這些組件。甚至 LPC 器件也具有片上 RC 振蕩器（+/- 2 到 3%）和片上調(diào)試功能。

　　3. 復(fù)合定時(shí)器可靈活滿足系統(tǒng)要求

　　MCU 定時(shí)器可配置為脈沖寬度調(diào)制 （PWM）、脈沖寬度計(jì)數(shù)器 （PWC）、間隔定時(shí)器或輸入捕捉（用于測(cè)量間隔時(shí)間）。這種定時(shí)器的多功能性使其更容易處理各種系統(tǒng)要求。單獨(dú)的看門狗定時(shí)器提供了一種安全機(jī)制來(lái)監(jiān)控軟件流程、CPU 時(shí)鐘以及中斷處理和執(zhí)行。

　　4. 非易失性 FRAM 存儲(chǔ)器集成

　　富士通 MB95R203 8 位 MCU 是第一款提供集成鐵電 RAM （FRAM） 的產(chǎn)品。FRAM 具有高速訪問、非易失性、寫入模式下的高耐用性、低功耗、出色的抗篡改和不會(huì)因輻射而導(dǎo)致性能下降的特點(diǎn)。因此，F(xiàn)RAM 非常適合用于智能卡、安全數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和電池供電應(yīng)用，其中高安全性、小內(nèi)存大小和低功耗是關(guān)鍵要求。

　　5. 通信接口

　　Fujitsu 8FX MCU 系列支持廣泛的通信協(xié)議，通常用于大型電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提供片上 UART、I2C、LIN-UART/SPI。LIN-UART/SPI 模塊無(wú)需使用外部定時(shí)器通道即可啟用 LIN 中斷檢測(cè)和同步，從而簡(jiǎn)化了 LIN 系統(tǒng)的開發(fā)。

　　6. 特定應(yīng)用功能的集成

　　涉及模擬 I/O 和/或電機(jī)控制的應(yīng)用在 8FX MCU 系列中得到廣泛支持。例如，LPC MCU 具有 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 等關(guān)鍵外設(shè)。（12/16 位 ADC 正在開發(fā)中。）MCU 還提供高級(jí)定時(shí)器模塊，滿足從基本到高級(jí)電機(jī)控制的電器所需的性能要求。

　　最新的 8 位 MB95300 系列器件提供專門用于電機(jī)控制的功能：三個(gè)獨(dú)立的 16 位定時(shí)器/脈寬調(diào)制器模塊。這些模塊支持為單相和三相 BLDC 電機(jī)控制生成任何脈沖寬度調(diào)制 （PWM） 模式。MB95400 系列包含內(nèi)置電壓比較器和運(yùn)算放大器。

　　此外，MCU 還提供許多系統(tǒng)功能，用于配置多種類型的應(yīng)用。例如，這些設(shè)備可以通過系統(tǒng)完整性軟件啟用，包括 CPU 寄存器和程序計(jì)數(shù)器的定期測(cè)試?yán)?，有助于確保家用電器中電子控制裝置的安全、可靠運(yùn)行。其他功能，如主動(dòng)上電復(fù)位、低電壓檢測(cè)和低電壓警告有助于防止因掉電導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。這些片上特性使該 MCU 系列的成員成為同類產(chǎn)品中最強(qiáng)大的 MCU 產(chǎn)品之一。

　　此外，LPC MCU 的四種低功耗模式可幫助開發(fā)人員在電池供電設(shè)備、電動(dòng)工具、HVAC 設(shè)備、電機(jī)控制器和斷路器等應(yīng)用中實(shí)施響應(yīng)式電源管理方案。3 至 5.5V 的電源電壓范圍還簡(jiǎn)化了開發(fā)并簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的升級(jí)。

　　7.應(yīng)用開發(fā)簡(jiǎn)化

　　富士通提供了多種方法來(lái)簡(jiǎn)化應(yīng)用程序開發(fā)，首先是片上調(diào)試。MCU 提供具有單線調(diào)試、仿真和板載閃存編程接口的在線仿真 （ICE） 功能，無(wú)需昂貴的仿真工具。此功能使開發(fā)人員能夠即時(shí)執(zhí)行非侵入式調(diào)試和仿真。為幫助開發(fā)人員快速輕松地啟動(dòng)和運(yùn)行應(yīng)用程序，富士通為 8 位 MCU 系列提供靈活且經(jīng)濟(jì)高效的評(píng)估板和入門套件。富士通微電子還為開發(fā)工具、參考設(shè)計(jì)和軟件示例以及 C 源代碼/項(xiàng)目文件和應(yīng)用說明提供技術(shù)培訓(xùn)和全面支持。

　　富士通 8 位 MCU 技術(shù)路線圖

　　富士通不斷改進(jìn) 8 位 MCU 工藝技術(shù)、性能、功耗和外設(shè)集成，如圖 2 所示。此外，低成本、易于使用的開發(fā)工具現(xiàn)已成為 MCU 產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)元素，以及廣泛的應(yīng)用支持。

　　圖 2：富士通的價(jià)值主張和路線圖。

　　8 位 MCU 提供廣泛的片上集成，有助于保持低成本和低功耗——非常適合當(dāng)今的市場(chǎng)趨勢(shì)和應(yīng)用。富士通的 8 位 MCU 通過提供具有集成功能的小封裝低成本解決方案來(lái)滿足一系列應(yīng)用特定要求，為需要高集成度的系統(tǒng)提供了卓越的選擇。