嵌入式系統(tǒng)中的微控制器 （MCU） 像是繁忙機場的空中交通管制系統(tǒng)。MCU 可以感知所在的工作環(huán)境,，根據(jù)感知結(jié)果采取相應(yīng)操作,，并與相關(guān)系統(tǒng)進行通信,。MCU 可以管理和控制從數(shù)字溫度計到煙霧探測器，再到暖通空調(diào)電機等幾乎各種電子設(shè)備中的信號,。
為了確保系統(tǒng)的經(jīng)濟性和使用壽命,，嵌入式設(shè)計人員在設(shè)計過程中需要更大的靈活性。如果采用目前市面上的 MCU 產(chǎn)品系列,，設(shè)計人員在當前和未來設(shè)計中可以重復(fù)使用的硬件和代碼數(shù)量將很有限,，并且計算、集成模擬和封裝選項也很有限,。這種有限的靈活性通常意味著設(shè)計人員必須向多家制造商采購 MCU,，并需要花費額外的時間進行重新編程才能滿足每個設(shè)計的獨特需求，因此會增加開發(fā)成本以及整體系統(tǒng)成本和復(fù)雜性,。
MSPM0Arm? Cortex?-M0+ MCU為設(shè)計人員提供更多的選擇,、更大的設(shè)計靈活性以及更直觀的軟件和工具，可幫助解決這些難題,。本文將探討所謂的“更”在這里的真正含義,，以及這些 MCU 憑借更多的集成模擬選項和處理能力可能適用的潛在應(yīng)用。
更多的計算選項
雖然 Arm Cortex-M0+ 為 8 位和 16 位應(yīng)用帶來了 32 位計算能力,，但設(shè)計人員仍在尋求盡可能強大的計算性能,，包括增加軟件抽象層以實現(xiàn)代碼復(fù)用和延長壽命，在具有超低時延要求的算法中加強分析能力,，以及提高安全性,。
執(zhí)行計算工作的 MSPM0 MCU 選項有很多，從適用于簡單應(yīng)用的 32 MHz Arm Cortex-M0+ 中央處理器 （CPU）,，一直到具有硬件加速數(shù)學(xué)函數(shù)（包括加速除法,、求平方根、乘法累加和三角函數(shù) [正弦,、余弦,、x 的反正切、y/x 的反正切]）的 80 MHz CPU,。
MSPM0 G 系列（包括 MSPM0G3507）MCU 在兩種閃存等待狀態(tài)下具有 80 MHz 的計算能力,，因此可以在如下應(yīng)用中采用此類低成本 MCU：
·運行頻率大于 30 kHz 的無傳感器磁場定向控制 （FOC） 電機驅(qū)動應(yīng)用，由于數(shù)學(xué)加速,，控制環(huán)路時延更低（應(yīng)用示例如圖 1 所示）,。
·電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中的多相電能計量計算。
圖 1：FOC 電機驅(qū)動應(yīng)用示例（工業(yè)電機,、無繩電鉆和家用電器）
更多的集成模擬選項
借助于 MSPM0 MCU 的集成構(gòu)建塊以及靈活的可編程片上連接,，包括逐次逼近寄存器 （SAR） 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）、比較器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器,，可以幫助提高傳感電路的精度,。這些構(gòu)建塊還包括具有零交叉失真的零漂移、斬波穩(wěn)定型,、可編程增益運算放大器,。集成的跨阻放大器具有用于實現(xiàn)光電二極管電路的超低輸入偏置電流 （150pA）。
在低成本傳感應(yīng)用中,，通過降低作為誤差源的輸入失調(diào)電壓,，可以實現(xiàn)更高的傳感器信號增益，同時在整個溫度范圍內(nèi)保持較低的殘余輸入失調(diào)電壓誤差（如圖 2 所示）,，從而提高以下應(yīng)用中的精度：
·電力輸送應(yīng)用,，如電池充電和電量監(jiān)測。
·監(jiān)測和實時控制應(yīng)用,，例如電器,、電動和園藝工具中的有刷直流和無刷直流電機驅(qū)動器。
·醫(yī)療監(jiān)護信號鏈,，包括血壓監(jiān)測儀,、脈搏血氧儀和溫度計。
·樓宇自動化應(yīng)用,，包括煙霧探測器和被動紅外傳感器,。
圖 2：在最大值 ±2 mV 和 ±300 μV 下的輸入失調(diào)電壓誤差比較
集成的 SAR ADC 支持高達 4MSPS 的單調(diào) 12 位運算和高達 250kSPS 的 14 位運算，并支持同步采樣以同步測量兩個信號,。此功能可在住宅和企業(yè)應(yīng)用中進行能源監(jiān)測,，對電源電壓和電流進行 14 位同步采樣，以及在壓縮機,、泵和風扇等電機驅(qū)動器中進行高速低時延采樣 （250ns）,。
結(jié)語
在成本敏感的嵌入式系統(tǒng)中添加和改進功能取決于符合設(shè)計人員預(yù)算的 MCU 的傳感精度和計算能力。隨著越來越多的設(shè)計人員采用平臺軟件開發(fā)方法,、對多個應(yīng)用使用同一個軟件框架,，基于具有可擴展功能的 MCU 產(chǎn)品系列進行開發(fā)比以往任何時候都更加重要，這樣能確保每個產(chǎn)品都使用具有必要檢測和處理功能并經(jīng)過成本優(yōu)化的 MCU,。采用現(xiàn)代 MCU 產(chǎn)品系列,，設(shè)計人員可以在不增加成本的情況下添加新功能，或者在保留現(xiàn)有功能集的情況下降低成本,，同時還可以開發(fā)在未來設(shè)計中可重復(fù)使用的可擴展軟件,。
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