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專業分工的微控制器應用
元件應用開發專欄(1)

【作者: 編輯部】   2009年08月10日 星期一

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選擇適當的MCU類型


現在的MCU供應商針對不同領域都會提供不同類型的元件,以適應越來越多元複雜的設計應用,這樣既能節省業者開發的時間,並且也能減少其它元件的使用數量,整體而言就是要能夠達到品質精確、降低成本與快速上市的需求。



以MCU的應用精神而言,選擇的標準就是要能以單晶片來完成系統的運作為原則。因此,在設計之初就要考慮清楚可能需要的介面功能,只要類型符合,即使剛開始用不到,那麼預留著備用也無妨。例如有網路連線需要者,就可以選擇網通型的MCU,但它們可能還有USB等其它連線的預設功能;而需要長期不用充電的控制裝置,則主要考慮的應該是休眠時可以極低功耗運作的MCU了。



充份應用開發工具


大部份的MCU供應商都備有專屬的開發工具,尤其是高度複雜的32位元MCU等,沒有可模擬應用的開發板或工具套件,那幾乎就不可能完成設計應用的任務。為了快速開發的需要,現成韌體(Firmware)資料庫的提供與使用也是必要的措施,至於第三方的供應資源等,也都屬於開發工具的一環。業者在選擇MCU時,一定要注意相關的開發工具有那些?這會牽涉到實際的設計成本,同時也能把設計功能發揮到極至。



換個角度來看,擁有越多開發工具與資源的供應商,那麼它的產品也會更具有業界標準或者是相容性的價值,相反的就可能是比較特殊性、封閉性的產品結構,這點應該也是業者另一種需要應用考量的地方。



後續服務與社群分享


後續服務分成兩種,一種是在設計開發階段,另一種是在製作生產階段。在設計開發階段,供應商除了提供開發工具外,還要有諮詢的服務、FAE團隊的支援,乃至於建立社群研討的機制,以方便傳承經驗與知識分享。



在製作生產階段,除了提供品質驗證的服務外,也能夠進一步做最佳化或經濟化生產的建議,乃至於提供可轉換為ASIC的服務那就更理想了。在社群分享上則是應提供應用實例,以及市場方面的反應等訊息。



結語


對於應用最為廣泛,但也越來越複雜的MCU而言,開放性、標準化,以及提供各種開發資源與社群式共創共享服務,應該是MCU供應商必然要走的模式,很多廠商也都舉辦相關的競賽活動,就是最好的證明。根據這樣的需求,下面就以幾家範例廠商來對照說明:



(表一) 市場新型MCU範例介紹<資料來源:各廠商相關資料>






































MCU供應商

STMicroelectronic

Microchip

產品名稱

STM32網通型微控制器系列

nanoWatt XLP微控制器系列

產品介紹

基於ARM Cortex-M3的STM32系列共有70款產品已量產,可提供36MHz到72MHz的產品的軟體和針腳相容性、八種封裝、16KB到512KB的單晶片快閃記憶體密度,而為滿足多元化的應用需求,並有多種共用週邊可供選擇。STM32F105內建 64KB、128KB或256KB快閃記憶體,STM32F107內建128KB或256KB快閃記憶體,並可選擇 LQFP64或LQFP100封裝。

內建奈瓦極致節能技術(nanoWatt XLP eXtreme Low Power Technology)的新一代超低功耗PIC微控制器系列,僅需20nA的休眠電流。nanoWatt XLP產品系列,為設計者提供功能豐富且相容的低功率升級路徑,包括on-chip的USB週邊和mTouch感測方案。

關鍵優勢

可在同時需要乙太網路、USB、CAN和I2S音效介面的產品設計中發揮符合工業標準的32位元微處理器的優異性能。STM32F105系列整合一個全速USB 2.0 Host/Device/OTG以及兩個具有先進過濾功能的CAN2.0B控制器;STM32F107系列則在STM32F105的現有架構下,增加一個10/100乙太網路媒體存取控制器(MAC),以完整的硬體支援IEEE1588精確時脈同步技術的實現即時應用上乙太網路連接功能的開發。內建的專用緩衝器使USB OTG、兩個CAN控制器和乙太網路介面可同時作業,以滿足通訊閘道器應用的需求,靈活的工業標準連接功能的需求。


兩款產品系列都支援結合USB HOST和SPI功能的I2S音效通訊,讓微控制器可從USB大量儲存裝置、MP3播放器或SD記憶卡等外置儲存裝置讀取音效檔案,以及通過I2S進行音效解碼和輸出。這些都是音響底座系統、鬧鐘/音樂播放器以及家庭劇院等家庭音效設備的必備功能。ARM Cortex-M3出色的處理性能讓開發人員可以透過軟體實現重要的功能,包括音效編解碼器和如顯示數據處理、播放和停止按鈕的人機介面功能,進而節省外部元件。

nanoWatt XLP技術的三大關鍵優勢包括:休眠電流減少至僅20 nA,即時時脈電流降至500 nA,而看門狗計時監視器電流則減至400 nA。絕大多數的低功耗應用都需要這些功能,而nanoWatt XLP技術則將這三種功能整合在同一個完備的產品系列中。無論是為了延長電池壽命、還是滿足密封式電池應用(sealed batteries)或環境能源發電應用(energy harvesting),內建nanoWatt XLP技術的Microchip 8-bit和16-bit PIC微控制器都能為設計人員提供更大的自由,協助他們設計功耗更低、作業時間更長或充電需求更少的產品。


新發表的三款nanoWatt XLP微控制器系列包括擁有四款元件成員的16-bit PIC24F16KA系列,它僅需20 nA的休眠電流、整合式EEPROM記憶體以及小尺寸和低接腳數(20和28接腳)的封裝選擇。此外,這個系列支援能以單一電池供電20年以上的應用。擁有六款元件的PIC18F46J11和同樣包含六款元件的PIC18F46J50 8-bit微控制器系列,都擁有低於20 nA的休眠電流。通用型的PIC18F46J11微控制器提供多達64 KB的快閃程式記憶體,並在僅28或44接腳的封裝內提供相當於64或80接腳元件的周邊功能組合。PIC18F46J50元件增加整合式的全速USB 2.0,提供連接性以支援需要遠端現場升級(remote field upgrade)或下載資料的嵌入式應用。

應用領域

STM32網通型系列產品由72MHz微控制器構成,能夠滿足網絡連接、數據記錄、USB連接以及外掛設備擴增或現場升級等需求,可用於以工業、醫療、家電、消費性電子以及建築物維修等領域的應用,包括電力線通訊(PLC)、電機控制、病患監測、家庭音響、保全系統、電表和控制面板。

許多應用都能受惠於nanoWatt XLP微控制器的極低功耗和整合週邊,例如可攜式裝置和採用電池供電的應用,包括消費性電子(密封拋棄式電子、可攜式家電、遊戲機、數位相框、咖啡機);工業(環境能源發電應用、水電錶、保全系統、溫控器、灑水定時器、可攜式溫控器、遠端/可攜式氣體感測器和遠端感測網路、資料登錄與資產追蹤、封閉/惡劣環境感測器);汽車(診斷設備、汽車警報器、遙控鑰匙);以及醫療市場(家庭醫療設備、氧氣/生物流量計、數位溫度計、病患監測儀、生活/體能監測器、計步器)。

開發板與應用工具

點選連結

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社群服務

ST MCU論壇

開發工具論壇



 






































MCU供應商

Microchip

NXP

產品名稱

PIC18F87J90顯示應用微控制器

Cortex-M3微控制器LPC1700系列

產品介紹

設計人員都希望提升及充實顯示應用的功能,例如導入電容式或電感式觸控用戶介面。PIC18F87J90產品不僅擴增了記憶體,還配備包括CTMU在內的整合週邊設備組合,正好切合設計人員的實際需要。該系列微控制器利用Microchip獨特的奈瓦技術,維持系統的低功耗,還能將顯示器帶進休眠模式以節省耗電。

NXP LPC1700系列是業界最高性能的Cortex-M3微控制器。EEMBC測試結果顯示,以相同時脈速度運行時,LPC1700執行應用程式碼的速度相較其他主要Cortex-M3競爭產品平均快35%。速度和效能的提高主要歸功於該微控制器的智慧型架構,以及其靈活的直接記憶體存取(DMA)和市場最佳快閃記憶體的使用。


LPC1700系列目前最大快閃記憶體大小為512KB。

關鍵優勢

新元件提供64至128 KB的快閃記憶體及4KB的RAM,是業界首款包含即時時脈和日曆(RTCC)、也具備支援電容式觸控感測或精確時間量測所需的充電時間量測單元(CTMU) 的8-bit微控制器。PIC18F87J90與Microchip PIC18F85J80的接腳可相容,針對Microchip全系列LCD驅動式微控制器提供簡易轉換途徑,同時簡化應用升級程式。


除此之外,內建的LCD模組更具備一個具軟體可程式控制能力的 LCD對比控制器(contrast controller),該對比控制器能提升LCD電壓、調整顯示器亮度,或對於溫度及燈光等環境因素作出補償。內建的硬體RTCC在休眠模式下仍照常運作,進行即時追蹤,同時減少功耗。


  • 最高頻寬乙太網

  • USB On-The-Go/Host/Device,使其擁有業界最廣泛的USB選項

  • 正交編碼器介面和馬達控制脈衝寬度調變器(PWM),可展現靈活的馬達控制並節省功率

  • 兩個CAN介面

  • 真12位元類比數位轉化器(ADC)和10位元類比數位轉化器(DAC)

  • Fast-Mode Plus (1 Mb/s) I²C匯流排,另有4個UART、3條SPI/SSP匯流排和一條I²S匯流排

  • 即時時脈,工作電流低於1 μA

  • 記憶體保護單元(MPU)允許將記憶體分區定義為唯讀,進而防止其遭到破壞

  • 採用第二版Cortex-M3內核,具有增強的斷電功能,包括喚醒中斷控制器

  • 與恩智浦LPC2300 ARM7微控制器系列引腳相容

應用領域

PIC18F87J90微控制器適用於注重成本效益的嵌入式顯示應用,應用領域廣泛,包括有消費性(白色家電、遊戲機控制器、運動器材、恆溫器及廚房家電設備);工業(家用防盜警報/保全系統的輸入鍵盤(security-system keypad)、電子式功率表、資料記錄器及中央空調通訊控制器);醫療(流量計、病患監護儀、實驗室儀器及家用診療設備);以及汽車市場(儀表板及控制面板) 。

LPC1700系列能主要能毫無障礙同時運作如乙太網、USB On-The-Go/Host/Device和CAN等高頻寬通信的周邊設備。此微控制器設計可廣泛應用於電子計量、照明、工業網路、警報系統、家用電器和馬達控制等各種應用。

開發板與應用工具

點選連結

LPC1700所嵌入元件供應商的相關工具都可使用。如 Keil (an ARM company), IAR Systems, Hitex Development Tools, Embedded Artists等。另外Code Red也有針對LPC1700系列的軟體開發平台。

社群服務

8bit MCU論壇


MCU論壇



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