时间：2023-05-29 17:59:25
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇微控制器，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
白光LED驱动器的主要构件是一个振荡器、一个电荷泵和一个稳流电流源。美国国家半导体公司 (national.com)生产一种在高度集成的LM2791/2型 IC内包含以上三种构件的器件。白光LED驱动器通常与手机基带控制器或微控制器串联使用。你可以方便地采用LM2791/2来提供一个时钟源。你只要考虑到在快速充放电电容器（C1）两个引脚上有一个伪方波，就可以实现一个简单而有用的电路。你可以从这两引脚上获得这一伪方波，并净化之。
图1，白光LED驱动器可以兼做微控制器的时钟源。
为了完成这个任务，你可将这一伪方波信号通过一只330Ω电阻器R1注入一个简单的倒相器门，如一个DM7404型十六进制倒相器（图1）。净信号是一个纯净的2MHz时钟源。示波器图形示出了伪方波以及倒相器输出端的净化方波（图2）。你可以将这个信号用做基带控制器或微控制器的简单时钟源，以便执行诸如小键盘解码或电池识别检测等简单任务。
图2，逻辑倒相器净化来自快速充放电电容器的伪方波（上部）；净化方波（底部）是微控制器的稳定时钟源。
关键词：单片机；嵌入式；开发；研究
中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 18-0000-01
单片机微控制器不同于微处理器，从抽象化比喻来说，嵌入式单片机如果说是航空母舰的话，那么微处理器就是战斗机，微控制器是整合了所有处理系统的一个载体平台。嵌入式单片机主要以电子生产设备的控制系统相关，是节省劳动力创造生产总值的必备利器。为现代化企业的发展起到了巨大的革新意义。单片机按CPU处理字的长度分就CPU处理字的长度而言，有4位、8位、32位单片机，按使用范围分可分为通用单片机和专用单片机两大类。单片机实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O端口直接进行操作，位操作能力更是其它计算机无法比拟的。另外，由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传送时受干扰的影响较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。
一、微控制器基本构成要点
单片机芯片即是一整的微型计算机，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到8个或更少。从而使应用系统的印制板减小、接插件减少、安装简单方便。随着信息时代的迅速发展，越来越多的微软产品走入千家万户，极大地推动了现代化产业的前进步伐，单片机微控制器也迅速覆盖到各个行业当中，现金阶段所有的高科技研发机构，都在对单片机的应用开发日以继夜的研究当中，而且具有中国化的单片机技术也相对成熟起来。
单片机微控制器的编程是开发的重点方向，当下越来越多的高科技产品需要微控制器来进行运作，而单片机微控制器的程序相对来说就要单一的多了。所以为了能够提高单片机微控制器的性能，新的语言编程工作需要的就会很多。尤其是程序的可操作性，对于指令的编辑要具有可靠性、升级能力，加密性能等。由于商业竞争的需要，每个企业在推出一款新的产品的时候，都要对其内部核心技术进行高加密处理。
单片机微控制器在进行程序编辑的时候，由于需要不停的语言改动，就难免会出现误差，当程序编写误差加大的时候，很多编写技师会进行删除，但是还是会有很多数据碎片遗留在程序内部，经常性的删除会对单片机的整体使用寿命造成缩短，所以当要进行程序编辑的时候，首先要进行微控制器的内存空间进行预算，避免由于反复的编写，造成程序在运行期间出现偏差。还要对所有的内部程序激励变量进行预算，因为一旦内部变量反差过大的时候，单片机整体会出现高频度热度，会引发单片机停止工作，直接损坏。
单片机微控制器在不断的推动过程中，从最早的B语言进行程序编程到现阶段被广泛使用的C语言编程，无论从结构上还是编辑速度上，C语言都是最为快捷方便的。而且现阶段已经实现先用C语言编辑程序，然后再录入到单片机为控制内，这样极大的改善了微控制器的使用寿命，而且准确率更加精确。当单片机微控制器需要编辑程序的时候，首先编辑人员要对所需要编辑的程序掌握清楚，对于单片机内部构造也要十分明了，只有对单片机微控制器的硬件方面、软件方面都十分了解才能进入程序编写。这是因为现在的企业所开发的产品采用的程序都不相同，所以在编写程序之前要对产品本身有所掌握的，在对于过时产品进行升级的时候，不可以进行相互对接程序，必须要重新编写，因为程序与程序的不同，只能覆盖，不可以续写。
三、微控制器程序编写检测
随着编写程序越来越多，其中可操作性、稳定性、安全性抗干扰性能是所有厂家最为关心的问题，在程序编写完成后，都进行产品的检测工作，首先测量产品的操作是否方便快捷，之后进行高频段稳定性测试，完成后进入安全性能测试，下一步进行多种物质元素干扰性测试，首先进行存储部分的干扰性能测试。因为单片机微控制器所有的指令都需要存储以及支配，存储系统尤为重要，采用专业高电频、电磁仪器，进行压力测试，配合一起的监控，如果波段出现明显的变化，则说明产品的抗干扰能力不够，这个时候就需要加强抗干扰能力的操作。当一切正常后，进入到产品频率测试，最后产品在经过反复的故障性测试后，才可以正式上市，所以微控制器程序编写检测是保证产品最总是否合格的最重要的程序。
四、微控制器关键技术分析
随着对微控制器程序编辑不断的研究深入，越来越多的技术被推新出来，在众多工业产品、电子产品领域当中，成为现代化电子技术中最为关键的技术。
微控制器内部是结合了以中央处理器为中心控制，链接内存等元部件构成的，而且嵌入式微控制器无论是体积还是性能，操作方面十分方便，特别是把所有关联技术结合到集成块当中，极大的提高了产品的性能，减少了物体空间。电路板在不断地减少电子元部件的安装，现阶段的电子产品超薄就体现了微控制器的巨大作用。而且在嵌入式单片机的研究仍然在继续，未来的微控制器研发的路上还有许多难题，所以我们要加大对单片机的研发与使用，只有通过实践与理论相结合的技术，才是符合当今社会发展需要的新技术。
微控制器是当今高科技产品至关重要的核心技术。通过微控制器的载体作用，会有越来越多的新技术被融入其中，未来将进入微分子时代，纳米微控制器时代，届时微控制器的应用领域将融入到我们所有的生活工作当中。
参考文献：
[1]钟富昭.8051单片机典型模块设计与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007.
[2]王东峰.单片机C语言应用100例[M].北京：电子工业出版社，2009.
mc68300系列微控制器的特点
mc68300系列微控制器采用模块化设计，可以根据用户的要求，选择不同的模块，以适应不同的应用场合。现在广泛使用的已有十余种产品，一般其组成如图1所示。
它们具有以下共同的特点或模块：
⑴ 中央处理单元（cpu）：采用在mc68020基础上形成的32位cpu，称作cpu32。它与mc68020的指令系统基本相同，并且还增加了多条适合于微控制器应用的指令，这样，在开发过程中就可以充分利用已有的成果。最高工作频率已达25mhz。
⑵ 由于采用了全静态设计、高速互补金属氧化物半导体（hcmos）工艺制造，所以mc68300系列微控制器都具有较低的功耗。工作频率可以从131khz到25.17mhz变化。当使用低功耗停机指令完全停止系统时钟时，仍可保存所有寄存器的内容不变。
⑶时钟频率较其它微控制器低很多。它采用32.768khz的石英晶体，由片内的锁相环（pll）电路产生所需的时钟频率，这就使得高频噪声低，抗干扰能力强，容易满足电磁兼容性（emc）的要求。
⑷ mc68300系列微控制器均有系统集成模块（sim）。该模块由外部总线接口（ebi）、片选控制、系统保护子模块、测试子模块和系统时钟组成。
外部总线基于mc68020总线，提供24根地址线、16根数据线及用于数据传送和中断请求等功能的控制信号线。数据总线允许8位或16位访问方式，并允许动态改变总线宽度。
片选控制具有12根独立的可程控的片选信号输出，用于系统扩展、增加外部设备和外部芯片。
⑸ 一般均有队列串行模块（qsm）。该模块为mc68300系列微控制器提供两个独立的串行通信接口，它们分别是队列串行外围接口qspi和串行通信接口sci。
除具有上述共同特点或模块外，mc68300系列微控制器的主要产品还分别有如下特点或模块：
⑴ mc68331
除包括cpu32、sim和qsm模块外，还含有通用定时（gpt）单元。gpt可以实现输入捕捉（ic）、输出比较（oc）、脉冲宽度累加（pai）、脉冲宽度调制（pwm）、辅助定时器时钟输入（pclk）等功能。
近期motorola还公布了mc68331的低电压（工作电压2.7v-3.6v）芯片mc68ck331。它的工作频率仍可达16mhz，但功耗已大大降低，特别适合于由电池供电的便携式产品。
⑵ mc68332
mc68332除包括mc68300系列共有的模块外，还包括2kb ram、半智能化的定时处理单元（tpu）。
tpu是mc68332最具特色的模块之一。它有自己的执行单元、3级优先级控制器、数据ram、双定时基准和微程序rom等。它可独立于cpu之外，执行各种定时、脉冲生成、电机（特别是步进电机）控制、频率测量等与时间有关的操作，可大大减轻cpu的负担。
motorola最近已可提供mc68332的低电压（工作电压3.0v-3.6v）版本产品mc68lk332，在实现低功耗的同时，其工作频率仍可达16mhz，适合便携式产品。
⑶ mc68336
除具有mc68332的所有模块和功能外，还有5.5k bram、可重构定时器模块4（ctm4）、16通道的10位队列化模/数转换器（qadc）。
mc68336共有7.5kb ram，分为4kb和3.5kb两个部分，均具有mc68332的2kb ram的全部特性。
⑷ mc68376
除具有mc68336全部功能外，还包括8k brom模块、can2.0b控制器模块（toucan）两个部分。
⑸ mc68ck338
mc68ck338与mc68331相比，主要区别为：把mc68331中的gpt改为可重构定时模块6（ctm6）；中央处理单元cpu32和系统集成模块sim均为低功耗模块，工作电压为2.7v-3.6v，工作频率上限为14.4mhz，所以较适合于用电池供电的便携式产品。
⑹ mc68f333
mc68f333与上述产品相比，主要区别为：增加了64k e2prom。
⑺ mc68334
mc68334与前述的微控制器相比，其主要差别是：把2kb ram改为1kb ram；去掉了串行外围接口（qsm）模块；但输入输出引脚增加到47。
⑻ mc68360
mc68360适合于通信类产品应用。与其它产品相比，它有较大变化：使用增强型cpu32，即cpu32+；带4个高速同步hdlc接口，2个异步串行口，14路dma，32条地址线；4个定时器，8个片选端。
除上述产品外，还有mc68340、mc68349、mc68328、mc68356等产品，在此不再一一列举。
mc68300系列微控制器的开发
mc68300系列微控制器普遍采用了流水线结构、24位地址线和16位数据线，寻址能力可达16m～32m。有些片内的各种存储器可做到68kb以上。所以，程序复杂程度和开发难度都有较大的增加。为此，开发工具和开发手段都必须相应变化。
用于开发mc68300系列微控制器的开发工具主要有如下几种：
⑴ cds32高性能仿真系统
cds32包括仿真器和总线状态分析器，可对mc68300系列微控制器的性能进行实时仿真。在pc机上开发的目标码能装入到cds32上运行。它有1m字节以上的仿真存储器，8k×64位分析器缓冲器具有跟踪实时事件的能力。cds32还具有断点操作灵活、硬件调试简单等特点，仿真速度高达33mhz。cds32有一个仿真头，用该仿真头取代目标系统上的mcu。
⑵ mmds1632
它是一种较高级的仿真器，提供了高速、实时的软件和硬件仿真，可以完全替代mcu。
⑶ m68mevb1632
该系统的硬件由底板m68mpfb1632和名片卡计算机m68mpb33x组成，软件包括icd32、iasm32、prog32等部分。icd32是在线调试程序，界面友好，可同时显示6个窗口，系统运行情况一目了然。支持多种运行方式和丰富的调试命令，并可进行反汇编，对调试程序很方便。iasm32
是针对cpu32的交叉汇编程序，具有丰富的汇编命令、宏指令和控制运算，支持多窗口程序编辑和多层子程序嵌套，可以进行模块化程序设计。prog32是对mcu片内的e2prom进行编程，利用程序也可对片外的eprom进行编程。
在实际开发时，首先在开发器上进行程序编写和调试，然后利用事先在目标板上设置的bdm（10pin）插座和开发器所带的扁平电缆，把目标系统和pc机连接起来就可以用icd32对系统进行调试。我们在用mc68332研制经济型数控系统时就采用了这种方法和工具，完成了项目的开发。
基于mc68332的经济型机床数控系统
以mc68332为主组成的经济型数控系统如图2所示。
在这个系统中，64k ram采用非易失ram，128k rom选用eprom，它们与mc68332的sim模块相连，各种接口控制信号均由sim产生。rom中存放各种系统程序，ram中存放系统参数和用户编写的加工程序。
i/o口是该系统的离散输入输出口，它由mc68b21实现。键盘由8279键盘专用控制电路控制，它由48个薄膜键组成。lcd采用256×128点阵的图形液晶显示器，其控制器为sed1330。mc68b21、8279和lcd均连接到sim模块，所需片选信号和其它接口信号由sim产生。
驱动电路连接到tpu模块，由tpu模块根据cpu32写入的数据对步进电机的旋转速度、转动方向进行控制。tpu可以同时控制4台4相步进电机，提供的信号最高频率为22.5khz，而且加减速度、旋转方向和速度都可以编程控制，应用十分方便。
通信接口由qsm模块实现。电平转换分别由max3232和max487完成，前者是ttl/232电平转换电路，后者是ttl/485电平转换电路，这样就使系统具有rs－232c和rs－485通信能力，可以方便的与上位计算机或其它设备通信，提高了系统的性能。
复位电路由imp811等组成，可以接受面板上的手动复位信号。由于mc68332的reset信号是双向信号，所以imp811的输出经过74hc03隔离。imp811可以提供可靠的上电和手动复位信号，因此可以提高系统的可靠性。
结束语
Innovasic公司发现了CISC的潜在机遇，设计制造了一款与Freescale公司68K系列相兼容的、新型32位Fido 1100微处理器芯片。Fido 1100并不只是一款克隆68K的产品，而是在68K结构的基础上，增加了创新的外设与硬件实时任务切换等新技术。
仿制高手
Fido是Innovasic生产的第一款兼容于68K的芯片。其实Innovasic是克隆微处理器经验丰富的厂家。过去十年以来，Innovasic的工程师们曾为停产的多个8位和16位微控制器生产过完全兼容的替代产品。不仅军方是Innovasic的大量客户，在寻找市面上难以找到的产品时，嵌入式和业界的设计人员也会经常想起Innovasic。lnnovasic的仿制经验使其充满自信地推出了自己的原始芯片Fido，这款芯片虽然沿用了68K的编程模式和指令集，但芯片关键的微结构内核、内部总线、以及外设等的设计都是自主的创新。例如，Fido使用的钟频提高到66MHz，以取胜于Freescale的680x0和ColdFire。
真正的实时
Fido的设计让人感觉有些“自相矛盾”。如它所兼容的68K指令集是卡特时代的产品，但Fido的微结构内核却惊人地现代化。Fido芯片的外设类别看似极为平常的I/O，而其实现却绝非一般。粗览数据表时，Fido显得十分普通，但实际上却有创新的技术内涵。Fido通过硬件取代一贯沿用的常规软件任务切换，提高性能的同时也简化了新手的使用。片上有五组32位程序员可见的地址、数据和控制，状态寄存器组。可以在单一时钟周期内，从某一寄存器组切换到其他任一组。由这套硬件代替传统的软件任务切换功能，或代替传统实时操作系统的初等操作内核。嵌入式应用中，有了这套硬件，就足够应付五个任务以内的一切操作管理了。五个任务以下的操作管理也是一般应用都会用得着的。Innovasic建议，任务多于五个时，仅需在五组中的一组上运行传统的软件任务管理程序或实时操作系统即可。
Fido维护这五个任务，采用物理上双份的程序员可见寄存器组，而且可以指定某一份在某个周期上使能。五个寄存器组的用户及监控的特权级别与68K编程器的相同，当中断或异常发生时，便无需处理器再行干预切换事物了。Fido的片上中断控制器中含有中断屏蔽位、中断优先级位、和为硬件任务指定中断源域。从而，在该中断开放的情况下，就能够触发硬件任务的切换，或是由当前任务，如同任一68K处理器一样，来处理中断。
任务切换还有其他一些因素。程序员可以给五个寄存器组各分配一个优先级，使高优先级任务能中断当前任务。另外，当前任务也能把自己置于休眠态，将控制让予其他任务。从而，可以使用一个定时器即可简单地实现任务轮换，或优先级任务切换。各种任务排列组合后的切换算法都是可能的，Innovasic认为这是留给程序员的最好练习。
紧拽住软件价值链
Fido将Freescale CPU32+的指令集的字节数加倍，其执行时间与Freescale指令相比，处处有一个时钟周期的差异。这一点并不奇怪，Freescale的CPU32+，芯片不同，执行时间也不尽相同。作为Fido的客户，要充分以利用CPU32+软件开发工具在这方面已有的功能。就是说，绝大多数68K的开发工具Fido都可以利用。如Fido这样的新开发的处理器，尚未建立自己软件库之前，都可以从Freescale原有开发工具中获取帮助。
Fido在确定性输出方面，有三大特点：高速缓存具有确定性；I/O极具灵活性；和任务切换仅需单周期。
Fido所用的高速缓存并非是常用的那种高速缓存，实际是32KB的。程序员可以拆分和从新映射到处理器的几乎全部代码空闻。这样的安排，比通常中间暂存的DRAM更加灵活。它已经不是普通意义下的缓存，倒是更像可写又可控的存储器。另外最重要地是，它克服了通常高速缓存存在的不确定性。不确定性是实时系统中最致命的缺陷。Fido 1100除去32KB的确定性缓存，还附加24KB SRAM的一般暂存存储器。
Fido的I/O，像许多微控制器片上集成的I/O控制器一样，支持以太网、UART、12C、CAN、SPI、和其他一些常用接口。实际上，Fido具有四个通用的可编程I/O控制器(UIC)，由它们模拟出上述的各种外设接口。每个UIC(见图1)可以表现为高速串行口、16位并行口等等，直到lO～100Mb/s以太网的MAC。Fido芯片上的每个UIC，都可以通过改变固件，而实现不同的配置或各种各样的产品。
Fido的可编程I/O接口，是通用的但非唯一。Fido的I/O设计与Ubicom的IP3000系列芯片的很相似。Cradle、Cavium Networks、Triscend(已被Xilinx收购)、Morpho、Stretch、和Freescale等公司所生产的芯片，片内都具有可编程的I/O引擎，用以模拟各种标准的接口。然而，Fido的方案中，UIC引擎的编程不是由用户完成的。这一点与Freescale公司PowerQUICC处理器中的通信引擎类似。Innovasic将UIC引擎的结构及其指令的版权，死死地捏在自己手中。目前，Innovasic免费向客户提供设备接口的管理固件，它还宣布不久的将来，会有软件外设问世，眼下的客户暂时要受点委屈。
调试问题
应该在编程时就该把调试和排错考虑在内。调研表明，嵌入式的编程人员花费在调试上的时间，在项目的策划、工程和编程的总时间里，约占40％以上。调试已经成为开发者最头疼的一项工作。综上所述，需要一个能提供现成的优秀调试工具的市场。很早以前，已有少数处理器 生产商将调试电路直接集成在芯片之中。如Freescale的后台调试模块(BDM，BackgroundDebugModule)。BDM很受嵌入式编程人员的欢迎。Innovasic没有复制Freescale的BDM，而是研制了自己的BDM替代品，起名为软件评价与集成调试环境，英文名的字头缩写是SPIDER(Software Profiling and Integrated Debug EnviRonment)。SPIDER包括硬件断点，跟踪缓冲器，上下文识别寄存器等功能部件。
这些硬件资源与开发用宿主机上的标准GNU/Eclipse操作系统、软件工具等通过芯片上的串口(通常是以太口)或是片上的JTAG口相连接。硬件断点与近代异常中断标准中的典型做法一样。它们应有上下文识别能力，应可设置成仅在指定上下文激活时才去触发。程序员在调试五个硬件上下文寄存器中的任一个时，其他四个上下文寄存器应该照旧运行。
Fido片上的24KB SRAM、外部RAM、或是连接于以太口或JTAG口上的其他外存，都可以用作跟踪缓冲器。因而可以说，Fido具有无限的事件记录能力，视外存的容量而定。如果程序员打算跟踪的事件量过大，JTAG或以太口的带宽可能会限制存储器容量的发挥，但是无论如何，它毕竟是其他芯片所没有的很有用的选项。只要不是对以太网接口本身进行调试，可以通过JTAG使用以太网，这样做能够相当大地改善带宽。要是工作于66MHz钟频，使用Fido的以太口会实现从容不迫的跟踪记录，而不致产生瓶颈。
Fido有一套包括：SDRAM控制器、双通道DMA控制器、片选信号系统、和各种门类的计数／定时器等穿插在一起的电路，用它可以组成各种硬件设备。内部数据通道位宽虽是32位，而芯片的外部数据总线则为16位，另有16位的SDRAM接口，其中有13位为地址线，接口运行于内核频率的66MHz。像各有自我侧重的CISC处理器一样，Fido能够完成向任意外部地址传输非整体总线宽度的数据。
能买得起吗?
Fido是哪一类的处理器，在哪些方面有竞争力呢?Fido 1100是具有大量数据输出门，16位封装，低价位(每千片单价10美金)，与时俱进的32位微处理器。Fido 1100，比一般简单的微控制器多硬件的乘法器和筒形移位寄存器。它是16位难于满足性能要求时的潜在升级产品。Fido 1100虽说是新芯片，而实际上与Freescale的68K同宗。所以，68K的开发系统、68K的经验，和原有的支撑软件都可以照样使用。
Fido的部分魅力来自68K的血统，所以原有基于68K的各种芯片，自然而然地就成为相互竞争的对手。
表1中的ColdFire 5206与Fido价格一样，而运行速度较Fido慢了一倍，片上的RAM及外设也都较少。至于ColdFire v2，有Fido缺乏的硬件乘法累加器(MAC)和整数除法指令，可惜对许多用户也还是不足够。Freescale的其他基于CPU32的控制器，如68360、68328等，与Fido的性能相当，可惜的是，它们的外设都是硬线逻辑的。纯种的680x0处理器，如030、040，它们的工作频率较低，都只有40MHz，比Fido的运行速度慢，而价格又高出很多。但是，它们比Fido多了浮点运算单元(FPU)，却又缺乏外设。正确地说，它们的差异，原自于服务目标的不同。ColdFire有更多更好的性能，运行速度也很高。其中的5270系列与Fido有同样的速度，同样的外设、总线、存储控制器，和同样的价格。Freescale的芯片都使用的是惯用高速缓存，故而都存在令人烦心的时钟周期不确定的缺陷。
注意：Fido的可变成通用I/O控制器一次只能模拟一种I/O接口。例如，一个UIC编程为以太网的MAC时，就不能再同时编程为UART。所以有些场合，Fido的I/O能力比专用的I/O控制器受到更多的限制。表中的N/A位数据未能提供。
结语
总而言之，Innovasic的Fido 1100为新型的32位微控制器开创了一个新的起点。多少年来，68K芯片一直缺乏第二来源。在ARM、MIPS、和Power Architecture的芯片都有多个厂家供货的时代，能够看到一向保守的68K也有了第二来源，令人十分欣慰。
在工业应用领域中，芯片执行时间的可预测性是头等重要的大事；软件的执行时的时间摆动会引起机械问题或复杂的调整问题。有少数的重要项目的开发者的全部的工作就在于计算周期数。在那里，高速缓存被禁用，就连DRAM也需经过仔细地处理，因为其刷新周期有时会意想不到地中断总线的正常活动。这样的市场，正是Innovasic展示自己经验，Fido显示克服周期摇摆的良好时机。
对于主流的开发者，Innovasic应该可以顶替Freescale的ColdFire系列产品。Fido使用软件来定义各种外设的特色，对于那些混合型终端产品的开发者具有最大的诱惑力。他们期望能够轻松地配置出混合的设备，伴随着自然而然地同时也就得到了期望得到的终端产品。花费同样10美元的代价，用下载软件的方法就可以获得各种所需的I/O的组合，再加上Fido独具的68K血统的优点，对于既求实用又具怀旧情调的开发者，Fido将是最佳的选择。(梁合庆编译)
安捷伦助力中国纳米技术发展
“STM32系列微控制器是内最为成功的基于ARM-M处理器的32位微控制器，根据ARM的统计，从2007年-2011年，售出的基于Cortex―M内核微控制器中，STM32的累积出货占总额的45％，几乎每两颗中就有一颗是STM32。”意法半导体(STMicroelectronics)副总裁兼微控制器、存储器和安全微控制器产品部总经理ClaudeDardanne说。
近日，意法半导体宣布STM32F4系列微控制器产品上市。作为STM32平台的新产品，STM32F4系列基于最新的ARMCortex-M4内核，在现有出色的STM32微控制器产品组合中新增了信号处理功能，并提高了运行速度。
“STM32F4系列引起市场关注有多方面的原因，其中最直接的原因为该系列是迄今性能最高的Cortex-M微控制器，且已上市。意法半导体量产的STM32微控制器平台拥有250佘种兼容产品、界最好的应用开发生态系统、以及出色的功耗和整体功能。F4系列是STM32产品家族的顶级产品，目前，意法半导体的Cortex-M微控制器共有4个产品系列：STM32F1系列、STM32F2系列和SqWl32L1系列，这3个系列均基于Cortex-M3内核；新的F4系列基于Cortex-M4内核。”ClaudeDardanne表示。
除引脚和软件兼容高性能的F2系列外，F4的主频(168MHz)高于F2系列(120MHz)，并支持单周期DSP指令和浮点单元、更大的SRAM容量(192KB，F2是128KB)、512KB一1MB的嵌入式闪存以及影像、网络接口和数据加密等更先进的外设。意法半导体的90nmCMOS制造技术和芯片集成的ST实时自适应“ART加速器”实现了领先的零等待状态下程序运行性能(168MHz)和最佳的动态功耗。
意法半导体现有的$3W132产品适合各种应用领域，包括医疗服务、销售终端设备(POS)、建筑安全系统和工厂自动化、家庭娱乐等。意法半导体正在利用新的STM32F4系列进一步拓宽应用范围。STM32F4的单周期DSP指令将会催生数字信号控制器(DSC)市场，数字信号控制器适用于高端电机控制、医疗设备和安全系统等应用。新的STM32F4系列的引脚和软件完全兼容STM32F2系列，如果STM32F2系列的用户想要更大的SRAM容量、更高的性能和更快速的外设接口，则可轻松地从F2升级到F4系列。此外，目前采用微控制器和数字信号处理器双片解决方案的客户可以选择STM32F4，其在一个芯片中整合了传统两个芯片的特性。
“意法半导体MCU部门的营收占公司总收入1／10，其中，中国区MCU的收入占整个部门的1／3，因而中国市场是我们非常重视的市场。我们的产品在通信、玩具、消费、工控制、汽车电子等应用领域都有应用，只要是有需要高性能、需要DSP处理功能的应用场合，都可以用F4系列MCU，这一系列产品是我们向客户提供的面向高端应用的一个跳跃、一种延伸，我们会优先与合作伙伴合作，但并不意味着我们会放弃其他客户，我们服务的是整个中国市场。”意法半导体大中国暨南亚地区微控制器与微处理器应用高级经理梁平补充说。
STM32目前共有7大产品系列，180个型号，加上最新加入的F4系列，意法半导体拥有界基于Cortex―M核的最完整的微控制器产品线。首批的STM32F4系列均已量产，这将使这家公司在基于ARMCortexM4内核的竞争中再度领跑。
微控制器下的光耦参数特性测试仪的设计
邓晓千，蒋力立
（广东工业大学，广东 广州）
摘要：基于图形化编程语言LabVIEW，配合计算机和单片机通讯电路所组成的一个微控制器测试仪，用于测量和采集光耦特性数据，传输到计算机中利用LabVIEW显示该光耦器件参数特性，并保存到PC机上。
关键词：LabVIEW、光耦测试仪器、输出特性、电流传输比
飞思卡尔半导体在加利福尼亚州圣何塞市举行的DESIGN West大会上展示其全新的基于ARM Cortex-M0+处理器的Kinetis L系列微控制器(MCU)，再次显示了其在基于ARM 的嵌入式处理领域的领导地位。入门级 Kinetis L 系列MCU的首批试用样件计划于第二季度提供。
飞思卡尔能够以如此快的速度展示Kinetis L系列器件要归功于在Cortex-M0+核心的开发过程中与ARM开展了紧密的合作。飞思卡尔是领先的合作伙伴，为ARM定义并开发世界上能效最高的处理器提供了巨大帮助，这些处理器旨在满足入门级应用，例如家用电器、便携式医疗系统、智能电表、照明、电源和电机控制系统对能效、成本和易用性等方面的严格要求。
飞思卡尔在MCU开发领域拥有超过30年的经验，在新处理器的定义与验证过程中提供了有价值的知识和信息，尤其是在I/O处理与调试支持领域。L系列便是飞思卡尔与ARM密切合作的结果。这一入门级MCU系列将卓越的能源效率和易用性与Kinetis 32位MCU系列的性能、外设集、特性和可扩展性相结合，同时充分利用了ARM Cortex架构固有的低功耗和高性能特性。
飞思卡尔高级副总裁兼汽车、工业和多市场解决方案事业部总经理Reza Kazerounian表示：“在ARM新核心的整个设计和开发过程中，飞思卡尔与其开展了密切合作，这使我们成为生产和展示基于Cortex-M0+的MCU的第一家供应商，也使我们向市场推出基于ARM架构的新产品战略继续向纵深发展。我们的新型Kinetis L系列MCU将使开发人员在创建下一代更智能、更小、能效更高的嵌入式应用时有更多设计选项。”
A R M执行副总裁兼处理器事业部总经理M i k e Inglis表示：“飞思卡尔是第一家向市场中推出基于Cortex-M4处理器的供应商，他们再次成为ARM处理器方面的先行者，这一次是Cortex-M0+处理器。向其Kinetis产品线中加入L系列产品后，飞思卡尔将创建业界最广泛、最具可扩展性的ARM Cortex-M MCU组合产品之一，从基于ARM Cortex-M0+处理器的低成本入门级产品到基于Cortex-M4处理器的高达4 MB、200 MHz的器件，范围非常广泛。”
Kinetis L系列制造时采用了低漏电、90纳米薄膜存储(TFS)工艺技术，将卓越的动态和停止电流与强大的处理性能相结合，使注重能效的设计不受8位和16位MCU的限制。广泛的片上闪存密度选择和众多模拟、连接和HMI外设选项，可以提高各种应用的智能特性。
Kinetis L系列还满足了对入门级设计非常关键的易用性要求，对于考虑32位解决方案的开发人员来说这经常会成为障碍。MCU及其随附支持包中的特性将提供易用性，支持快速使用新的器件功能。这将允许开发人员利用Kinetis L系列MCU的全面功效，同时保持入门级设计的快速开发周期。
Kinetis系列可以通过兼容的Kinetis K系列器件(在ARM Cortex-M4处理器的基础上构建)实现向上迁移，获得DSP性能和高级特性集成。
在2012年6月召开的飞思卡尔技术论坛上，飞思卡尔将宣布Kinetis L系列产品的全部细节，同时还提供针对不同应用的演示和深入的客户培训课程。
Abstract： As a clean， renewable energy， wind energy has become an important part of new energy supplies around the world， and its development prospects are very bright. In order to overcome the shortcomings of poor wind stability， a wind variable pitch control system is designed in this article based on the microcontroller PID algorithm， to achieve constant control of the generator output power.
关键词： 风力发电；变桨；微控制器；PID
Key words： wind power；variable pitch；microcontrollers；PID
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）06-0048-02
0 引言
风力发电由于其清洁无污染、成本低、可再生、蕴量巨大等特点，已成为新能源供应的重要手段，受到世界各国的高度重视，发展前景非常广阔。
为了克服风速风向的随机性所导致的风能稳定性差的缺点，风力发电变浆系统显得尤为重要。变桨系统是使叶片的桨距角可以随风速风向的变化而进行自动调节，控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率[1]。本风力发电变浆系统拟采用32位微控制PID算法不断调整叶片桨距角，以跟随变化的风速风向，实现最大限度地捕获风能。
1 微控制器PID控制算法
微控制器（Microcontroller），简称MCU，也可称为单芯片微控制器，是将整个计算机系统集成到一片芯片中。微控制器由于其显著的高集成度，低成本，高性能等特点，在工业智能化、控制自动化等领域得到了广泛的应用。
从上世纪七十年代至今，微控制器经历了从4位、8位、16位到32位微控制器的发展。到本世纪，几大主流微控制器制造商都在主推32位微控制器。32位微控制器克服了8位、16位微控制器抗干扰能力差，运算速度慢，处理任务单一等缺点，有效提高了工业控制性能，功能十分强大，性价比极高，是工业控制经济型用户的理想选择[2]。
PID算法由于其技术成熟，不需要建立准确数学模型，控制效果显著，易被熟悉和掌握等特点，在工业控制领域经久不衰。PID控制就是对偏差信号进行比例、积分、微分运算后，形成一定的控制规律，其输入输出关系可用微分方程表示为：
u（t）=Kpe（t）+■■e（t）dt+T■■（1）
式中：u（t）——控制器输出；
e（t）——控制器的输入（e（t）=r（t）-y（t））；
Kp——控制器的比例放大系数；
TI——积分时间常数；
TD——微分时间常数。
基于风力发电变浆系统大时滞、多干扰等特点，为了克服位置式PID算法运算量大，误动作影响大等缺陷，文中微控制器将采用增量式PID控制算法。增量式算法的主要优势体现在对积分环节的处理上，其输出是控制量u（n）的增量Δu（n），误动作影响小。
将公式（1）中的微分■由差分■代替，积分■e（t）dt由∑eKT代替，PID增量式控制算法如下[3]：
un=un-un-1
=K■（e■-e■）+■（■e■-■e■）+■（e■-2e■+e■）
=KP（en-en-1）+Kp■en+Kp■（en-2en-1+en-2）（2）
=KP（en-en-1）+KIen+KD（en-2en-1+en-2）
由上式可知，增量式PID计算un，只需要记忆当前时刻en和前两个时刻的偏差en-1和en-2。为了便于计算，初始化时，使初值en-1=en-2=0，通过采样数据和参数KP、KD、KI、en、en-1和en-2，实时计算un。
根据输出控制增量un，可求出本次控制输出为：
un=un-1+un（3）
2 微控制器PID算法在风力发电变桨系统中的应用
风力发电变桨距控制的原理：为了保证能够向电网输送优质、稳定的电能，主控制器需要根据风速、发电机转速、电功率等参数实时调整桨叶转过合适的角度，以维持发电机输出功率的恒定。风力发电变桨距微控制系统原理，如图1所示[4]。
本风力发电变桨距微控制系统采用闭环负反馈方式，通过STM32系列的32位微控制器实时采样发电机的输出功率，与设定的额定功率进行比较，其功率的偏差值e作为微控制器PID算法的输入，根据微控制器内部编写好的增量式PID控制算法来实时调节风力机组的桨距角，以实现功率恒定控制。微控制器增量式PID算法的汇编语言程序设计流程如图2所示[5]。
在风力发电的启动阶段：当风速小于启动风速时，风机停机，桨距角为90°。当风速大于启动风速时，桨距角从90°逐渐减小，并通过微控制器不断检测风速和发电机的转速，进而决定是否继续进桨，直到0°。
当风力发电启动之后：若风速大于额定风速，发电机的输出功率将大于额定功率。为了保证能够向电网输送功率恒定的电能，此时通过STM32系列微控制器增量式PID算法逐渐增大桨叶桨距角以减小发电机的输出功率，维持发电机的输出功率恒定在额定功率附近[6]；相反，若风速小于额定风速，发电机的输出功率将小于额定功率，通过微控制器PID算法减小桨叶桨距角以增大风轮吸收的风功率以维持功率恒定。
3 结论
由于风速风向的随机性，通过风力发电变浆系统维持发电机输出功率恒定非常重要。本风力发电变浆系统采用了微控制器PID算法调整叶片桨距角，进而控制风机的输出功率恒定，实现最大限度地捕获风能。
参考文献：
[1]叶杭冶.风力发电机组的控制技术[M].北京：机械工业出版社，2002：73-78.
[2]黄耀君.微控制器发展趋势与应用需求[J].集成电路应用，2013（2）：22-23.
[3]陈杰.基于嵌入式微控制器的PID参数自动整定仪[J].工业仪表与自动化装置，2008（6）：85-86.
[4]薛永平.同步无刷风力发电机偏航变桨控制系统研究[D].陕西科技大学硕士学位论文，2011：6.
根据美国国家公路交通安全管理局2006年4月的报告，驾驶员注意力不集中是大部分事故和近距离碰撞的主要因素。该报告表明，80%的碰撞和65%的近距离碰撞都与驾驶员注意力不集中有关，可能是由于疲劳驾驶、使用手机以及其它分散注意力的因素导致的。由此可见，安全控制变得越来越重要。
智能安全的挑战
针对道路安全问题,以往最常见的解决方式主要是加强安全教育，增加警力,在限速道路安装测速雷达等等，很难从根本上解决安全隐患。真正有效的缓解交通事故的最有效办法是让车辆“学会”预防事故。目前，一种新型的安全控制系统-高级驾驶员辅助系统可以有效帮助驾驶员有效规避危险,及时避免碰撞,从而挽救生命。该系统是一个由传感器和处理器组成的网络，能够帮助降低驾驶员注意力不集中带来的危险，增强驾驶员安全。作为系统重要的组成部分-自适应巡航控制系统（ACC）起着至关重要的作用，它可以根据其它车辆的间隔距离和速度，自动调节行驶速度，而无需驾驶员介入。
从市场角度分析，在提高汽车安全性、舒适性和驾驶效率方面，电子控制系统无疑起着重要的作用。未来相关的安全技术和市场也将得到极大的拓展。据Strategy Analytics公司的市场研究报告指出，与驾驶信息相关的汽车电子市场约有7%的年复合成长率，与底盘系统相关的汽车电子市场则有8%的年复合成长率，而汽车安全系统是汽车电子领域增长最强劲的需求之一，年复合成长率高达14%。另外从技术角度看，由于驾驶员辅助系统涉及到大量信息的实时收集，计算和处理，作为车辆控制系统关键元器件的MCU的性能起到了决定性的作用。而随着技术的不断提升及汽车功能需求的复杂性增加，16位或32位 MCU为主的设计成本变得易于控制，OEM往往倾向于较高字节的MCU，32位MCU日益成为设计的首选。
为了应对高级汽车安全功能的日益增长的市场需求和变化压力，全球各大汽车半导体厂商均投入巨资进行研发。作为全球领先的MCU厂商-飞思卡尔半导体也于近日推出了一款基于传感器的防撞系统优化的高性能32位微控制器（MCU）-MPC5561，从而大幅提升车辆安全控制系统的性能。
智能安全控制挽救生命
MPC5561基于Power Architecture技术，非常适用于采用图像传感器和雷达技术的驾驶员辅助系统，将高性能计算与信号处理功能很好地结合在一起，同时提供经过验证的指令集架构的可靠性和熟悉度。MPC5561在一个汽车级片上系统（SoC）设备上集成了高性能处理功能、闪存和行业标准接口，如高速图像传感器接口和FlexRay网络控制器，是专为高级汽车安全系统量身定制的。MPC5561支持大量基于传感器的汽车安全系统，如ACC、盲点检测、倒车警告、乘客位置检测和主动照明系统。这些应用和其它高级驾驶员辅助应用通常都需要体积小巧的印制电路板（PCB），包含紧凑而强大的单芯片MCU，具有很高的集成度。
MPC5561微处理器采用了飞思卡尔高能源效率的e200内核。该内核经过增强，适用于高级汽车安全应用。此外，它还包括一个单指令多数据流（SIMD）引擎，支持信号处理和浮点运算密集的应用。凭借软件和针脚兼容性，基于大获成功的MPC5500汽车微处理器平台和设备而构建的MPC5561，使得开发商能够重复使用传统的软硬件架构，保护其在应用编码和开发工具上的投资。同时，飞思卡尔为MPC5561提供了一整套软硬件工具，帮助用户加快和简化系统设计。飞思卡尔还通过提供编译器、调试器和模拟环境的独立工具厂商，为MPC55xx系列平台和Power Architecture技术提供第三方开发支持。此外，飞思卡尔还提供丰富的DSP库来更好满足设计的需求。
MPC5561产品特性
132MHz版本的增强型e200内核，适合汽车安全应用
单指令/多数据（SIMD）模块，用于DSP和浮点运算
可变长度编码（VLE）功能，将代码减少30%，以改进代码密度，降低存储器需求
1MB的嵌入式闪存，带有纠错码（ECC）和边写边读（RWW）功能
带有ECC的192KB静态RAM（SRAM）
32KB的统一缓存（带有线锁），可以配置作为额外RAM
通信接口：2个 FlexCAN控制器（兼容TouCAN）、4个 eSCI和2个 DSPI
集成的双信道FlexRay控制器，用于车辆网络
高效数据流的CrossBar架构
32 信道的增强型直接内存存取控制器
模拟和CMOS图像传感器的高速接口
5/3.3V 输入/输出（I/O）、5V模数转换器（ADC）、3.3V/1.8V总线、1.5V内核
（1. 新乡市科技局，河南 新乡 453000；2.新乡学院，河南 新乡 453003）
【摘 要】采用了精密的检测电路，能够自准确检测环境空气的相对湿度,并将检测数据通过A/D转换后，送到处理器（AT89C51）中，然后通过软件的编程，将当前环境的相对湿度值转换为十进制数字后，再通过数码管来显示；而且，通过软件编程，再加上相应的控制电路，设计出可以自动的调节当前环境的相对湿度。
关键词 单片机；湿度；AT89C51；温室大棚
0 引言
随着科技的发达，以及人民生活水平的提高，我国的温室大棚产业得到迅猛的发展，温室是蔬菜等植物在栽培生产中必不可少的设施之一，不同种类的蔬菜对湿度等生长所需条件的要求也不尽相同，为它们提供一个更适宜其生长的封闭的、良好的生存环境，从而可以通过提早或延迟花期，最终将会给我们带来巨大的经济效益，本设计就在此基础上，设计一种基于89C51单片机控制的湿度控制系统。
1 硬件平台
本系统通过单片机AT89C51及其各种接口电路来实现湿度的检测。其工作原理是：电容式相对湿度传感器的容值随着湿度的变化而线性的变化，通过信号检测和转换电路将变化的电容转换成与之对应的变化的电压，再由A/D转换器把模拟电压信号转换为数字信号并送入到单片机中，单片机对采集到的信号进行滤波处理并通过查表得到实际测量的湿度值,之后通过单片机的各外部接口电路显示该湿度值，或通过其与上位机的接口把此值送入到上位机进行保存及打印等操作。
由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232-C接口（又称EIARS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。
图1是系统结构原理图，其中下位机以单片机AT89C51为核心，配以湿度检测和传送电路、A/D转换电路、存储器电路、时钟电路、看门狗复位电路、串行通信电路、键盘和LED显示电路及电源电路等组成。
2 软件设计
湿度检测系统是一个智能化的系统,它的软件所完成的功能主要包括：
（1）采样：单片机AT89C51能够控制TLC1549正常工作采样的采样程序。
（2）显示：单片机AT89C51把采样来的数据
经过滤波、二—十进制转换并以十进制4位精度显示的程序。
通信：单片机AT89C51能够把显示的数据通过串行通信口传送到管理级的上位IBM-PC机,然后上位机把接收的数据进行处理。
主程序流程图如图2。
测试就是在系统投入运行前，对软件的需求分析，设计规格说明和编码的最终复审，是保证系统质量的关键步骤。如果要给测试下定义，可以这样将，系统测试是为了发现错误而执行程序的过程。测试的目的在于将功能与需求不一致的地方，不符合逻辑思维的情况都反映给质量测试部门，由质量测试部门调配需求部门统一，再由开发人员进行修改和补充。测试的目标是以最少的时间和人力找出系统中潜在的各种错误和缺陷。本次测试严格按照设计中的流程进行，通过此次测试，能更好的了解本次设计的流程框架和测试设计原理，并能够解决测试中出现的各种问题，更好地去解决。通过湿度的改变进行相应的调整。
3 结论
本系统采用了高精度的电容式相对湿度传感器,在系统运行稳定时,湿度测量范围为0～100%RH。系统还充分利用了AT89C51单片机自身的软硬件资源,具有智能化、可编程、小型便携等优点,因此只要选用不同的湿度传感器,并修改相应的软件控制程序,本检测系统就可应用在环境保护、工业控制、农业生产以及军事等方面,可见其具有非常广泛的应用前景
参考文献
［1］林伸茂.8051单片机彻底研究基础篇[M].北京:人民邮电出版社,2004.
［2］范风强,等.单片机语言C51应用实战集锦[M].北京:电子（下转第198页）（上接第107页）工业出版社,2005.
［3］梁中明.基于DS18B20与虚拟I~(2)C总线的数字温度测量装置设计[J].湖北 电子报,2006.
［4］张世英,刘万莹,李仁兵.基于AT89S52单片机的温湿度监控系统设计[C]//中南六省（区）自动化学会第24届学术年会会议论文集.2006.
［5］刘迎春．传感器原理——设计与应用[M].北京:国防科技大学出版社,2005:205-207．
今天，家电生产商在产品中集成了比以往任何时候更为丰富的用户可选功能、更好的用户界面以及更高的安全性。同时，家电生产商也在寻求通过在线校准等方法来提高产品的可制造性。而目前在线校准仍然采用非常耗费时间的机械调整方法。当今的嵌入式控制器能够为设计人员提供更为灵活的解决方案，帮助他们满足这些不断增加的要求。
因此，对于嵌入式半导体企业来说，家电市场正在飞速增长。此外，最近嵌入式微控制器(单片机)在系统级集成方面取得很大进展，从而使嵌入式微控制器解决方案的总体系统成本降到了能够与机械或简单模拟电路设计可比，甚至更为经济的程度。
传统家电设计
传统上家电行业是机械控制方式的天下。例如，洗衣机中的循环定时器或者基本家电控制系统中的基本简单模拟电路是整个系统的核心。
此类传统机械和简单模拟设计存在的问题是每个设计只针对一种应用，限制了硬件设计的可重用性。此外，此类传统系统的功能通常很有限，用户界面比较原始，经常是使用不方便。再加上生产线上烦琐费时的机械校准要求，保证家电可靠性以及精度的总体成本变得很高。当今的家电设计工程师不仅要平衡易用性、总体系统成本、安全性和耐用性，同时还必须保证设计出的产品能够在激烈的竞争中脱颖而出。特别是，现在的消费者对于家电的要求是功能丰富，并且节能。结合多年的机械和模拟电路设计经验以及目前成本和功能上可行的低成本易用嵌入式微控制器，设计工程师可以满足所有这些要求。
本文主要探讨了一些基于最新嵌入式微控制器的数字解决方案，为家电设计工程师的产品设计提供更多选择。首先，我们简要讨论一下什么是嵌入式控制以及嵌入式控制行业的发展趋势。接着，我们讨论嵌入式微控制器技术能够为家电带来的新功能。这些新功能包括改进基本的家电控制功能，更高的灵活性以及更友好的用户界面。最后，本文还将讨论如何在家电设计中将电子控制和机械部分完美结合起来，同时还将讨论与新的环境因素相关的挑战，以及家电设计的最新热点一网络和连接。
嵌入式控制技术
嵌入式控制是指利用嵌入在设备中的计算机(控制器)实现对洗衣机、热水器、烤箱或其它家电设备的控制。嵌入式微控制器与桌面计算机系统中的微处理器类似，是嵌入式系统中的主要计算部件。不同之处是其拥有更多的输入和输出，可以用来“感知”外部世界的信息并做出“响应”。
目前存在多种类型的嵌入式微控制器，从最基本的4位器件直到增强型64位器件。而其中一些8位混合信号微控制器的内建外设和成本优势使其非常适用于众多嵌入式控制系统和新的家电设计。
嵌入式控制发展趋势
嵌入式控制器市场中的一个持续趋势是为工程师提供综合嵌入式设计解决方案，帮助他们降低总体系统成本并改善可制造性。对于目前的众多家电设计来说，功能丰富的8位嵌入式微控制器具有很高的成本效率。混合信号微控制器设计总体系统成本的降低以及功能的进步使得许多传统的外部简单模拟器件已经被整合到嵌入式微控制器中。这种集成使系统设计师可更好地组合利用数字控制器功能，以及模拟或机械器件。
这些新的综合混合信号嵌入式控制器是传统纯数字处理器的进步发展。此类新器件中集成的板上模拟外设包括比较器、运算放大器、模拟数字转换器、参考电压源、脉宽调制器以及众多通信外设。而所有这些都置于软件的控制之下。
基本控制
通常，当提起微控制器中，首先想到的都是系统级控制、定时、数学计算器、数据存储以及通信接口。微控制器的所有这些功能为家电设计人员提供了几乎无限的新工具资源，从而可以改善家电产品的易用性和灵活性，同时还可以增强基本功能并满足日益苛刻的安全要求。
这些嵌入式控制器支持增加定时事件，如当电费最低的时候打开洗碗机，或者利用先进的马达驱动控制算法对家电的电动马达进行动态电源管理。因此，许多家电的基本控制也已经达到一个新的水平。
用户界面
嵌入式控制器可帮助设计工程师为家电消费者设计出更先进更易用的界面。现在的家电设计工程师需要面对大量的用户输入和反馈器件，它们提供实时的状态更新，传递复杂的用户选项或者为用户提供危险警告。发光二极管(LED)已经被用于众多家电设计中，但现在设计工程师走得更远了一步，可以利用液晶显示屏或七段LED显示来显示用户友好的数码和字母文本。
这些显示技术，配合数字键盘甚至触摸屏等输入设备使用户界面更直观，更易于使用，同时还可以支持更复杂的任务。嵌入式微控制器甚至还可以利用警报音来获得用户有安全问题或输入不正确，或者利用语音命令来完成输入。
机械电子技术
机械电子技术是传统机械和新出现的嵌入式微控制器数字控制技术的融合。通过将传统的机械子系统转换为基于数字和模拟的系统，机械电子技术为设计带来了电子智能。与传统机械或简单模拟设计相比，机械电子系统可以更精确的进行控制和监测。
同时，管理部门的要求和消费者的期望推动了在电子技术在白色家电和厨房设备中的应用。电子学技术能够以比机械方式高得多的精度和准确度测量和控制水温、时间、浑浊度以及压力。嵌入式微控制器输出激励控制继电器、读取开关值、激励电路并监控系统故障，完成这些功能所需要的组件重量远远低于机械方式。
结合传统机械系统的优点以及嵌入式微控制器的控制能力，设计人员可以满足要求苛刻的家电行业的需求，同时还可以增强产品功能和性能，使设计出的产品能够从竞争产品中脱颖而出。
环境因素
除了消费者需要功能更丰富的家电以外，政府管理要求、环境以及节约成本等因素也推动家电向更为节能的方向发展。这些要求有望使未来的家电更安全、更安静、更节能和节水。
嵌入式微控制器可以监控家电设备的能源使用情况、噪声水平、耗水情况以及其它影响环境的因素。现在，通过低成本嵌入式微控制器，家电设计工程师也可以分享到数字信号调理以及基于数学算法的控制系统(如功率因数校正和变频算法)的进步。低成本嵌入式微控制器可以提供更可靠的设计和更智能的故障恢复性能，因此工程师可以设计出更安全的家电设备(如烤箱或烤炉)。
连接功能
连接功能是指家电设备的远程通信能力，可以是接收故障排除诊断信息、改变家电设备设置，或者是集中控制能源使用情况。
计算机的存在提供了两大主要优点：通信和数据存储。通过提供多种通信能力，嵌入式控制技术为家电设计人员提供了这两大特性。例如电力线 控制(PLC)、红外(IR)通信、因特网协议访问(如TCP／IP)，甚至利用射频(RF)技术的无线控制。结合这些功能以及嵌入式微控制器在非易失性存储器中存储信息的能力，设计工程师可以方便地实现系统诊断和校准、用户使用跟踪、系统级监控以及集中能源控制等系统的设计。
如果洗衣机能够从生产商的服务中心下载诊断信息，甚至能够远程修正他们，不需要消费者在家里等上好多个小时等服务人员上门来检查，那么该有多么棒啊。
嵌入式控制器提供的另一种形式的设备内连接是家电设备内不同模块间的通信，不需要布成本高并且经常不可靠的线缆。例如，在用户显示板和洗衣机的马达控制单元之间的连接。利用这种连接能力，设计人员还可以创建可在多个平台上重利用的更为模块化的设计。在现场维修时，维修人员也可以更容易地更换这些模块。
这些潜在的功能增强有望将今天的家电设计提升到一个新的水平。家电以及家电产品子模块之间互相通信实现节能，通过在线服务保证家电存放，以及通过与远程维修服务中心的连接来保证可靠运转。未来，消费者将会把这些功能做为基本的要求，就象今天消费者对于家庭或工作场所必须拥有宽带或高速连接的要求一样。
嵌入式控制器应用举例
下面，我们来看一下利用嵌入式微处理器实现增强功能的一些非常基本的家电设计实例。首先，我们看一下传统家用机械式温度控制装置以及嵌入式微控制器如何为此类家用电器的设计带来革命。然后，我们再看一下小型低成本嵌入式微控制器如何为温控电炉等设备增加基本的安全功能以及额外的控制精度。
机械式温度控制
图1是一个目前许多家庭中常见的典型机械式温度控制装置。完全机械式单元，没有任何主动式电子器件。
图2显示的是该机械式温度控制装置的基本框图，以及所有内部器件。通过左右滑动机械控制杆，用户可以设置所需要的温度。室温反馈机制就是一个简单的指钍指示器，连接到一个机械温度传感器来显示温度。一个类似的指示机构用来显示用户设定的温度。随着温度升降，温度控制装置断开或连接加热单元的有线连接触点，从而实现温度控制。具体是利用一个双金属弹簧随着室温的变化而产生形变来实现的。在这一单元中，连接到弹簧的机械式温度指针臂是给用户的反馈。刻度盘用来显示所设定的温度，而触点开关则是到加热单元的输出。
要将机械式设计转换为基于嵌入式微控制器的解决方案，所有这些构建单元都必须利用电子器件来代替。
图3就是一个嵌入式控制系统。用户反馈通过LCD显示屏，用户输入则采用上／下按钮以及滑动开关，温度测量利用低成本温度传感器实现，加热单元控制则利用金属氧化物半导体场效应三极管(MOSFET)开关实现。新的设计中，利用低成本嵌入式微控制器实现集中控制。
这一电子温控器比机械式温控器有以下方面的改进。
首先，利用LCD显示屏显示信息，用户可以看到有关加热系统的更详细信息。包括设定的温度、当前温度、设备工作时的控制信息等等。
基于嵌入式微控制器的温控器单元提供了更为准确的温度测量和控制功能。同时还设计工程师还可充分利用现在数学控制算法来提高温度控制精度。该硬件单元可以很方便地改造用于不同的温控应用，因此消费者可以根据其功能和成本偏好来选择合适的单元。简单修改嵌入式微控制器软件就可以实现更多增强功能，例如七天／多天定时器(相对于简单的每天定时)，甚至可以实现“独立区域控制”。
电炉等电炊具的温度控制
电炉等电炊具的温控开关是另一个很好的例子，简单地增加一个极低成本的小型嵌入式微控制器就可以大幅提高设备的功能。
图4显示是一个目前厨房电炊具(如电炉、电煮锅以及电炸锅)中常用的典型可调节机械式温控单元。该单元利用可调节的机械温控器来调节电炉的热量输出。机械式温控装置的主要缺点包括必须在工厂进行机械校准，性能差，精度低，并且容易磨损。
图4中的机械式电炉温度控制单元可以容易地转换为简单的电子电路，如图5所示，采用一个TRIAC(三端双向可控硅)和一个电容性电源以及一个低成本微型控制器。与机械式温控开关相比，可控硅控制电路的优点之一是可以实现更为精确的控制，因为加热单元是以“开”和“关”的方式精确控制的，可以实现更好的温度控制。这也意味着温控单元不需要在工厂中校准，因为加热单元的开并是按照严格的时间周期进行的。而且，即使长时间使用，电路也不容易磨损。
让我们看一下这一电路的内部工作情况。这个基于嵌入式微控制器的电路采用相位或半波计数使TRIAC导通，从而使加热单元工作。通过在每个半波的一部分时间内使TRIAC(TRCl)导通，可以实现相位控制，与脉宽调制(PWM)类似。该方法的优点是为负载提供功率的波型频率没有变化，仍然为交流电输入频率。控制加热单元时，这一点并非必需的，但当用于灯光控制时却是绝对必需的，因为人眼能够感受到这种频率变化。
对于加热单元这样的负载，嵌入式微控制器在交流电输入波形的过零点开始使TRIAC导通整个周期。通过跳过半波周期来完成温度或热量控制。这一方法的优点是可帮助减轻电磁干扰(EMI)以及反馈到电源线的噪声辐射。基于嵌入式微控制器的电炉还可以增加多种其它功能，而这些在采用机械式温控开关时是不可能的。例如，对于用于煮或炖的电炉产品来说，沸腾点控制通常会滞后，但对于嵌入式设计，可以更准确地控制沸腾点。新设计还提供了安全功能，例如，当烹调完毕后，如果用户忘记关闭电源，那么系统可以自动将其关闭，甚至还可以提醒用户炉子仍在通电，整个电炉还是热的。增加一个简单的温度传感器就可以提供准确的温度控制，同时利用数学算法还可以提高能源效率。
其它优势
嵌入式微控制器不仅可以提高家用电器的整体性能和可靠性，而且还可帮助产品从竞争中脱颖而出。例如，不仅仅局限于提供功能有限、成本具有竞争力的电炉产品，通过在家电产品中利用嵌入式微控制器，家电生产商还可以提供具有更高能源效率以及安全功能的产品。基于嵌入式微控制器的新设计还支持设计基于同样同样硬件设计的多种平台产品，功能差异通过嵌入式微控制器软件编码实现。
基于嵌入式微控制器的智能电路还可改善家电产品的可制造性，减少了生产线上机械器件成本高昂且耗时的校正过程。同时，今天的消费者对于环境问题更为关注。再加上新的政府管制要求，对于安全和环境友好的要求也越来越高。
结语
【关键词】低功耗；省电模式；睡眠模式；深度睡眠模式
1.引言
随着越来越多的电子设备由电池供电，低功耗问题已越来越受到关注。近年来，微控制器制造商也不断在使用新的方式来控制功耗，比如说设计各种各样的电子开关。通过从电子开关芯片的部件上减小功率，可以极大减少能耗的输出。另外在电压监控电路方面也有一些研究，持续使用也可以有效的减少能耗。因此，
对于任何电气系统的设计，功耗都是其重要的考虑因素。尤其是对于位于无数现代设备核心的嵌入式系统和能使这些大部分系统工作的微控制器。嵌入式系统在市场中的拓展应用，应用的领域如便携式电子产品，计量应用和医疗设备，使得功耗成为嵌入式系统设计的最重要的考虑之一。重要的是，一个微控制器不仅消耗尽可能少的功率，并且还有允许最小功耗设计的功能。为了设计出最好的系统，工程师必须了解一个微控制器可能提供的所有的节电功能，功能包括选择最好的设备，以及如何利用利用这些特性来达到最经济的能源利用。
2.影响微处理器的能耗因素
影响微处理器的能耗因素主要有两个：动态功率和静态功率。
动态功率的消耗目前是由数字逻辑开关引起的，这时微控制器处于主动模式。动态功率主要受到时钟速度的影响，另外是受到电压和温度的影响。因此，动态功率的控制在很大程度上是时钟速度的控制。
静态功率的消耗是当主时钟被禁用时，微控制器处于断电模式引起的。静态功率主要是由晶体管漏和电压控制器所使用的电流产生的。对于许多的微控制器来说，还需要必要的逻辑时钟来从静态功耗模式中恢复操作（比如看门狗定时器）。静态功率主要受到电压高低和温度的影响，这两者也是对晶体管漏电流产生的重要因素。因此，尽管大部分的静态功耗取决于设备的设计和制造过程。
通过以上分析电压对动态功率和静态功率都有影响，最低供电电压对微控制器的低功耗来说是非常关键的。可以通过公式1得到平均电流。平均电流可以用来评估低功率性能。平均电流越小，低功率性能越好。
平均电流
= （（iActive x tActive）+（iSleep x tSleep））/（tActive+ tSleep） （1）
3.新低功耗技术
从现有的技术发展上看，目前已实现让微控制器进入睡眠模式来降低应用中的功耗。但是随着微控制器变得越来越复杂，使用上也越来越先进，该方式的不足之处也随之出现。把传统的微控制器和市场上未来10年到20年所需要的由电池供电的产品相比，传统的睡眠模式已不再适用。现在大多数电子产品均需要极低功率消耗。
最近，制造商在微控制器中采用了更新模式来减少低功耗，这种微控制器可以抵消由日益复杂化和几何图形日益变小带来的负面影响。这种模式称之为深度睡眠模式。在高级模式中，处于深度睡眠的各种各样的装置都在以同样的方式运行。使用嵌入式软件控制开关的芯片的重要区域，不再有能量消耗。通过去除了芯片某些领域的功率，晶体管漏也被删除，电池寿命显著延长。尽管制造商们改进睡眠模式的程度有所提高，但是睡眠电流降低80%是常见的。事实上，现在一些微控制器可以在睡眠模式中实现低达20nA的电流。将低电流和可以低自放电率的电池联系起来，深度睡眠模式可以作为应用程序存在很长时间。
4.低功耗的实现
1）尽可能的使微控制器处于断电模式
处于操作模式的微控制器会比处于断电模式的微控制器消耗更多的电流。如方程式2所描述的，我们可以使微控制器处于断电模式来减少平均电流。通常我们使用低功率指令来达到断电模式，使用WDT使微控制器从睡眠模式恢复过来。我们可以配置WDT的时长来达到一种长时间的断电状态。对于某些微控制器来说，WDT时期可以长达多天。我们可以通过长时间的断电来达到低功耗。
2）在睡眠模式时减少设备的使用可以降低功耗
睡眠模式的电力消耗（数码睡眠）是由电流断电和电流断电引起的。如果一个模块式活跃的，它将消耗一些电流，甚至是当微控制器处于睡眠模式时。在进入睡眠模式之前，禁用不必要的模块，可以降低数码睡眠模式的电流，同时有助于低功率设计。一些重要的模块，比如BOR，可能仍然活跃在睡眠模式中，由于睡眠状态有很长的工作周期，这是降低平均电流的重要因素，对于低功耗高性能也非常重要。
3）降低工作电压
减少设备的工作电压，即Vdd，是一个降低整体功耗的有用步骤。当开始消耗功耗时，功耗主要受时钟速度的影响。当设备处于睡眠模式时，晶体管的漏电流是关键。在低电压时，切换系统时钟需要少的电流，晶体管漏也需要少的电流。
重要的是，要注意如何降低工作电压降低的最大允许操作的频率。选择允许应用程序以其最大速度运行的最优电压。请参考所给定设备电压的最大工作频率的设备数据表。
4）使用新的极端低功率模式
在深度睡眠模式或LPM5模式下，CPU 和所有设备，除了RTCC、DSWDT和液晶（LCD设备）外，都不提供电源。此外，深度睡眠模式会降低Flash，SRAM和电压监控电路的功率。这显示深度睡眠模式比其他的任何操作模式都能降低功耗。大多数设备的典型睡眠模式电流小于50nA。四个字节的数据保留在DSGPRx寄存器中，这个寄存器可以用来保存一些应用程序的关键数据。在深度睡眠模式中，I/Q系统和32kHz晶体振荡器（Timer1和SOSC）仍处于运行状态，所以深度睡眠模式不中断应用程序的操作。中断RTCC，唤醒超低功耗，DSWDT超时，外部中断O（INTO），MCLR或POR可以唤醒在深度失眠模式的设备。在唤醒设备的同时，恢复工作复位向量。深度睡眠模式允许一个设备达到尽可能低的静态功率。代价是，固件苏醒后必须重新初始化。因此，深度睡眠模式最好用于需要长寿电池和长时间睡眠的应用程序。
5）正确配置端口针
微控制器都有双向I/Q针，这些针有模拟输入功能。值得注意的是，将信号应用于这些针，就能消耗最少的功率。
A.配置未使用的端口针
如果一个端口针未被使用，它会被孤立起来毫无联系性，但它会被配置为输出针的高状态和低状态。或者它被配置为有外部电阻（大约10 kΩ）的输入。如果配置为输入，只有针输入泄露电流通过针口（如果针与Vdd或Vss直接连接，相同的电流则会流过）。两个选项允许针被推后使用，可以对硬件的输入或者输出不做修改。
B.数字输入
数字输入插口消耗最少的功率时，是在输入电压靠近Vdd附近或Vss附近。如果输入电压之间的中点附近Vdd，Vss，数字输入缓冲区内的晶体管偏见在线性区域会消耗大量的电流。如果这样就可以配置为模拟输入，数字缓冲是关闭，减少电流以及总控制器电流。
C.模拟量输入
模拟输入有一个非常高阻抗，所以他们消耗很少的电流。他们将当前消费低于一个数字输入，如果应用电压通常会集中Vdd和Vss之间。有时是适当的和可能的数字输入配置为模拟输入时，数字输入必须去一个低功率状态。
D.数字输出
没有额外的电流被数字输出接脚除了当前经历销权力外部电路。密切关注外部电路来减少他们当前的消费。
6）使用高价值上拉电阻
更多情况下使用较大的上拉电阻等I / O别针MCLR，I2C?信号，开关和不同电阻规格。例如，一个典型的I2C牵引为4.7 k。然而，当I2C传输和拉一条线低，这对每个总线电流消耗近700 uA 3.3 v。通过增加大小的I2C引体向上10 k，当前可以减半。这种技术是特别有用的情况下牵引可以增加到一个非常高的电阻如100k或1M。
5.总结
通过引入新的低功耗技术，我们可以继续关注能耗作为一个关键设计目标。结果是不仅令人印象深刻的设备功能和性能，但功耗低于长期行业最低。当创建一个低功耗应用程序，方法是很重要的从低功率的角度设计的所有方面。本文讨论的都是什么导致功耗，在新的低功耗模式进行了初步调查，介绍了方法来达到极端的低功耗设计。
参考文献：
[1]Jason Tollefson， “Achieving extremely low power for portable apps”，Electronic PRODUCTS， Feb.2010. （references）.
[2]E. Schlunder， “Deep Sleep Mode on Microchip PIC18 and PIC24 Microcontrollers”
[3]“MSP430F21x2 Mixed Signal Microcontroller Data Sheet” （SLAS578D）， Texas Instruments Inc.， 2007.
[4]Brant Ivey，nanoWatt and nanoWatt XLP? Technologies：An Introduction to Microchip’s Low-Power Devices.
