新一代32位微控制器(MCU)具有非常高的集成度，具有片上閃存、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和其它的集成外設(shè)。這種集成度結(jié)合增強的處理能力，能提供高性能和具有成本效益的解決方案，可用于很多新的家電產(chǎn)品、白色家電、消費電子產(chǎn)品和其它應(yīng)用。設(shè)計師現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)32位MCU僅僅比16位產(chǎn)品略貴一點，但增加的功能特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了微小的成本差異。很多基于RISCC的32位MCU現(xiàn)在能提供非常高的性能，功耗只相當(dāng)于16位控制器的水平。這些控制器還具有較小的封裝尺寸，因此，在采用32位MCU設(shè)計時封裝大小不再是一個挑戰(zhàn)，即使是在空間受限的應(yīng)用中。

　　盡管大多數(shù)新一代32位MCU基于RISC架構(gòu)構(gòu)建，具有低功耗和高速度，還是有某些版本采用CISC架構(gòu)，從而為設(shè)計師提供了另外一種選擇。設(shè)計師使用基于RISC的MCU時需要特別關(guān)注是否包含擴展指令集，這對于匯編級別的編程和高級應(yīng)用程序開發(fā)來說非常有用。如此多的片上外設(shè)進一步豐富了MCU的產(chǎn)品類型。仔細(xì)地評估在特定應(yīng)用中所需要的特性可以幫助選擇最合適于該應(yīng)用的32位MCU。

片上存儲器和通信立即增加價值

　　其中一個基礎(chǔ)創(chuàng)新是集成片上存儲器，現(xiàn)在大多數(shù)MCU通常具有最少512KB的閃存和至少32KB的ROM。根據(jù)具體應(yīng)用某些MCU上集成了更多的片上存儲器，每一個開發(fā)者和設(shè)計師必須考慮的事情是目標(biāo)應(yīng)用的存儲器需求，片上存儲器的存在和大小對最終選擇產(chǎn)生重大影響。片上閃存允許用戶多次重寫軟件，即使在產(chǎn)品設(shè)計已經(jīng)實現(xiàn)后，使用戶從傳統(tǒng)的掩模ROM中解脫出來，掩模ROM存儲器只能編程一次。這樣一來，閃存在那些需要快速處理大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用中越來越重要，如存儲器到存儲器傳輸、外設(shè)資源控制、位管理和直接數(shù)據(jù)命令。

　　在這些先進的MCU中的另外一個重要特性是指令集，這些指令集管理系統(tǒng)控制和I/O訪問。這些命令被增強和流水線化，以使他們適合于不同的消費產(chǎn)品應(yīng)用。例如很多32位器件現(xiàn)在集成了與中央處理器并行工作的高速乘積/和宏單元。這些版本的產(chǎn)品能以33MHz或更高的工作頻率在一個周期內(nèi)執(zhí)行乘積/和運算，因此這些器件可以用于圖像處理應(yīng)用中，用于濾波處理或快速傅立葉變換，或者用于聲音處理。設(shè)計師可以考慮把這些宏單元用在消費電子產(chǎn)品中。

　　也有這樣的趨勢，就是在32位控制器中包含標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，以通過以太網(wǎng)物理層(PHY)、USB或者其它接口增加工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的連接能力。這些通信接口可以實現(xiàn)系統(tǒng)到系統(tǒng)的通信，并且采用片上USB，不需要主機接口，為如需要大量遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的工業(yè)控制這樣的應(yīng)用增加了價值。

　　最新的32位MCU還具有非常高的處理能力，在增加了乘法器、程序計數(shù)加法器以及桶式移位器的特性下，每個時鐘周期可以執(zhí)行超過1.25個指令。一組頻率控制和指令，除了通常的存儲器訪問以及嵌入式編程指令以外，還包括存儲器到存儲器傳輸、外設(shè)資源控制、位管理以及直接數(shù)據(jù)命令等指令，提供非常高的目標(biāo)效率并減少外部存儲器訪問操作次數(shù)以及高速緩存訪問次數(shù)。結(jié)果是減少了CPU總線上的負(fù)載、提高了CPU內(nèi)核和高速緩存的效率。

32位MCU進入家用電器設(shè)備應(yīng)用

　　這種新一代32位MCU增長速度最快的一個應(yīng)用是家用電器設(shè)備，例如空調(diào)、洗衣機、冰箱以及更小的白色家電。在過去的設(shè)計中，一個通用的8位MCU通常就足夠了，但是現(xiàn)在開始強調(diào)節(jié)約能量和功耗、要求開發(fā)出更加安靜、效率更高的設(shè)備。通過集成的功能特性，例如多功能定時器、高速A/D轉(zhuǎn)換器、過流保護電路，MCU可以減少會影響產(chǎn)品性能的振動和噪聲。

　　在這些新的MCU中增加的新的特性可以使用高效的矢量控制功能，使得MCU可以監(jiān)控和調(diào)節(jié)壓縮機和電機。對于驅(qū)動壓縮機和電機，32位的MCU可以配置以下這些功能單元：矢量驅(qū)動、應(yīng)用控制、高速處理和高速A/D轉(zhuǎn)換。

　　這些功能需要32位MCU來驅(qū)動矢量同時控制應(yīng)用、保持脈寬調(diào)制輸出、執(zhí)行高速A/D轉(zhuǎn)換。在這些嵌入式應(yīng)用中使用高速12位A/D轉(zhuǎn)換器提供了對最小變化的敏感度，允許非?？焖俚捻憫?yīng)。轉(zhuǎn)換器與靈活的脈寬調(diào)制單元一起工作，實現(xiàn)平滑精確的控制，并且降低功率要求以及節(jié)省運行成本。

　　家用電器的另外一個趨勢是使用來自多個傳感器的數(shù)據(jù)用于控制，例如在微波爐中使用多個溫度監(jiān)控和另外的蒸汽以獲得不同食物最好的加熱效果。在新的家用電器產(chǎn)品的開發(fā)中出現(xiàn)了新的要求，這些要求包括在微波爐和電磁爐表面的精確溫度控制以及空調(diào)、洗衣機、干衣機和洗碗機更高效的工作。滿足這些要求需要能實時地處理來自多個傳感器的數(shù)據(jù)，并提供精細(xì)的控制。

　　對于電機控制，新一代的32位MCU可以集成自由運行的定時器。把這些定時器分配給每個相位，通過在三相逆變器控制中將不同定時器用于每個獨立的相位，它們能實現(xiàn)載波頻率的產(chǎn)生。逆變器控制將直流電源變成交流電，對于實現(xiàn)降低功率和降低工作噪聲來說，逆變器功能是非常重要的。逆變器應(yīng)用的實例是空調(diào)設(shè)備；現(xiàn)在能用逆變器的其它家用電器包括洗衣機和電冰箱。

　　32位MCU通過確定電機的最佳驅(qū)動力，可以控制電機運轉(zhuǎn)，然后在負(fù)載波動太大時以及產(chǎn)生不連續(xù)和低效率的操作時快速地反饋數(shù)據(jù)。例如，因為水的運動或衣服的運動，洗衣機的電機負(fù)載不斷地波動，因此調(diào)整驅(qū)動力矩是控制的必要部分。通過提供快速的中斷響應(yīng)時間以及能在單位時間內(nèi)進行運算，這些MCU能有效地精細(xì)調(diào)整電機控制，使電機運轉(zhuǎn)時的功耗最低。

　
圖1：富士通32位MCU框圖 

　　這些功能大大地增強了32位MCU在家用電器中的價值。另外一個令人興奮的應(yīng)用現(xiàn)在開始出現(xiàn)了：完全聯(lián)網(wǎng)的家用電器，與上網(wǎng)的家庭環(huán)境相連接。在32位MCU控制的幫助下，電冰箱將能告訴消費者某類食物儲量什么時候比較低或者何時將售完，連接到家庭網(wǎng)絡(luò)的家用電器將能讓消費者知道出現(xiàn)故障或者需要維修。隨著各種消費電子產(chǎn)品都實現(xiàn)連網(wǎng)，32位MCU將能使這些聯(lián)網(wǎng)功能得以實現(xiàn)。

　　富士通微電子公司現(xiàn)在開發(fā)了很多這些功能，并將它們集成到32位控制器中，滿足在合理的價格下不斷提高的性能要求，為從8位和16位MCU向32位MCU轉(zhuǎn)移做好了準(zhǔn)備。設(shè)計師將不斷地看到越來越多的32位MCU產(chǎn)品類型和選擇以及32位MCU將擴展到的應(yīng)用。

作者：Sandhya Mallikarjun

設(shè)計工程師

富士通微電子(美國)公司