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MCU集成傳感器簡化補償設計
在工業(yè)控制領域，許多應用都要求微控制器能夠以更小的體積集成更豐富的外設，能夠提供更快的運算速度，應對實時性的要求。例如，在光纖通信、電機控制和數據采集等應用中，需要利用微控制器對被控對象進行實時的控制與中斷處理。另外，在這些應用中，傳感器、激光器和電源等隨溫度變化引起的參數變化也需要進行補償。
在光學收發(fā)器模塊、無刷直流電機控制和傳感器接口等應用中，尺寸小、速度快和高性能模擬特性至關重要。Silicon Labs公司亞太區(qū)MCU市場彭志昌介紹，光學模塊被廣泛應用于光纖通信中，對電信號和光信號進行相互轉換。高集成度(溫度傳感器、DAC、晶振)有助于節(jié)約成本和PCB面積。在吸塵器、烘干機、電風扇和胰島素泵等各種消費電子產品和醫(yī)療產品中都采用了小型BLDC電機，高速PWM、ADC和比較器可以使電機的速度更快、安全性更高。另外，很多傳感器對體積、功耗和數據轉換精度的要求也都非常高。Silicon Labs的C8051F39x和C8051F37x系列(圖1、圖2)便是針對以上應用推出的微控制器產品。
這兩個MCU系列在小尺寸封裝中集成了多種模擬功能。彭志昌指出，它們是C8051F330/336 MCU的改進版本。二者的zui大亮點是在片內集成了一個非常的溫度傳感器。很多應用都需要利用溫度傳感器做一些溫度的補償、校正與控制。Silicon Labs在C8051F330/336微控制器中就集成了溫度傳感器，但若能提供一個更為的溫度傳感器，在設計開發(fā)的時候就可以更加方便。該全新的溫度傳感器的精度可以達到±2℃，工作范圍從-40℃到105℃。在應用時，它們不需要進行工廠校準，無需占用CPU帶寬計算溫度，從而可以節(jié)省產品成本。另外，它們以℃的方式報告溫度，可以簡化固件設計(其他產品需利用ADC的原始數據進行進一步分析)。
C8051F39x和C8051F37x系列采用了極速的8051 CPU(50MHz)，帶有四個中斷優(yōu)先級，能夠處理復雜邏輯和進行實時控制與中斷處理。它們提供了更快的外設和PWM速度，例如16通道、500ksps、10位的差分ADC，兩個DAC和內部電壓參考等。這兩個系列的區(qū)別在于C8051F37x系列帶有一個512字節(jié)的EEPROM。C8051F37x的EEPROM提供1M次的擦寫次數，比一般的flash快很多，比如，在flash上寫一頁需要112ms，而在EEPROM上寫一頁僅需要3.5ms即可。
光模塊對封裝的要求非常嚴謹(一般不會接受大于5mm×5mm的封裝)，C8051F39x/37x采用的4mm×4mm小封裝會帶來很大的方便(圖3)。50MIPS CPU和4個中斷優(yōu)先級則能夠實現更快的通信速度和低延遲。另外，光模塊中激光的傳輸速度和穩(wěn)定性會根據不同的溫度改變。溫度補償在光通信中非常重要。C8051F39x/37x提供的的、無需矯正的溫度傳感器能夠簡化產品設計，降低測試成本。DAC也是光模塊必須具備的一個功能，C8051F39x具有的ADC、溫度傳感器及兩個DAC*符合光模塊對MCU的要求。
電機控制要求轉速的控制越快越好，這對CPU的運算能力和ADC的采樣速度提出了較高要求。C8051F39x/37x高速CPU和4個中斷優(yōu)先級能夠提供快速的中斷處理，實現平滑的電機運行(圖4)。快速ADC能夠快速測量電流、電壓和EMF，獲得更高的電機速度。6個高速定時器和PCA可以方便利用額外時基控制轉換和升級速率。比較器則可提供過壓、過流、過熱和過零檢測，實現安全和保護功能。
C8051F39x/37x用于各種傳感器(電阻、壓力、光、加速計、流量等)接口時，差分ADC可用于測量微小信號的差分傳感器輸出。很多傳感器對體積、功耗的要求都很高。一般傳感器的信號較小，它們對模數轉換的精度有較高的要求。差分ADC輸入比傳統(tǒng)的單個輸入更加準確。低功耗的MCU(160μA/MHz工作模式)可以延長電池壽命。由于CPU的速度非常快，在低功耗下喚醒時，處理數據的時間更短，可以降低整體的功耗。
另外，Silicon Labs在提供C8051F39x/37x MCU時，還提供了完整的開發(fā)工具(包括IDE和SDCC編譯器)，同時也支持第三方的工具集(例如Keil、IAR、Raisonance等)。開發(fā)套件包括全功能的開發(fā)套件和低成本的ToolStick套件。針對工程師開發(fā)，該公司還提供一些軟件庫、應用檔案和參考檔案等。
zui后，在問及產品開發(fā)可能碰到的問題時，他表示，C8051F39x/37x使用8051內核，碰到的問題并不多，但也確實存在開發(fā)人員對產品外設的功能不太了解的情況。比方說ADC，很多客戶不知道ADC還附帶有很多的其他功能，比如它可以用做數據采樣，可以確定采樣幾個通道等。另外，很多模塊功能可能并未采用。因此，讓設計人員了解產品內部增加的很多功能也是zui需要注意的一個地方