全新8位MCU外设问世 突破嵌入式设计壁垒

Microchip 最新一代的 8 位单片机集成了所谓的“独立于内核的外设”，将设计的灵活性提升到了一个新的水平。从简单的数字定时器到复杂的 AC/DC 电源，这些可配置外设与 MCU 集成的智能模拟相配合，可实现均衡的可定制解决方案来应对许多设计挑战。此外，新一代 8 位单片机突破了传统 8 位 MCU 的不足，进一步拓宽了产品的应用领域。

从 40 多年前首款带只读存储器（ROM）的 MCU 问世以来，单片机不断发展。从简单的逻辑控制器到带有模拟功能的完全集成式智能 IC，8 位单片机的发展尤为突出。就传统的 8 位单片机外设而言，每个模块仅设计用于执行单一功能。而最新一代的 8 位单片机在设计之初即旨在创建与传统完全不同的产品，这一变更需要采用全新的终端产品设计方法。这些新的 8 位单片机集成了若干个独特的外设，可以按需执行多个功能和任务。同时，设计人员可以通过配置和组合这些外设来创建新的功能，而这些新功能在其他类型的单片机上是无法或难以实现的。这些新型外设大多无需内核监管即可独立运行，因而在执行必要的任务时减少了对 CPU 的依赖。此外，这些外设多数也在休眠模式下使用，非常适合各类功耗敏感型应用。

使用独立于内核的外设
新器件中最常用的外设之一就是可配置逻辑单元（CLC）。它是一个非常简单但功能强大的模块，可提供标准的逻辑功能，如 AND、OR、XOR、SR 锁存器和 J-K 触发器，用户可对这些功能进行配置以创建用于信号调理的逻辑门。CLC 模块的输入、输出信号可以经由内部连接与任何一个I/O、外设或寄存器相连。它可以用作一个简单的信号路由器、粘合逻辑或控制唤醒的智能状态机。传统的单片机需要外部的可编程逻辑器件（PLD）或额外的编码来实现所需的逻辑控制功能，然而即便是这样的设置也并不能达到 CLC 那样的灵活性。

如图 1 所示，另一个可配置模块——数控振荡器（NCO）可用作 20 位定时器或具有高分辨率、可变频控制的 PWM 控制器。这和传统的 PWM/定时器不同，彼此性能和特性几乎完全相反。

NCO 具有更高的分辨率和线性频率控制功能，可通过对电路电流的高精度控制来简化广泛应用于许多电源应用中的复杂控制算法，例如带有调光功能的照明镇流器控制应用。由于 NCO 可提供变频控制来轻松改变警报声音的音高，它还可用于驱动烟雾报警器的声音警报。通过对所产生的频率实施更精细的控制，NCO 无需任何外部模拟组件即可对生成声音的音调和音高进行更好的调节。

这种集成外设可以单独使用，但是把多个模块组合在一起来创建不同的功能才是其真正的绝妙之处。例如，曼彻斯特编码广泛应用于各种电信和数据存储应用。传统的曼彻斯特算法需要大量的固件资源支持，并且要占用 CPU 资源来进行任务管理。而通过串联使用 NCO 和 CLC 模块构建出的曼彻斯特解码器，可以完全在硬件环境中运行，无需占用任何 CPU 资源。顺便提一下，曼彻斯特编码器的设计可以仅由一个 CLC 模块来实现，而无需进行任何固件位拆裂。

相比于 CLC 或 NCO 模块，诸如角度定时器（AT）、信号测量定时器（SMT）和数学加速器（MathAcc）等其他外设则较为复杂。无论电机速度还是信号频率，AT 均可用于测量电机控制和AC电源应用中任意一种周期信号——如光学编码器、过零检测器和霍尔传感器。AT 模块可在纯硬件环境中执行时间/角度域瞬间转换，且同样没有任何额外的 CPU 开销。而传统单片机处理这一任务则往往需要多个定时器来计算和测量时间单位，然后借助数学计算（通过固件）将数值转换
成相角域；如果周期已知的话，则需要存储在程序存储器中的查找表。传统方法需要进行更多的固件设置和更多的 CPU 资源来进行数学计算，还需要约束查找表的大小，这样就限制了可用数值的数量，进而导致近似值和差错。而 AT 模块可以直接根据设计人员配置的相角值自动生成中断和事件。此外，AT 模块还有三个比较/捕捉/PWM（CCP）功能供用户自行支配。

对比传统方法与独立于内核的设计另一个通过组合多个外设以简化任务的实例便是广泛应用于小型内燃机中的电容放电式点火
（CDI）控制系统，如图 2 所示。

(编辑：mao35  来源：网络整理)