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MCU集成傳感器簡化補償設(shè)計
在工業(yè)控制領(lǐng)域,，許多應(yīng)用都要求微控制器能夠以更小的體積集成更豐富的外設(shè)，能夠提供更快的運算速度,，應(yīng)對實時性的要求,。例如，在光纖通信,、電機控制和數(shù)據(jù)采集等應(yīng)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(yīng)用中,，傳感器、激光器和電源等隨溫度變化引起的參數(shù)變化也需要進行補償,。
在光學(xué)收發(fā)器模塊,、無刷直流電機控制和傳感器接口等應(yīng)用中，尺寸小,、速度快和高性能模擬特性至關(guān)重要,。Silicon Labs公司亞太區(qū)MCU市場彭志昌介紹，光學(xué)模塊被廣泛應(yīng)用于光纖通信中,，對電信號和光信號進行相互轉(zhuǎn)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(fēng)扇和胰島素泵等各種消費電子產(chǎn)品和醫(yī)療產(chǎn)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(yīng)用推出的微控制器產(chǎn)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(nèi)集成了一個非常的溫度傳感器,。很多應(yīng)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(shè)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(yīng)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(chǎn)品成本。另外,，它們以℃的方式報告溫度,，可以簡化固件設(shè)計(其他產(chǎn)品需利用ADC的原始數(shù)據(jù)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(fù)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(shè)和PWM速度,，例如16通道,、500ksps、10位的差分ADC,，兩個DAC和內(nèi)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(shù),，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?qū)崿F(xiàn)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(jù)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(chǎn)品設(shè)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(zhuǎn)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(xiàn)平滑的電機運行(圖4)?？焖貯DC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(zhuǎn)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(xiàn)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(shù)轉(zhuǎn)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?？?，在低功耗下喚醒時，處理數(shù)據(jù)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(yīng)用檔案和參考檔案等。
zui后,，在問及產(chǎn)品開發(fā)可能碰到的問題時,，他表示,，C8051F39x/37x使用8051內(nèi)核，碰到的問題并不多,，但也確實存在開發(fā)人員對產(chǎn)品外設(shè)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(shù)據(jù)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(shè)計人員了解產(chǎn)品內(nèi)部增加的很多功能也是zui需要注意的一個地方