MCU簡(jiǎn)介

　　微控制單元（Microcontroller Unit；MCU） ，又稱單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer ）或者單片機(jī)，是把中央處理器（Central Process Unit；CPU）的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存（memory）、計(jì)數(shù)器（Timer）、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動(dòng)電路都整合在單一芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制。諸如手機(jī)、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業(yè)上的步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂的控制等，都可見(jiàn)到MCU的身影。

　　MCU的特點(diǎn)

　　要了解一款MCU，首先需要知道就是其ROM空間、RAM空間、IO口數(shù)量、定時(shí)器數(shù)量和定時(shí)方式、所提供的外圍功能模塊（Peripheral Circuit）、中斷源、工作電壓及功耗等等。

　　了解這些MCU Features后，接下來(lái)第一步就是將所選MCU的功能與實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的要求的功能進(jìn)行對(duì)比，明確那些資源是目前所需要的，那些是本項(xiàng)目所用不到的。對(duì)于項(xiàng)目中需要用到的而所選MCU不提供的功能，則需要認(rèn)真理解MCU的相關(guān)資料，以求用間接的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，所開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目需要與PC機(jī)COM口進(jìn)行通訊，而所選的MCU不提供UART口，則可以考慮用外部中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn);

　　對(duì)于項(xiàng)目開(kāi)發(fā)需要用到的資源，則需要對(duì)其Manua*進(jìn)行認(rèn)真的理解和閱讀，而對(duì)于不需要的功能模塊則可以忽略或?yàn)g覽即可。對(duì)于MCU學(xué)習(xí)來(lái)講，應(yīng)用才是關(guān)鍵，也是最主要的目的。

　　明確了MCU的相關(guān)功能后，接下來(lái)就可以開(kāi)始編程了。對(duì)于初學(xué)者或初次使用此款MCU的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，可能會(huì)遇到很多對(duì)MCU的功能描述不明確的地方，對(duì)于此類問(wèn)題，可以通過(guò)兩種方法來(lái)解決，一種是編寫(xiě)特別的驗(yàn)證程序來(lái)理解資料所述的功能;另一種則可以暫時(shí)忽略，程序設(shè)計(jì)中則按照自己目前的理解來(lái)編寫(xiě)，留到調(diào)試時(shí)去修改和完善。前一種方法適用于時(shí)間較寬松的項(xiàng)目和初學(xué)者，而后一種方法則適合于具有一定MCU開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人或項(xiàng)目進(jìn)度較緊迫的情況;

　　指令系統(tǒng)千萬(wàn)不要特別花時(shí)間去理解。指令系統(tǒng)只是一種邏輯描述的符號(hào)，只有在編程時(shí)根據(jù)自己的邏輯和程序的邏輯要求來(lái)查看相關(guān)的指令即可，而且隨著編程的進(jìn)行，對(duì)指令系統(tǒng)也會(huì)越來(lái)越熟練，甚至可以不自覺(jué)地記憶下來(lái)。

　　MCU的基本功能

　　對(duì)于絕大多數(shù)MCU，下列功能是最普遍也是最基本的，針對(duì)不同的MCU，其描述的方式可能會(huì)有區(qū)別，但本質(zhì)上是基本相同的：

　　● TImer（定時(shí)器）：TImer的種類雖然比較多，但可歸納為兩大類：一類是固定時(shí)間間隔的TImer，即其定時(shí)的時(shí)間是由系統(tǒng)設(shè)定的，用戶程序不可控制，系統(tǒng)只提供幾種固定的時(shí)間間隔給用戶程序進(jìn)行選擇，如32Hz，16Hz，8Hz等，此類TImer在4位MCU中比較常見(jiàn)，因此可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘、計(jì)時(shí)等相關(guān)的功能;另一類則是Programmable Timer（可編程定時(shí)器），顧名思義，該類Timer的定時(shí)時(shí)間是可以由用戶的程序來(lái)控制的，控制的方式包括：時(shí)鐘源的選擇、分頻數(shù)（Prescale）選擇及預(yù)制數(shù)的設(shè)定等，有的MCU三者都同時(shí)具備，而有的則可能是其中的一種或兩種。此類Timer應(yīng)用非常靈活，實(shí)際的使用也千變?nèi)f化，其中最常見(jiàn)的一種應(yīng)用就是用其實(shí)現(xiàn)PWM輸出（具體的應(yīng)用，后續(xù)會(huì)有特別的介紹）。由于時(shí)鐘源可以自由選擇，因此，此類Timer一般均與Event Counter（事件計(jì)數(shù)器）合在一起;

　　● IO口：任何MCU都具有一定數(shù)量的IO口，沒(méi)有IO口，MCU就失去了與外部溝通的渠道。根據(jù)IO口的可配置情況，可以分為如下幾種類型：

　　● 純輸入或純輸出口：此類IO口有MCU硬件設(shè)計(jì)決定，只能是輸入或輸出，不可用軟件來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)的設(shè)定;

　　● 直接讀寫(xiě)IO口：如MCS-51的IO口就屬于此類IO口。當(dāng)執(zhí)行讀IO口指令時(shí)，就是輸入口;當(dāng)執(zhí)行寫(xiě)IO口指令則自動(dòng)為輸出口;

　　● 程序編程設(shè)定輸入輸出方向的：此類IO口的輸入或輸出由程序根據(jù)實(shí)際的需要來(lái)進(jìn)行設(shè)定，應(yīng)用比較靈活，可以實(shí)現(xiàn)一些總線級(jí)的應(yīng)用，如I2C總線，各種LCD、LED Driver的控制總線等;

　　● 對(duì)于IO口的使用，重要的一點(diǎn)必須牢記的是：對(duì)于輸入口，必須有明確的電平信號(hào)，確保不能浮空（可以通過(guò)增加上拉或下拉電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)）;而對(duì)于輸出口，其輸出的狀態(tài)電平必須考慮其外部的連接情況，應(yīng)保證在Standby或靜態(tài)狀態(tài)下不存在拉電流或灌電流。

　　● 外部中斷：外部中斷也是絕大多數(shù)MCU所具有的基本功能，一般用于信號(hào)的實(shí)時(shí)觸發(fā)，數(shù)據(jù)采樣和狀態(tài)的檢測(cè)，中斷的方式由上升沿、下降沿觸發(fā)和電平觸發(fā)幾種。外部中斷一般通過(guò)輸入口來(lái)實(shí)現(xiàn)，若為IO口，則只有設(shè)為輸入時(shí)其中斷功能才會(huì)開(kāi)啟;若為輸出口，則外部中斷功能將自動(dòng)關(guān)閉（ATMEL的ATiny系列存在一些例外，輸出口時(shí)也能觸發(fā)中斷功能）。外部中斷的應(yīng)用如下：

　　● 外部觸發(fā)信號(hào)的檢測(cè)：一種是基于實(shí)時(shí)性的要求，比如可控硅的控制，突發(fā)性信號(hào)的檢測(cè)等;而另一種情況則是省電的需要;

　　信號(hào)頻率的測(cè)量;為了保證信號(hào)不被遺漏，外部中斷是最理想的選擇;

　　● 數(shù)據(jù)的解碼：在遙控應(yīng)用領(lǐng)域，為了降低設(shè)計(jì)的成本，經(jīng)常需要采用軟件的方式來(lái)對(duì)各種編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，如Manchester和PWM編碼的解碼;

　　● 按鍵的檢測(cè)和系統(tǒng)的喚醒：對(duì)于進(jìn)入Sleep狀態(tài)的MCU，一般需要通過(guò)外部中斷來(lái)進(jìn)行喚醒，最基本的形式則是按鍵，通過(guò)按鍵的動(dòng)作來(lái)產(chǎn)生電平的變化;

　　● 通訊接口：MCU所提供的通訊接口一般包括SPI接口，UART，I2C接口等，其分別描述如下：

　　● SPI接口：此類接口是絕大多數(shù)MCU都提供的一種最基本通訊方式，其數(shù)據(jù)傳輸采用同步時(shí)鐘來(lái)控制，信號(hào)包括：SDI（串行數(shù)據(jù)輸入）、SDO（串行數(shù)據(jù)輸出）、SCLK（串行時(shí)鐘）及Ready信號(hào);有些情況下則可能沒(méi)有Ready信號(hào);此類接口可以工作在Master方式或Slave方式下，通俗說(shuō)法就是看誰(shuí)提供時(shí)鐘信號(hào)，提供時(shí)鐘的一方為Master，相反的一方則為Slaver;

　　● UART（Universal Asynchronous Receive Transmit）：屬于最基本的一種異步傳輸接口，其信號(hào)線只有Rx和Tx兩條，基本的數(shù)據(jù)格式為：Start Bit + Data Bit（7-bits/8-bits） + Parity Bit（Even， Odd or None） + Stop Bit（1~2Bit）。一位數(shù)據(jù)所占的時(shí)間稱為Baud Rate（波特率）。對(duì)于大多數(shù)的MCU來(lái)講，數(shù)據(jù)為的長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式（奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)或無(wú)校驗(yàn)）、停止位（Stop Bit）的長(zhǎng)度及Baud Rate是可以通過(guò)程序編程進(jìn)行靈活設(shè)定。此類接口最常用的方式就是與PC機(jī)的串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

　　● I2C接口：I2C是由Philips開(kāi)發(fā)的一種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，同樣采用2根信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)：SDAT（串行數(shù)據(jù)輸入輸出）和SCLK（串行時(shí)鐘）。其最大的好處是可以在此總線上掛接多個(gè)設(shè)備，通過(guò)地址來(lái)進(jìn)行識(shí)別和訪問(wèn);I2C總線的一個(gè)最大的好處就是非常方便用軟件通過(guò)IO口來(lái)實(shí)現(xiàn)，其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率完全由SCLK來(lái)控制，可快可慢，不像UART接口，有嚴(yán)格的速率要求。

　　● Watchdog（看門狗定時(shí)器）：Watchdog也是絕大多數(shù)MCU的一種基本配置（一些4位MCU可能沒(méi)有此功能），大多數(shù)的MCU的Watchdog只能允許程序?qū)ζ溥M(jìn)行復(fù)位而不能對(duì)其關(guān)閉（有的是在程序燒入時(shí)來(lái)設(shè)定的，如Microchip PIC系列MCU），而有的MCU則是通過(guò)特定的方式來(lái)決定其是否打開(kāi)，如Samsung的KS57系列，只要程序訪問(wèn)了

　　Watchdog寄存器，就自動(dòng)開(kāi)啟且不能再被關(guān)閉。一般而言watchdog的復(fù)位時(shí)間是可以程序來(lái)設(shè)定的。Watchdog的最基本的應(yīng)用是為MCU因?yàn)橐馔獾墓收隙鴮?dǎo)致死機(jī)提供了一種自我恢復(fù)的能力。

　　如何使用MCU進(jìn)行簡(jiǎn)單的功能增強(qiáng)

　　如果有一個(gè)25美分的MCU，可以用0.5KB的內(nèi)存做些什么？

　　您現(xiàn)在可能已經(jīng)使用固定功能的集成電路（IC）很長(zhǎng)一段時(shí)間了，并且在某些情況下，已經(jīng)適應(yīng)了它們有限的靈活性。一個(gè)簡(jiǎn)單的通用異步收發(fā)器（UART）到串行外設(shè)接口（SPI）橋接器、一個(gè)復(fù)位控制器或一個(gè)帶有后備存儲(chǔ)器的外部實(shí)時(shí)控制器（RTC）在自身功能方面擁有良好的表現(xiàn)，但卻僅限于設(shè)定的功能。

　　但是如果可以通過(guò)智能化或功能定制來(lái)更好地滿足您的需求呢？如果可以使用獨(dú)立的低成本MCU來(lái)實(shí)現(xiàn)這些獨(dú)立功能呢？

　　新型MSP430?超值傳感系列MCU可以通過(guò)多種集成混合信號(hào)功能幫助部署簡(jiǎn)單的傳感解決方案。為擴(kuò)展這些低成本MCU的功能，TI為25個(gè)常見(jiàn)系統(tǒng)級(jí)功能創(chuàng)建了一個(gè)代碼實(shí)例庫(kù)，包括定時(shí)器、輸入/輸出（I/O）擴(kuò)展器、系統(tǒng)復(fù)位控制器、電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）等。

　　25項(xiàng)功能被劃分為標(biāo)準(zhǔn)電路中常見(jiàn)的四個(gè)功能類別：即系統(tǒng)管理、脈寬調(diào)制、定時(shí)器和通信。在使用MSP430FR2000器件時(shí)，大部分代碼實(shí)例都適用于0.5KB以下的內(nèi)存，成本最低的MSP430 MCU的售價(jià)低至1000單位數(shù)量29美分，更多數(shù)量低至25美分。圖1介紹了一些離散功能集成電路，如外部監(jiān)視器或實(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路，可以用25項(xiàng)功能中的對(duì)應(yīng)功能進(jìn)行替代。如果使用所示的多個(gè)集成電路或功能（如定時(shí)器或PWM），甚至可以將多種功能組合起來(lái)，滿足您的應(yīng)用需求，從而減少工作量和電路板空間。

　　為幫助您了解和使用這些功能，TI編寫(xiě)了一本電子版說(shuō)明書(shū)，其中包含25個(gè)簡(jiǎn)短的應(yīng)用注釋，并附有源代碼鏈接。在幾分鐘內(nèi)，便能夠編譯、下載源代碼并在MSP430超值傳感系列MCU上運(yùn)行?？梢愿鶕?jù)您的應(yīng)用需求對(duì)功能進(jìn)行調(diào)整，從而大幅縮短上市時(shí)間。

　　在開(kāi)始了解對(duì)眾多固定功能集成電路的可編程替代方案時(shí)（我們期待看到您使用25種功能可以做些什么），我們將繼續(xù)構(gòu)建應(yīng)用注釋系列。