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Arm? Cortex?-M0+ MCU 如何優(yōu)化通用處理、傳感和控制

本文作者：德州儀器點擊： 2023-03-27 12:19

前言：

嵌入式系統(tǒng)中的微控制器 (MCU) 像是繁忙機(jī)場的空中交通管制系統(tǒng)。MCU 可以感知所在的工作環(huán)境，根據(jù)感知結(jié)果采取相應(yīng)操作，并與相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行通信。MCU 可以管理和控制從數(shù)字溫度計到煙霧探測器，再到暖通空調(diào)電機(jī)等幾乎各種電子設(shè)備中的信號。

為了確保系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和使用壽命，嵌入式設(shè)計人員在設(shè)計過程中需要更大的靈活性。如果采用目前市面上的 MCU 產(chǎn)品系列，設(shè)計人員在當(dāng)前和未來設(shè)計中可以重復(fù)使用的硬件和代碼數(shù)量將很有限，并且計算、集成模擬和封裝選項也很有限。這種有限的靈活性通常意味著設(shè)計人員必須向多家制造商采購 MCU，并需要花費額外的時間進(jìn)行重新編程才能滿足每個設(shè)計的獨特需求，因此會增加開發(fā)成本以及整體系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。

MSPM0 Arm® Cortex®-M0+ MCU 為設(shè)計人員提供更多的選擇、更大的設(shè)計靈活性以及更直觀的軟件和工具，可幫助解決這些難題。本文將探討所謂的“更”在這里的真正含義，以及這些 MCU 憑借更多的集成模擬選項和處理能力可能適用的潛在應(yīng)用。

更多的計算選項

雖然 Arm Cortex-M0+ 為 8 位和 16 位應(yīng)用帶來了 32 位計算能力，但設(shè)計人員仍在尋求盡可能強(qiáng)大的計算性能，包括增加軟件抽象層以實現(xiàn)代碼復(fù)用和延長壽命，在具有超低時延要求的算法中加強(qiáng)分析能力，以及提高安全性。

執(zhí)行計算工作的 MSPM0 MCU 選項有很多，從適用于簡單應(yīng)用的 32 MHz Arm Cortex-M0+ 中央處理器 (CPU)，一直到具有硬件加速數(shù)學(xué)函數(shù)（包括加速除法、求平方根、乘法累加和三角函數(shù) [正弦、余弦、x 的反正切、y/x 的反正切]）的 80 MHz CPU。

MSPM0 G 系列（包括 MSPM0G3507）MCU 在兩種閃存等待狀態(tài)下具有 80 MHz 的計算能力，因此可以在如下應(yīng)用中采用此類低成本 MCU：

• 運行頻率大于 30 kHz 的無傳感器磁場定向控制 (FOC) 電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用，由于數(shù)學(xué)加速，控制環(huán)路時延更低（應(yīng)用示例如圖 1 所示）。

• 電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中的多相電能計量計算。

圖 1：FOC 電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用示例（工業(yè)電機(jī)、無繩電鉆和家用電器）

更多的集成模擬選項

借助于 MSPM0 MCU 的集成構(gòu)建塊以及靈活的可編程片上連接，包括逐次逼近寄存器 (SAR) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、比較器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可以幫助提高傳感電路的精度。這些構(gòu)建塊還包括具有零交叉失真的零漂移、斬波穩(wěn)定型、可編程增益運算放大器。集成的跨阻放大器具有用于實現(xiàn)光電二極管電路的超低輸入偏置電流 (150pA)。

在低成本傳感應(yīng)用中，通過降低作為誤差源的輸入失調(diào)電壓，可以實現(xiàn)更高的傳感器信號增益，同時在整個溫度范圍內(nèi)保持較低的殘余輸入失調(diào)電壓誤差（如圖 2 所示），從而提高以下應(yīng)用中的精度：

• 電力輸送應(yīng)用，如電池充電和電量監(jiān)測。

• 監(jiān)測和實時控制應(yīng)用，例如電器、電動和園藝工具中的有刷直流和無刷直流電機(jī)驅(qū)動器。

• 醫(yī)療監(jiān)護(hù)信號鏈，包括血壓監(jiān)測儀、脈搏血氧儀和溫度計。

• 樓宇自動化應(yīng)用，包括煙霧探測器和被動紅外傳感器。

圖 2：在最大值 ±2 mV 和 ±300 μV 下的輸入失調(diào)電壓誤差比較

集成的 SAR ADC 支持高達(dá) 4MSPS 的單調(diào) 12 位運算和高達(dá) 250kSPS 的 14 位運算，并支持同步采樣以同步測量兩個信號。此功能可在住宅和企業(yè)應(yīng)用中進(jìn)行能源監(jiān)測，對電源電壓和電流進(jìn)行 14 位同步采樣，以及在壓縮機(jī)、泵和風(fēng)扇等電機(jī)驅(qū)動器中進(jìn)行高速低時延采樣 (250ns)。

結(jié)語

在成本敏感的嵌入式系統(tǒng)中添加和改進(jìn)功能取決于符合設(shè)計人員預(yù)算的 MCU 的傳感精度和計算能力。隨著越來越多的設(shè)計人員采用平臺軟件開發(fā)方法、對多個應(yīng)用使用同一個軟件框架，基于具有可擴(kuò)展功能的 MCU 產(chǎn)品系列進(jìn)行開發(fā)比以往任何時候都更加重要，這樣能確保每個產(chǎn)品都使用具有必要檢測和處理功能并經(jīng)過成本優(yōu)化的 MCU。采用現(xiàn)代 MCU 產(chǎn)品系列，設(shè)計人員可以在不增加成本的情況下添加新功能，或者在保留現(xiàn)有功能集的情況下降低成本，同時還可以開發(fā)在未來設(shè)計中可重復(fù)使用的可擴(kuò)展軟件。

其他資源：

• 閱讀我們的系列應(yīng)用簡報，了解 MSPM0 MCU 如何在各種應(yīng)用中簡化設(shè)計：

o 使用 MSPM0 MCU 優(yōu)化現(xiàn)場傳感器和發(fā)送器應(yīng)用

o 基于 MSPM0 MCU 實現(xiàn)使用無傳感器 FOC 算法的 BLDC/PMSM 控制

o 使用低成本 MSPM0 MCU 提高電池管理設(shè)計的靈活性

o 使用低成本 MSPM0 MCU 在無線電動工具和園藝工具中實現(xiàn)可擴(kuò)展性

o 使用 MSPM0 MCU 設(shè)計單軸和三軸自拍桿

關(guān)于德州儀器（TI）

德州儀器（TI）（納斯達(dá)克股票代碼：TXN）是一家全球性的半導(dǎo)體公司，致力于設(shè)計、制造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業(yè)、汽車、個人電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和企業(yè)系統(tǒng)等市場。我們致力于通過半導(dǎo)體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)實用，創(chuàng)造一個更美好的世界。如今，每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上，使我們的技術(shù)變得更小巧、更快速、更可靠、更實惠，從而實現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來乃至現(xiàn)在一直在做的事。欲了解更多信息，請訪問公司網(wǎng)站www.ti.com.cn。

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