下一代PIC18“Q10”系列微控制器具有多個(gè)易于使用的內(nèi)核獨(dú)立外設(shè)（CIP）和智能模擬外設(shè)，可滿足期望，并被證明是大多數(shù)嵌入式應(yīng)用的正確選擇。“Q10”MCU 的 CIP 可降低固件復(fù)雜性，提供所需的靈活性，并幫助系統(tǒng)滿足功能安全標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用要求

絕大多數(shù)嵌入式應(yīng)用需要的不僅僅是計(jì)算能力。系統(tǒng)性能完全取決于應(yīng)用程序，因?yàn)橐笠驊?yīng)用程序而異。一種應(yīng)用可能需要高精度、快速模擬功能和安全通信;而另一個(gè)應(yīng)用可能是成本驅(qū)動(dòng)的，可能需要在MCU中集成多個(gè)定時(shí)器和通信接口。

最常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)通常涉及某種類型的傳感、電源轉(zhuǎn)換、閉環(huán)控制和/或某些通信活動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)是大量智能、數(shù)據(jù)收集、決策設(shè)備，有助于實(shí)現(xiàn)一個(gè)知情的世界;在這個(gè)世界里，我們可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)可以精確趨勢(shì)的數(shù)據(jù)。為了促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)，最基本的設(shè)備只需要包括一個(gè)安全控制器和一些將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆苹蛴芯€/無(wú)線通信介質(zhì)的方法。因此，所需的MCU選擇完全取決于應(yīng)用，可能不需要巨大的存儲(chǔ)器或高處理能力。

考慮到智能設(shè)備的存在大幅增加，我們與這些設(shè)備的交互始終存在。這些設(shè)備的故障可能是危險(xiǎn)的，因?yàn)槲覀儗?duì)它們的依賴有時(shí)是深刻的。因此，系統(tǒng)必須通過(guò)內(nèi)置安全機(jī)制來(lái)符合某些安全要求，這有助于在需要時(shí)降低潛在風(fēng)險(xiǎn)或?qū)p壞降低到可容忍的水平。

為了實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的功能安全，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)符合當(dāng)?shù)匕踩ㄒ?guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的標(biāo)準(zhǔn)。作為嵌入式應(yīng)用中的主要部分，微控制器的完整性以及其他部件對(duì)于在惡劣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)魯棒性至關(guān)重要。

固件及其限制

讓我們考慮一個(gè)在任何應(yīng)用程序中檢測(cè)開(kāi)關(guān)按下事件的簡(jiǎn)單示例。有多種軟件解決方案可用于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。但是，所有這些解決方案都需要一種算法和一些處理來(lái)解決去抖動(dòng)問(wèn)題或檢測(cè)多按和長(zhǎng)按事件，從而消耗CPU時(shí)間，功耗，并且很可能是一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)先級(jí)的瑣碎中斷服務(wù)例程（取決于交換機(jī)的目的）。

此外，如果要檢測(cè)的不是開(kāi)關(guān)按下，而是檢測(cè)時(shí)間段明顯更小的外部脈沖，事情將變得更加復(fù)雜。錯(cuò)過(guò)了它是最突出的。在檢測(cè)脈沖時(shí)，您可能會(huì)經(jīng)常遇到的另一個(gè)挑戰(zhàn)是毛刺。擺脫軟件中的故障始終是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)橛袝r(shí)它被評(píng)估為“1”，有時(shí)被評(píng)估為“0”，永遠(yuǎn)不確定。

通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)量模擬信號(hào)是許多應(yīng)用最基本的要求之一。這些測(cè)量通常需要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均和低通濾波。用于消除噪聲的基于軟件的濾波器既耗時(shí)又復(fù)雜，而數(shù)據(jù)平均需要大量?jī)?nèi)存。

延遲是軟件帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題;即使您以最佳方式確定所有任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。優(yōu)先級(jí)相同和較低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)必須等到優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)完成。這在某些應(yīng)用中可能對(duì)安全至關(guān)重要。如果某些應(yīng)用程序需要評(píng)估兩個(gè)并發(fā)信號(hào)，軟件只能按順序進(jìn)行。在軟件中處理實(shí)時(shí)信號(hào)很困難，因?yàn)镃PU是同步的，這增加了從輸入到輸出的至少一個(gè)時(shí)鐘周期延遲。

在開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，大量此類并發(fā)癥非常常見(jiàn)。克服它們總是需要復(fù)雜的代碼例程或外部硬件電路，這將增加應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。為閃存程序添加簡(jiǎn)單的CRC檢查可能是一項(xiàng)非常復(fù)雜的開(kāi)發(fā)和測(cè)試任務(wù)。處理這些復(fù)雜代碼會(huì)消耗 CPU 時(shí)間和功耗。從 CPU 卸載它們可以延長(zhǎng) MCU 的休眠持續(xù)時(shí)間，而計(jì)算不需要 CPU。這有助于降低MCU的平均功耗，這在電池供電應(yīng)用中可能非常關(guān)鍵。

PIC18 “Q10”系列 MCU 及其專用外設(shè)

Microchip最新的PIC18“Q10”系列微控制器經(jīng)過(guò)優(yōu)化，具有集成的智能模擬、可配置外設(shè)和5V操作，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的實(shí)時(shí)控制，以實(shí)現(xiàn)抗噪性。

每個(gè)器件都包括一整套內(nèi)核獨(dú)立外設(shè)（CRC /內(nèi)存掃描、可配置邏輯單元、窗口看門(mén)狗定時(shí)器、硬件限制定時(shí)器等）、PWM 和多個(gè)通信接口。此外，該系列還包括智能模擬外設(shè)，如過(guò)零檢測(cè)器（ZCD）、片上模擬比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和帶計(jì)算功能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC2）。ADC2包括硬件電容分壓器（CVD）支持，用于多通道電容式觸摸檢測(cè)。

PIC18 'Q10' MCU 通過(guò)使用其智能模擬和內(nèi)核獨(dú)立外設(shè) （CIP） 促進(jìn)軟件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)替代方案。初始化后，CIP 可提供穩(wěn)態(tài)閉環(huán)嵌入式控制，而不會(huì)受到 CPU 的任何干擾。由于它們是獨(dú)立的外設(shè)和CPU獨(dú)立，因此共享數(shù)據(jù)、邏輯信號(hào)和/或模擬信號(hào)的延遲為零。此外，CIP 有助于降低固件復(fù)雜性，從而減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)。因此，CIP 使您能夠使用 PIC18 'Q10' MCU 輕松設(shè)計(jì)更復(fù)雜的應(yīng)用。

面向嵌入式應(yīng)用的PIC18 “Q10”MCU

Microchip的PIC18“Q10”系列MCU配備了針對(duì)各種實(shí)時(shí)應(yīng)用的大量外設(shè)。PIC18 'Q10' MCU 通過(guò)穩(wěn)健的硅設(shè)計(jì)和制造工藝為系統(tǒng)提供良好的完整性，有助于提高系統(tǒng)穩(wěn)健性。窗口看門(mén)狗定時(shí)器，用于從失控的代碼中恢復(fù)，在應(yīng)用程序中啟用所需的安全功能。安全性是應(yīng)用程序中另一個(gè)備受追捧的功能。片上CRC模塊在通信應(yīng)用中節(jié)省了大量時(shí)間和功耗。內(nèi)存掃描功能為無(wú)線 （OTA） 升級(jí)和系統(tǒng)啟動(dòng)提供固件自檢，防止系統(tǒng)受損。

當(dāng)勤奮使用時(shí)，可配置邏輯單元 （CLC） 是一項(xiàng)非常強(qiáng)大的資產(chǎn)。CLC可以配置為任何基本邏輯門(mén)和/或順序元件，以執(zhí)行無(wú)數(shù)的任務(wù)。例如，在讀取小周期脈沖時(shí)，通過(guò)使用D觸發(fā)器配置中的CLC可以完全避免毛刺。對(duì)于CLC來(lái)說(shuō)，讀取兩個(gè)并發(fā)信號(hào)是一帆風(fēng)順的，因此任何數(shù)字邏輯也可以建立在這兩個(gè)輸入信號(hào)上，如OR，AND和NOR等。給出所需的輸出。CLC 可以與自身、其他 CLC 和/或其他外圍設(shè)備結(jié)合使用。這種多功能性使您可以靈活地創(chuàng)建創(chuàng)新設(shè)計(jì)。編碼器、解碼器、計(jì)數(shù)器、脈沖擴(kuò)展器、環(huán)形轉(zhuǎn)換器、有限狀態(tài)機(jī)等應(yīng)用都可以使用 CLC 輕松實(shí)現(xiàn)。

回到開(kāi)關(guān)去抖動(dòng)問(wèn)題，檢測(cè)開(kāi)關(guān)按下事件所需的魯棒去抖動(dòng)機(jī)制也可以通過(guò)定時(shí)器外設(shè)的硬件限制定時(shí)器（HLT）功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，而無(wú)需任何固件邏輯實(shí)現(xiàn)。定時(shí)器可以檢測(cè)開(kāi)關(guān)按下的上升或下降（或兩者，如果需要），然后在所需的預(yù)編程延遲后生成事件（以克服去抖動(dòng)波動(dòng)）。CLC 還可用于實(shí)現(xiàn)交換機(jī)去抖動(dòng)邏輯。硬件限位定時(shí)器（HLT）在安全關(guān)鍵應(yīng)用中也很有用，可以檢測(cè)潛在的故障情況并采取適當(dāng)?shù)募m正措施將系統(tǒng)從故障狀態(tài)中恢復(fù)，這有助于系統(tǒng)以可預(yù)測(cè)的方式運(yùn)行。

在處理模擬信號(hào)時(shí)，智能模擬外設(shè)（如帶CVD、比較器和ZCD的ADC2）非常方便。ADC2模塊內(nèi)置的后處理計(jì)算功能使您能夠僅在硬件級(jí)別執(zhí)行平均值、突發(fā)平均值、過(guò)采樣、低通濾波、最小/最大閾值檢測(cè)以及更多操作。結(jié)合CVD技術(shù)，ADC2模塊還可用于人機(jī)界面（HMI）應(yīng)用中的電容式觸摸檢測(cè)。您可以在設(shè)計(jì)中添加直觀的觸摸按鈕，避免使用外部觸摸模塊。

模擬比較器和ZCD也是模擬信號(hào)處理應(yīng)用中非常有用的外設(shè)。兩個(gè)外設(shè)都提供瞬時(shí)信號(hào)電平檢測(cè)，因?yàn)樗鼈兣cCPU異步，因此沒(méi)有輸出延遲。

CIP 旨在根據(jù)您編寫(xiě)、調(diào)試、測(cè)試和集成到整個(gè)系統(tǒng)中的軟件代碼自動(dòng)執(zhí)行通常由 CPU 執(zhí)行的任務(wù)。帶有 CIP 的 PIC18 “Q10” 提供更多的睡眠時(shí)間余量，無(wú)需擔(dān)心控制方案可能會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)中斷，從而忽略一個(gè)中斷。它減少了軟件和中斷的數(shù)量，釋放了CPU，并允許降低工作頻率以降低功耗。CIP 和“Q10”的智能模擬外設(shè)是下一代解決方案，可與緊湊型單核 MCU 并行執(zhí)行事件。

開(kāi)發(fā)生態(tài)系統(tǒng)

在任何新設(shè)計(jì)中使用加載功能的PIC18“Q10”MCU都是無(wú)縫且直接的。PIC18 'Q10' 系列 MCU 由 MPLAB X 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 （IDE） 和基于云的 MPLAB Xpress IDE 提供支持。MPLAB X IDE 具有許多功能，可在設(shè)計(jì)階段增強(qiáng)開(kāi)發(fā)和調(diào)試體驗(yàn)，并提供單一集成環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā) PIC 和 AVR MCU 的應(yīng)用。直觀的 MPLAB 代碼配置器 （MCC） 可作為 MPLAB X 的插件提供，提供圖形編程環(huán)境，只需單擊幾下即可生成易于理解的 C 代碼，為您節(jié)省大量時(shí)間和精力。這個(gè)全面且易于使用的開(kāi)發(fā)生態(tài)系統(tǒng)有助于縮短整體設(shè)計(jì)周期和上市時(shí)間。與以前的PIC MCU的引腳對(duì)引腳兼容性確保您可以輕松遷移到“Q10”系列MCU，以增強(qiáng)現(xiàn)有產(chǎn)品的功能，而無(wú)需進(jìn)行大量的重新設(shè)計(jì)。

Microchip的“Curiosity Nano”和“Curiosity HPC”開(kāi)發(fā)板可用于啟動(dòng)使用“Q10”系列MCU的開(kāi)發(fā)和快速原型設(shè)計(jì)。Curiosity板從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)，以利用Microchip的MPLAB X和MPLAB Xpress開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括一個(gè)集成的編程器/調(diào)試器，不需要額外的硬件即可開(kāi)始使用。

總結(jié)

PIC18 'Q10' 系列 MCU 將 PIC CPU、CIP、智能模擬外設(shè)和通信外設(shè)等完美結(jié)合，以開(kāi)發(fā)具有高性能、完整性、設(shè)計(jì)靈活性和低功耗的系統(tǒng)。獨(dú)特的功能集和外設(shè)組合使其成為眾多應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)微控制器，包括但不限于工業(yè)過(guò)程控制、家用電器、傳感器節(jié)點(diǎn)、醫(yī)療、人機(jī)界面、無(wú)線連接、電機(jī)控制和汽車。因此，讓我們開(kāi)始為您的下一個(gè)應(yīng)用程序構(gòu)建下一代智能設(shè)備。

審核編輯：郭婷