为便携式终端测量应用选择微控制器

为便携式终端测量应用选择微控制器

技术分类：    作者：Juan Alvarez，德州仪器公司  发表时间：2007-09-11

　　为应用选择适当的(MCU) 已日益成为一项严峻的挑战，因为各种MCU在成本、外设设计与组合、CPU架构及板上集成度等方面的差别日趋增大。就便携式工业测量应用而言，人们最看重 的因素是电池的使用寿命、高性能的模拟外设以及适当的用户接口，这些因素决定着哪种MCU将成为测量应用的最佳选择。

　　较长的电池使用寿命

　　为了尽可能延长电池的使用寿命，设计方案必须将平均电流消耗最小 化。设计人员不仅应考虑操作参数，而且还应计算出所有操作条件下的平均功耗。目前的低功耗MCU可提供有源模式、待机模式及断电模式等多种操作模式。在有 源模式下，所有时钟都处于工作状态。在待机模式下，CPU时钟处于非工作状态，但运行实时时钟，等待中断事件唤醒CPU；通常MCU都具有不同级别的待机 工作模式。在断电模式下，所有时钟都处于非工作状态，等待中断事件唤醒CPU。为了了解不同工作模式的功耗，我们必须要考虑数据表以外的特性。一些数据表 给出的电流消耗是在不切实际的操作条件下的情况。为了了解准确的情况，我们在实际应用环境中，根据特定的工作电压与工作温度情况比较不同操作模式下的最大 电流功耗，通常就锂离子电池而言，电压

为3V，工作温度为25℃。

　　延长电池使用寿命的另一种办法，就是尽可能缩短待机或断电模式到有源模式间的转换时间。一些厂商推出了“随需即用”型时钟源，专为中断事件后立即提供稳定的时钟源而设计。

　　MCU可用标志轮询或中断矢量来唤醒CPU。中断驱动型架构可大幅节约功耗，因为CPU能立即响应于任何事件，不必为轮询外设而浪费电流。

　　待机模式的功耗低于有源模式。专为降低功耗而设计的MCU能用定时器和数据自动触发模数转换，不必通过直接存储器存取(DMA)和缓存采样来进行CPU干预。CPU空闲时，可用作其它工作，这有助于提高系统吞吐能力，此外也可以关闭CPU，以降低应用的平均功耗。

　　最小化漏电流对降低功耗至关重要。对大多数便携式应用来说，终端产品大多数时间都不工作，因此漏电流决定着平均电流消耗的大小。因此要计算整个端口的漏电流，并确保端口配置能够最小化电流消耗。

　 　我们应分别评估MCU中的不同功能，以了解其对电流消耗的影响。举例来说，在集成欠压保护功能时就要非常小心。在插入电池或电源降至正常电源规范以下但 又高于接地电压时，就可能发生欠压。大多数MCU都集成了欠压保护功能，但这会使平均电流消耗增加20μA～70μA。选择MCU时，要注意避免在增加保 护机制时提高电流消耗。

　　高性能模拟

　　我们要仔细研究MCU产品系列提供的外设，确保它能满足目前及未来的各种需 求。举例来说，MSP430系列中的某些产品包括12位模数转换器、12位数模转换器和低功耗运算放大器，因此非常适合用于便携式测量应用。此外，如果现 在还没有能够提供适当模拟外设组合的MCU，我们也可以采用外部模拟外设，毕竟性能比集成度更重要。

　　如果MCU集成了外设，那么我们要考虑外设设计问题，确保其在应用过程中充分发挥其固有的作用。一个带12位ADC的16位MCU处理数据的速率快于8位MCU。16位MCU可以在一个16位寄存器中进行采样，而8位MCU则要在两个8位寄存器中处理采样。

　　用户接口

　　设计的另一因素就是高效集成应用所需的所有用户接口，其中包括键盘、显示器和 通信端口等。键盘功能非常简单，但设计人员要确保应用能够中断并高效处理键盘按键操作。液晶显示器(LCD)通常用于向用户提供反馈信息，其成本、功耗都 较低。大多数制造商都采用定制的显示器，不管显示什么字符和符号，都尽可能减小系统和显示器所用的电压。在选择MCU时，要确保不用CPU定期更新显示 器。设计人员应了解MCU能支持多少片段，应用又能支持多少片段。

　　通信端口是另一种用户接口。我们可采用多种通信方案，其中包括I2C、RS-232、RS-485和RF等。我们可根据所需波特率选择软硬件，其中包括低成本的软件解决方案，但通常会占用MCU一定的资源。

　 　MSP430FG43x系列是一个很好的例子，反映了我们以上所述的所有问题。在MSP430FG43x，12位模数转换器以4096步长的分辨率对高 精度电压源传感器采样，传感器信号在采样满足所需动态范围前已经进行了预放大。前置放大器的非反相输入由12位模数转换器偏置，以实现精密微调。系统采用 电池供电，当电源电压低于规定的最小电压时通过电源电压监控(SVS)电路来对软件复位。LCD显示器向用户显示测量结果。