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MCU集成温度传感器简化补偿设计 |
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newmaker 来源：电子系统设计 |
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在工业控制领域，许多应用都要求微控制器能够以更小的体积集成更丰富的外设，能够提供更快的运算速度，应对实时性的要求。例如，在光纤通信、电机控制和数据采集等应用中，需要利用微控制器对被控对象进行实时的控制与中断处理。另外，在这些应用中，传感器、激光器和电源等随温度变化引起的参数变化也需要进行补偿。
在光学收发器模块、无刷直流电机控制和传感器接口等应用中，尺寸小、速度快和高性能模拟特性至关重要。Silicon Labs公司亚太区MCU高级市场经理彭志昌介绍，光学模块被广泛应用于光纤通信中，对电信号和光信号进行相互转换。高集成度(温度传感器、DAC、晶振)有助于节约成本和PCB面积。在吸尘器、烘干机、电风扇和胰岛素泵等各种消费电子产品和医疗产品中都采用了小型BLDC电机，高速PWM、ADC和比较器可以使电机的速度更快、安全性更高。另外，很多传感器对体积、功耗和数据转换精度的要求也都非常高。Silicon Labs的C8051F39x和C8051F37x系列(图1、图2)便是针对以上应用推出的微控制器产品。
图1：C8051F37x和C8051F39x系列CPU。
图2：C8051F39x/37x MCU架构。
这两个MCU系列在小尺寸封装中集成了多种模拟功能。彭志昌指出，它们是C8051F330/336 MCU的改进版本。二者的最大亮点是在片内集成了一个非常精确的温度传感器。很多应用都需要利用温度传感器做一些温度的补偿、校正与控制。Silicon Labs在C8051F330/336微控制器中就集成了温度传感器，但若能提供一个更为精准的温度传感器，在设计开发的时候就可以更加方便。该全新的温度传感器的精度可以达到±2℃，工作范围从-40℃到105℃。在应用时，它们不需要进行工厂校准，无需占用CPU带宽计算温度，从而可以节省产品成本。另外，它们以℃的方式报告温度，可以简化固件设计(其他产品需利用ADC的原始数据进行进一步分析)。
C8051F39x和C8051F37x系列采用了极速的8051 CPU(50MHz)，带有四个中断优先级，能够处理复杂逻辑和进行实时控制与中断处理。它们提供了更快的外设和PWM速度，例如16通道、500ksps、10位的差分ADC，两个DAC和内部电压参考等。这两个系列的区别在于C8051F37x系列带有一个512字节的EEPROM。C8051F37x的EEPROM提供1M次的擦写次数，比一般的flash快很多，比如，在flash上写一页需要112ms，而在EEPROM上写一页仅需要3.5ms即可。
光模块对封装的要求非常严谨(一般不会接受大于5mm×5mm的封装)，C8051F39x/37x采用的4mm×4mm小封装会带来很大的方便(图3)。50MIPS CPU和4个中断优先级则能够实现更快的通信速度和低延迟。另外，光模块中激光的传输速度和稳定性会根据不同的温度改变。温度补偿在光通信中非常重要。C8051F39x/37x提供的精准的、无需矫正的温度传感器能够简化产品设计，降低测试成本。DAC也是光模块必须具备的一个功能，C8051F39x具有的ADC、温度传感器及两个DAC完全符合光模块对MCU的要求。
图3：C8051F39x/37x MCU光模块应用
电机控制要求转速的控制越快越好，这对CPU的运算能力和ADC的采样速度提出了较高要求。C8051F39x/37x高速CPU和4个中断优先级能够提供快速的中断处理，实现平滑的电机运行(图4)。快速ADC能够快速测量电流、电压和EMF，获得更高的电机速度。6个高速定时器和PCA可以方便利用额外时基控制转换和升级速率。比较器则可提供过压、过流、过热和过零检测，实现安全和保护功能。
图4：C8051F39x/37x MCU用于电机控制
C8051F39x/37x用于各种传感器(电阻、压力、光、加速计、流量等)接口时，差分ADC可用于测量微小信号的差分传感器输出。很多传感器对体积、功耗的要求都很高。一般传感器的信号较小，它们对模数转换的精度有较高的要求。差分ADC输入比传统的单个输入更加准确。低功耗的MCU(160μA/MHz工作模式)可以延长电池寿命。由于CPU的速度非常快，在低功耗下唤醒时，处理数据的时间更短，可以降低整体的功耗。
另外，Silicon Labs在提供C8051F39x/37x MCU时，还提供了完整的开发工具(包括IDE和SDCC编译器)，同时也支持第三方的工具集(例如Keil、IAR、Raisonance等)。开发套件包括全功能的开发套件和低成本的ToolStick套件。针对工程师开发，该公司还提供一些软件库、应用档案和参考档案等。
最后，在问及产品开发可能碰到的问题时，他表示，C8051F39x/37x使用8051内核，碰到的问题并不多，但也确实存在开发人员对产品外设的功能不太了解的情况。比方说ADC，很多客户不知道ADC还附带有很多的其他功能，比如它可以用做数据采样，可以确定采样几个通道等。另外，很多模块功能可能并未采用。因此，让设计人员了解产品内部增加的很多功能也是最需要注意的一个地方。(end)
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(10/23/2012) |
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