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嵌入式百度云教學視頻_嵌入式系統(tǒng)連結設計

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發(fā)表于 2020-7-26 21:57:56 | 只看該作者 回帖獎勵 |正序瀏覽 |閱讀模式
嵌入式百度云教學視頻_嵌入式系統(tǒng)連結設計,   

  USB連結是許多嵌入式應用的重要規(guī)格;高度整合的USB微控制器解決方案,不僅能以最簡易的方式為嵌入式系統(tǒng)建立USB連結,還能提供高效能的CPU功能;其所附帶的整合式類比周邊更有助于降低元件數(shù)量和材料清單成本,進一步滿足市場需求! 


  


   

  高整合度USB微控制器可以高成本效益,完成嵌入式連結功能設計。

  加入更多功能/周邊 降低整體成本

  USB在工業(yè)和消費應用中迅速獲得采用,同時也為嵌入式解決方案的設計人員帶來挑戰(zhàn),因為設計人員須把USB連結融入產(chǎn)品中,且還要維持或者降低整體成本。早期版本的USB微控制器是為增設USB介面所開發(fā),但它沒有能力支援其他的功能或周邊設備。當USB剛推出時,這些元件在推動USB介面的全面普及上扮演重要的角色,即使到今天,這些橋接元件也可當作有效解決方案。只要透過輔助晶片,即可迅速增添全速型USB,而不必重新設計整個系統(tǒng)。不過,對于一些成本敏感的應用,這種做法或許不盡理想。

  為克服成本上的難題,新一代的USB微控制器加入更多的功能與周邊裝置。不過,具備不同周邊功能的USB微控制器雖然在市場上大幅成長,但還是不及高度整合的解決方案。高整合度的USB解決方案不僅能加入適當組合的周邊裝置,還能確保這些功能強大到足以支援重要的應用需求。雖然應用需求深受終端產(chǎn)品的特性與功能所影響,但大部分的應用主要須涵蓋三個共通的層面。

  首先是中央處理器(CPU)的效能以及把USB并入周邊裝置的影響;第二須考量的層面是,在類比功能或周邊裝置上扮演真實世界訊號連結的要角;最后,由于各種應用對成本幾乎都很敏感,因此可消除外部元件需求以降低成本的USB建置便十分理想。

  CPU主要的功能為執(zhí)行用戶碼,所以它能不能及時執(zhí)行指令并處理資料便至關重要。一般符合成本效益的USB控制器都會采用先進先出(FIFO)的方式來管理進出的封包,而CPU可將資料存取于緩沖器內(nèi),并同時執(zhí)行其他的作業(yè)。

  CPU/USB功能交互作用難題迎刃解

  在橋接應用的例子中,假設需求是要把序列式的通用異步收發(fā)器(UART)橋接到USB的系統(tǒng)上。最簡單的方法,CPU應該要能從UART介面擷取資料,并存入USB FIFO中,反之亦然。不過,要是同樣此應用須執(zhí)行其他簡單的功能,像是反轉字節(jié)排序,或者執(zhí)行復雜的功能,如套用軟體過濾程式,該怎么辦?一開始的簡單作業(yè)突然變成極為復雜的運算,而這須要經(jīng)過特別的處理才能妥善管理,于是對CPU所造成的負擔便愈來愈大。

  一般的協(xié)定橋接都是把一個周邊裝置的資料傳往另一個,并且?guī)捉磿r,所以CPU須具備必要的效能來讀寫及運作資料,延遲時間也要縮短到能讓人接受。芯科實驗室(Silicon Labs)推出一系列的微控制器,為低價USB解決方案中較佳的范例,該系列微控制器具備強化的高速CPU,能夠在一或二個系統(tǒng)時脈周期就能執(zhí)行七成的指令。這種效能不僅足以滿足協(xié)定橋接應用的需求,還能支援其他大部分的高速USB應用。另一個優(yōu)點是,高速CPU能在較短的時間內(nèi)執(zhí)行較多的工作,所以能降低整體的耗電量,并使系統(tǒng)在低功耗模式中維持較長時間運作(圖1)。

  


  


   

  圖1 高效能微控制器可使系統(tǒng)在低功耗模式下延長作業(yè)時間

  因應不同需求 微控制器內(nèi)建ADC已成趨勢

  很多應用都有采用類比式的功能或周邊裝置,像是類比數(shù)位轉換器(ADC)和比較器,例如從基礎的電池管理到高速感測介面中,極為復雜的資料擷取系統(tǒng),每個應用都須使用ADC和比較器來支援廣泛的應用,而ADC和比較器必須具備強大的效能,以因應各種不同的需求,同時還必須價格低廉以便整合到USB微控制器中。

  有些廠商的微控制器就具備內(nèi)建高效能的ADC,而這些ADC的轉換時間是追蹤一次500ksps,并具有能在ADC每次轉換后,插入時脈循環(huán)的能力。

  具體來說,當轉換的訊號出現(xiàn)后,每次轉換前都會有一段三個ADC時脈循環(huán)的追蹤期(圖2)。當有好幾個ADC頻道在運作時,這種模式就非常有用,因為它能建立正確轉換時所不可或缺的適當安定時間。此外,偵測可編程窗口的效能也可用來比對ADC的輸出暫存器和使用者所編程的限制。這種效能尤其適用于電池管理的應用,因為使用者可限制電池存量要到多低時才發(fā)出警示。另外,由于不須動用到CPU的任何效能,因此延遲期間非常短,可進一步提高電池應用的安全性。

  


  


   

  圖2 類比數(shù)位轉換器追蹤模式

  比較器提供另一種非常有用的類比功能,并廣泛運用在許多應用中,如血糖機中的比較器是用來檢測試紙的置入,或者像胰島素泵則須要快速關機機制以防止電泵當機。在這兩個例子中,比較器的反應時間與耗電量就顯得格外重要。

  在傳統(tǒng)的USB裝置中比較器的規(guī)格都很寬松,而先進的微控制器可提供可編程反應時間短至100奈秒(ns)。耗電量也可由使用者來選定,以低到1微安培(μA)這點來看,微控制器的裝置,其所達到的類比效能數(shù)值跟一般的離散式類比積體電路(IC)可說是不相上下。當USB的微控制器整合高效能類比效能時,它就能提供符合成本效益的單晶片解決方案,并替代外部類比元件。

  
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