电路设计干货——微控制器(MCU)IO口类型详解二

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在电路设计干货----微控制器(MCU)IO口类型详解一,一文中我们提到IO口分为GPIO口和专用IO口。而GPIO的八种工作模式详解:浮空输入、带上拉输入、带下拉输入、模拟输入、开漏输出、推挽输出、开漏复用输出。那下面我们将主要介绍这些IO口的一些用法。

I/O口的输出模式下,有3种输出速度可选(2MHz、10MHz和50MHz)。

这个速度是指I/O口驱动电路的响应速度而不是输出信号的速度,输出信号的速度与程序有关(芯片内部在I/O口 的输出部分安排了多个响应速度不同的输出驱动电路,用户可以根据自己的需要选择合适的驱动电路)。

通过选择速度来选择不同的输出驱动模块,达到最佳的噪声 控制和降低功耗的目的。

高频的驱动电路,噪声也高,当不需要高的输出频率时,请选用低频驱动电路,这样非常有利于提高系统的EMI性能。当然如果要输出较高频率的信号,但却选用了较低频率的驱动模块,很可能会得到失真的输出信号。

关键是GPIO的引脚速度跟应用匹配。

比如:

1、对于串口,假如最大波特率只需115.2k,那么用2M的GPIO的引脚速度就够了,既省电也噪声小。

电路设计干货——微控制器(MCU)IO口类型详解一

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随着智能时代的到来,各种人工智能应用的产品如:车载导航系统、可穿带设备、智能家居等目不暇接,而在这中间,微控制器的应用范围越来越广泛。微控制器(Microcontroller)俗称单片机(Single-chip Microcomputer),也称为微处理器(Microprocessor)。它是把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上的单芯片微型计算机。那么在学习选用MCU和其他逻辑器件的时候我们常别人说这款芯片是推挽输出驱动能力强,这个引脚是开漏输出需要加上拉电阻。有时候会感觉一头雾水,今天就详解一下各IO口的类型与应用。

IO口分为GPIO口和专用IO口。

GPIO的八种工作模式详解:浮空输入、带上拉输入、带下拉输入、模拟输入、开漏输出、推挽输出、开漏复用输出。

1、浮空输入_IN_FLOATING

8位和32位MCU该如何选择?

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该如何对8位以及32位的MCU进行选择?8位和32位MCU在功能上仍是互为辅助、各有千秋,这其中的诀窍就在于,需先了解什么样的应用适合什么样的MCU架构。

本文对比了8位MCU和32位MCU的使用案例,也可作为如何选择这两种MCU架构的指南使用。本文中大部分32位MCU的范例将关注ARM Cortex-M,Cortex-M在不同MCU供应商产品组合中表现得非常相似。鉴于8位MCU有很多种架构,所以很难对8位供应商产品进行类似的比较。为了便于进行比较,我们将使用广泛应用、易于理解的8051 架构,该架构深受嵌入式开发人员的青睐。

8位和32位MCU该如何选择?

有时,当我对比人们所熟知的事物(例如ARM和8051)时,感觉就像在物联网论坛上发出「《星际争霸战》比《星际大战》好看」的帖子一样,很快就能火起来。

事实上,ARM Cortex和8051哪个更好并不是个逻辑问题,就像是在问:吉他和钢琴哪个更好?真正要解决的问题应是哪种MCU能帮我更好地解决当下面临的问题。不同的任务需要使用不同的工具,我们的目的是要了解「如何才能更好地运用我们所拥有的工具」,包括8位和32位MCU。几乎可以肯定地说,那些简单回答「ARM更好」或「8051更好」的人各有其目的,他们也许正在试图销售某种产品。

科普破解MCU技术,就是这么简单!

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MCU的安全等级正在逐步提升,一些公司甚至推出了安全主控,这是很好的现象,说明大家越来越重视嵌入式领域的信息安全和程序安全了。但对于很多特殊行业,比如消费类电子产品,低成本的通讯模块、电源控制模块等等,迫于成本压力以及更新换代速度问题,都无法使用更安全的主控MCU,有很大一部分产品甚至还在使用51单片机。

大家可能都知道破解51单片机是很容易的,但为什么容易,又是如何来破解的,可能很多人就不大清楚了,我在这里结合网上一些前辈整理的资料,和自己的经验,对MCU破解技术做个简单分析。

大家不要把解密想的很复杂,他不像研发一款产品那样,先确定客户需求或者新产品主要功能,然后立项确定技术指标,分配软硬件开发任务,基于硬件调试程序,然后验证功能,测试bug,还要做环境试验。行业里解密的方法有很多,每个人破解的思路也不一样。但是大致分为几种。     

很多MCU开发者对MCU晶体两边要各接一个对地电容的做法表示不理解,因为这个电容有时可以去掉。笔 者参考了很多书籍,却发现书中讲解的很少,提到最多的往往是:对地电容具稳定作用或相当于负载电容等,都没有很深入地去进行理论分析。而另外一方面,很多 爱好者都直接忽略了晶体旁边的这两个电容,他们认为按参考设计做就行了。但事实上,这是MCU的振荡电路,又称“三点式电容振荡电路”,如图1所示。

“图1:MCU的三点式电容振荡电路”
图1:MCU的三点式电容振荡电路

其中,Y1是晶体,相当于三点式里面的电感;C1和C2是电容,而5404和R1则实现了一个NPN型三极管(大家可以对照高频书里的三点式电容振荡电路)。

接下来将为大家分析一下这个电路:首先,5404必需搭一个电阻,不然它将处于饱和截止区,而不是放大区,因为R1相当于三极管的偏置作用,能让5404处于放大区域并充当一个反相器,从而实现NPN三极管的作用,且NPN三极管在共发射极接法时也是一个反相器。

其次将用通俗的方法为大家讲解一下这个三点式振荡电路的工作原理。众所周知,一个正弦振荡电路的振荡条件为:系统放大倍数大于1,这个条件较容易实现;但另 一方面,还需使相位满足360°。而问题就在于这个相位:由于5404是一个反相器,因此已实现了180°移相,那么就只需C1、C2和Y1再次实现 180°移相就可以了。恰好,当C1、C2和Y1形成谐振时,就能实现180移相;最简单的实现方式就是以地作为参考,谐振的时候,由于C1、C2中通过 的电流相同,而地则在C1、C2之间,所以恰好电压相反,从而实现180移相。

再则,当C1增大时,C2端的振幅增强;当C2降低时,振幅也增强。有时即使不焊接C1、C2也能起振,但这种现象不是由不焊接C1、C2的做法造成的,而是由芯片引脚的分布电容引起,因为C1、C2的电容值本来就不需要很大,这一点很重要。

那么,这两个电容对振荡稳定性到底有什么影响呢?由于5404的电压反馈依靠C2,假设C2过大,反馈电压过低,这时振荡并不稳定;假设C2过小,反馈电压 过高,储存能量过少,则容易受外界干扰,还会辐射影响外界。而C1的作用与C2的则恰好相反。在布板的时候,假设为双面板且比较厚,那么分布电容的影响则 不是很大;但假设为高密度多层板时,就需要考虑分布电容,尤其是VCO之类的振荡电路,更应该考虑分布电容。

因此, 那些用于工控的项目,笔者建议最好不要使用晶体振荡,而是直接接一个有源的晶振。很多时候大家会采用32.768K的时钟晶体来做时钟,而不是通过单片机 的晶体分频来做时钟,其中原因想必很多人也不明白,其实上这是和晶体的稳定度有关:频率越高的晶体,Q值一般难以做高,频率稳定度也比较差;而 32.768K晶体在稳定度等各方面的性能表现都不错,还形成了一个工业标准,比较容易做高。另外值得一提的是,32.768K是16 bit数据的一半,预留最高1 bit进位标志,用作定时计数器内部数字计算处理也非常方便。

本文转载自:21IC
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专注于引入新品的全球电子元器件授权分销商贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起开始备货STMicroelectronics (ST) 的STM32H7系列微控制器。此高性能STM32H7微控制器采用与Arm®平台安全架构 (PSA) 框架相同的安全理念,并将这些理念与STM32系列的增强型安全功能和服务完美融合,提升互联智能设备防护性能。

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贸泽备货的ST STM32H7微控制器内置带有双精度浮点运算单元 (FPU) 的32位Arm Cortex®-M7 内核、高达2MB闪存和1MB RAM。此微控制器集成硬件真随机数生成器 (TRNG) 和先进密码加密处理器等硬件安全功能,可简化嵌入式应用和全球物联网 (IoT) 系统的安全设计。

为实现固件安全装载功能,已预装在微控制器内的安全密钥和软件服务准许OEM厂商将已加密的固件交给代工厂,消除了拦截、复制或篡改代码的可能,这可以实现向设备写入代码并验证设备的功能,建立设备连接终端用户网络完成远程在线更新 (OTA) 所需的可信根机制,以便在设备生命周期内下载安装安全补丁或升级软件。

此系列微控制器还提供了一些其他功能来进一步提升性能,其中包括用于提升图形用户界面处理速度和效率的Chrom-ART Accelerator™、实现高速图像处理的硬件JPEG编解码器、高效的直接存储访问 (DMA) 控制器、让微控制器能够全速访问片外存储器的L1高速缓存。多个电源域让开发人员能够最大限度的降低应用功耗,同时数量充足的I/O端口、通信接口、音频和模拟外设可满足娱乐、远程监视和控制等应用需求。

欲知更多信息,敬请访问www.mouser.cn/stm-stm32h7-mcus

贸泽电子拥有丰富的产品线与贴心的客户服务,积极引入新技术、新产品来满足设计工程师与采购人员的各种需求。我们库存有海量新型电子元器件,为客户的新一代设计项目提供支持。Mouser网站Mouser.cn不仅有多种高级搜索工具可帮助用户快速了解产品库存情况,而且网站还在持续更新以不断优化用户体验。此外,Mouser网站还提供数据手册、供应商特定参考设计、应用笔记、技术设计信息和工程用工具等丰富的资料供用户参考。

关于贸泽电子 (Mouser Electronics)

贸泽电子隶属于伯克希尔哈撒韦集团 (Berkshire Hathaway) 公司旗下,是一家屡获殊荣的授权电子元器件分销商,专门致力于以高效的方式,向设计工程师和采购人员提供各产品线制造商的新产品。作为一家全球分销商,我们的网站mouser.cn能够提供多语言和多货币交易支持,分销来自超过700家生产商的500多万种产品。我们通过遍布全球的23个客户支持中心为客户提供贴心的服务,并通过位于美国德州达拉斯南部的 7万平方米智能化仓库向全球220多个国家/地区,超过60万家客户出货。更多信息,敬请访问:http://www.mouser.cn

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作者: 王志东

推介触控 MCU给客户时,经常会有这样的反馈:我们曾使用触控 IC,简单易用。那么,触控 MCU和触控 IC究竟哪个是正确的选择呢?单纯从它们的自身功能特点而言,无法断言孰优孰劣。只能说,某些应用更适合使用触控 IC,而有些应用更适合使用触控 MCU。

1、初次建立触控应用程序的工作负荷及调试难度

从初次建立触控应用程序的工作负荷及调试难度对比二者的不同。使用触控 IC和触控 MCU应用方案中软、硬件组成示意图,如图1所示。

“图1
图1 使用触控IC和MCU应用方案中软、硬件组成图

使用触控 IC的应用方案中,主控MCU和触控 IC 之间的数据交换,通常是通过串行接口(例如,I2C、SPI)实现的。因此,用户需要开发相应的通讯程序,执行数据的交换。无论是利用主控MCU的硬件串行接口,还是使用软件模拟串行协议实现数据传输,都增加了软件开发的负荷。特别是在调试初期,如果主控MCU不能正确检测到触控动作,需要判断故障源是触控 IC异常,或者是通讯程序异常,还是主控MCU侧检测程序的错误。因此,很大程度上增加了软件调试的难度。而使用Rx130的应用方案,用户仅需要将开发工具Workbench生成的触控 程序,集成到应用方案的软件项目中。Rx130简单地调用触控 API接口函数,读取MCU RAM中的标志,即可完成触控 有/无的判断。此外,Workbench 生成的触控程序,通常是基于用户的目标电路板、并完成了初步Tuning 生成的。因此,其正确性是毋庸置疑的。即使整机调试过程中发生故障,仅需要检查、修改主控程序,从而减少了调试内容,利于调试过程中故障源的定位和故障排除。

“图2
图2 优化触控IC的工作环境

2、触控参数精细化

从触控参数(例如,灵敏度)精细化的角度,对比二者的不同。触控 IC通常内置了缺省的参数,如果主控MCU的检测程序和通讯程序正确,那么MCU和触控 IC连通后,即可判断触控有/无的判断。从这一点出发,触控 IC具有优越性。但是,缺省参数是确定的,而用户的应用方案是千差万别的。因此,很多情况下需要对触控 参数做精细化调整,以优化应用方案的触控性能。优化触控 IC的工作环境如图2所示。

如图2所示,Tuning软件使用串行接口实现触控参数的调整,并将优化后的参数通过串行接口写入到触控 IC。为了验证更新后的参数在应用系统中的整体性能,需要连接主控MCU和触控 IC,并运行MCU中的控制程序。但是,调试工具和主控MCU共用触控 IC的串行接口,因此,需要切断和调试工具的连接,并将串行接口切换到主控MCU。换言之,在验证参数整体性能时,无法通过调试工具的GUI,直观监测参数调整后的效果。

“图3
图3 调整Rx130应用方案的环境

调整Rx130应用方案的环境如图3所示。由于Rx130利用内置的触控模块检测触控动作,用于通讯的串行接口(例如,UART)仅用于和调试工具Workbench通讯,因此,即使在Rx130运行程序、验证参数的过程中,仍然可以通过串行接口,将当前参数的触控效果反映到Workbench的GUI界面,方便用户直观地观测到参数调整后的效果。

3、程序烧写成本

“图4
图4 触控IC方案及Rx130方案程序烧录

从程序烧写的成本,比较二者的不同。如图4所示,如果用户不使用触控 IC的缺省参数,而是使用结合具体应用方案优化后的参数,那么需要通过编程器将最新的参数固化到触控 IC。特别是批量生产时,增加了烧录触控 IC的额外成本。而右图所示的Rx130方案中,仅需要将应用程序烧录到Rx130中。

4、LED驱动

从LED驱动的角度,比较二者的异同。通常,触控 IC内置了LED Driver。如果应用方案中需要使用LED表示触控动作的有/无,并且应用产品的结构设计,要求LED紧邻触控电极,如图5所示,那么使用触控 IC更方便PCB的Layout。

“图5
图5 触控IC更方便PCB的Layout

但是,并非所有的应用产品,都需要使用LED表示触控动作的有/无,例如,简易的触控 Pad。此时,使用Rx130等触控 MCU是更合适的选择,因为无需支付使用触控 IC 中所含LED Driver的隐性费用。或者在结构设计方面,需要将表示触控动作有/无的LED远离触控电极,那么也建议使用触控 MCU,因为触控 MCU通常有更多的引脚可供选择,方便优化PCB Layout。

5、结论

本文以Rx130 触控 MCU为例,简单分析了触控 MCU 和 触控 IC的各自优点。用户在开发具体的应用产品时,究竟选择触控 IC,还是触控 MCU,不仅考虑触控产品自身的功能特点,而是综合应用产品的结构设计、使用环境、触控性能要求、开发/调试周期、成本等诸多因素做出的判断。

本文转载自:瑞萨电子
声明:本文为转载文章,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有,如涉及侵权,请联系小编邮箱:cathy@eetrend.com 进行处理。

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在之前的直播课堂“打造面向物联网的下一代低功耗BLE解决方案”,小伙伴听了高级现场应用工程师Harris Chan关于物联网应用开发技术的详细讲解,是否收获满满、意犹未尽呢?

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为了让小伙伴们更深入了解如何创建面向物联网的下一代低功耗BLE解决方案。贸泽携手赛普拉斯开设第二部分直播课堂。

作为第二部分,本场直播高级现场应用工程师Harris Chan将详解物联网专用超低功耗、高安全性、高集成度PSoC 6 MCU实用开发。

直播内容

您将收获:

1.了解双核架构以及如何优化IoT系统功耗和性能

2.了解PSoC 6 MCU中软件定义数字/模拟外设所带来的灵活性

3.借助于PSoC 6 MCU和PSoC Creator IDE轻松开发BLE应用

主讲内容

Harris Chan拥有丰富的PSoC 6 MCU动手实践教学经验!本场进阶课程主要围绕以下几个主题展开:

1.PSoC Creator IDE

2.双核架构及开发双核设计的方法

3.软件定义数字/模拟外设的灵活性

4.BLE连接设计

* 需要购买PSoC 6 BLE Pioneer套件 (CY8CKIT-062-BLE)的参与者,可至贸泽官网购买,一起跟随Harris Chan动手实验。

主讲嘉宾

“Harris
Harris Chan
高级现场应用工程师

赛普拉斯亚太区(大中国、印度和东盟国)FAE经理,负责赛普拉斯的所有产品。除了负责FAE和项目/漏斗管理,还积极地为给客户和分销商提供实验室实践培训(主要为MCU/PSoC课程),在赛普拉斯的近7年时间里培训了超过500名工程师。在加入赛普拉斯之前,他曾在National Semiconductor工作过10多年,熟练掌握了模拟和高速接口应用设计知识。他热衷于学习新技术,主持培训项目,并喜欢迎接新的挑战。他拥有香港大学电气与电子工程学士学位。

报名地址:
http://www.moore8.com/special/livevideo/0821

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对物联网感兴趣的你,本场直播一定不容错过。

我们还为小伙伴们准备了各种各样的福利哦!

直播福利

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