微控制器為物聯網：小體積帶來大影響

處理器都工作在幾乎所有連接的設備的關鍵要素，并有望帶動數以百萬計的“終端節(jié)點”，為物聯網（物聯網）的部署。端節(jié)點包括數據融合組件，結合多種功能在單個器件中的各種元素，如米，傳感器，顯示器，和預處理器，以及。在物聯網端節(jié)點一個常見的需求是需要小尺寸，因為這些設備通常限制在一個非常小的足跡?？紤]，例如，可佩戴裝置;體積小，重量輕是客戶認可的關鍵。單片機在小包裝為控制規(guī)模受限的物聯網終端節(jié)點應用的完美元素。許多MCU還具有附加功能，可以很容易地適應一個非常強大的設計中融入了針腳限制外形。靈活的引腳分配，自主運行和智能外設互連的先進功能的小引腳數MCU有進一步提升自己的能力，使大小受限的應用有很大的影響的一些例子。

小引腳數封裝

小尺寸封裝是一個關鍵推動因素配合的MCU到深受廣大物聯網端點所允許的限制電路板空間?？纱┐髟O備，特別是，將具有非常有限的空間，但是仍然會需要顯著處理能力和存儲，以執(zhí)行傳感器，傳感聚合器，和控制器所需的前端功能。芯片級封裝（CSP）提供了一個超小尺寸，無需異國情調的制造能力。飛思卡爾的Kinetis KL03 20引腳CSP MCU系列，例如，采用20引腳CSP格式有1.6×2.0平方毫米封裝尺寸。如在圖1中所示的圖示中，20針裝置具有20焊錫凸塊的細微間隔裝配到電路板空間最小量。

圖1：飛思卡爾KL03系列單片機在芯片級封裝。 （飛思卡爾提供）小型封裝不需要提供小的處理能力，但是。該KL03具有強大的48MHz的32位ARM Cortex-M0處理器具有32 KB的片上閃存和2 KB的片上SRAM的核心。多個串口（LPUART，SPI，I2C）可以很容易地將MCU連接到標準外設。一個12位ADC的模擬比較器和內部基準電壓支持常見的檢測要求。定時操作，在物聯網應用中非常常見，都與一個低功率定時器，以及一個實時時鐘的支持。脈沖寬度調制（PWM）定時器還可以簡化機械控制應用。在一個非常小的20引腳CSP格式，這大的權力是可用來設計的大能力的一個很好的例子。

智能一體化

MCU廠商不只有提供強大的CPU小包裝卻停止。添加智能集成 - 專門的硬件，可最大限度地減少外部配套設備 - 是另一種方式來收拾盡可能多的功能集成到一個小的電路板空間。作為一個例子，有多少次，你需要少量額外的簡單的組件結合外部函數，這樣他們可以裝配到銷有限的設備？你也需要做這樣的一種方式來加快輸入信號的處理時，CPU管理位感應回路太慢或使用了太多寶貴的CPU時間？ MCU制造商開始通過片上添加用戶邏輯來解決這些需求更多的邏輯集成。這種類型的智能一體化的一個例子是從Microchip PIC16（L）F1503的MCU。該裝置包括少量在其上配置的邏輯的，使用所謂的可配置邏輯單元或社區(qū)學習。這些邏輯單元可以被用來創(chuàng)建從設備輸入端和內部信號的簡單的邏輯功能。 CLC的輸出可用于在設備的輸出或內部設備。 CLC結構的圖示于圖2。

圖2：PIC芯片上配置邏輯框圖。 （Microchip的提供）多達16個輸入可以選擇，然后邏輯功能可用來創(chuàng)建四個生成的輸出。每個輸出可單獨使能，極性選擇，邊緣檢測，或注冊 - 這取決于正用于輸出。八個可能的邏輯功能包括選擇的AND-OR，OR-XOR，鎖存器，和寄存器 - 所有需要的銷受限設備上的常用功能。例如，你可以從你的板子一些簡單的門集成到MCU，也可以創(chuàng)建一些簡單的功能來消除CPU周期通常用來合并或條件的設備投入。需要注意的是外設，現在可以使用硬件，而不是CPU密集型輪詢和“位模擬”技術相結合。這原來簡單的外設集成到更智能的人，使他們能夠獨立CPU的監(jiān)督工作。一個ADC，定時器，中斷控制器，現在可以方便地組合成一個完整的傳感子系統(tǒng)，與CPU干預僅在需要時子系統(tǒng)需要它，也許當一個或超時條件出界外發(fā)生。對于Microchip的配置邏輯努力的概況看到的產品培訓模塊恰當地命名為“可配置邏輯單元。”

高效引腳分配

其中一個使用小引腳數MCU的問題越來越分配給IO引腳正確的函數。在許多微控制器的輸出引腳被多個外設共享，這是可能的，你要使用的外設有沖突的IO任務。這使得很難得到你想要在最小包裝的功能數量。您可能需要使用特定的資源組合一個較大的封裝。 IO分配也影響板布局和信號路由。你可以使用更多的電路板空間或多個信號層比理想情況下，如果銷不放置在方便的地方結束。一些MCU廠商正在解決這些局限，增加引腳分配的靈活性。恩智浦，例如，增加了可用于為各種片上外設的信號“交換”針位置的IO引腳矩陣。由于提供了恩智浦LPC82x系列（圖3），在IO-開關矩陣提供29 IO引腳一個交換能力。 GPIO信號，定時器，串行外圍設備，甚至模擬輸入可任意切換到器件的引腳你的愿望。

圖3：恩智浦LPC82x系列的IO引腳開關矩陣。 （恩智浦提供）的開關矩陣，可以從任何的29 IO引腳到任何內置外設全面的連通性。 （只有少數例外，例如，JTAG引腳始終會分配給PIO_0給PIO_4當器件處于邊界掃描模式和PIO_4用于喚醒從深度掉電，這些例外情況是可以理解的，因為相關的功能是使特定的設備。）開關矩陣是非常靈活，你甚至可以將多個外設輸入到同一個器件的引腳，以減少總引腳數還要多。列入對LPC82x MCU的開關矩陣的顯著提高你的能力，以獲得正確的信號恰到好處的引腳，允許您使用您的具體應用的最小尺寸的封裝和電路板空間。恩智浦還提供工程師題為產品培訓模塊“介紹IO開關矩陣”，它可以在向Digi-Key的網站上找到。

自主外設操作

有效利用MCU引腳可以通過MCU的硬件功能，連接輸入引腳和內部外圍設備的支持。這允許創(chuàng)建銷效率，需要很少或沒有CPU干預自主外設。考慮瑞薩RL78 / G13系列MCU（例如，R5F1007DANA＃U0），其中有一個事件鏈路控制器（ELC），其選擇的各種活動（如外部輸入中斷，內部中斷，定時器中斷，或者比較匹配的結果），并經由硬件到所需的外圍設備輸入連接它們。如圖4時，它使用一個外部中斷以觸發(fā)一個模擬 - 數字轉換。這是可以實現而不涉及CPU的，甚至可能是在CPU處于低功率休眠模式。這有效地使用IO資源，同時保持功耗盡可能地低，對大多數的IoT應用的另一個關鍵要求。

圖4：在瑞薩電子RL78 / G13系列MCU使用事件鏈接控制器。摘要低引腳數封裝（瑞薩提供）是理想的許多物聯網應用，并利用這些小的包時，你不必放棄強大的處理能力。通過IO開關矩陣高效引腳映射，事件鏈接控制器，或片上可配置邏輯單元能提高銷效率，以確保在最尺寸受限的物聯網應用中使用的是最小的電路板空間。