對于絕大多數(shù)MCU,下列功能是最普遍也是最基本的,針對不同的MCU,其描述的方式可能會有區(qū)別,但本質(zhì)上是基本相同的:
TImer(定時器):TImer的種類雖然比較多,但可歸納為兩大類:一類是固定時間間隔的TImer,即其定時的時間是由系統(tǒng)設(shè)定的,用戶程序不可控制,系統(tǒng)只提供幾種固定的時間間隔給用戶程序進(jìn)行選擇,如32Hz,16Hz,8Hz等,此類TImer在4位MCU中比較常見,因此可以用來實現(xiàn)時鐘、計時等相關(guān)的功能。
另一類則是Programmable Timer(可編程定時器),顧名思義,該類Timer的定時時間是可以由用戶的程序來控制的,控制的方式包括:時鐘源的選擇、分頻數(shù)(Prescale)選擇及預(yù)制數(shù)的設(shè)定等,有的MCU三者都同時具備,而有的則可能是其中的一種或兩種。此類Timer應(yīng)用非常靈活,實際的使用也千變?nèi)f化,其中最常見的一種應(yīng)用就是用其實現(xiàn)PWM輸出。
由于時鐘源可以自由選擇,因此,此類Timer一般均與Event Counter(事件計數(shù)器)合在一起。
IO口:任何MCU都具有一定數(shù)量的IO口,沒有IO口,MCU就失去了與外部溝通的渠道。根據(jù)IO口的可配置情況,可以分為如下幾種類型:
純輸入或純輸出口:此類IO口有MCU硬件設(shè)計決定,只能是輸入或輸出,不可用軟件來進(jìn)行實時的設(shè)定。
直接讀寫IO口:如MCS-51的IO口就屬于此類IO口。當(dāng)執(zhí)行讀IO口指令時,就是輸入口;當(dāng)執(zhí)行寫IO口指令則自動為輸出口。
程序編程設(shè)定輸入輸出方向的:此類IO口的輸入或輸出由程序根據(jù)實際的需要來進(jìn)行設(shè)定,應(yīng)用比較靈活,可以實現(xiàn)一些總線級的應(yīng)用,如I2C總線,各種LCD、LED Driver的控制總線等。
對于IO口的使用,重要的一點必須牢記的是:對于輸入口,必須有明確的電平信號,確保不能浮空(可以通過增加上拉或下拉電阻來實現(xiàn));而對于輸出口,其輸出的狀態(tài)電平必須考慮其外部的連接情況,應(yīng)保證在Standby或靜態(tài)狀態(tài)下不存在拉電流或灌電流。
外部中斷:外部中斷也是絕大多數(shù)MCU所具有的基本功能,一般用于信號的實時觸發(fā),數(shù)據(jù)采樣和狀態(tài)的檢測,中斷的方式由上升沿、下降沿觸發(fā)和電平觸發(fā)幾種。外部中斷一般通過輸入口來實現(xiàn),若為IO口,則只有設(shè)為輸入時其中斷功能才會開啟;若為輸出口,則外部中斷功能將自動關(guān)閉(ATMEL的ATiny系列存在一些例外,輸出口時也能觸發(fā)中斷功能)。外部中斷的應(yīng)用如下:
外部觸發(fā)信號的檢測:一種是基于實時性的要求,比如可控硅的控制,突發(fā)性信號的檢測等,而另一種情況則是省電的需要。
信號頻率的測量,為了保證信號不被遺漏,外部中斷是最理想的選擇。
數(shù)據(jù)的解碼:在遙控應(yīng)用領(lǐng)域,為了降低設(shè)計的成本,經(jīng)常需要采用軟件的方式來對各種編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼,如Manchester和PWM編碼的解碼。
按鍵的檢測和系統(tǒng)的喚醒:對于進(jìn)入Sleep狀態(tài)的MCU,一般需要通過外部中斷來進(jìn)行喚醒,最基本的形式則是按鍵,通過按鍵的動作來產(chǎn)生電平的變化。
通訊接口:MCU所提供的通訊接口一般包括SPI接口,UART,I2C接口等,其分別描述如下:
SPI接口:此類接口是絕大多數(shù)MCU都提供的一種最基本通訊方式,其數(shù)據(jù)傳輸采用同步時鐘來控制,信號包括:SDI(串行數(shù)據(jù)輸入)、SDO(串行數(shù)據(jù)輸出)、SCLK(串行時鐘)及Ready信號;有些情況下則可能沒有Ready信號;此類接口可以工作在Master方式或Slave方式下,通俗說法就是看誰提供時鐘信號,提供時鐘的一方為Master,相反的一方則為Slaver。
UART(Universal Asynchronous Receive Transmit):屬于最基本的一種異步傳輸接口,其信號線只有Rx和Tx兩條,基本的數(shù)據(jù)格式為:Start Bit + Data Bit(7-bits/8-bits) + Parity Bit(Even, Odd or None) + Stop Bit(1~2Bit)。一位數(shù)據(jù)所占的時間稱為Baud Rate(波特率)。
對于大多數(shù)的MCU來講,數(shù)據(jù)為的長度、數(shù)據(jù)校驗方式(奇校驗、偶校驗或無校驗)、停止位(Stop Bit)的長度及Baud Rate是可以通過程序編程進(jìn)行靈活設(shè)定。此類接口最常用的方式就是與PC機的串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
I2C接口:I2C是由Philips開發(fā)的一種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,同樣采用2根信號來實現(xiàn):SDAT(串行數(shù)據(jù)輸入輸出)和SCLK(串行時鐘)。其最大的好處是可以在此總線上掛接多個設(shè)備,通過地址來進(jìn)行識別和訪問;I2C總線的一個最大的好處就是非常方便用軟件通過IO口來實現(xiàn),其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率完全由SCLK來控制,可快可慢,不像UART接口,有嚴(yán)格的速率要求。
Watchdog(看門狗定時器):Watchdog也是絕大多數(shù)MCU的一種基本配置(一些4位MCU可能沒有此功能),大多數(shù)的MCU的Watchdog只能允許程序?qū)ζ溥M(jìn)行復(fù)位而不能對其關(guān)閉(有的是在程序燒入時來設(shè)定的,如Microchip PIC系列MCU),而有的MCU則是通過特定的方式來決定其是否打開,如Samsung的KS57系列,只要程序訪問了Watchdog寄存器,就自動開啟且不能再被關(guān)閉。一般而言watchdog的復(fù)位時間是可以程序來設(shè)定的。Watchdog的最基本的應(yīng)用是為MCU因為意外的故障而導(dǎo)致死機提供了一種自我恢復(fù)的能力。
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mcu
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可編程定時器
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