把32位微控制器性能帶入工業(yè)和汽車應(yīng)用

增強(qiáng)的處理能力可通過多種不同的方式來提升應(yīng)用的性能：

更高的準(zhǔn)確度和精度：更大的處理能力讓微控制器能夠以更高的采樣率支持更精確的ADC和DAC。

模擬傳感器的直接使用：AVR UC3C具有基于DMA的ADC、先進(jìn)的處理能力，以及可正確管理模擬傳感器的精確時(shí)序的集成技術(shù)，故相比傳統(tǒng)的微控制器架構(gòu)，可以支持更多的模擬傳感器。

更先進(jìn)的算法：實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的算法，如三相馬達(dá)控制和死區(qū)插入技術(shù)(dead-band insertion techniques)，可以提高系統(tǒng)效率，降低系統(tǒng)的功耗和成本。

差異性：更大的處理能力還能夠?qū)崿F(xiàn)更先進(jìn)的用戶接口圖形。例如，許多微控制器都需要4或5個(gè)芯片才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電容式觸摸功能。而利用靈活、高性能的AVR UC3C，電容式就能夠采用軟件實(shí)現(xiàn)觸摸功能，并可通過任何I/O引腳工作，無需外部元件。

更大的通信帶寬：系統(tǒng)可以共享更多的數(shù)據(jù)，控制多個(gè)節(jié)點(diǎn)，并捕捉分辨率更高的數(shù)據(jù)。目前的16位系統(tǒng)往往無法支持單個(gè)CAN或以太網(wǎng)堆棧。而利用帶DMA的32位架構(gòu)，單個(gè)器件就可以作為多接口網(wǎng)關(guān)。

5V I/O標(biāo)準(zhǔn)

隨著制造工藝尺寸的縮小，微控制器供應(yīng)商也順應(yīng)形勢(shì)，致力于減小I/O電壓以降低功耗和提高穩(wěn)定性。雖然這種電壓減小對(duì)消費(fèi)電子產(chǎn)品等眾多應(yīng)用是很有利的，但由于工業(yè)市場(chǎng)中的系統(tǒng)要求更長(zhǎng)的使用壽命，故不適合于采用3.3V I/O。因此，工業(yè)應(yīng)用中的大多數(shù)元件仍然是基于5V I/O的。

一直以來，32位處理器只提供3.3V I/O，因?yàn)樗鼈兊木w管數(shù)目較多，導(dǎo)致其制造工藝的幾何尺寸更小。為了支持市面上大量的基于5V的工業(yè)元件，這些處理器需要附加的電路，包括成本高昂的電平轉(zhuǎn)換器和電源，把5V I/O降至3.3V電平，以便于連接。當(dāng)然，更高的處理能力總是受歡迎的，但更高的成本卻不為市場(chǎng)所接受。至于轉(zhuǎn)換到3.3V I/O及元件這一替代方案也是不切實(shí)際的。大多數(shù)傳感器及其他工業(yè)元件都基于5V，故與其把系統(tǒng)需要的所有傳感器都來個(gè)大調(diào)換，繼續(xù)采用8位和16位微控制器則更方便、更具成本效益。

獨(dú)特的愛特梅爾AVR® UC3C 32位微控制器是首個(gè)支持5V I/O的工業(yè)級(jí)微控制器。這一成果通過更先進(jìn)的0.18µm工藝技術(shù)而得以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠湟砸环N可靠且具成本效益的方法支持更高的I/O電壓水平。這種本征5V I/O讓基于AVR UC3C的設(shè)計(jì)能夠充分利用32位微控制器新增加的CPU性能，無需任何復(fù)雜昂貴的電壓轉(zhuǎn)換器件。

除了支持5V I/O之外，AVR UC3C還附帶有廣大范圍的高性能外設(shè)，可滿足工業(yè)和汽車應(yīng)用的需求：

ADC：16通道，12位，采樣速率高達(dá)1.5Msps；雙采樣及保持能力；內(nèi)置校準(zhǔn)；內(nèi)部與外部參考電壓。

DAC：4路輸出(2×2通道)，12位分辨率；轉(zhuǎn)換速率達(dá)1Msps，1us建立時(shí)間(settling time)；靈活的轉(zhuǎn)換范圍；每通道1個(gè)連續(xù)輸出或2個(gè)采樣/保持輸出。

模擬比較器：4通道并帶有可選功率與速度；可選磁滯(0V、20mV和50mV)；靈活的輸入選擇和中斷；結(jié)合兩個(gè)比較器的窗口比較功能。

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：多個(gè)時(shí)鐘源(5個(gè)內(nèi)部的，3個(gè)外部的)；豐富的功能集(計(jì)數(shù)器、捕獲、上/下，PWM)；每通道2個(gè)輸入/輸出信號(hào)；全局啟動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)作。

正交解碼器：集成式解碼器，支持直接馬達(dá)旋轉(zhuǎn)檢測(cè)。

多個(gè)接口：包括一個(gè)雙通道雙線接口(TWI)、主/從SPI，以及可用作SPI或LIN的全功能USART。

全集成USB：內(nèi)置USB2.0收發(fā)器，支持低(1.5Mbps)、全(12Mbps)和On-The-Go模式。此外，AVR軟件框架為各種USB設(shè)備(海量存儲(chǔ)、HID、CDC、音頻)、主設(shè)備(大容量存儲(chǔ)、HID、CDC)和組合功能設(shè)備提供生產(chǎn)就緒(production-ready)的驅(qū)動(dòng)程序。

更高的系統(tǒng)吞吐量

外設(shè)管理可能已經(jīng)成為一個(gè)主要的系統(tǒng)瓶頸問題，情況在外設(shè)數(shù)目與其工作頻率不斷提高的情況下則更嚴(yán)重。在一個(gè)傳統(tǒng)的中斷式系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)到達(dá)一個(gè)接口或傳感器端口，在被下一個(gè)數(shù)據(jù)值覆寫之前，CPU必須讀取和存儲(chǔ)結(jié)果。由于多通道高采樣速率，中斷開銷和數(shù)據(jù)處理會(huì)消耗很大比例的處理器可用時(shí)鐘周期。隨著被管理的外設(shè)數(shù)目增加，中斷延時(shí)也增加，從而引入抖動(dòng)，降低準(zhǔn)確度。另外，其他設(shè)計(jì)問題也隨之產(chǎn)生，比如致使任務(wù)調(diào)度復(fù)雜化的優(yōu)先級(jí)中斷處理。

為了便于多個(gè)高性能外設(shè)的高效工作，AVR UC3C架構(gòu)采用了一個(gè)外設(shè)事件系統(tǒng)，其允許外設(shè)自我管理，并彼此通信，無需主處理器干預(yù)，如圖2所示。外設(shè)事件控制器通過一個(gè)可實(shí)現(xiàn)所有外設(shè)互連的內(nèi)部通信結(jié)構(gòu)來獨(dú)立處理CPU的外設(shè)間信令。取代觸發(fā)一個(gè)中斷去通知CPU讀取外設(shè)或端口數(shù)據(jù)，外設(shè)可以自我管理，把數(shù)據(jù)直接傳送給SRAM存儲(chǔ)，所有這些都無需CPU任何干預(yù)。從功率角度來看，只有那些轉(zhuǎn)換功能模塊是有源的。在整個(gè)事件發(fā)生期間，設(shè)備中最耗電的部件CPU，被釋放出來執(zhí)行應(yīng)用代碼或進(jìn)入IDIE模式以節(jié)能，而不必為了處理高頻中斷頻頻處于活躍狀態(tài)。