智能自動(dòng)化與技術(shù)升級(jí)的核心—微控制器

　　無論是產(chǎn)品技術(shù)或應(yīng)用，微控制器均扮演著最重要的關(guān)鍵角色;在一般性的控制功能應(yīng)用中，也隨處可見微控制器的身影，在可攜式上網(wǎng)裝置、智慧型消費(fèi)性電子產(chǎn)品、自動(dòng)化控制、車用資通訊系統(tǒng)等嵌入式應(yīng)用的成長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)下，選擇合適的控制器產(chǎn)品、并充份發(fā)揮微控制器所提供之特性，以達(dá)成低成本、低耗能、加值化、多功能、強(qiáng)固穩(wěn)定運(yùn)作特性等的新產(chǎn)品開發(fā)目標(biāo)。

　　當(dāng)然，控制器的選用也受到多項(xiàng)重大趨勢(shì)的影響，例如：節(jié)能議題便是智慧工廠與智慧建筑等工業(yè)應(yīng)用中，長(zhǎng)期受到關(guān)注與討論的趨勢(shì)。同時(shí)，為了以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式達(dá)成效率，另一個(gè)趨勢(shì)是將個(gè)別電子系統(tǒng)整合于通訊網(wǎng)路中。此外，各國(guó)立法方向也加速了市場(chǎng)對(duì)于工業(yè)系統(tǒng)安全功能之需求。

　　這些趨勢(shì)如何影響微控制器的選用?運(yùn)算效能需求提高，需要更強(qiáng)大的演算法。對(duì)特定應(yīng)用周邊的需求提高，讓功率與類比元件邁向更高效能。

　　通訊堆疊、作業(yè)系統(tǒng)及更精細(xì)控制的軟體也刺激了對(duì)于高階程式設(shè)計(jì)管理軟體復(fù)雜度的需求。除了微控制器標(biāo)準(zhǔn)功能外，安全應(yīng)用也要求所有運(yùn)作狀態(tài)達(dá)到適當(dāng)品質(zhì)水準(zhǔn)，以及10年以上的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品使用壽命。

　　MCU性能已包括如高性能多核設(shè)計(jì)、整合數(shù)位訊號(hào)處理、更強(qiáng)大的I/O控制、網(wǎng)路通訊、甚至是熱門的觸控功能等創(chuàng)新應(yīng)用陸續(xù)登場(chǎng)，對(duì)產(chǎn)品工程師而言，如何融會(huì)智慧應(yīng)用趨勢(shì)、并貫通到產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，不只是其關(guān)鍵性的任務(wù)，更是企業(yè)不可忽略的課題，其重要性可謂相當(dāng)關(guān)鍵。

　　工業(yè)微控制器供應(yīng)商，也可從三大方面因應(yīng)這些趨勢(shì)：

　　1.針對(duì)特定應(yīng)用量身打造微控制器架構(gòu)，例如，利用硬體訊號(hào)結(jié)合數(shù)個(gè)計(jì)時(shí)器單元，打造3階變頻器。

　　2.長(zhǎng)期穩(wěn)定地供應(yīng)特定元件。

　　3.采用更具效率的方法，克服不斷提高的軟體復(fù)雜性。

　　更快速的控制回路與更先進(jìn)的演算法，需要具備DSP功能的核心架構(gòu)，以及快速的快閃記憶體。最佳化的周邊可更快速精確地測(cè)量類比訊號(hào)，以及提供更快速適當(dāng)?shù)腜WM(脈沖寬度調(diào)變)生成。以這些特性為基礎(chǔ)，在類FPGA方法中結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)微控制器周邊，可讓系統(tǒng)開發(fā)人員根據(jù)應(yīng)用，量身打造微控制器硬體。

　　提升連線能力是工業(yè)系統(tǒng)合理的下一步，好處是實(shí)現(xiàn)更理想的系統(tǒng)互通性、更容易的系統(tǒng)整合、管理及維護(hù)。

　　其中包括兩項(xiàng)層面：即時(shí)重要網(wǎng)域內(nèi)部的連線能力，以及通往「外部」世界的連線能力。UART、SPI、IO-Link等簡(jiǎn)易標(biāo)準(zhǔn)或?qū)偻ㄓ崊f(xié)定，在即時(shí)關(guān)鍵網(wǎng)域CAN內(nèi)部相當(dāng)普遍，并具備符合成本效益及穩(wěn)定可靠等特色。

　　至于通往外部世界的連線能力，則有兩項(xiàng)主要的使用情況：手動(dòng)更新或下載時(shí)，需要USB或SD/MMC等高速介面;遠(yuǎn)端程序管理、監(jiān)控或維護(hù)的主要趨勢(shì)則是使用乙太網(wǎng)路。

　　多項(xiàng)工業(yè)研究證實(shí)軟體復(fù)雜度是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的主要問題之一，對(duì)于開發(fā)團(tuán)隊(duì)規(guī)模相對(duì)較小的中小型公司，其中的主要挑戰(zhàn)包括通訊堆疊、作業(yè)系統(tǒng)整合，以及重復(fù)使用最佳演算法。

　　若要控制軟體復(fù)雜度，所選的微控制器硬體應(yīng)具備足夠彈性，以廣泛支援各種應(yīng)用和支援平臺(tái)解決方案，此外，也需要更抽象化的軟體開發(fā)、第三方編譯器及除錯(cuò)器順利互通。

　　控制器可謂為工業(yè)控制系統(tǒng)的大腦，在工控領(lǐng)域一直扮演著重要的角色。隨著機(jī)電整合技術(shù)的進(jìn)步，控制器正朝PC-based和更智慧化的方向快速發(fā)展，預(yù)期未來它將與CAD/CAM、網(wǎng)路、制程監(jiān)控軟體結(jié)合，達(dá)到更高度自動(dòng)化的境界。