許多人認(rèn)為價(jià)格合理的16位和32位微控制器的增長可能會(huì)導(dǎo)致8位MCU的終結(jié)。然而，近年來，由于M2M型應(yīng)用的普及，推動(dòng)了8位產(chǎn)品的理想用途。隨著物聯(lián)網(wǎng)預(yù)計(jì)在未來幾年迅速增長，8位產(chǎn)品似乎可以找到越來越多的市場。

這種復(fù)興令人興奮的是8位部件的多功能性。無論應(yīng)用是什么，如果需要少量處理能力，可以有一個(gè)8位單元來滿足要求。物聯(lián)網(wǎng)注定要在網(wǎng)絡(luò)邊緣看到對此類處理的更多要求，其中設(shè)備很小但任務(wù)同樣重要。這是8位微控制器蓬勃發(fā)展的完美環(huán)境。

示例和應(yīng)用程序本文將介紹三個(gè)非常不同的示例，這些示例展示了8位微控制器的這種多功能性。在第一種情況下，它將研究STMicroelectronics的STM8S207如何提供形成智能卡接口所需的解碼。然后，本文將展示Microchip的PIC16F1947如何幫助控制商業(yè)和工業(yè)建筑中的照明。最后，本文將考慮Atmel ATTiny20微控制器如何在智能手機(jī)和其他無線設(shè)備中提供接近傳感器所需的處理。

智能卡接口

使用STMicroelectronics的STM8S207的智能卡模式，可以開發(fā)基于智能卡的應(yīng)用程序，使用減少的固件和硬件資源。 STM8S207是一款24 MHz 8位MCU，具有高達(dá)128 kby的閃存，集成EEPROM，10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，定時(shí)器和兩個(gè)UART，具有SPI，I2C和CAN接口。

該應(yīng)用程序使用設(shè)備的UART1智能卡模式，該模式支持ISO 7816-3 A類中描述的異步協(xié)議智能卡，其中包括工作在5 V的卡;工作在3 V的設(shè)備被歸類為B類，而1.8 V的設(shè)備則歸類為C類。該標(biāo)準(zhǔn)描述了智能卡和讀卡器之間的關(guān)系，指的是智能卡本身，而主設(shè)備指的是讀卡器。通信開始由讀卡器發(fā)信號通知智能卡，并在智能卡響應(yīng)時(shí)繼續(xù)。通信通道是單線程的，因?yàn)橐坏┳x取器向智能卡發(fā)送命令，它就會(huì)被阻塞，直到收到響應(yīng)。

啟用智能卡模式后，UART1必須配置為8個(gè)數(shù)據(jù)位加奇偶校驗(yàn)和0.5或1.5個(gè)停止位。 5位預(yù)分頻器和智能卡時(shí)鐘發(fā)生器為智能卡提供時(shí)鐘。 GPIO引腳和軟件提供了與智能卡接口所需的其余功能。

ISO 7816-3以基本時(shí)間單位（ETU）定義了異步協(xié)議的位定時(shí)器。這些與輸入卡的時(shí)鐘頻率有關(guān)。 ETU的長度是一點(diǎn)時(shí)間。 UART1發(fā)送器輸出和接收器輸入在內(nèi)部連接。要將數(shù)據(jù)從STM8S207傳輸?shù)街悄芸ǎ仨氃谥悄芸Ｊ较略O(shè)置UART1。

智能卡時(shí)鐘發(fā)生器為連接的智能卡提供時(shí)鐘信號。智能卡使用此時(shí)鐘為智能卡和另一個(gè)UART1之間的串行I/O獲取波特率時(shí)鐘。時(shí)鐘也用于卡中的CPU（如果存在）。智能卡接口的操作要求在卡中的CPU運(yùn)行代碼時(shí)調(diào)整卡的時(shí)鐘速率，以便可以改變波特率或增加卡的性能。時(shí)鐘用作智能卡的CPU時(shí)鐘，因此微控制器時(shí)鐘速率的更新必須與智能卡時(shí)鐘同步。時(shí)鐘高或低脈沖寬度不得短于舊的或新的編程值。

3和5 V智能卡需要模擬接口。在此應(yīng)用中，ST8024用于此目的，并放置在智能卡和STM8S207之間。該接口如圖1所示。

圖1：智能卡接口硬件連接。

通過查看奇偶校驗(yàn)位對每個(gè)字節(jié)執(zhí)行錯(cuò)誤處理。如果這與傳輸數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)不對應(yīng)，則必定發(fā)生錯(cuò)誤。接收方將發(fā)出信號，表示它希望重新傳輸該字節(jié)。這是通過將I/O線保持為低電平而不是正常高電平來完成的。當(dāng)發(fā)送方檢測到這一點(diǎn)時(shí)，它重新發(fā)送該字節(jié)。通過從卡發(fā)送到讀卡器的數(shù)據(jù)，STM8S207可以通過在停止位期間下拉數(shù)據(jù)線來檢測硬件接收數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤。利用從讀卡器發(fā)送到卡的數(shù)據(jù)，智能卡下拉I/O線以發(fā)出奇偶校驗(yàn)已發(fā)生的信號。在這種情況下，STM8S207通過軟件檢測到幀錯(cuò)誤。智能卡庫檢查是否發(fā)生了奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤，如果是，則對其進(jìn)行管理在從微控制器向卡發(fā)送一個(gè)字節(jié)后，智能卡捕獲在I/O線上發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果從卡中檢測到奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤，則在停止位期間下拉I/O線。發(fā)生幀錯(cuò)誤事件，并且錯(cuò)誤處理功能重新發(fā)送最后一個(gè)數(shù)據(jù)。

當(dāng)卡首次插入讀卡器時(shí)，電源不會(huì)應(yīng)用于觸點(diǎn)，因?yàn)槿绻娫赐ㄟ^錯(cuò)誤的觸點(diǎn)，卡的芯片可能會(huì)損壞。只有在邊緣檢測器確定卡與接觸點(diǎn)正確對齊后才會(huì)啟動(dòng)電源。然后，在將復(fù)位信號發(fā)送到卡之前，使觸點(diǎn)進(jìn)入相干空閑狀態(tài)。盡管有些微處理器在I/O狀態(tài)下工作在3 V，但始終會(huì)施加5 V的初始電壓設(shè)置。 I/O觸點(diǎn)在閱讀器側(cè)設(shè)置為接收模式，并應(yīng)用穩(wěn)定時(shí)鐘。復(fù)位線處于低電平狀態(tài)，在讀取器啟動(dòng)有效復(fù)位序列之前，復(fù)位線必須保持至少40，000個(gè)時(shí)鐘周期，從而將復(fù)位線提升到高電平狀態(tài)。讀卡器和卡之間的數(shù)據(jù)傳輸通過時(shí)鐘和I/O線的協(xié)同作用進(jìn)行。

工業(yè)和商業(yè)照明控制

尋找控制商業(yè)和工業(yè)建筑照明的標(biāo)準(zhǔn)方法導(dǎo)致了在歐洲創(chuàng)建DALI - 數(shù)字可尋址照明接口。這是用于形成照明控制網(wǎng)絡(luò)的開放標(biāo)準(zhǔn)，作為建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分。典型的DALI網(wǎng)絡(luò)由控制器和各種照明設(shè)備組成，例如電子鎮(zhèn)流器和調(diào)光器。控制器通過雙向數(shù)據(jù)交換監(jiān)視和控制每個(gè)燈.DALI型鎮(zhèn)流器可以比標(biāo)準(zhǔn)電感鎮(zhèn)流器運(yùn)行更低的功率水平，因此對工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)感興趣。

通過雙線串行總線，控制器發(fā)送16位曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)包，鎮(zhèn)流器使用8位數(shù)據(jù)包進(jìn)行響應(yīng)。系統(tǒng)中可以有多個(gè)控制器，并且有64個(gè)通道（單獨(dú)地址）用于連接到一個(gè)接口線的鎮(zhèn)流器。

與模擬系統(tǒng)不同，DALI不需要硬連線電源電路控制組。單個(gè)鎮(zhèn)流器尋址與數(shù)字開關(guān)的組合消除了垂直開關(guān)布線。 DALI有自由形式的布局。允許使用菊花鏈，星形拓?fù)浜投帱c(diǎn)放大，以及兩個(gè)或多個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組合。

DALI的物理低電平或有源狀態(tài)定義為接口電壓低于9.5 V.高電平條件或DALI空閑，是9.5和22.5 V之間的接口電壓，最常見的是16 V.最大系統(tǒng)電流限制在250 mA。限流器電路的響應(yīng)時(shí)間小于10μs。連接到接口的每個(gè)組件最多可消耗2 mA。連接器在接收器處是非極化的。 DALI通常與微控制器光學(xué)隔離，數(shù)據(jù)傳輸速率為1200 bit/s。微控制器可以是8位單元，例如Microchip的PIC16F1947。沒有關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)DALI電路設(shè)計(jì)的規(guī)范或建議，但圖2所示的光隔離電路將PIC16F1947與DALI總線連接。

圖2：隔離通信電路圖。

PIC16F1947是一款基于64引腳閃存的8位CMOS微控制器。 RISC CPU只有49條指令需要學(xué)習(xí)。工作速度為DC至32 MHz，DC至125 ns指令周期。待機(jī)電流在1.8 V時(shí)通常為60 nA，工作電流在32 kHz，1.8 V時(shí)通常為7.0μA。

DALI使用曼徹斯特（雙相）編碼發(fā)送起始位和信息位。信息速率為1200 bit/s，可接受的范圍為±10％。一位時(shí)間是833.33μs。最高位（MSB）首先發(fā)送出去。在控制設(shè)備和控制設(shè)備之間發(fā)送的任何分組都是雙相編碼分組。然后對分組進(jìn)行解碼，并相應(yīng)地處理地址和消息。這里討論的照明通信板有一個(gè)PIC16F1947微控制器單元以及一個(gè)隔離的DALI通信電路接口和一個(gè)簡單的電源。由于來自DALI總線的信號被光耦合器反相，PIC單片機(jī)會(huì)查看曼徹斯特編碼和解碼以下列方式：曼徹斯特碼是一種數(shù)字編碼格式，其中符號‘1’由下降沿（高后跟低）表示，符號‘0’由上升沿（低后跟高）表示）。高脈沖和低脈沖都具有相等的寬度，等于位周期的一半。使用定時(shí)器對傳出消息進(jìn)行編碼，并使用其中一個(gè)引腳發(fā)送數(shù)據(jù)包。每隔416.67μs或半位時(shí)間使用定時(shí)器產(chǎn)生中斷，這是信號相位需要改變的地方。如果它發(fā)送一個(gè)‘1’作為該位，則前半部分為‘1’，并且在中斷時(shí)信號反轉(zhuǎn)，反之亦然。結(jié)果，輸出是曼徹斯特編碼的分組，如果由控制設(shè)備發(fā)送則準(zhǔn)備由控制裝置解碼，或者如果作為控制裝置的響應(yīng)發(fā)送回控制裝置則由控制裝置解碼。 br》解碼更復(fù)雜。當(dāng)接收開始時(shí)，接收器，無論是控制設(shè)備還是控制設(shè)備，確保從開始位開始接收整個(gè)數(shù)據(jù)包，然后是8位或16位消息，最后至少兩個(gè)空閑表示停止位。使用PIC16F1947上的外部中斷引腳完成解碼。該引腳專門用于在每次輸入信號的相位發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生中斷。定時(shí)器用于每3/4位產(chǎn)生一次中斷，因此在該點(diǎn)測量該值，并確定該位是“0”還是“1”。當(dāng)外部中斷發(fā)生時(shí)，定時(shí)器復(fù)位并在該位的中間重新加載，并且由于漂移檢查而保持錯(cuò)誤。

這個(gè)DALI電路具有簡化的電源和通過PIC16F1947實(shí)現(xiàn)的曼徹斯特編碼通信為控制裝置和控制裝置實(shí)施DALI調(diào)試和指令的基礎(chǔ)。

射頻能量的接近感應(yīng)

智能手機(jī)和其他無線設(shè)備使用增加的持續(xù)影響之一是擔(dān)心人體對射頻（RF）能量增加的健康損害。隨著基于無線的M2M設(shè)備數(shù)量的增長，這些擔(dān)憂可能會(huì)增加。因此，各種電信機(jī)構(gòu)對他們認(rèn)為安全暴露于射頻能量的東西設(shè)定了限制。這些限制被稱為比吸收率（SAR），其是使用RF裝置時(shí)身體吸收的RF能量的量。制造商必須遵守這些限制。設(shè)備必須在接近或接觸人體時(shí)降低設(shè)備的RF輸出。該應(yīng)用在電路中使用Atmel TinyAVR器件來檢測器件是否靠近用戶。

Atmel ATTiny20是一個(gè)基于8位AVR RISC的微控制器，它結(jié)合了2 KB的ISP閃存，128字節(jié)的SRAM，12通用I/O線，16個(gè)通用工作寄存器，帶2個(gè)PWM通道的8位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，帶2個(gè)PWM通道的16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，內(nèi)部和外部中斷，以及8通道10位數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。此外，該器件還包括一個(gè)帶內(nèi)部振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)從屬雙線接口，一個(gè)主從串行外設(shè)接口，一個(gè)內(nèi)部校準(zhǔn)振蕩器和四個(gè)軟件可選擇的省電模式。該器件工作在1.8和5.5 V之間。通過在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行指令，器件實(shí)現(xiàn)了接近1 MIPS/MHz的吞吐量，平衡功耗和處理速度。

各種材料可用于形成接近傳感器，最簡單的是一塊銅帶或幾厘米的電線。傳感器需要盡可能靠近設(shè)備表面放置在與用戶接觸的位置。對于智能手機(jī)，這將是靠近耳機(jī)的屏幕側(cè)。它還需要遠(yuǎn)離金屬結(jié)構(gòu)部件和大面積的地面，因?yàn)檫@會(huì)降低靈敏度。來自平盤傳感器的電場以直角均勻地從傳感器的兩側(cè)投射。頂部和底部表面對進(jìn)入場地的物體同樣敏感，但如果需要減小一個(gè)方向的靈敏度，則可以在該側(cè)使用網(wǎng)格填充的地平面。

傳感器的形狀不是重要。在該示例中，使用矩形銅帶傳感器。它高約8毫米，長25毫米，安裝在1毫米厚的聚碳酸酯底部，然后安裝在支座上，以便與桌面隔離。電場的大小和靈敏度受傳感器尺寸的影響;傳感器越大，磁場越大，靈敏度越高。較大的傳感器雖然需要更長的時(shí)間來充電，但卻增加了功耗和響應(yīng)時(shí)間。但是，在智能手機(jī)和其他無線設(shè)備的情況下，設(shè)備的大小將受可用空間的限制。用于開發(fā)和調(diào)諧電容式接近感應(yīng)系統(tǒng)的單通道接近傳感器設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3：電容式接近感應(yīng)系統(tǒng)。

此設(shè)計(jì)基于Atmel ATTiny20 MCU，提供器件編程和觸摸系統(tǒng)調(diào)試數(shù)據(jù)的標(biāo)題，以簡化接近傳感器調(diào)整。接近傳感器通過10kΩ串聯(lián)電阻連接到端口引腳。固件來自Atmel的免費(fèi)QTouch庫，該庫為公司的大多數(shù)MCU提供傳感器支持。

結(jié)論

越來越多連接設(shè)備的普及已經(jīng)并且仍在為使用8位微控制器提供機(jī)會(huì)。隨著物聯(lián)網(wǎng)革命的繼續(xù)，小型設(shè)備的邊緣將需要處理能力。通常所需的處理遠(yuǎn)低于16位和32位器件的能力，并且預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)使用8位微控制器的復(fù)興。本文給出了這些單元部署方式的三個(gè)截然不同的例子，顯示了在未來幾年內(nèi)可以證明非常寶貴的多功能性。