工業(yè)"自主系統"需要靠譜的微控制器

　　自主系統離不開(kāi)三部分

　　MCU(微控制器)在工業(yè)應用中看到很大的發(fā)展空間。無(wú)論是在“工業(yè)4.0”還是在“中國制造2025”，工業(yè)自動(dòng)化都被提及。無(wú)論是哪類(lèi)自動(dòng)化領(lǐng)域，都可以看到這三個(gè)部分——感知、連接，控制和處理。

　　它們的共性是都需要較強的系統知識，產(chǎn)品具有堅固耐用性，有很強的質(zhì)量和可靠性，能夠提供長(cháng)期供貨支持。

　　此外，工業(yè)很難用一顆芯片滿(mǎn)足所有應用的需求，需要多代和多樣性產(chǎn)品。例如無(wú)線(xiàn)應用就很多樣，有不同的無(wú)線(xiàn)標準，諸如BLE、Zigbee、sub-1GHz、WiFi等，因此需要滿(mǎn)足不同標準的一整套產(chǎn)品，以適合不同標準、頻率、存儲等需求，最好還能實(shí)現芯片間的引腳兼容、軟件兼容，再集成部分模擬和傳感器等。因此平臺化產(chǎn)品彰顯優(yōu)勢。

　　TI的三類(lèi)MCU齊頭并進(jìn)

　　近日，德州儀器(TI)半導體事業(yè)部中國區業(yè)務(wù)拓展總監吳健鴻先生來(lái)京，向媒體介紹了TI的嵌入式處理器戰略。

　　主要圍繞傳感、連接和處理。并介紹了近期發(fā)布的三款新產(chǎn)品：

　　*采用TICapTIvate技術(shù)的電容式觸摸MCU，可實(shí)現金屬觸摸;

　　*帶無(wú)線(xiàn)功能的第六代SimpleLink MCU平臺;

　　*面向成本敏感的C2000微處理器。

　　感知和測量

　　有很多固定的傳感器已經(jīng)集成在MCU或處理器里。例如TI有專(zhuān)門(mén)為傳感器去設計的產(chǎn)品，像毫米波(mmWave)的傳感器把“DSP+毫米波傳感器”集成在同一塊芯片里。MSP430系列MCU有很多不同的傳感應用，例如很早以前TI就有專(zhuān)門(mén)為煙感器做的MCU，還有2017年發(fā)布的為水表發(fā)布的超聲波MCU。

　　TI最新推出了帶電容式觸摸的MCU——MSP430系列的FR2512產(chǎn)品，可實(shí)現強大的電容式觸摸屏的功能。實(shí)際上，TI在過(guò)去兩年里做了很多改善和開(kāi)發(fā)，這款產(chǎn)品有16個(gè)按鍵。最大的亮點(diǎn)是可以實(shí)現金屬觸摸，而目前大都是塑膠或玻璃介質(zhì)。金屬觸摸非常適合工業(yè)應用，因工業(yè)環(huán)境通常比較苛刻，往往需要按鍵有超過(guò)五年、十年的操作時(shí)間，所以在這方面，金屬觸摸屏會(huì )比較適用。例如工業(yè)電梯的按鈕。

　　圖 FR2512的防水演示(左)與開(kāi)發(fā)板(右)

　　那么，市面上還有觸摸IC，與之相比，觸摸MCU的優(yōu)勢是什么?吳健鴻先生稱(chēng)，觸摸MCU的優(yōu)勢是除了觸摸按鍵功能以外，還能跑很多MCU程序。而觸摸IC只有一個(gè)I2C輸出，沒(méi)有其他功能。因此主要看客戶(hù)的應簡(jiǎn)單還是復雜，如果是普通的標準按鍵——只有三五個(gè)按鍵，應用情景較為簡(jiǎn)單，后期無(wú)需調整改變，觸摸IC即可。但很多工業(yè)應用情景較為復雜，例如有放誤觸發(fā)的情況，觸摸MCU的優(yōu)勢是可編程，濾波器等特別功能程序可以在MCU上運行，因此可以提供特定的方案給客戶(hù)。

　　處理與控制

　　傳感器把不同的數據搜集匯聚，有可能在云端做一些運算，也有可能在本地做實(shí)時(shí)處理和控制。所以在本地處理和控制角度，TI有處理器、DSP或是一些帶DSP內核的MCU。產(chǎn)品有包括基于A(yíng)rm核的Sitara系列的處理器(MPU)。

　　另外TI還有帶DSP內核專(zhuān)門(mén)去做實(shí)時(shí)控制的MCU——C2000系列，優(yōu)勢是有DSP內核，同時(shí)有一個(gè)速度很快的ADC(模數轉換器)——可以很快地搜集數據，同時(shí)也有很精準的PWM等，適合控制馬達、數字電源等。

　　2018年2月，TI推出了F28004X，是C2000 Piccolo微控制器家族的最新產(chǎn)品，其最大的優(yōu)勢在于是面向很多成本比較敏感的電容控制或者電機控制。另外，28004X與以往C2000產(chǎn)品都是軟件兼容的。F28004X非常適合電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器、電機控制逆變器和工業(yè)電源等成本敏感性應用的電源控制進(jìn)行優(yōu)化。

　　連接

　　在工業(yè)領(lǐng)域有一些與一般的消費應用不同的連接需求，在這方面TI有完整的方案可以提供給客戶(hù)——無(wú)論是無(wú)線(xiàn)、有線(xiàn)的工業(yè)通訊。

　　TI的SimpleLink MCU主要是面向與無(wú)線(xiàn)連接相關(guān)的應用。優(yōu)勢如下。

　　在工業(yè)連接方面，無(wú)法用一種類(lèi)型的連接方式達到互聯(lián)互通的目的。因為在很多工業(yè)應用場(chǎng)合里，需要處理的環(huán)境不同，在某些環(huán)境里，有可能WiFi或BLE適用;有的情況下，sub-1GHz適用。TI的SimpleLink系列產(chǎn)品有170多種型號，涵蓋大部分無(wú)線(xiàn)標準。

　　圖：演示了Thread網(wǎng)絡(luò )。左圖電腦中顯示了控制(TI美國總部Dallas)狀態(tài)。TI工作人員打電話(huà)給Dallas的總部人員調節電腦中的一個(gè)控制，右圖對應的末端節點(diǎn)(現場(chǎng)，北京)就會(huì )動(dòng)作，這些末端節點(diǎn)右側有邊緣路由器，使Wi-Fi與Thread網(wǎng)絡(luò )相連

　　TI的MSP430、432系列以及CC系列產(chǎn)品都在SimpleLink產(chǎn)品家族里。所有MCU都在同一個(gè)平臺里的優(yōu)勢是，所以如果用戶(hù)過(guò)去已在MCU應用里進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，例如在有線(xiàn) I2C MCU開(kāi)發(fā)了一些應用，可以很快地轉移到無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品。而且當你做好了BLE應用，如果要很快地轉移到不同的無(wú)線(xiàn)標準時(shí)，這個(gè)平臺里都是很方便實(shí)現的。因為T(mén)I有統一的API，并且在底層有很多不同的標準和協(xié)議。

　　最新的SimpleLink MCU如今已經(jīng)到了第六代產(chǎn)品，無(wú)論從兼容性、穩定性等很靠譜。

　　在SimpleLink的產(chǎn)品，TI的新品是CC家族的兩個(gè)產(chǎn)品，都基于Cortex-M4內核。其他優(yōu)勢如下。

　　*CC1352R。是多波段產(chǎn)品，可以支持2.4GHz，諸如ZigBee、BLE標準，除此之外還可以跑sub-GHz。即可以在同一個(gè)芯片里跑不同的頻段。另外在數據上傳部分增加了flash(閃存)，有352KB flash。那么為什么是352KB，似乎有點(diǎn)少?實(shí)際上，這款產(chǎn)品與友商產(chǎn)品不同，因為T(mén)I有很多的標準功能和協(xié)議已經(jīng)提前放在ROM里，因此352KB里的flash不需要跑無(wú)線(xiàn)部分，352KB主要給客戶(hù)運行自己的控制軟件，所以是足夠的。

　　*CC2652R。該平臺最主要是支持2.4GHz頻率，即多標準無(wú)線(xiàn)MCU。何謂多標準無(wú)線(xiàn)MCU?以前很多客戶(hù)在設計Zigbee的時(shí)候，就會(huì )買(mǎi)一個(gè)Zigbee的芯片，當你設計BLE的時(shí)候，會(huì )買(mǎi)一個(gè)BLE的芯片?？墒且灿泻芏嗟目蛻?hù)，他們有可能一天有一個(gè)客戶(hù)要做BLE的電子鎖，第二天另外一個(gè)客戶(hù)要一個(gè)Zigbee的電子鎖，在這樣情況下，以前的客戶(hù)通常要開(kāi)發(fā)兩套方案，非常耗時(shí)。在CC2652R平臺里，用一顆芯片里，可以標配不同的無(wú)線(xiàn)標準，甚至可以同時(shí)跑多標準。

　　同樣，在CC2652R MCU里也有352KB flash，有80KB的SRAM。同時(shí)特別在這個(gè)應用里，TI有很好的保密加速器，可以方便客戶(hù)更安全地去保護他們的數據。

　　另外，這顆CC2652R與之前版本的芯片2650芯片是完全兼容的。

　　*如果客戶(hù)除了無(wú)線(xiàn)的連接需求，還有一些有線(xiàn)的連接需求，諸如以太網(wǎng)，TI在MSP43系列有MSP432產(chǎn)品，基于A(yíng)rm Cortex-M4內核。

　　MSP432不帶無(wú)線(xiàn)功能，MSP432的P4系列產(chǎn)品有以太網(wǎng)連接。

　　啟用從傳感器到云的自治系統

　　當講到連接，需要考慮與云端服務(wù)連接。TI與全球各地的云端服務(wù)器都有連接，把他們的協(xié)議放在TI產(chǎn)品上面。

          在美國也是看了一些市場(chǎng)分析，當很多器件與網(wǎng)連起來(lái)以后，發(fā)現有82%的控制效率大為提高，而且有49%的用戶(hù)通過(guò)大數據的分析，可以很快地把產(chǎn)品存在的隱患或問(wèn)題很方便地找出來(lái)，從而提高生產(chǎn)效率。

　　“TI很多客戶(hù)采用了SDK覺(jué)得很方便，可能幾天的時(shí)間就能直接與網(wǎng)連接起來(lái)。”吳健鴻稱(chēng)。

　　小結

　　TI在整個(gè)自主網(wǎng)絡(luò )里最主要是做三個(gè)部分：傳感感知;連接;處理控制。TI有全面可靠的產(chǎn)品。