工業(yè)"自主系統(tǒng)"需要靠譜的微控制器

　　自主系統(tǒng)離不開(kāi)三部分

　　MCU(微控制器)在工業(yè)應(yīng)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(guó)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(qiáng)的系統(tǒng)知識(shí)，產(chǎn)品具有堅(jiān)固耐用性，有很強(qiáng)的質(zhì)量和可靠性，能夠提供長(zhǎng)期供貨支持。

　　此外，工業(yè)很難用一顆芯片滿(mǎn)足所有應(yīng)用的需求，需要多代和多樣性產(chǎn)品。例如無(wú)線(xiàn)應(yīng)用就很多樣，有不同的無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，諸如BLE、Zigbee、sub-1GHz、WiFi等，因此需要滿(mǎn)足不同標(biāo)準(zhǔn)的一整套產(chǎn)品，以適合不同標(biāo)準(zhǔn)、頻率、存儲(chǔ)等需求，最好還能實(shí)現(xiàn)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(tái)化產(chǎn)品彰顯優(yōu)勢(shì)。

　　TI的三類(lèi)MCU齊頭并進(jìn)

　　近日，德州儀器(TI)半導(dǎo)體事業(yè)部中國(guó)區(qū)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)吳健鴻先生來(lái)京，向媒體介紹了TI的嵌入式處理器戰(zhàn)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(xiàn)金屬觸摸;

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

　　*面向成本敏感的C2000微處理器。

　　感知和測(cè)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(shè)計(jì)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(yīng)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(xiàn)強(qiáng)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(xiàn)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(yīng)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?xí)容^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(shì)是什么?吳健鴻先生稱(chēng)，觸摸MCU的優(yōu)勢(shì)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(yīng)簡(jiǎn)單還是復(fù)雜，如果是普通的標(biāo)準(zhǔn)按鍵——只有三五個(gè)按鍵，應(yīng)用情景較為簡(jiǎn)單，后期無(wú)需調(diào)整改變，觸摸IC即可。但很多工業(yè)應(yīng)用情景較為復(fù)雜，例如有放誤觸發(fā)的情況，觸摸MCU的優(yōu)勢(shì)是可編程，濾波器等特別功能程序可以在MCU上運(yùn)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(shù)據(jù)搜集匯聚，有可能在云端做一些運(yùn)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(nèi)核的MCU。產(chǎn)品有包括基于Arm核的Sitara系列的處理器(MPU)。

　　另外TI還有帶DSP內(nèi)核專(zhuān)門(mén)去做實(shí)時(shí)控制的MCU——C2000系列，優(yōu)勢(shì)是有DSP內(nèi)核，同時(shí)有一個(gè)速度很快的ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)——可以很快地搜集數(shù)據(jù)，同時(shí)也有很精準(zhǔn)的PWM等，適合控制馬達(dá)、數(shù)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(shì)在于是面向很多成本比較敏感的電容控制或者電機(jī)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(jī)控制逆變器和工業(yè)電源等成本敏感性應(yīng)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(fèi)應(yīng)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(yīng)用。優(yōu)勢(shì)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(dá)到互聯(lián)互通的目的。因?yàn)樵诤芏喙I(yè)應(yīng)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(hào)，涵蓋大部分無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。

　　圖：演示了Thread網(wǎng)絡(luò)。左圖電腦中顯示了控制(TI美國(guó)總部Dallas)狀態(tài)。TI工作人員打電話(huà)給Dallas的總部人員調(diào)節(jié)電腦中的一個(gè)控制，右圖對(duì)應(yīng)的末端節(jié)點(diǎn)(現(xiàn)場(chǎng)，北京)就會(huì)動(dòng)作，這些末端節(jié)點(diǎn)右側(cè)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(tái)里的優(yōu)勢(shì)是，所以如果用戶(hù)過(guò)去已在MCU應(yīng)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(yīng)用，可以很快地轉(zhuǎn)移到無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品。而且當(dāng)你做好了BLE應(yīng)用，如果要很快地轉(zhuǎn)移到不同的無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，這個(gè)平臺(tái)里都是很方便實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)門(mén)I有統(tǒng)一的API，并且在底層有很多不同的標(biāo)準(zhǔn)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(wěn)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(nèi)核。其他優(yōu)勢(shì)如下。

　　*CC1352R。是多波段產(chǎn)品，可以支持2.4GHz，諸如ZigBee、BLE標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)據(jù)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?yàn)門(mén)I有很多的標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行自己的控制軟件，所以是足夠的。

　　*CC2652R。該平臺(tái)最主要是支持2.4GHz頻率，即多標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線(xiàn)MCU。何謂多標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線(xiàn)MCU?以前很多客戶(hù)在設(shè)計(jì)Zigbee的時(shí)候，就會(huì)買(mǎi)一個(gè)Zigbee的芯片，當(dāng)你設(shè)計(jì)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(tái)里，用一顆芯片里，可以標(biāo)配不同的無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，甚至可以同時(shí)跑多標(biāo)準(zhǔn)。

　　同樣，在CC2652R MCU里也有352KB flash，有80KB的SRAM。同時(shí)特別在這個(gè)應(yīng)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(hù)他們的數(shù)據(jù)。

　　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Arm Cortex-M4內(nèi)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(tǒng)

　　當(dāng)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(guó)也是看了一些市場(chǎng)分析，當(dāng)很多器件與網(wǎng)連起來(lái)以后，發(fā)現(xiàn)有82%的控制效率大為提高，而且有49%的用戶(hù)通過(guò)大數(shù)據(jù)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(jié)

　　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。