微控制器(MCU)又叫做单片机,即在单片封装之内实现完整功能的芯片。一颗MCU内部所封装的核心、外设、接口等关键配置,决定了其性能和适用领域。我们可以从原厂Datasheet中获得各种技术信息。通过查阅功能框图(Block Diagram),我们可直观查看MCU的各项配置,以下列出关键部分:
核心配置:
CPU核心:框图中会标注核心架构、核心数目、频率等信息。
存储器:具有随机存储器(RAM)、只读存储器(Flash/ROM)和可能的EEPROM或其它非易失性存储器。框图中会标注类型和容量信息。
输入/输出(I/O)端口:用于与外部设备通信的接口,如GPIO端口。
外设部分:
定时器/计数器:用于时间测量和事件计数。
串行通信接口:如UART、SPI、I2C等,用于与其他设备进行串行通信。
模拟-数字转换器(ADC):将模拟信号转换为数字信号。
数字-模拟转换器(DAC):将数字信号转换为模拟信号。
中断控制器:管理外部和内部中断请求。
传感器:基础的有温度传感器,用以检测器件工作温度。
电源管理和时钟系统:
电源管理:包括电源模式、睡眠模式等,用于降低功耗。
时钟系统:包括内部和外部时钟源,以及时钟分频器。
分析特殊功能模块:
看门狗定时器:用于系统监控和复位。
实时时钟(RTC):提供时间戳和闹钟功能。
安全模块:如加密模块,用于数据保护。
下面以用途最广的STM32F103C8T6举例说明,从物料的Datasheet中可以找到框图如下:
STM32F103框图 来源:ST官方Datasheet(点击放大查看)
这一框图列举出STM32F103系列的内部结构和逻辑框架。首先找到其核心,在右上角位置,可见其内核为Cortex-M3,最大频率72 MHz。其次是存储器,可见该芯片配备128KB的闪存和20KB的SRAM。电源方面,从右上角信息可见,该物料需要2V-3.6V供电。
接下来则是查看定时器数量及类型(TIM 1-4),从旁边标注可见都是四路输出定时器。然后在找到其他外设,从框图中可见该物料有两个12位ADC、五个GPIO端口,以及I2C、SPI、CAN总线,还包括USB 2.0、温度传感器等其他配置。
在框图中,MCU的配置架构和运行逻辑清晰可见,技术工程师能够从中理解此芯片的功能实现方式,从而在开发、调试与维护的过程中做出更明智的决策。具体来看有以下意义:
模块划分:通过查看框图,可清晰的了解MCU的功能模块分布,包括CPU、存储器、各个外设、时钟等。对于各个功能模块所提供的资源,也能充分掌握,例如GPIO引脚数量、定时器数量、通信接口种类等。
信号流程:框图能展示MCU内部信号的处理流程。例如,输入信号如何通过外设接口进入MCU,如何在CPU中进行处理,以及最终如何输出到外部设备。这有助于理解MCU的工作机制和性能特点。
调试优化:在调试阶段,框图可以帮助开发者快速定位问题所在。例如,如果某个外设接口无法正常工作,可以通过查看框图了解该接口与CPU和其他模块的连接情况,从而判断问题是否出在连接线路或配置参数上。
故障排查:在MCU出现故障时,框图可以作为故障排查的重要参考。通过了解MCU的硬件架构和信号流程,可以更快地找到故障点并进行修复。
培训交流:框图的表达方式直观易懂,是新手掌握MCU技术的重要工具。在项目团队的协作中,看懂MCU框图可以作为技术交流的基础。通过共享对框图的理解和分析,团队成员可以更好地协作完成项目开发任务。
当然,除了终端应用开发之外,分销商通过手中的技术资料,对元器件达到一定的理解水平,也能有力地增强自身竞争力。特别是在国产替代的趋势下,分销商切入客户选型、design-in等工作,都将大幅增加获得合作的机会,从而把挑战转换成机遇。