自微控制器投入使用以来,存储器、计数器以及串行和控制输入/输出的基本功能性都得到了相当大的改进。而新的非易失性存储器技术已经对工程师们的微控制器使用方式产生了重要的影响。

　　非易失性存储器为设计人员提供了软件设计上的巨大灵活性以及对不断变化的最新软件要求的适应能力。然而,早期的4位和8位微控制器的应用受到其体系结构、外围元件、存储器、引出线及其他设计约束条件等在项目初期就已选定的要素的限制。

　　在使用老式微控制器的时候有两个令人不快的事实：一是很少能够找到所需外围元件的组合和数量均较理想的器件;二是在产品研制过程中涌现出来的新的设计思想或产品的升级换代必须要能够用软件来解决,否则就只能搁置起来,除非设计小组愿意增加成本或延长开发时间,或兼而有之并重新进行设计。

　　在过去的几年中,一项新技术——可编程器件正在悄然崛起。可编程器件能够在被赋予任何功能性、并具有全部灵活性的同时被迅速而廉价地予以重构,这类器件的日益普及对微控制器技术的进一步发展起到了推动作用。

可配置微控制器单元

　　新一代的微控制器具备了当今数千种不同嵌入式设计所提供的外围灵活性,既可以是在微控制器单元（MCU）中,也可以是作为外围芯片。因此,设计工程师能够精确地判断应用所需的外围配件——对其做出规定并在不产生一次性费用、不拖延项目期限或不产生兼容性问题的情况下对其进行更改。这样就增加了设计创新的机会,降低了产品成本并缩短了设计所需的时间。

图：新型8位微控制器法实现了三寄存器逻辑程序块和数字PsoC程序块

　　可配置微控制器允许选择外围元件的种类和数量,从而能够容易地与不断变化着的需求和方案相适应。曾一度添加到电路板上用于解决某些问题的元件可在MCU自身的内部进行配置,这样至少也会使成本有实实在在的下降。

　　可配置器件的供应价格与标准MCU的十分接近。哪怕只有一个或两个外围元件、晶体或芯片可用片上功能电路来替代,那么材料账单上的成本也会有所下降,开发期将缩短、电路板将变小、设计成功的可能性将大幅度提高。

　　Cypress Microsystems公司的CY8C25000 PSoC微控制器系列（如图）显现出了许多在评价可配置8位微控制器时所期望的性能。该微控制器具有可配置于所需外围电路中的数字和模拟程序块（PSoC块）。关键在于所有的可配置性均能够通过用以指示专用PSoC块如何动作的合适的寄存器设置,以及对诸如输入选择、数值比较和事件动作等传统参数的控制来处理。

开发工具

　　除了合适的器件以外,另一个关键的要素是用于加速设计进程的开发工具。CY8C25000微控制器系列拥有可提供与传统MCU外围元件的特性相匹配的几十种预配置“用户模块”,包括合适的寄存器设置、描述性文本编制和应用程序设计接口。利用这些新型开发方案,设计人员可采用“图形点击和放置”操作来选择所需的外围元件。

　　选定的用户模块也可通过互连来完成系统专用数据流和电路板排版专用引出线的设置。一套完整的微控制器和开发工具解决方案将解决有关寻找一种灵活的数字外围电路设计方案的问题,并判明何时典型的PSoC解决方案将符合设计标准的要求。

可配置外围元件

　　研究一下传统的MCU数字外围元件,设计人员将会发现在计时器、计数器、PWM发生器、SPI主从程序块、异步接收机和发信机、CRC发生器以及伪随机函数发生器之间功能上的差异极小。PSoC系列把所有这些功能做成了三寄存器逻辑程序块和数字PSoC程序块（如图）。负责处理寄存器之间的数据转移和数值比较的接口设在提供可选功能性的位置。

　　通过采用数据寄存器来控制程序块的输入和输出以及3个功能寄存器之间的内部接口,能够在最小开销的情况下完成传统外围电路的高效硬件实现。每个数字PSoC程序块都是一个8位资源。若要制作一个16位计时器,需把两个程序块连接起来。

　　有两种不同类型的数字PSoC程序块。在接口中,大部分逻辑电路位于串行移位和串行I/O程序块之中,因此只有一半的数字程序块可用于生成串行I/O用户模块。

　　在老式的8位MCU中,工程师们采用分立元件和片外运算放大器来处理模拟信号调节和功能性。可配置MCU应能够提供混合信号支持以免除这一要求。

　　PSoC MCU包括12个模拟PSoC程序块,它们是采用相联互连和可扩缩反馈/输入比例电阻（或电容）的运算放大器。借助这些程序块,用户模块可执行A/D变换（逐次近似、ΣΔ调制或增量调制）、D/A变换、滤波、放大和调制/解调操作的外围功能。利用PSoC MCU可配置寄存器,互连时钟、输入、输出和输入/反馈电阻均可随时设定和改变。

　　其中的4个程序块采用阶梯电阻来控制反馈/输入比,以调节增益。这就需要提供高阻抗输入和复用结构,以便对诸如8通道A/D变换这样的处理提供支持。

　　其余的8个程序块实际上用开关电容代替了电阻。硅芯片上的电阻是非常昂贵的,而硅芯片上的电容却十分便宜。由于制作匹配电容很容易,因此阶梯电容非常起作用（因为它能够容易地获得精确的比值）。

可重构外围元件

　　为设计人员提供超常灵活性的一项重要功能就是可在操作过程中对该新一代微控制器进行动态重构。对于经历操作状态的应用而言,可对该器件进行彻底重构以获得与状态有关的功能性。这就使得具有10个外围元件的MCU能够起到与具有几十种外围功能的器件相同的作用。

　　设想一下24小时工作（监视硬币和账单收取、测量温度以及管理配料设备的控制序列）的自动售货机。在午夜时分,该项新技术将对必需的PSoC程序块进行重构,以生成需要的通信功能和一个拨号调制解调器。于是,它就可以与销售商通话,报告目前的状况、订购适量的新商品并告知任何有关维护方面的问题。

　　8位微控制器技术正在进步,以向设计工程师提供适合他们的应用、设计创造力和灵活性、上市时间和成本效益要求的特定性能。该新技术的关键是可配置及动态可重构外围元件、简单的开发工具、可配置引出线和模拟支持。采用像PSoC MCU这样的可配置产品将使设计人员免受各种权衡折衷及限制条件的约束,加快他们的设计进程,以期及时地推出产品。