微控制器為物聯網：小體積帶來大影響

處理器都工作在幾乎所有連接的設備的關鍵要素，并有望帶動數以百萬計的“終端節點”，為物聯網（物聯網）的部署。端節點包括數據融合組件，結合多種功能在單個器件中的各種元素，如米，傳感器，顯示器，和預處理器，以及。在物聯網端節點一個常見的需求是需要小尺寸，因為這些設備通常限制在一個非常小的足跡。考慮，例如，可佩戴裝置;體積小，重量輕是客戶認可的關鍵。單片機在小包裝為控制規模受限的物聯網終端節點應用的完美元素。許多MCU還具有附加功能，可以很容易地適應一個非常強大的設計中融入了針腳限制外形。靈活的引腳分配，自主運行和智能外設互連的先進功能的小引腳數MCU有進一步提升自己的能力，使大小受限的應用有很大的影響的一些例子。

小引腳數封裝

小尺寸封裝是一個關鍵推動因素配合的MCU到深受廣大物聯網端點所允許的限制電路板空間。可穿戴設備，特別是，將具有非常有限的空間，但是仍然會需要顯著處理能力和存儲，以執行傳感器，傳感聚合器，和控制器所需的前端功能。芯片級封裝（CSP）提供了一個超小尺寸，無需異國情調的制造能力。飛思卡爾的Kinetis KL03 20引腳CSP MCU系列，例如，采用20引腳CSP格式有1.6×2.0平方毫米封裝尺寸。如在圖1中所示的圖示中，20針裝置具有20焊錫凸塊的細微間隔裝配到電路板空間最小量。

圖1：飛思卡爾KL03系列單片機在芯片級封裝。 （飛思卡爾提供）小型封裝不需要提供小的處理能力，但是。該KL03具有強大的48MHz的32位ARM Cortex-M0處理器具有32 KB的片上閃存和2 KB的片上SRAM的核心。多個串口（LPUART，SPI，I2C）可以很容易地將MCU連接到標準外設。一個12位ADC的模擬比較器和內部基準電壓支持常見的檢測要求。定時操作，在物聯網應用中非常常見，都與一個低功率定時器，以及一個實時時鐘的支持。脈沖寬度調制（PWM）定時器還可以簡化機械控制應用。在一個非常小的20引腳CSP格式，這大的權力是可用來設計的大能力的一個很好的例子。

智能一體化

MCU廠商不只有提供強大的CPU小包裝卻停止。添加智能集成 - 專門的硬件，可最大限度地減少外部配套設備 - 是另一種方式來收拾盡可能多的功能集成到一個小的電路板空間。作為一個例子，有多少次，你需要少量額外的簡單的組件結合外部函數，這樣他們可以裝配到銷有限的設備？你也需要做這樣的一種方式來加快輸入信號的處理時，CPU管理位感應回路太慢或使用了太多寶貴的CPU時間？ MCU制造商開始通過片上添加用戶邏輯來解決這些需求更多的邏輯集成。這種類型的智能一體化的一個例子是從Microchip PIC16（L）F1503的MCU。該裝置包括少量在其上配置的邏輯的，使用所謂的可配置邏輯單元或社區學習。這些邏輯單元可以被用來創建從設備輸入端和內部信號的簡單的邏輯功能。 CLC的輸出可用于在設備的輸出或內部設備。 CLC結構的圖示于圖2。

圖2：PIC芯片上配置邏輯框圖。 （Microchip的提供）多達16個輸入可以選擇，然后邏輯功能可用來創建四個生成的輸出。每個輸出可單獨使能，極性選擇，邊緣檢測，或注冊 - 這取決于正用于輸出。八個可能的邏輯功能包括選擇的AND-OR，OR-XOR，鎖存器，和寄存器 - 所有需要的銷受限設備上的常用功能。例如，你可以從你的板子一些簡單的門集成到MCU，也可以創建一些簡單的功能來消除CPU周期通常用來合并或條件的設備投入。需要注意的是外設，現在可以使用硬件，而不是CPU密集型輪詢和“位模擬”技術相結合。這原來簡單的外設集成到更智能的人，使他們能夠獨立CPU的監督工作。一個ADC，定時器，中斷控制器，現在可以方便地組合成一個完整的傳感子系統，與CPU干預僅在需要時子系統需要它，也許當一個或超時條件出界外發生。對于Microchip的配置邏輯努力的概況看到的產品培訓模塊恰當地命名為“可配置邏輯單元。”

高效引腳分配

其中一個使用小引腳數MCU的問題越來越分配給IO引腳正確的函數。在許多微控制器的輸出引腳被多個外設共享，這是可能的，你要使用的外設有沖突的IO任務。這使得很難得到你想要在最小包裝的功能數量。您可能需要使用特定的資源組合一個較大的封裝。 IO分配也影響板布局和信號路由。你可以使用更多的電路板空間或多個信號層比理想情況下，如果銷不放置在方便的地方結束。一些MCU廠商正在解決這些局限，增加引腳分配的靈活性。恩智浦，例如，增加了可用于為各種片上外設的信號“交換”針位置的IO引腳矩陣。由于提供了恩智浦LPC82x系列（圖3），在IO-開關矩陣提供29 IO引腳一個交換能力。 GPIO信號，定時器，串行外圍設備，甚至模擬輸入可任意切換到器件的引腳你的愿望。

圖3：恩智浦LPC82x系列的IO引腳開關矩陣。 （恩智浦提供）的開關矩陣，可以從任何的29 IO引腳到任何內置外設全面的連通性。 （只有少數例外，例如，JTAG引腳始終會分配給PIO_0給PIO_4當器件處于邊界掃描模式和PIO_4用于喚醒從深度掉電，這些例外情況是可以理解的，因為相關的功能是使特定的設備。）開關矩陣是非常靈活，你甚至可以將多個外設輸入到同一個器件的引腳，以減少總引腳數還要多。列入對LPC82x MCU的開關矩陣的顯著提高你的能力，以獲得正確的信號恰到好處的引腳，允許您使用您的具體應用的最小尺寸的封裝和電路板空間。恩智浦還提供工程師題為產品培訓模塊“介紹IO開關矩陣”，它可以在向Digi-Key的網站上找到。

自主外設操作

有效利用MCU引腳可以通過MCU的硬件功能，連接輸入引腳和內部外圍設備的支持。這允許創建銷效率，需要很少或沒有CPU干預自主外設。考慮瑞薩RL78 / G13系列MCU（例如，R5F1007DANA＃U0），其中有一個事件鏈路控制器（ELC），其選擇的各種活動（如外部輸入中斷，內部中斷，定時器中斷，或者比較匹配的結果），并經由硬件到所需的外圍設備輸入連接它們。如圖4時，它使用一個外部中斷以觸發一個模擬 - 數字轉換。這是可以實現而不涉及CPU的，甚至可能是在CPU處于低功率休眠模式。這有效地使用IO資源，同時保持功耗盡可能地低，對大多數的IoT應用的另一個關鍵要求。

圖4：在瑞薩電子RL78 / G13系列MCU使用事件鏈接控制器。摘要低引腳數封裝（瑞薩提供）是理想的許多物聯網應用，并利用這些小的包時，你不必放棄強大的處理能力。通過IO開關矩陣高效引腳映射，事件鏈接控制器，或片上可配置邏輯單元能提高銷效率，以確保在最尺寸受限的物聯網應用中使用的是最小的電路板空間。