MCU（Micro Control Unit）中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計算機（Single Chip Microcomputer）或者單片機，是指隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及其發(fā)展，將計算機的CPU、RAM、ROM、定時計數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制。

　　MCU按其存儲器類型可分為無片內(nèi)ROM型和帶片內(nèi)ROM型兩種。對于無片內(nèi)ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應(yīng)用（典型芯片為8031）。帶片內(nèi)ROM型的芯片又分為片內(nèi)EPROM型（典型芯片為87C51）、MASK片內(nèi)掩模ROM型（典型芯片為8051）、片內(nèi)FLASH型（典型芯片為89C51）等類型，一些公司還推出帶有片內(nèi)性可編程ROM（One Time Programming, OTP）的芯片（典型芯片為97C51）。MASKROM的MCU價格便宜，但程序在出廠時已經(jīng)固化，適合程序固定不變的應(yīng)用場合；FALSHROM的MCU程序可以反復擦寫，靈活性很強，但價格較高，適合對價格不敏感的應(yīng)用場合或做開發(fā)用途；OTPROM的MCU價格介于前兩者之間，同時又擁有性可編程能力，適合既要求一定靈活性，又要求低成本的應(yīng)用場合，尤其是功能不斷翻新、需要迅速量產(chǎn)的電子產(chǎn)品。

　　嵌入式市場迫切要求以更低的功耗實現(xiàn)更高的性能，這一需求現(xiàn)已擴展到大量便攜式和墻上電源供電的應(yīng)用中。為滿足該需求，飛思卡爾始終致力于將低功耗設(shè)計擴展到更廣的領(lǐng)域。多種硬件和軟件兼容的MCU產(chǎn)品系列將提供卓越的性能和內(nèi)存容量，其擴展性強，從采用超小QFN封裝的50MHz、32KB閃存器件到帶1MB閃存和工業(yè)用豐富外設(shè)集的150MHz器件均包括在內(nèi)。低功耗在Kinetis MCU設(shè)計中發(fā)揮著作用。這從采用了飛思卡爾90納米SG-TFS（分裂柵-薄膜存儲器）工藝技術(shù)，以及大量具有省電功能的通用、專用外設(shè)上都可以反映出來。

　　創(chuàng)新的低功率技術(shù)

　　工藝技術(shù)是任何半導體產(chǎn)品的基本構(gòu)建模塊和決定MCU功耗的關(guān)鍵因素。除了能夠提供超快訪問速度、防止充電損失外，Kinetis MCU還是首款利用了飛思卡爾SG-TFS閃存技術(shù)優(yōu)勢的產(chǎn)品，該技術(shù)專門設(shè)計用來解決功耗敏感應(yīng)用的需求。在采用兩個1.5V電池的應(yīng)用中，一旦電壓達到0.9V，電池壽命就會迅速縮短。擴展的電壓范圍不僅適用于片上存儲器：閃存、SRAM和飛思卡爾新的FlexMemory（可配置，耐用性強的EEPROM），同時也適用于模擬外設(shè)，因而即使在功率曲線的較低端也能實現(xiàn)連續(xù)的信號測量和調(diào)節(jié)。允許高速切換的信號工作在較低電壓（通常為1.2V）下，TFS的電壓特性還有助于降低運行電流。由于運行電流與C*V2*f成比例，電壓下降對有效電流的閃存組件非常有利。

　　必須具備的功率模式

　　在電池供電的大部分應(yīng)用中，CPU將大部分時間用于功率降低或休眠模式。因此，非常關(guān)鍵的一點是微控制器提供了極具吸引力的電源模式、喚醒源和啟動時間選擇，以便設(shè)計人員能夠優(yōu)化外設(shè)活動和恢復時間來滿足應(yīng)用需求，并限度地使用現(xiàn)有的可用能源。飛思卡爾的處理方式是在Kinetis MCU中配置不少于10種的運行、等待和停止模式，同時還配有多個喚醒源（見圖1和2）。每個運行模式都配有對應(yīng)的等待和停止模式。飛思卡爾還推出了幾款低漏電模式和新的低漏電喚醒單元（LLWU），以滿足嚴格的功率預(yù)算。

　　工作在運行模式下時，CPU全速執(zhí)行代碼，可以實現(xiàn)低至200μA/MHz的功耗。對于不需要總線頻率的時段，可以使用極低功率運行（VLPR）模式。這就把CPU頻率限制在2MHz內(nèi)，并將內(nèi)部穩(wěn)壓器置于待機模式，同時還保持外設(shè)和低電壓檢測（LVD）的全部功能實現(xiàn)。在這種模式下，使用600μA至1mA范圍的VLPR LDD可以節(jié)省大量功耗，具體情況則取決于MCU的性能、內(nèi)存和外設(shè)配置。

　　等待模式和極低功率等待（VLPW）模式與它們對應(yīng)的運行模式類似，但CPU會暫停，且閃存及FlexMemory編程不可用。外設(shè)中斷啟動后，MCU能夠退出等待模式，執(zhí)行預(yù)定的任務(wù)，然后迅速恢復為低功率狀態(tài)。這限度地減少了那些常在活動狀態(tài)和減少功率狀態(tài)之間切換的應(yīng)用的平均功耗。根據(jù)總線頻率的不同，運行模式Idd可以節(jié)省30至60％的功耗。

　　Kinetis MCU的一個關(guān)鍵低功率組件是低漏電喚醒單元（LLWU），它在所有低漏電停止模式中充當喚醒監(jiān)控器。LLWU支持多達16個外部輸入引腳（如下降沿、上升沿或任何轉(zhuǎn)換都可以編程）和8個可由用戶配置為喚醒事件的內(nèi)部外設(shè)。在功率模式下，有幾個喚醒源可供選擇：如低功耗定時器、實時時鐘、模擬比較器、觸摸感應(yīng)接口（TSI）和幾個引腳中斷。喚醒輸入處于激活狀態(tài)時，只要MCU進入LLS模式或任何VLLS模式它就會啟動。

　　Kinetis MCU包括一個低功率定時器，它通過在功率降低狀態(tài)啟動連續(xù)的系統(tǒng)運作來提高靈活性。這既可以作為通用定時器使用，也可以用來與片上比較器一起對比較器輸入脈沖進行計數(shù)。，低電壓檢測（LVD）單元支持兩個低電壓檢測觸發(fā)點，每觸發(fā)點上有四個警告級。它可以被配置為在電源電壓變化時生成復位或中斷信號，從而保證內(nèi)存內(nèi)容和MCU系統(tǒng)狀態(tài)的安全。

　　低功率觸摸感應(yīng)

　　所有Kinetis MCU都采用了飛思卡爾新推出的Xtrinsic觸摸感應(yīng)技術(shù)。通過創(chuàng)建觸摸啟動按鈕、滑動和旋轉(zhuǎn)式用戶界面，Xtrinsic提供了可以替代傳統(tǒng)機械式按鍵開關(guān)的現(xiàn)代產(chǎn)品。觸摸感應(yīng)輸入（TSI）模塊還能提供更多好處，該模塊在啟動后只需要使用電流加法器，就能在所有低功率模式中正常運作。這使得大量電池供電應(yīng)用都可以采用觸摸感應(yīng)技術(shù)，而這在以前是無法實現(xiàn)的。

　　TSI模塊中包括一個內(nèi)部定期掃描單元，它針對低功率和運行模式提供獨立的掃描間歇。這使得用戶可以設(shè)置較長的掃描間歇以限度降低功耗。而在運行模式中可以將掃描間歇縮短，以加快觸摸響應(yīng)。

　　如圖3所示，TSI模塊提供可編程的高電容和低電容閾值，并且在檢測到TSI事件之前CPU在該范圍一直會保持休眠模式。發(fā)生觸摸操作時，瞬時電極電容被檢測到超出閾值定義的范圍，這反過來就會觸發(fā)TSI中斷，并快速喚醒CPU。一旦觸摸感應(yīng)輸入處理完畢，MCU就可以自由恢復低功率狀態(tài)。TSI模塊多可以支持16個電極/按鍵，每個電極使用單個引腳。當電容測量分辨率降低到0.02fF時，它還可以與厚玻璃、塑料和彈性玻璃表面一起使用。此外，電極取樣集成和故障檢測硬件增強了系統(tǒng)可靠性，在嘈雜的工業(yè)環(huán)境中這是一個需重點考慮的因素。

　　多種應(yīng)用要求采用鍵盤、旋轉(zhuǎn)和滑動用戶界面。為滿足這些需求，飛思卡爾提供了觸摸感應(yīng)軟件（TSS）庫，它完全兼容CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。TSS庫的特性包括智能自動校準機制（可預(yù)防環(huán)境問題），噪聲抑制算法，優(yōu)化的緩沖結(jié)構(gòu)（支持任何電極排列）和用于電極表征（輔以演示和應(yīng)用實例）的PC GUI應(yīng)用。

　　低功率分段LCD

　　LCD液晶投影機是液晶顯示技術(shù)和投影技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它利用了液晶的電光效應(yīng)，通過電路控制液晶單元的透射率及反射率，從而產(chǎn)生不同灰度層次及多達1670萬種色彩的靚麗圖像。LCD投影機的主要成像器件是液晶板。LCD投影機的體積取決于液晶板的大小，液晶板越小，投影機的體積也就越小。根據(jù)電光效應(yīng)，液晶材料可分為活性液晶和非活性液晶兩類，其中活性液晶具有較高的透光性和可控制性。液晶板使用的是活性液晶，人們可通過相關(guān)控制系統(tǒng)來控制液晶板的亮度和顏色。與液晶顯示器相同，LCD投影機采用的是扭曲向列型液晶。LCD投影機的光源是專用大功率燈泡，發(fā)光能量遠遠高于利用熒光發(fā)光的CRT投影機，所以LCD投影機的亮度和色彩飽和度都高于CRT投影機。LCD投影機的像元是液晶板上的液晶單元，液晶板一旦選定，分辨率就基本確定了，所以LCD投影機調(diào)節(jié)分辨率的功能要比CRT投影機差。

　　分段LCD顯示器常用于一些對功率敏感的應(yīng)用，用于提供指令、監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)以及顯示操作/功能處理或提供結(jié)果。LCD控制器在所有CPU運行模式下運行，包括極低漏電停止模式。除非芯片在復位狀態(tài)，否則屏幕將顯示信息，而無需關(guān)注MCU其余部分。由于閃爍是在LCD模塊的一小部分中進行的，因此不必喚醒CPU、總線或MCU的其余部分，該MCU也能運行。黒屏閃爍會關(guān)閉所有分段，而在可配置的閃爍期間，備用屏幕閃爍則可以顯示不同的數(shù)據(jù)。利用這個功能，MCU無需推出低功耗模式，就可以通過支持LCD閃爍實現(xiàn)較低的平均功耗，如圖4所示。

　　限度減少外部元件數(shù)量還有助于提高系統(tǒng)的電池壽命，并且LCD控制器通過電荷泵生成前面板和背板顯示信號，此時電荷泵僅需要4個外部電容器。

　　LCD的數(shù)據(jù)還保留在距離LCD近的位置（在面板單元上）。與LCD數(shù)據(jù)保存在芯片內(nèi)部的寄存器不同，短數(shù)據(jù)路徑去除了克服中央寄存器和I/O引腳之間加載所必需的驅(qū)動，這使得LCD驅(qū)動器電壓域得以減小。

　　綜合起來，這些低功耗特性可以延長許多消費電子、工業(yè)和無線LCD終端產(chǎn)品的使用壽命。LCD控制器的其他功能包括：能夠通過軟件將任意LCD引腳配置為前面板或背板，因而無需成本高昂的硬件重設(shè)計就能對LCD設(shè)計進行修改；能夠防止錯誤顯示器讀數(shù)的創(chuàng)新分段故障檢測功能；支持背板、前面板或GPIO功能的多功能LCD引腳。

　　支持低功率解決方案

　　借助Kinetis系列產(chǎn)品，飛思卡爾致力于低功率MCU的不斷創(chuàng)新。這不僅適用于MCU本身，同時也適用于支持它的開發(fā)工具和設(shè)計資源。Kinetis MCU獲得廣泛的整套應(yīng)用筆記、參考設(shè)計和培訓材料支持。同時還有強大的第三方工具系列加以完善，如IAR系統(tǒng)的Embedded Workbench IDE，該IDE集成了創(chuàng)新的電源調(diào)試和分析工具。這些功能使得軟件開發(fā)商能夠?qū)⒊绦驁?zhí)行的關(guān)鍵事件與功耗相映射，進而修改其源代碼以滿足功率曲線的要求。

　　如今的應(yīng)用程序不僅僅要求低功率。在越來越多的情形下，它還要求大量性能、內(nèi)存和外設(shè)選項，因為低功耗成為更多終端產(chǎn)品的關(guān)鍵需求。Kinetis MCU具有業(yè)界的低功率技術(shù)，多種低功率工作模式，一組豐富的低功率人機接口外設(shè)以及完善的支持，因而是滿足該需求的理想之選。