设计团队可以采用的一种缩短项目审批到生产（以及后续的低成本大规模生产）时间的方法是，尽可能降低微控制器技术及其开发工具的学习难度。同时，选择具有特定应用特性和功能的微控制器可以缩短实现这些功能所需的时间，使设计人员能够专注于核心设计技能，从而最大限度地提升最终产品的竞争优势。.
这些因素推动了微控制器产品线的不断扩展，这些产品将行业标准的处理内核与集成的特定应用功能相结合。提供具有相同底层核心架构的产品，使开发人员能够更轻松地利用从以往项目中积累的技能和知识，并在参与项目的不同团队之间交流经验，从而满足新的设计需求。此外，选择能够满足关键应用功能的微控制器，不仅可以缩短电路设计和软件编程所需的时间，还可以减少元件数量，进而降低物料成本、节省电路板空间并简化最终制造流程。.
ARM Cortex™-M3 微控制器
是业界最常用的标准内核之一，它针对确定性实时应用进行了优化。该内核在提供高性能的同时，有效解决了降低动态和静态功耗的难题。它使微控制器能够以以往 16 位技术的成本实现 32 位性能。该内核执行 Thumb®-2 指令集以实现最佳性能和代码大小，包括硬件除法、简单周期乘法和位域操作，并可配置多达 240 个系统中断，每个中断都具有独立的优先级和动态重优先级功能。
一旦选定 ARM Cortex-M3 内核用于设计，开发人员就必须从日益丰富的产品系列中选择最合适的器件。例如，东芝电子目前提供五大系列的 ARM Cortex-M3 微控制器，每个系列都旨在满足特定应用的需求。这些系列共包含 16 款器件，使设计人员能够为各种用途选择理想的解决方案，从管理电池供电的便携式设备到控制变速电机（这些电机越来越多地应用于水泵、风扇和家用电器中）。.
高容量闪存：
东芝TMPM360就是一个例子，它是首款将ARM Cortex-M3内核与2MB板载闪存相结合的32位微控制器（图1）。该器件专为工业和消费类数字应用而开发，这些应用需要以最少的组件实现高性能、低功耗运行、大容量数据存储和丰富的串行接口。
与ARM-Cortex系列的其他微控制器一样，TMPM360的片上ROM采用东芝的NANO FLASH™闪存。这项技术结合了NAND闪存单元的最佳特性和NOR闪存外围电路的优势。最终实现了高密度、超低功耗、编程和擦除时间短以及快速随机访问的板载存储器。
如图 1 所示，TMPM360 除了工作频率高达 64 MHz 的内核和 ROM 之外，还配备了 128 KB 的板载 RAM 和丰富的串行连接功能，包括 16 个通用输入/输出通道（可配置为同步模式或最多 12 个 UART）、一个 5 通道串行总线接口 (SBI)（支持 I2C 或同步模式）以及一个同步串行总线接口 (SSP)（支持 SPI、SSI 和 Microwire 格式）。此外，得益于消费电子控制 (CEC) 单元和远程控制信号预处理器 (RMC)，该器件简化了具有远程控制功能的应用设计。其他片上外设包括高速 10 位模数转换器 (ADC)、实时时钟 (RTC)、看门狗定时器 (WDT) 和一个 16 位 16 通道定时器。.
低功耗选项
对于许多设计人员而言，低功耗是他们工作中最重要的考量因素。因此，诸如超低功耗的 TMPM395FWXBG（图 2）等产品应运而生。TMPM395FWXBG 的
工作电压低至 1.7 V，采用 6 mm x 6 mm BGA 封装，是便携式和电池供电设备、家用电器和消费电子产品等各种应用的理想之选。其高效的 ARM 内核运行频率高达 20 MHz，并经过优化设计，确保运行期间的功耗极低。此外，多种待机模式可在处理器空闲时将电流降低至 1 µA（RTC 模式）。
与 TMPM360 类似，这款微控制器也集成了 CEC 和 RMC 功能。此外，振荡频率检测器 (OFD) 可对 CPU 时钟进行硬件监控（图 3），无需复杂的软件程序即可自动检测异常时钟运行，从而大大简化了满足 IEC60730（B 类）安全标准的要求。这在许多电器设计中至关重要。.
TMPM395FWXBG 拥有 128 KB 闪存和 8 KB RAM，集成了一个 10 位 12 通道 ADC、一个实时时钟 (RTC)、一个 16 位 10 通道定时器和一个看门狗定时器 (WDT)。它还集成了一个电压检测器和一个 10 MHz 高速内部振荡器。连接方面，它提供了一个通用的 3 通道串行接口（可配置为 UART 或同步模式）和一个 2 通道串行总线接口（可在 I2C 或同步模式之间选择）。此外，它还具有一个 4 通道 SSP 接口，支持 3V 耐压 SPI 模式。为了帮助设计人员优化电源效率，TMPM395FWXBG 包含四种睡眠模式——“空闲”、“慢速”、“睡眠”和“备份停止”——以及三种子时钟（32.768 kHz）工作模式——“慢速”、“睡眠”和“RTC”。在 RTC 模式下，电流消耗低至 1 µA。.
电机控制：
在嵌入式解决方案的开发中，电机控制这一应用领域的重要性日益凸显。从工业泵、风扇到洗衣机、洗碗机，各种应用的效率和功能都面临着越来越严格的商业和法规要求，原始设备制造商 (OEM) 也因此需要不断提升这些应用的性能。这推动了基于无刷直流 (BLDC) 三相电机的变速电机的设计。与传统的恒速电机相比，变速电机需要更为复杂的电机调节和控制技术，尤其是在设计用于无传感器运行的情况下。因此，设计人员正在寻求能够帮助他们应对这些复杂挑战，同时又无需投入过多时间和资源的微控制器解决方案。
矢量控制，也称为磁场定向控制 (FOC)，通常是无刷电机系统的首选控制方式。这种复杂的控制技术通过调节电机电流和电压来维持定子磁场与转子磁场正交，从而保持恒定的磁场强度。然而，这导致软件开发和实现成本显著增加。不过，近年来，一些专用的微控制器已经将矢量控制集成到硬件中。这些微控制器不仅最大限度地减少了软件编程和代码存储的需求，还能提升整体电机控制性能。
例如，东芝的 TMPM370 系列微控制器，基于运行频率为 80 MHz 的 ARM Cortex-M3 内核。如图 4 所示，这款简单的 100 引脚集成电路集成了东芝专有的 PMD3+ 可编程电机控制系统和矢量电机 (VE)。
TMPM370 系列是压缩机、风扇以及其他需要带或不带传感器的无刷直流电机控制的应用的理想之选，也适用于基于三相感应电机控制的家电设计。其简便的 5V 工作电压和内置的 OFD 功能使其对家电设计人员极具吸引力。PMD 和 VE 功能可处理 PWM 波形生成、速度控制和位置估计，从而释放 ARM 内核以管理嵌入式解决方案的其他组件。集成的 12 位 ADC、比较器、放大器和编码器等功能，以及丰富的接口，减少了对额外组件的需求。.
开发支持
在为特定应用选择最合适的微控制器时，开发工具和配套支持材料的可用性也至关重要。上述所有微控制器均配备专用的入门套件，旨在帮助工程师快速启动生产开发。根据目标处理器的不同，这些套件包含评估板；专用硬件（例如，TMPM370 的套件包含电机和电机控制模块）；详细的应用笔记；软件开发工具，例如在线仿真器 (ICE) 和调试器；以及全面的文档，包括应用笔记、参考设计和物料清单信息。
作者
Roland Gehrmann 是东芝电子欧洲公司消费及工业集成电路营销部门的负责人。
