基于成本的MCU物聯網設備SPI外設設計有效的物聯網(物聯網)設計必須平衡的要求,經常互相對立。低成本是很重要的,但往往支持應用程序所需的所有關鍵功能的單片機銷數增加和記憶兩對低成本的事情。低功率也是很重要的物聯網應用在電池操作是必須的。增加功能和改善性能的電力需求,然而。顯然所有這些需求之間找到合適的平衡可能是一個問題,但這只是挑戰工程師期望從尖端設計的類型。最有效的方法之一,將這一設計難題是尋找系統架構的變化,可以框架問題不同。使用有效的串行接口,例如,可以減少所需的別針單片機并幫助優化空間,權力,和性能。單片機SPI外圍設備的有效利用可以做到這一點。本文將展示一些說明性的物聯網應用程序例子SPI-style外設提供新的架構選擇,大大提高效率。SPI連接在成本為重嵌入式設計設計成本為重系統時最困難的任務之一就是要平衡功能和成本。在用于單片機設計,這個難題往往體現在需要添加額外的針給單片機,以便可以添加到其他外圍設備系統。外圍設備提供的額外的功能是重要的差異,希望,使設計更有價值的用戶設計,使用標準的單片機。畢竟,沒有外部的單片機外圍設備可以從另一個用于單片機設計很難區分。雖然確實在許多用于單片機設計的設計另一個軟件的不同,通常情況下,一個創新的組合軟件和外部硬件更引人注目。這可能是更重要的在成本為重的設計增加用戶更為重要的價值不僅僅是保持低成本。在快速發展和競爭的物聯網市場找到合適的價值將是產品成功的關鍵。當平衡附加功能和低成本的一個最常見的架構方法是使用low-pin-count串行接口標準連接單片機的外圍設備。當多個外圍設備可以共享相同的low-pin-count接口,它可以大大減少針的數量所需的單片機,可以低成本、low-pin-count單片機使用。Low-pin-count外設通常比他們的便宜high-pin-count表兄弟,這可以進一步降低系統成本。小針數可以減少板空間,也減少所需的痕跡。這樣就降低了制造業的復雜性,因為更少的信號層印刷電路板上的需要。一個最流行的串行接口是Serial-Peripheral-Interface(SPI)標準進化到簡化外圍設備互連的單片機。如圖1所示,接口只需要四個信號peripheral-the串行時鐘輸入(SCLK),主輸出從輸入(莫西人),主輸入從輸出(味噌)和奴隸選擇(SSn)。這四個信號足以支持一個總線與幾個外圍設備連接到主機控制器。主機與選定的外圍通信和數據傳送或接收數據在莫西人或味噌的信號。把長度從8到16位依賴于實現的傳輸速度,但是通常可以提供從10到100Mbps的比特率。SPI等外圍設備與低帶寬需求通常是發現傳感器、閃存和數模轉換器。圖1:SPI控制器和外圍設備互連最小化。更多信息在SPIDigi-Key有幾個標準產品培訓模塊討論支持SPI的SPI標準和各種設備的實現。感興趣的讀者可以使用這些深入挖掘SPI的細節標準。單片機SPI-peripheral控制大多數現代單片機SPI-controller外設,輕松高效地管理多個SPI總線。控制器通常可以配置為主機或外圍,這不是不尋常的單片機作為主機和外圍。例如,在chassis-management應用單片機可以是一個主機機箱內的各種傳感器,同時作為外圍的主要底盤控制器處理器,經常使用單片機作為分配聚合器的遠程傳感器將重要的“低級”處理從主CPU。這可以提高主CPU的處理效率,減少權力的整體控制子系統。圖2顯示了SPI控制器的框圖NXPLPC1756F單片機,它說明了大多數SPI控制器的主要元素。圖2:NXPLPC1756單片機SPI控制器框圖移位寄存器的塊???用來與各種SPI總線上的外圍設備,在主機或外圍模式。時鐘的時鐘發生器和探測器源主機模式在外圍和接收時鐘模式。允許輸出邏輯用于確定SPI總線信號的方向,根據操作模式。SPI-register接口提供的配置和數據寄存器內的外圍。最后,國家控制塊管理所有外圍的SPI操作。NXPLPC1756F單片機也有另一個SPI-controller外圍,SPI0/1,除了SPI還支持四線和導電帶接口。它還包括FIFO緩沖區,并通過DMA可以訪問。當提供多個SPI選項,確保你匹配SPI-peripheral控制器與外部設備的需求。例如,傳感器可能不需要DMA但是外部內存可能受益匪淺DMA功能在SPI控制器。SPI-controller硬件只是一塊SPI的解決方案。也有用審查的軟件功能以及控制器。通常是支持軟件的最佳評估或開發工具包。例如,瑞薩RX600演示工具包包括司機和示例代碼,可用于評估目標的緩解SPI-peripheral控制器可以實現。董事會包括SPIFlash和SPIeepm所以司機和示例代碼可用來簡化實現。設備還包括一個觸摸屏液晶如果目標為一個圖形用戶接口,應用程序使用的內存的代碼可以使用。記住你的目標應用程序和SPI總線是如何使用的,這樣你就可以利用盡可能多的代碼可以從開發工具包。SPI的記憶在使用一個小缺點的廉價的單片機,可能沒有足夠的內存芯片上的應用程序。而不是使用一個更大、更昂貴的單片機,它可能是更成本有效使用外部存儲器。事實上,由于外部記憶通常可以提供更多存儲比高容量單片機,它更容易區分一個使用外部存儲器的設計從一個使用片上內存。有足夠的存儲可以更直觀的用戶界面,本地數據可以更容易地存儲,直到更多的能量高效的傳輸數據,視頻和音頻更容易支持,和用戶功能可以支持更多的情報。如果你正在尋找方法來將值添加到您的設計,外部存儲器是一個很好的選擇。通過使用現代閃存特性SPI總線,外部能力可以不需要添加大量的單片機引腳。這可以降低成本,簡化軟件需要訪問外部存儲器。例如,意法半導體M95xxxeepm與SPI總線可以在一個小8SOIC包。類似的設備可以與其它串行接口,如圖3所示。導電帶和I2C風格接口使用2或4線,所以他們可以適合單片機銷數減少,但注意時鐘頻率的差異:SPI版本可以運行10到20倍其他兩個設備。這是其中的一個原因,SPI往往更受歡迎,它可以支持更高的時鐘頻率,這樣應用程序可以快速傳輸數據,通常更多權力有效。(越快可以傳輸數據,設備需要啟動的時間越少)。圖3:意法半導體的特征串行接口eepm——M24C/M95/M93C。SPI-bus-memory設備使用flash技術可用。例如,美光科技M25P05是每秒512比特SPI和閃存50MHz時鐘頻率。從1到256字節數據可以被編程一次使其在傳感器和日志應用程序非常有用,少量的寫操作是常態。深的省電模式1μA和可用在各種小low-pin-count包如SO8VFQFPN8,TSSOP8,UFDFPN8。寫保護功能允許配置為只讀內存的一部分和一個額外的寫保護信號支持一個額外的硬件保護模式來保護數據腐敗在過于嘈雜的環境。低功率和健壯的數據保護是非常有用的在工業物聯網(IIoT)應用程序遠程能量收獲傳感器通常放置在嘈雜的環境中。小專業的記憶也可作為SPI外設。例如,微芯片技術提供小額SPI記憶存儲以太網MAC地址。的芯片25aa02e是2-Kbiteepm可以預定程序的全局唯一的48比特位或64位兼容EUI-48節點地址和行-64。低價可用在一個小8位SOIC和消費只有1μA在待機模式下,很容易添加到嵌入式應用程序需要以太網連接在一個預算。SPI外圍設備廣泛的外圍功能傳感和監控現在可用的SPI總線。也許最普遍的外圍在單片機應用程序是一個模擬-數字轉換器(ADC)。通常需要轉換為數字,模擬傳感器輸出芯片ADC如果不提供所需的功能,可能需要一個外部ADC。此外,如果需要許多ADC輸入更成本有效使用外部設備,與許多輸入,使單片機銷數低。例如,模擬設備AD7298BCSPI-compatibleADC的12位元分辨率8輸入,一個芯片上的溫度傳感器,快速吞吐量的議員。收發通道音序器便于監控幾個輸入,時序,簡化渠道管理。的省電電流小于10μA和可用性在一個小20-leadLFCSP,它是一個適合small-board-space,低功耗的應用程序。在物聯網應用中,加速度計和陀螺傳感器可用于跟蹤、定位、安全、和定位功能。通常可以找到這些類型的傳感器結合來簡化實現。此外,當多個傳感器與當地的單片機是緊耦合的,可以組合來自多個傳感器的數據來創建更智能的功能。例如,如果允許windows加速度和取向的定義,單片機可以比較數據窗口設置,不需要生成一個警告,除非讀數超出了可接受的邊界。這通常最小化管理CPU開銷,更耗電設備比單片機。意法半導體的LSM6DS0TR包括一個3d加速計和一個3d陀螺傳感器在一個芯片上。兩個傳感器可以同時使用或陀螺儀可以關掉,而加速度計是活躍的。SPI總線用于配置和獲取數據并保持銷數小,因此它可以用于一個LGA-16L包。設備的框圖(圖4)上部分顯示了加速度計和陀螺儀在較低的部分。SPI總線顯示在圖的右下角。圖4:框圖的意法半導體SPI加速度計和陀螺傳感器設備的最重要的一個特性是數據寄存器FIFO。FIFO提供32位的16位數據為每個陀螺儀的三個輸出channels-pitch,偏航和滾動。它還提供了一個16位數據FIFO的三個加速度計輸出通道,X,Y,和z.這使得一致的節電系統,單片機不需要連續調查以來來自傳感器的數據,但它可以只在需要時醒來并迅速破裂從FIFO的數據。另一個流行的傳感器用于單片機設計采用霍爾傳感器。這個傳感器通常用于角位置定位系統,對象的旋轉速度和方向是很重要的。采用霍爾允許使用非接觸式感應電流產生的磁場。一些采用霍爾設備使用一個圓形垂直大廳(CVH)傳感技術來簡化集成和支持數字電路。例如,快板微系統公司A1334采用霍爾傳感器使用一個360度角片上CVH傳感器以及一個模擬前端,EEPROM-based可編程校準參數,和數字信號處理技術來簡化傳感器使用。SPI總線很容易