操控回路是许多根据MCU的规划所履行的最基本的使命之一。一般这些规划中未充分运用的要害特征和外围设备在现代单片机最有用地完结闭环操控体系。守时器和中止操控器在这些体系中常常运用，但在完结操控体系时，许多其他功用，如DMA、高档模数转化器和专门的数学功用，常常被忽视。
本文将快速回忆高效的根据单片机的闭环操控体系的一些要害要求。进步功率的常用技能将运用一些比如阐明MCUs。一旦您了解了一些进步功率的常用技能，您就能够更好地寻觅完结最佳封闭下一个操控循环规划的完结。
操控环根底
操控环是操控动态体系的要害元素。一个动态体系能够是任何机械或电气体系之间的联系(一般建模为输入和输出之间的线性联系)。输出一般需求以这样的办法操控，以坚持在希望的操作“频带”内。例如，轿车的主动巡航操控便是这样一个体系，在这个体系中，轿车的速度设定在一个希望的水平上，即便轿车碰到山坡，操控器也能坚持车速不变。操控速度的算法运用一个操控环，它运用一个输入(油门上的压力)，丈量成果(速度)并根据需求调整输入以坚持速度到达所需的水平。一个简略的单输入单输出操控体系的框图，带有操控回路，如图1所示。
图1：一个简略的动态操控体系操控回路框图。
在上面的方框图中，对动态体系的输入发生一个输出。输出由反应传感器丈量，并将丈量的输出与参阅(希望)输入进行比较。假如存在差异，体系操控器会运用所发生的过错来修正体系输入，使体系输出更挨近参阅输入。体系操控器需求满足智能，以防止由于不正确办理的操控体系引起的振动和其他问题。假定动态体系是线性的(输出与输入成份额)并不像你想的那样有约束，由于许多机械和电气体系是以线性办法运转的，或许很简略“偏置”，在更杂乱的传递函数的线性区域内作业。
运用单片机完结操控回路
这是很简略看到为什么MCU完结操控体系的主力。与认识、才能核算、操控各种输入和输出，都在十分高的功用水平(特别是在高利率就像轿车机械体系)是一个天然的操控单元MCU。除了CPU的才能，在单片机的智能外设有许多让你闭环操控简略有用。
操控回路一般在动态体系的每次调整之间有守时联系。这个“循环时刻”决议了调整的速度。假如循环时刻过长与体系动力学(受控体系的时变特性)相关，那么很难不可能有用地操控体系输出。振动和失控的过错会累积，使体系处于失利的风险中，也许是一个十分戏剧性的性质。一般来说，MCU能够更快地封闭循环(处理输出传感器，确认任何参阅过错，并调整体系输入)，更好。
有用的守时和计数因而要害功用所需求的最佳封闭操控回路和MCU的先进外设能够完结操控回路的最佳时机。例如，Silicon Labs efm32lg360f64g-e-csp81单片机守时/计数器周围有用操控回路完结的几个特色。除了闭环操控器的主回路守时器外，还需求守时和计数功用。让咱们更具体的EFM32LG计数器/守时器外设的框图(图2)看，看它如何能协助操控回路体系如图1所示的施行等常用功用。
图2：Silicon Labs EFM32LG单片机的守时器/计数器框图。
的守时器/计数器，一个有用的功用是从外部来历，经过左面的图的TImn_ccn引脚数转化的才能。当调查根据动态体系的丈量输出时发生转化的传感器时，这些输入是有协助的。例如，根据方位丈量的旋转丈量常常在每次旋转时发生转化。还注意到在图的上中心有一个正交解码器块，能够用于相似的丈量。记载的数量的计数，当到达存储在TImern_top终端值可用于触发中止，立即行动或可存储供今后处理。
守时器/计数器的输出，图中右侧TImn_ccn引脚，能够运用脉冲宽度调制(PWM)操控动态体系输入常用计划。在这些体系中，信号活动的时刻与操控所需的电压或电流电平有关。对信号周期、信号高时刻和边际转化点的准确操控都是要害的，而且能够有用地操控在守时器/计数器的PWM特性中。有三个独自的PWM输出也便于一般电机操控运用，其间三个独自的绕组用于改动与旋转电机相关的磁场。
智能外设操控
完结快速而有用的环路反应时刻一般需求运用智能外设来从大功率CPU和程序内存块中卸载处理。假如外围设备能够独立于CPU操作，这就答应CPU履行其他更杂乱的处理使命，乃至能够在低功耗状态下等候，直到需求进行处理。一些先进的MCU具有特别的外围操控体系，能够用来衔接外围设备一同从CPU没有干涉的需求装备自主操作。例如，瑞萨MCU的单片机r5f52108cdfm，rx210集团的一员，有一个事情链接操控器(ELC)衔接和操控外设输出为自主操作的外设输入。在ELC的框图如图3所示。
图3：瑞萨单片机rx210组事情链接操控器框图。
图左面的内部外围总线用于衔接外围设备，如图右侧所示。一切外设，包含DMA操控器、数据传输操控器(DTC)和中止操控器(ICU)都能够与专用控件衔接，自主地根据中止、计时器比较成果或PIN转化激活外设。多达59种类型的事情信号能够衔接到外围设备以发动转化、发动计时器，并开端DMA或DTC传输或任何其他所需的外围设备。当已设置为触发器的事情发生时，将发动所选模块的操作集。
能够发动多个操作的链，以便在没有CPU干涉的情况下完结杂乱的操作。例如，计时器能够发动存储在内存中的模数转化和转化值。计数器能够盯梢转化的数量，而且在计数标明能够处理完好数据集时CPU能够被中止。在CPU处理过程中，时钟振动器能够主动切换到更快的形式。选用ELC发挥到了极致，许多的传感功用中常见的操控回路的要求能够十分敏捷和有用地使它简略完结快速循环次数的一起坚持功率最小。
高效的核算
正如咱们所看到的，运用智能和自主计数器/守时器和外围设备能够改进环路时刻和下降功耗——这是操控体系规划中的两个重要方面。一般，每一个首要操控体系块都需求核算来处理在检测、比较、操控和操作被操控体系时所需的数据。事实上，跟着操控体系的功率、精度和长的运用寿命，核算需求急剧添加，已成为重要的体系需求。完结操控回路的高档算法现在运用份额积分微分算法，浮点运算一般需求进步精度。假如硬件中不支持高档核算，则在所需频率下操控环路闭合变得十分困难。
MCU厂商了解先进的加工才能的需求，包含数值处理才能，即便在低端MCU能够加速杂乱的闭环操控规划所需的核算。高端机一般包含专用硬件加速浮点核算最准确的操控运用的要求。飞思卡尔KineTIs K60单片机mk61fn1m0vmd15 mk61fn1m0vm类运用32位ARM Cortex-M处理器与DSP指令和单精度浮点运算单元的速度为最杂乱的操控算法，需求先进的核算。DSP指令包含扩展单周期多累积(MAC)指令，用于高精度信号的快速处理，以及单指令多数据(SIMD)指令，以便更快地处理低分辨率信号。硬件切割块只运转2到12个周期，加速了一般的缩放操作。
为了取得更高的功用，能够运用双核CPU，以便并行处理使命。例如，一个德克萨斯乐器协奏曲的单片机，如f28m35h52，兼具ARM Cortex-M3 32位CPU和德克萨斯文书中的32位CPU浮点才能TMS320C28X处理器。下面的图4显现了这种双核MCU的框图。
图4：德克萨斯仪器f28m35x协奏曲MCU框图。
根据ARM的MCU，在图的上部，可用于办理外围设备，而协奏曲CPU可用于处理数据和办理受操控的体系。请注意，PWM守时器与协奏曲子体系严密相连，因而很简略发生由操控体系输入所需的杂乱波形。当运用程序有简略别离的算法时，双核CPU之间的这种类型化是很重要的。假如你需求更多的处理才能为一个单一的算法或需求双CPU步调一致的高可靠性，均匀的双CPU，具有相同的处理子体系，如德克萨斯仪器cortex-r4大力神RM4 ARM MCU可能是更好的挑选。高可靠性运用的闭环操控体系能够运用异构双CPU完结的内置冗余来进步功率和健壮性。
定论
在根据MCU的规划中，有用地封闭操控回路不用充溢测验和过错的办法来寻觅最佳完结。更体系的办法，选用现代先进的功用正确，MCU能够协助你创立更高效，更快，更低的功耗，更有用的操控体系解决计划。
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