当机器人遇上MCU：飞思卡尔Kinetis E为工业机器人保驾护航 (1)

从1920年捷克作家卡雷尔•查培克在其剧本《罗萨姆的万能机器人》中早使用机器人一词到今天的近一百年间，人们对机器人的追求和完善从未停止。近年来，机器人随着无线传感器网络等技术的发展而不断演进。人们对机器人的要求已不再局限于代替人做事情，而是能够连接物联网，与其他设备和人进行交互，当然对数据反馈、智能判断速度、机器人大小等其他性能的要求也越来越高，如可应用在智慧家庭等环境中的小型移动机器人。

机器人内部架构的一个核心之一就是微控制器(MCU)，MCU的种类千差万别，机器人的研发人员也在不断评估各种新MCU，以找到一个更合适的。飞思卡尔在今年8月推出的业界首款基于ARM Cortex-M0+处理器的5 V Kinetis E系列微控制器就是一个不错的选择。

Kinetis E与机器人设计相得益彰

Kinetis E系列微控制器结合了低成本、高性能、先进的电磁兼容性(EMC)和静电放电(ESD)保护功能，符合工业级的可靠性和温度要求。其中，KE02是Kinetis E系列的入门级产品，其电压范围为2.7 V~5.5 V，闪存写入电压范围为2.7 V~5.5 V, 温度范围(环境)为 –40 °C~+105 °C。 从性能上来看，其具有高达20 MHz ARM Cortex-M0+内核，单周期32位× 32位乘法器，单周期输入/输出访问端口，内置了高达64 KB的Flash， 256 B的EEPROM以及4 KB的RAM。

Kinetis E系列MCU中的Flex定时器(FTM)模块共有三个：包括一个具有死区时间插入和故障检测功能6通道FTM，和两个与飞思卡尔8位单片机HCS08的TPM(Timer PWM Module)模块向后兼容的2通道FTM。每个通道都可以针对输入捕捉、输出比较、边缘或中心对齐PWM模式进行配置。这个功能非常适用于电机控制，再加上飞思卡尔的FreeMaster，就适合作算法参数确定。

Kinetis E系列电源管理模块(PMC)提供三种电源模式：运行、等待和停止模式，可以在保障能源效率的情况下运行。Kinetis E还内置看门狗和可编程CRC模块、每芯片64位识别码(ID)，以提供更高的安全性。

图1 Kinetis E内部结构图

32位MCU一直以来都以低电压运行，其在机器人、电机控制甚至家庭中应用时，往往由于电磁环境恶劣而不被人所用，人们只能退而求其次选择16位乃至8位的单片机。Kinetis E系列MCU强大的电磁抗噪能力让人们消除了这种顾虑，为高噪声环境中运行的系统的MCU“改朝换代”带来了可能。

值得一提的是，飞思卡尔提供的Freedom开发平台FRDM-KE02Z兼容Arduino R3引脚布局的规格，并且具有全新的OpenSDA调试接口。Arduino 是一个基于开放源码的软硬体平台，能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的MCU可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，收录进MCU。正因为这些优点，Arduino是现在热门的设计机器人(特别是可连网的小型移动机器人)和无线传感器网络应用的平台之一。这也体现出飞思卡尔以用户需求为导向的理念。