当机器人遇上MCU ：飞思卡尔Kinetis E系列与机器人设计研发相得益彰

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》中最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月最新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位唯一识别码（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是现在最热门的设计机器人（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。

MCU和多系列产品线为工业机器人保驾护航

在Kinetis E系列之前，飞思卡尔已经有一些可以应用在机器人领域的明星产品，如PowerQUICC、QorIQ通信处理器和i.MX多媒体处理器，此外多款传感器也非常适用于机器人应用。它们以各自的优势在不同领域各司其职，特别是在工业机器人领域。工业机器人已广泛应用于各种自动化任务，包括焊接、涂漆、装配、拾放、包装、产品检验和测试等。每个多轴机器人本身可以是复杂的系统，配备传感器、机械手、电机和运动控制装置。机器人往往以群组的形式部署，这就需要运用监控功能对其进行全面控制。高性能PowerQUICC和QorIQ通信处理器集成了监控和操作机器人所需的处理能力和连接功能，具备高耐用、高速度和高精度等特性，尤其适合做运动控制和电机控制。

i.MX系列被认为是飞思卡尔历史上最成功的处理器之一，被用在消费电子、汽车和工业市场、数据连接、医疗保健、网络等各种应用。最新的i.MX 6系列是基于ARM Cortex-A9架构，包括单核、双核和四核在内的高扩展性多核系列应用处理器平台，可以提供全新等级的多媒体性能和超强的稳定性，十分适用于众多工业智能设备。一个很有意思的i.MX应用案例是VGo智能远程医疗机器人，旨在降低医疗护理成本，同时改善护理患者的水平。飞思卡尔在一个集成封装中融合了多个i.MX处理器，使VGo能够在一个轻型、紧凑、且易用的设备中包含实时视频和音频，以及遥控移动等多种复杂的特性。

图2 VGo智能远程出席机器人

随着时代的进步，机器人和其中的微控制