Takarítson meg energiát az ÚJ AVR128DB mikrokontrollerekkel
A Microchip mikrokontrollereinek új, magfüggetlen perifériás lehetőségei.
2021. szeptember 02., csütörtök, 19:41
Címkék: energiafogyasztás energiagazdálkodás energiahatékonyság energiaracionalizálás mikrokontroller TME
Jelenleg a 32-bites chipeknek van a legnagyobb piaci részesedése a beágyazott rendszerekben használt mikrovezérlőkből, ugyanakkor a 8- és 16-bites chipeket is gyakran használják. Az ilyen típusú mikrovezérlők jól ismert magok felhasználásával készülnek, amelyeket hosszú piaci jelenlétüknek köszönhetően már alaposan teszteltek és finomítottak. Ezen mikrovezérlőknek az eszközei is javultak az évek során, és a tervezőknek most kiváló fordítók és függvénykönyvtárak állnak a rendelkezésükre, amelyek jelentősen javítják a szoftverfejlesztési folyamatot. A modern rendszerekben további funkciók is megvalósításra kerülnek, kibővítve a mikrovezérlők alkalmazási körét.
Fontos tényező, amely hozzájárul az "egyszerűbb" 8- és 16-bites mikrokontrollerek folyamatos fejlesztéséhez, a tárgyak internete piaca. Az ebben a szegmensben működő nagyszámú eszköz és alkalmazások miatt a rendszereknek alacsony az energiafogyasztásuk. Ez különösképpen vonatkozik a vezeték nélküli kommunikációval rendelkező intelligens érzékelőkre, hordozható eszközökre, az üzletekben a hagyományos árcédulákat felváltó információs rendszerekre, Bluetooth jelzőfényekre stb. Nagyon gyakran az ilyen típusú készülékek akkumulátorról működnek, a felhasználók pedig maximális munkaidőt igényelnek, anélkül, hogy ki kellene cserélniük az elemeket. Ezeknél az alkalmazásoknál a 8- és 16-bites mikrovezérlők egyedülállóak, mivel könnyen átállíthatók (és gyorsan indíthatók) alacsony teljesítményű üzemmódba, amelyben perifériáik és/vagy magjuk energiatakarékos üzemmódban van, és csak a szükséges műveletek végrehajtásához szükséges ideig aktiválódnak/indulnak el.
A modern mikrokontrollerekben a perifériás modulok a CPU-tól függetlenül működhetnek, és bizonyos feladatokat (amelyeket a hagyományos értelemben a CPU részvételével hajtottak végre) függetlenül is elvégezhetnek. Ez elősegíti az alacsony energiafogyasztást és felszabadítja a viszonylag kicsi mikrovezérlő feldolgozási teljesítményét, amelynek magja így az alkalmazás-kritikus feladatok elvégzésére fordítható. A „könnyen használható” konfigurációs eszközökkel ezeknek a moduloknak a használata csökkenti egy új alkalmazás fejlesztési idejét. Ezenkívül a mikrokontrollerekben megvalósított különféle típusú perifériás modulok belsőleg nagyobb egységekként funkcionális blokkokká egyesíthetők, lehetővé téve a bonyolultabb funkciók végrehajtását (nincs mag végrehajtás). A gyártó a tervezőket segítve az alapvető független perifériák (CIP) konfigurálásához, grafikus, felhasználóbarát kezelőfelülettel rendelkező eszközöket biztosít.
AVR128DB mikrokontroller TQFP48 tokozásban
A fenti említett tulajdonságokkal rendelkező mikrokontrollerek nem hiányozhattak a Microchip kínálatából.
AVR128DB
Az AVR128DB mikrovezérlő család ötvözi az AVR® mag alacsony teljesítményét a magfüggetlen perifériák (CIP) és számos beágyazott analóg periféria készletével. Az 5V-os tápfeszültségen való működés növeli a zavartűrést. Az alábbiakban elsősorban az AVR128DB sorozatban elérhető CIP perifériákat tárgyaljuk, bár maguk a rendszerek funkcionalitása sokkal nagyobb. Az AVR128DB mikrovezérlők tartalmaznak többek között A/D konvertereket és 10-bites DAC-okat (azaz D/A átalakítókat), RTC rendszert (valós idejű órát), PWM generátorokat (beleértve a 12-bites TCB időzítőket, amelyek áramellátó rendszerekben működnek), USART, SPI és TWI interfészeket, referencia feszültségforrásokat a pontos mérésekhez, komparátorokat és külső megszakításokat az összes I/O érintkezőre. Az AVR128DB mikrovezérlők beépített operációs erősítőkkel is felszerelhetők (legfeljebb 3 darab). Az analóg-digitális átalakítókkal kombinálva lehetővé teszik a bemeneti jelek kiterjedt és pontos feldolgozását. A mikrovezérlőknek van egy kimeneti-bemeneti portja (MVIO) is, amely különböző logikai szintekkel (1,8V-tól 5,5V-ig) működik, ami szükségtelenné teszi a külső átalakítók használatát, ami egy újabb lépés az olyan áramkörök BOM és energia hatékonyságában, amelyek Microchip chipeket használnak. Nézze meg a teljes kínálatot.
Event System
Az Event System egy hatékony eszköz, amely minimalizálja a mikrovezérlő magjának terhelését. Ez lehetővé teszi az események közötti egyszerű függőségek megállapítását. A feltételes utasításokat a mag bevonása nélkül hajtjuk végre (vagy akár a mag újraktiválását). Ilyen például a programkódtól független gombművelet. A komparátoron beállított potenciálkülönbség túllépése például a periféria aktiválását eredményezheti az érintkezőn, a számlálás megkezdését stb. Ez a funkció csökkenti az eszköz működtetéséhez szükséges kódok mennyiségét és növeli a mikrovezérlő reakciókészségét.
Konfigurálható Logikai cella
A konfigurálható logikai cellák (CLC) hasonló eszközök, csökkentett energiafogyasztási módban is aktívak. Lehetővé teszi, hogy logikai műveleteket hajtson végre külső és belső forrásokból érkező jeleken (számláló, regiszter), és a művelet eredményét az egyik perifériára vagy kimeneti érintkezőre továbbítsa. Ezáltal elkerülheti a feltételes utasításokat a programkódban. A CLC modul elvégzi a logikai kapuk (AND, OR, XOR, NOT és ezek kombinációi), reteszek vagy flip-flopok funkcióit az energia-fogyasztó indító eljárás nélkül.
Nulla Keresztérzékelő (ZCD)
A ZCD modult a megszakítások kiváltására használják, amikor egy AC jel áthalad a földpotenciálon vagy a nulla-volt küszöbön (a mikrovezérlő GND-jével szemben). A mikrovezérlő beépített áramköre közvetlenül a tápvezetékről képes mintavételezni a feszültséget - egyetlen passzív alkatrészre van szükség: sorba kapcsolt áramkorlátozó ellenállás és (opcionálisan) húzóellenállás. Egy ekvivalens analóg áramkör lényegesen több alkatrészt igényelne. A ZCD funkció lehetővé teszi a hatékony triak vezérlést (a fények tompítása, a fűtés szabályozása), az energiaminőség monitorozását (periódusmérés) vagy az EMI korlátozását az adott eszköz váltakozó áramú tápellátását vezérlő áramkörökben (bekapcsolás, ha a szinusz hulláma közel nulla, kiküszöböli a hirtelen feszültségcsúcsokat és az általuk okozott EMI-t). Ezenkívül a periféria konfigurálható egy bizonyos típusú túllépés jelzésére (emelkedő görbe, csökkenő görbe vagy mindkettő). A ZCD jelet nem kell szoftverrel kezelni, és a mikrovezérlő egyik I/O érintkezőjéhez lehet csatlakoztatni.
Továbbfejlesztett Watchdog
Még a legjobban megtervezett digitális áramkörök is, amelyek hibamentesek és többször módosított kódot hajtanak végre, összeomolhatnak. Ennek a problémának sok oka lehet, néha nem kapcsolódik a kód által végrehajtott funkciókhoz. Lehet, hogy meghaladja a megengedett üzemi hőmérsékletet vagy zavarok adódtak az elektromos vezetékben. A programtól függetlenül működő Watchdog timers (WDT) számlálók jelentik az elsődleges védelmet az ilyen helyzetek ellen. Amikor az utasítások végrehajtása hosszabb ideig tart, a WDT visszaállítja a mikrovezérlőt. Az AVR128DB család esetében lehetőség van egy "időablak" programozására (Window Mode Watchdog Timer, WWDT), amely a program végrehajtására használható. Ilyen ellenőrzés esetén a készülék működése a kezdetektől megszakad és újraindul, mind a magból érkező válaszok közötti túl hosszú, mind túl rövid időszak esetén. Ez utóbbi esetben lehetséges, hogy az utasítás egy részét nem hajtották végre, ennek negatív következményei lehetnek - különösen, ha az átugrott művelet közvetlenül kapcsolódott az áramkör vagy az eszköz kezelőjének védelméhez (pl. észrevétlen jel a végálláskapcsolótól).
Ciklikus redundancia ellenőrzés (CRC/SCAN)
Az ellenőrző összeg előállítása és ellenőrzése a mikroprocesszoros rendszerek áramkörei közötti hatékony kommunikáció biztosításának általánosan használt módja. Sajnos az ilyen ellenőrzés szoftveres megvalósítása jelentős mértékben felemészti az érintett áramkörök számítási teljesítményét, és emellett lelassíthatja működésüket. Különösen a 8-bites egységeknél, amelyek korlátozott (energiatakarékossági) frekvencián működnek. A Microchip legújabb mikrokontrollereit (mind a PIC-t, mind az AVR-t) olyan perifériákkal szerelték fel, amelyek automatikusan létrehoznak egy ellenőrző összeget (akár 32-bites polinomként), és a program számára elérhető nyilvántartásba helyezik. A SCAN néven ismert funkcionalitás lehetővé teszi a CRC számára, hogy közvetlenül hozzáférjen a mikrovezérlő memóriájához, ami tovább javítja az ellenőrző összeg kiszámításának hatékonyságát.A gyártó által készített alábbi videók a CIP-modulok használatára mutatnak példát bizonyos alkalmazásokban és az előnyökre, amelyeket a komplex funkciókat megvalósító áramkörök létrehozása nyújt.
A cikk forrása:
