Takarítson meg energiát az AVR128DB mikrokontrollerekkel

A Microchip mikrokontrollereinek új, magfüggetlen perifériás lehetőségei

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.

A mikrovezérlők 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, az IoT piac. Az ebben a szegmensben működő nagyszámú eszköz és alkalmazás 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 egyedülállók, 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 alkalmazáskritikus 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 magvégrehajtás). A gyártó a tervezőket segítve az alapvető független perifériák (CIP) konfigurálásához grafikus, felhasználóbarát kezelőfelülettel rendelkező eszközöket biztosít.

AVR128DB

Az AVR128DB mikrovezérlő-család ötvözi az AVR^® mag alacsony teljesítményét a magfüggetlen perifériák (CIP) és számos beágyazott analóg periféria készletével. Az 5 V-os tápfeszültségen való működés növeli a zavartűrést. Az alábbiakban elsősorban az AVR128DB sorozatban elérhető CIP perifériákat tárgyaljuk, bár maguknak a rendszereknek a 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 műveleti erősítőkkel is felszerelhetők (legfeljebb 3 darabbal). 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 (1,8 V-tól 5,5 V-ig) működik, ami szükségtelenné teszi a külső átalakítók használatát, ami egy újabb lépés az olyan áramkörök BOM- és energiahatékonyságában, amelyek Microchip chipeket használnak.

Az AVR128DB mikrokontroller blokkdiagramja

Az AVR128DB mikrokontroller TQFP48 tokozásban

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 újraaktiválását). 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 teszik, hogy logikai műveleteket hajtsanak végre külső és belső forrásokból érkező jeleken (számláló, regiszter), és a művelet eredményét az egyik perifériára vagy kimeneti érintkezőre továbbítsák. Ezáltal elkerülhetők a feltételes utasítások a programkódban. A CLC modul elvégzi a logikai kapuk (AND, OR, XOR, NOT és ezek kombinációi), reteszek vagy flip-flopok funkcióit az energiafogyasztó indító eljárás nélkül.

Nulla keresztérzékelő (ZCD)

A ZCD modult a megszakítások kiváltására használják, amikor egy AC jel áthalad a földpotenciálon vagy a nulla voltos 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 ellenállásra és (opcionálisan) húzóellenállásra. 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 több 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 a működésüket. Különösen a 8 bites egységeknél, amelyek korlátozott (energiatakarékossági) frekvencián működnek. A Microchip legújabb mikrokontrollereit (mind a PIC-et, 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.

TME Hungary Kft.
1146 Budapest, Hermina út 17.
Tel.: +36 1 220 67 56
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
(https://www.tme.eu/hu/news/library-articles/page/43645/Takaritson-meg-energiat-az-UJ-AVR128DB-mikrokontrollerekkel/)