Микроконтроллеры. Новые Решения Atmel для промышленного применения
Встроенный в новые микроконтроллеры 400-МГц микропроцессор (ARM926) интегрирует сдвоенный интерфейс внешней параллельной шины (EBI), поддерживающий возможность подключения памяти типа DRAM DDR2 на частоте 133 МГц. Он также имеет высокоскоростные (480 Мбит/с) host- и device-порты USB со встроенными трансиверами, MAC-контроллер Ethernet, два интерфейса карт памяти MMC 4.3 и SDIO/SD2.0, а также контроллер ЖК-дисплея с поддержкой сенсорной поверхности резистивного типа, интерфейс CMOS-камеры и аудиоинтерфейс. Возможности видеодекодирования и двухмерной графической обработки облегчают реализацию интеллектуальных пользовательских интерфейсов.
Большинство микропроцессоров на основе ARM9 изначально разрабатывались для применения в мобильных телефонах с питанием от напряжения 1,8 В. Для использования таких микропроцессоров в промышленных применениях, где обычно используется питание 3,3 В, требуются дорогостоящие микросхемы преобразования напряжения питания и логических уровней. В связи с этим в целях упрощения и удешевления промышленных электронных систем управления в SAM9M10 был интегрирован блок управления электропитанием с возможностями программирования уровней логических напряжений на линиях ввода-вывода (1,8 или 3,3 В).
12-слойная матрица системных шин связана с блоком управления памятью (MMU) процессорного ядра, а также восемью центральными каналами прямого доступа к памяти (DMA), шестью высокоскоростными каналами DMA (для взаимодействия с видеодекодером, контроллером ЖК-дисплея, host- и device-портами USB, MAC-контроллером Ethernet и интерфейсом фотоприемника изображения), 21 каналом DMA встроенных устройств ввода-вывода (PDC), двумя интерфейсами EBI и небольшими блоками встроенного распределенного SRAM. В конечном счете, архитектура SAM9M10 гарантирует непрерывность внутренних и внешних потоков данных и минимальную нагрузку на процессор и позволяет одновременно передавать данные на скорости свыше 100 Мбит/с, сохраняя при этом высокую вычислительную мощность для решения прикладных задач.
При работе на частоте 400 МГц и питании 1 В типичная потребляемая мощность составляет менее 300 мкВ/МГц. В режиме BACKUP микроконтроллер SAM9M10 потребляет ток всего лишь около 8 мкА. Системный контроллер содержит контроллеры запуска, отключения и сброса при подаче питания, генераторы частот 12 МГц и 32 кГц, а также контроллер управления электропитанием (PMC), с помощью которого можно плавно регулировать потребляемый ток в зависимости от фактической потребности во встроенных ресурсах. Линии ввода-вывода поддерживают программирование длительности фронтов (это упрощает разводку печатной платы) и уровней напряжения 1,8 и 3,3 В (исключает потребность во внешних преобразователях уровня и, таким образом, сокращает перечень элементов и размеры печатной платы).
Возможности высокоскоростного порта USB (480 Мбит/с) микроконтроллера SAM9M10 отвечают возрастающим потребностям в пропускной способности канала связи. EHCI-совместимый высокоскоростной host-порт USB предоставляет возможность для передачи больших объемов данных, а также взаимного соединения систем и печатных плат внутри системы. Host-порт микроконтроллера SAM9M10 полностью совместим со стандартами EHCI и OHCI. Оба микроконтроллера SAM9M10 и SAM9G45 выпускаются в корпусе BGA324 с шагом выводов 0,8 мм.
Микроконтроллеры на базе процессорного ядра ARM926 дают возможность эффективной и полноценной разработки приложения с ОС Android для абонентских телевизионных приставок, систем автоматизации зданий и управления бытовыми устройствами, предметов домашнего интерьера, мониторинга промышленного оборудования и медицинской аппаратуры.
Микроконтроллеры SAM9M11, SAM9G46 – это следующее поколение встраиваемых микроконтроллеров многоцелевого назначения на базе усовершенствованного ядра ARM926, оптимизированных для использования в промышленных приложениях. С выпуском SAM9M11 и SAM9G46 компания предоставляет специализированные решения для промышленных встраиваемых систем, в которых необходима защита сети и аутентификация приложений посредством аппаратного шифрования. Данные микроконтроллеры являются прямыми производными ранее представленных SAM9G45 и SAM9M10.
Эти высокоинтегрированные микроконтроллеры идеальны для применения в системах промышленного контроля и управления, в охранных системах, в медицинских приборах. Характеризуются наличием интегрированного шифровального движка, который поддерживает передовые промышленные стандарты и, как результат, способны обращаться к защищенным сетевым приложениям, используя аппаратные механизмы шифрования AES (алгоритм шифрования с 256/192/128-битными ключами), 3DES, а также с использованием аутентификации по цифровой подписи с использованием алгоритма SHA1 и SHA256.
Периферия МК SAM9G46 и SAM9M11 такая же как и в микроконтроллерах SAM9G45 и SAM9M10, включая поддержку памяти DDR2, высокоскоростные последовательные коммуникационные интерфейсы (Ethernet, USB, SDIO/SD/MMC), контроллер LCD и сенсорную клавиатуру.
Внутренняя шина с многослойной архитектурой, работающая на частоте 133 МГц совместно с 39-канальным DMA, двойным интерфейсом внешней шины и распределенной памятью, включая 64 Кбайт SRAM, обеспечивает высокую пропускную способность, необходимую при работе с высокоскоростной периферией.
Микроконтроллер SAM9M11, кроме того, имеет интегрированный видеодекодер и способен декодировать поток видеоданных с разрешением 720×576 пикселей или WVGA (800×480) с частотой 30 кадров/с. Модуль поддерживает множество форматов – H264, H263, MPEG4, MPEG2, VC1 и JPEG. Графический ускоритель также предоставляет возможность реализовать высококачественный визуальный пользовательский интерфейс, сохраняя производительность микропроцессора для остальных приложений. Выпускаются микроконтроллеры в 324-выводном корпусе типа TFBGA.
Микроконтроллеры ATtiny10, ATtiny20, ATtiny40 оптимизированы под реализацию функций сенсорных средств ввода, в том числе кнопок и манипуляторов ползункового и кругового типов. Выполнены по архитектуре AVR с использованием технологии picoPower, которая обеспечивает им лучшие в своем классе характеристики энергопотребления. Благодаря этому, они идеальны для разнообразных промышленных и потребительских применений, в том числе в автомобильных панелях управления, ЖК-телевизорах и панелях, ноутбуках, мобильных телефонах и др. Функции сенсорного интерфейса (в том числе чувствительность, диапазон обнаружения приближения и стойкость к шуму) реализуются программно, для чего Atmel предлагает полностью бесплатную библиотеку QTouch.
По мнению директора по сенсорной продукции компании Atmel Джона Киякьяна (Jon Kiachian), новые МК полностью удовлетворяют потребность разработчиков потребительской и промышленной электроники в недорогих микроконтроллерах с поддержкой функций сенсорного интерфейса. ATtiny10/20/40 имеют флеш-память объемом 1–4 Кбайт и статическое ОЗУ (SRAM) объемом 32–256 байт. Кроме того, для максимальной гибкости они оснащены последовательными интерфейсами SPI и TWI (совместимыми с I2C). Диапазон напряжений питания МК – 1,8–5,5 В.
В микроконтроллерах предусмотрена возможность программирования частоты системной синхронизации, что позволяет оптимизировать соотношение производительности и потребляемого тока. Потребляемый ток может быть еще больше снижен за счет возможности раздельного отключения неиспользуемых ресурсов, в том числе таймеров, последовательного интерфейса и/или АЦП. В результате потребляемый МК ток при работе в активном режиме на тактовой частоте 1 МГц и при напряжении 1,8 В составляет не более 200 мкА, а в режиме POWER-DOWN – всего лишь 100 нА. Основные параметры микроконтроллеров ATtiny20 и ATtiny40 представлены в табл.1.
ATtiny20 и ATtiny40 ориентированы на применение в потребительской и промышленной электронике, а также в компьютерном и коммуникационном оборудовании. Выпускаются в ультракомпактном корпусе VQFN 3×3 мм, что позволяет использовать их в применениях с очень ограниченным пространством. В тех применениях, где необходимо контролировать и измерять окружающие параметры, полезен встроенный 8- и 12-канальный 10-битный АЦП. Наличие в микроконтроллерах аппаратного порта I2C делает их подходящими для процессоров РЧ-связи или DSP-контроллеров, использующих архитектуру распределенного управления. Сравнение микроконтроллеров ATtiny40 с конкурирующей продукцией приведены в табл. 2.
Микроконтроллеры ATtiny87/167 компании Atmel идеальны для применения в промышленной электронике с функцией подключения к шине LIN, а также в любой другой электронной технике, где требуются несколько интерфейсов связи, гибкая генерация ШИМ-сигналов и обработка аналоговых сигналов. Миниатюрный 8-битный микроконтроллер tinyAVR легко интегрируется в любое устройство. Технология LIN – недорогое решение для построения сетевых интеллектуальных датчиков, исполнительных устройств и других элементов встраиваемых систем, которые не нуждаются в быстродействии и гибкости сетей CAN.
Коммуникационный протокол LIN основан на формате данных SCI (UART), а также концепции "один мастер – несколько подчиненных". Из соображений электромагнитной совместимости скорость связи ограничена до 20 кбит/с, а большинство сетей LIN имеют до 16 узлов и менее. Себестоимость узлов шины LIN гораздо ниже, чем шины CAN, а доступность простых в применении инструментальных средств существенно ускоряет процесс проектирования. Все микроконтроллеры tinyAVR выполнены на основе одной и той же дружественной для пользователя архитектуре AVR, одного и того же набора модулей ввода-вывода и поддерживаются теми же средствами для проектирования. Все это способствует сокращению сроков проектирования, ускорению вывода продукции на рынок и упрощению процесса портирования кода программы между микроконтроллерами с различным объемом памяти и набором модулей ввода-вывода.
Области применения микроконтроллеров ATtiny87/167: промышленные датчики и устройства автоматики; бытовая техника; офисное оборудование; аудиооборудование; системы сетей управления; потребительская техника с питанием от сети переменного напряжения; пожарная сигнализация; беспроводные датчики; простые MAC-контроллеры; портативные электронные приборы; сопроцессоры защищенной загрузки; охранные системы. Особенности и преимущества ATtiny87/167, а также сравнение его с другими микроконтроллерами tinyAVR приведены в табл.3 и 4.
В рамках состоявшейся в Мюнхене выставки Electronica 2010 компания Atmel сообщила о расширении семейства флеш-микроконтроллеров ARM Cortex-M3 с выпуском серии микроконтроллеров SAM3N (табл.5). Новые микроконтроллеры отличаются высокой производительностью, малой потребляемой мощностью, доступностью в нескольких исполнениях, различающихся объемом памяти, числом выводов и типами корпусов, а также поддержкой сенсорных интерфейсов.
Эффективность и простота проектирования систем на основе SAM3N обеспечивается доступностью множества инструментальных средств и программного обеспечения, в том числе сторонних компаний, а также поддержкой внутрисистемного программирования. Области применения микроконтроллеров SAM3N – это потребительская электроника, промышленная автоматика, измерительные приборы, игрушки, медицинская техника, контрольно-измерительные приборы, устройства для беспроводных сетей 802.15.4, а также периферийные устройства ПК, сотовых телефонов и игровых систем.
Микроконтроллеры SAM3N, наряду с SAM3S, – единственные микроконтроллеры на основе ядра ARM, которые позволяют создавать современные пользовательские интерфейсы с функциями сенсорных кнопок и ползунковых манипуляторов. Решение данной задачи облегчается доступностью бесплатной программной библиотеки QTouch, а также программы QTouch Studio.
Диапазон напряжения питания у новых МК – 1,62–3,6 В. Это гарантирует полную работоспособность при напряжении 1,8 В с уровнем электропотребления в активном режиме 0,86 мВт/МГц. Переводом микроконтроллера в режим STANDBY потребляемый ток можно снизить до 1,9 мкА (питание 1,8 В).
Микроконтроллеры SAM3N совместимы по расположению выводов с самыми популярными микроконтроллерами ARM7TDMI из серии SAM7S, что делает их востребованными для модернизации существующих разработок с целью улучшения рабочих характеристик и снижения электропотребления. Применение микроконтроллеров SAM3N оптимизирует перечень элементов всей системы и снижает ее себестоимость. Благодаря интегрированию согласовывающих резисторов существенно облегчается интеграция в систему.
По мнению директора по маркетингу микроконтроллеров ARM компании Atmel Джеко Вилбринка (Jacko Wilbrink), SAM3N – идеальные микроконтроллеры общего назначения имеют наилучшее соотношение цены, электропотребления, вычислительной мощности и набора устройств ввода-вывода, они также имеют большой диапазон типоисполнений по объему флеш-памяти и SRAM.
Серия SAM3N входит в состав семейства 32-битных флеш-микроконтроллеров на основе RISC процессора ARM Cortex-M3. Новые МК интегрируют в свой состав элементы управления системой, сенсорные интерфейсы, флеш-память 64–256 Кбайт, коммуникационные модули и элементы пользовательских интерфейсов. В них встроен богатый ассортимент устройств ввода-вывода, в том числе АЦП/ЦАП, до 16 таймеров и 4 UART с поддержкой стандарта ISO7816. Кроме того, наличие модуля встроенных согласовывающих сопротивлений (ODT) упростит разработку печатных плат.
ЛИТЕРАТУРА
www.rtcs.ru
www.atmel.com