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Microcontroladores RX Renesas, Una familia para muchas soluciones

 

La familia de microcontroladores RX está diseñada para ofrecer una plataforma global de productos de alto rendimiento para uso en diversas aplicaciones incrustadas inteligentes como electrodomésticos,  contadores, HMI y aplicaciones de comunicaciones avanzadas. La familia RX proporciona un creciente rango de productos compatibles y escalables ofreciendo el mayor rango de memoria flash, CPU de alto rendimiento con unidad en coma flotante por hardware y el rango más amplio de opciones de periféricos y encapsulados. Actualmente existen dos series compatibles en producción, la RX200 y la RX600, con más expansión ya planeada.

 

 

La familia RX soporta un amplio rango de soluciones en los mercados de consumo e industriales para aplicaciones con altos requisitos de cálculo como control de motores, contadores, comunicaciones avanzadas como CAN, Ethernet, USB y HMI incluyendo interfaces  con TFT direct drive.

 

 La familia RX utiliza una arquitectura de CPU Harvard mejorada combinada con una memoria Flash de hasta 100MHz sin tiempos de espera, proporcionando un rendimiento de hasta 1.65DMIPS/MHz, niveles de bajo consumo hasta 130uA/DMIPS y una de las densidades de código más eficientes comparadas con las arquitecturas CISC y RISC. Una característica clave para las aplicaciones incrustadas es el tiempo de respuesta de las interrupciones, que ha sido reducido a 5 ciclos de clock haciendo los context switches muy eficientes. La familia RX proporciona también  muchas funciones de seguridad integradas como ID de acceso a flash, área de protección de memoria, protección de escritura en registros, y watchdog timer independiente y oscilador. Incluye también, una implementación cada vez mayor de funciones por hardware de auto-test, como el testeo del estado de pines de E/S, testeo y detección de pérdida de señal del ADC, CRC hardware y verificación de datos para memoria FLASH y RAM y sistema de medida de clock.

 

Cuando estas características se combinan con librerías certificadas facilitan al usuario la obtención de estándares de seguridad como IEC60730 y otros.

 

Las comunicaciones son el factor clave para muchas aplicaciones industriales tanto si se trata de una sencilla interfaz serie a otro módulo o periférico, o un protocolo de comunicaciones más avanzado, tal como Ethernet, CAN y USB,  proporcionando acceso y control a usuarios o una red de comunicaciones en una planta industrial. La familia RX es capaz de soportar los principales métodos de comunicación como se indica en la figura 1 y se describe a continuación en la tabla 1.

 

 

 

Figura 1

 

 

 

 

 

 

 

 

Función Normativa Resumen de características
USB USB 2.0

Full Speed

Hasta 2 puertos USB configurables como OTG, Host o Device y cada Puerto incluye un transceiver integrado.

Cada controlador USB suporta transferencias bulk e isochronous junto con sistema de interrupciones y control.

Se proporciona buffer FIFO con acceso DMA para operaciones de transmisión y recepción. Hasta 10 endpoints configurables, que soportan MSC, CDC, HID y tipos de conexión composite.

Ethernet IEEE 802.3x 10/100Mbs Transferencias Full o half duplex.

Soporte a interfaces MII (25MHz), RMIIA (50MHz) con el dispositivo externo PHY apropiado.

Se proporcionan dos buffers FIFO con acceso DMA para operaciones de transmisión y recepción para reducir la carga a la CPU.

La función Ethernet se puede poner en “sleep mode” y ser activada al recibir una instrucción de reducción de consumo.

CAN CAN2.0B

Active

Hasta tres canales con rangos de hasta 1Mb/s.

Identificadores de mensajes estándar (12bit) y extendido (29bit).

Hasta 32 buzones incluyendo sellado de tiempo.

8 máscaras de aceptación configurables.

Cada canal se puede configurar para transmitir o recibir sólo junto con un buffer de datos FIFO opcional.

Modos de auto-prueba para cada canal proporcionan “listen only” y test de transferencia interno y externo tipo loop-back.

Cada canal CAN puede ponerse en “sleep mode” y ser activado al recibir un identificador válido.

 

 

 

Tabla 1

 

 

 

Para todos los protocolos de comunicación anteriormente mencionados, el middleware, los protocolos y las API están disponibles de forma gratuita en Renesas así como el soporte de software especialmente desarrollado por la red existentede terceras partes.

 

 

 

Además de la comunicación avanzada, la familia RX soporta una gama de interfaces mejoradas, tales como SPI y I2C para la conexión de periféricos externos, memoria e interfaces inalámbricas, tales como Zigbee. I2C soporta hasta 1Mb/s, mientras que el SPI es capaz de soportar hasta 25 Mb/s de velocidad y modo maestro y esclavo. El interfaz de comunicación serie (SCI) soporta interfaces asíncronas, síncronas, de tarjeta inteligente e interface bus LIN y capaz alcanzar más de 8 Mb/s en funcionamiento síncrono y exceder 3 Mb/s para el funcionamiento asíncrono.

 

 

 

En muchas aplicaciones el control de motores es una función clave. La familia RX está preparada para proporcionar las soluciones “state of the art” más avanzadas para estas aplicaciones, con ambas series RX200 y RX600,  ofreciendo control vectorial sin sensor para aplicaciones con uno o tres shunts a la vez que proporciona procesamiento eficiente y estable para el algoritmo de control del motor, auto-test y funciones de seguridad, comunicaciones a un módulo de control externo o en áreas de aplicación simple la interfaz de usuario.

 

 

La serie RX200 es especialmente apropiada para aplicaciones de medio-bajo rango con una CPU que proporciona un procesado DSP muy eficiente, Multiplicador y Acumulador (MAC) de un solo ciclo con barrel shift de 32 bits y operaciones aritméticas. La serie RX200 proporciona una buena eficiencia de código en aplicaciones típicas de algoritmos de control de motores, auto-test y código de gestión de comunicaciones consumiendo un 30% de la Flash disponible y un 25% de la RAM on-chip (estimación basada en RX220 – 32KB Flash, 8KB RAM). El rendimiento del sistema incluye frecuencias de conmutación por encima de 24kHz y frecuencias de control de hasta 16kHz. El uso de la Data Flash interna es ideal para almacenar los parámetros del control de motor y del sistema.

 

 

 

La serie RX600 que proporciona alto rendimiento, precisión mejorada, mejor eficiencia de código y altos niveles de integración, está más orientada a aplicaciones de alto rendimiento como lavadoras de alto rango, hornos y aplicaciones industriales como aires acondicionados, inverters y drives de bajo rango. La razón principal, además de la velocidad de 100Mhz de su CPU, es la inclusión de la unidad en coma flotante por hardware IEEE-754 como parte del core de la CPU. Los dispositivos recomendados para aplicaciones de control de motores son los RX62T y los RX63T. Los RX63T son la versión de pocos pines diseñados para dar soporte a aplicaciones de electrodomésticos con una sola interfaz para motor de motores junto con un ADC de alto rendimiento (1µs) de 12 bit incluyendo tres circuitos de simple and hold. Los RX62T son capaces de controlar 2 aplicaciones de control de motores independientes con dos bloques de timers para control de motores independientes, una unidad ADC dual independiente mejorada,  3 Amplificadores de Ganancia Proporcional para acondicionamiento de señales y 3 comparadores con ventana analógica para cada unidad ADC.Una tercera unidad ADC de 10 bits proporciona soporte para otras necesidades de conversión ADC. Un esquema típico del sistema se muestra en la figura 2.

 

 

 

 

Figure 2

 

 

 

Una aplicación de control de motor equivalente como se describe para el RX200 implementado con cálculos de unidad en coma flotante puede proporcionar frecuencias de conmutación y control de por encima de 25 KHz. Un sistema completo que incluya el algoritmo de control del motor, la interfaz de control de usuario con la interfaz gráfica de usuario y el almacenamiento de parámetros, utiliza alrededor del 50% de la memoria Flash y 26% de la memoria RAM (Basado en el menor RX63T – 32KB Flash, RAM 8 KB)

 

 

 

En muchas aplicaciones inteligentes incrustadas el HMI incluye la necesidad de un panel de visualización. A menudo, esto puede ser un segmento simple o pantalla matricial o ahora lo más común es un panel de visualización de gráficos (es decir, un TFT). En estos casos el uso de un controlador de gráficos es generalmente demasiado complejo para la aplicación y, a menudo demasiado caro. Dado que los requisitos gráficos pueden ser simples una solución viable podría ser controlar directamente la unidad del panel TFT. Hay disponible una solución por software con RX200 para controlar un panel QVGA TFT con hasta 8 colores (3-bpp) utilizando tres canales síncronos SCI cada uno con DMA y control de puertos de E/S para Hsync, Vsync y otras señales del panel. La solución necesita aproximadamente 30 KB de memoria RAM interna para el búfer de vídeo y se puede implementar usando un RX210. Las ventajas de esta solución son notables porque se utiliza menos del 40% de la carga de la CPU y es de bajo coste porque no se necesitan componentes externos. Software, demostraciones y notas de aplicación están disponibles en Renesas.

 

 

El RX600 también es capaz de conectarse directamente al panel TFT, pero debido al mayor rendimiento y a los periféricos adicionales es capaz de lograr una mayor especificación. El RX600 incluye una función de DMA periférica externa adicional (exDMAC) para transferir los datos RGB y las señales del panel de control. Las soluciones pueden controlar resoluciones  QVGA (320 x 240) y WQVGA (480 x 272) con los niveles de color de hasta 16 bits por píxel y una tasa de refresco 60Hz. La carga de CPU para el RX600 para mostrar una imagen estática es muy baja, sólo alrededor del 5%, lo que permite muchos recursos para otras aplicaciones, tales como conectividad y la decodificación de la pantalla táctil. Debido a los bajos niveles de sobrecarga de la CPU también se puede implementar la animación de botones, deslizadores, indicadores, etc.

 

 

 

 

 

Figure 3

 

 

 

Para todas estas aplicaciones existen librerías gráficas libres, un kit de desarrollo de Renesas y soporte de terceras partes

 

 

 

Las soluciones actuales para contadores inteligentes necesitan que las mediciones sean más precisas, tengan menos consumo, y ofrezcan más características como el registro de datos o comunicaciones por cable o inalámbricas por diferentes medios. Estos requisitos piden más requerimientos en el microcontrolador central, tales como más en chip de memoria, un mayor rendimiento, periféricos avanzados y menor consumo de energía, especialmente para los contadores con  de batería tales como agua y gas. El RX200 y RX600 pueden proporcionar soluciones avanzadas para estas aplicaciones y la introducción de nuevas tecnologías como el nuevo microcontrolador RX21A que ha sido diseñado para proporcionar verdaderas soluciones de un solo chip especial para medición de electricidad. El RX21A utiliza el núcleo de la CPU de 32 bits RX, que combina las funciones DSP de alto rendimiento y un funcionamiento de hasta 50 MHz, a la vez que ofrece un bajo consumo. La clave de esta nueva serie de dispositivos es la funcionalidad analógica integrada que incluye un máximo de 7 ADC independientes de 24 bits sigma-delta y de segundo orden cada uno con amplificadores de ganancia programable proporcionando entradas  diferenciales y unipolares, un ADC de 7 canales de 10-bit dos DAC de 10 bits. El RX21A también proporciona muchas funciones periféricas adicionales tales como interfaces en serie (SCI), potentes temporizadores de 16 bits, sistema de calendario RTC, así como muchas características de seguridad y fiabilidad. Un ejemplo de una solución típica de un contador polifásico se muestra a continuación en la figura 4.

 

 

 

 

 

 

 

Figure 4

 

 

 

El sistema de medición del RX21A puede ser significativamente automatizado mediante el uso de una combinación de funciones periféricas, tales como el bloque temporizador de 16 bits temporizador (MTU) y el Event Link Controller (ELC) para proporcionar control del clock y trigger al sistema ADC y el uso del Data Transfer Controller (DTC) para mover los resultados de ADC a la memoria, lo que reduce significativamente la carga de la CPU. Hay también disponible una gama de productos con funciones analógicas reducidas para optimizar los costes y soluciones para otras aplicaciones de contadores, tales como contadores eléctricos monofásicos.

 

Por último destacar también que todos los productos RX son  compatibles con una amplia gama de herramientas de desarrollo, incluyendo hardware de depuración on chip y compiladores de Renesas y tercera partes.

 

Por favor, póngase en contacto con Renesas para descubrir la capacidad de la familia RX para su campo de aplicación.

 



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