Nuevas capacidades para periféricos independientes del núcleo en circuitos de Microchip.
- Event System
- Configurable Logic Cell
- Zero Cross Detector
- Watchdog avanzado
- Cyclic Redundancy Check (CRC/SCAN)
Actualmente, los conjuntos de chips de 32 bits tienen la mayor participación en el mercado de microcontroladores para sistemas integrados (embedded), pero también se utilizan a menudo sistemas con núcleos de 8 y 16 bits. Los microcontroladores de este tipo se construyen con el uso de núcleos conocidos que, gracias a su larga presencia en el mercado, se han probado y perfeccionado de forma exhaustiva. Las herramientas para estos microcontroladores también se han mejorado a lo largo de los años y el diseñador ahora tiene un conjunto de excelentes compiladores y bibliotecas de funciones, lo que mejora enormemente el proceso de desarrollo de software. En los sistemas modernos, también se implementan funcionalidades adicionales, ampliando la gama de aplicaciones en las que se pueden utilizar microcontroladores.
Un factor importante que contribuye al desarrollo continuo de microcontroladores «más simples» de 8- y -16 bits es el mercado de aplicaciones de Internet de las cosas (Internet of Things, IoT). Debido a la gran cantidad de dispositivos y aplicaciones que operan en este segmento, los sistemas enfrentan los requisitos de baja demanda eléctrica. Esto se aplica en particular a los sensores inteligentes con conectividad inalámbrica, dispositivos portátiles (wereables), sistemas de información que reemplazan las etiquetas de precios tradicionales en las tiendas, balizas, etc. Muy a menudo, los dispositivos de este tipo funcionan con baterías y los usuarios requieren un tiempo de trabajo máximo sin tener que reemplazar la batería. En estas aplicaciones, los microcontroladores de 8- y 16-bit no tienen rival, que pueden ponerse fácilmente (y activarse rápidamente) en un modo de bajo consumo, en el que su periferia y / o núcleo están en modo de ahorro de energía y están activado / despertado solo en el tiempo necesario para realizar las acciones necesarias.
En los microcontroladores modernos se utilizan módulos periféricos que pueden funcionar independientemente de la CPU y realizar determinadas tareas (que en el sentido tradicional se realizaban con la participación de la CPU de forma software) de forma independiente y en hardware. Esto favorece un bajo consumo de energía y libera la potencia de cálculo de un microcontrolador relativamente pequeño, cuyo núcleo se puede utilizar para realizar tareas clave desde el punto de vista de la aplicación. El uso de estos módulos acorta el tiempo de desarrollo de una nueva aplicación nueva. Además, dichos módulos periféricos, de varios tipos, implementados en microcontroladores, pueden combinarse internamente en bloques más grandes que permiten la implementación de funciones más complejas. Para facilitar al diseñador la configuración de los módulos periféricos que funcionan independientemente del núcleo (periféricos independientes del núcleo, CIP), el fabricante proporciona herramientas con una interfaz gráfica fácil de usar. Los microcontroladores con las características antes mencionadas no podían faltar en la oferta de la empresa Microchip.
AVR128DB
La familia de microcontroladores AVR128DB combina el rendimiento de un núcleo AVR® de bajo consumo con un conjunto de periféricos independientes del núcleo (Core Independent Peripherals, CIP) y una gran cantidad de periféricos analógicos integrados. La capacidad de trabajar con una tensión de alimentación de 5V aumenta la inmunidad a las interferencias.
A continuación, analizaremos principalmente los periféricos CIP disponibles en la serie AVR128DB, aunque la funcionalidad de los sistemas en sí es mucho mayor. En microcontroladores de la familia AVR128DB podemos encontrar, entre otros Convertidores A/D y DAC de 10-bits (es decir, convertidor D/A), sistema RTC (reloj en tiempo real), generadores PWM (incluidos generadores TCB de 12-bits adaptados para trabajar en sistemas de energía), hardware USART, interfaces SPI y TWI), fuentes de voltaje de referencia útiles para mediciones precisas, comparadores, la capacidad de generar interrupciones externas en todos los pines de E/S. Los circuitos AVR128DB también están equipados con amplificadores operacionales incorporados (hasta 3 piezas). En combinación con los convertidores de analógico al digital, permiten un procesamiento amplio y preciso de las señales de entrada. Los microcontroladores también tienen un puerto de entrada/salida adaptado para trabajar con varios niveles lógicos (de 1.8V a 5.5V), por lo que se vuelve innecesario el uso de convertidores externos, que es el siguiente paso en el camino hacia la miniaturización y eficiencia energética de los circuitos, se utilizarán sistemas fabricados por Microchip. Le recomendamos que se familiarice con la oferta completa.
Event System
Event System es un potente descargador de núcleos de microcontroladores. Le permite establecer dependencias simples entre eventos. Las declaraciones condicionales se ejecutarán sin el núcleo (o incluso sin despertarlo). Un ejemplo es la operación del botón independiente del código del programa. Exceder la diferencia de potencial establecida en el comparador puede resultar, por ejemplo, en activar el transductor en un pin específico, comenzar a contar, etc. Dicha funcionalidad reduce la cantidad de código necesario para el funcionamiento del dispositivo y aumenta la velocidad de reacción de todo el microcontrolador.
Configurable Logic Cell
Los bloques lógicos CLC configurables son una función similar, también activa en el modo de consumo de energía reducido. Le permite realizar operaciones lógicas en señales de fuentes externas e internas (contador, registro) y transferir el resultado de la operación a uno de los periféricos o pines de salida. Esto evita el uso de declaraciones condicionales en el código de su programa. El módulo CLC realiza las funciones de puertas lógicas (AND, OR, XOR, NOT y sus combinaciones), pestillos o flip-flops sin el procedimiento de activación que consume energía.
Zero Cross Detector
El módulo ZCD se utiliza para disparar interrupciones cuando la señal de CA excede el umbral con potencial cero (en relación con la GND del microcontrolador). El sistema integrado en el microcontrolador puede muestrear el voltaje directamente de la línea eléctrica; el único elemento pasivo necesario en este caso será una resistencia conectada en serie que limite la intensidad de la corriente y (opcionalmente) una resistencia pull-up. Un circuito analógico equivalente requeriría muchos más componentes. La funcionalidad ZCD permite un control triac efectivo (atenuación de luces, regulación de la calefacción), monitoreo de la calidad de la energía (medición del período) o limitación de las perturbaciones EMI en los circuitos que controlan la fuente de alimentación de un dispositivo dado con corriente alterna (encendido cuando la onda sinusoidal está cerca a cero, eliminando los saltos bruscos de tensión y las perturbaciones electromagnéticas que generan). Además, la periferia se puede configurar para señalar un tipo específico de sobreimpulso (curva ascendente, curva descendente o ambas). La señal ZCD no necesita programarse y puede enviarse a uno de los pines de E/S del microcontrolador.
Watchdog avanzado
Incluso los circuitos digitales mejor diseñados que funcionan sin errores y un código revisado repetidamente pueden «bloquearse». Este problema puede ocurrir por muchas razones, a veces no relacionadas con las funciones realizadas por el código. Puede exceder la temperatura de funcionamiento permitida o una perturbación en la línea eléctrica. La protección básica contra tales situaciones son los contadores Watchdog (WDT), que funcionan independientemente del programa ejecutado. En caso de que la instrucción tarde más de lo esperado en ejecutarse, WDT reinicia el microcontrolador. En el caso de la familia AVR128DB, es posible programar una «zona horaria» (Window Mode Watchdog Timer, WWDT), en la que se ejecutará el programa. En el caso de tal verificación, el funcionamiento del dispositivo se interrumpirá y reiniciará desde el principio, tanto en el caso de un período demasiado largo como demasiado corto entre las respuestas del núcleo. En el último caso, es posible que parte de la instrucción no se haya ejecutado con consecuencias negativas, especialmente si el bloque de operación omitido estaba directamente relacionado con la protección del operador del circuito o del dispositivo (por ejemplo, una señal de interruptor de límite desapercibida).
Cyclic Redundancy Check (CRC/SCAN)
La generación y verificación de una suma de comprobación es un método comúnmente utilizado para garantizar una comunicación eficiente entre sistemas en sistemas de microprocesadores. Desafortunadamente, la implementación de software de dicha verificación consume mucha potencia de cálculo de los sistemas involucrados y, además, puede retrasar su trabajo. Especialmente con unidades de 8-bit funcionando a una frecuencia limitada (para ahorrar energía). Los últimos microcontroladores de Microchip (tanto PIC como AVR) han sido equipados con periféricos que generan automáticamente una suma de comprobación (incluso en forma de un polinomio de 32-bit) y lo colocan en un registro accesible al programa. La funcionalidad conocida como SCAN permite que el sistema CRC acceda directamente a la memoria del microcontrolador, lo que además mejora el trabajo con sumas de verificación.
Un ejemplo del uso de módulos CIP en aplicaciones específicas y los beneficios que trae su uso al crear circuitos que implementan funcionalidades complejas se muestran a continuación en los videos preparados por el fabricante.
Contenido elaborado por Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
The original source of text: https://www.tme.eu/es/news/library-articles/page/43645/Ahorro-energetico-con-microcontroladores-AVR128DB/
