Auteur: cartable ross
Lors de la conception de nœuds périphériques robustes, le concepteur de système embarqué doit souvent tenir compte de ces quatre facteurs principaux :
- interface capteur
- Faible consommation d'énergie
- Tamaño fisico
- Sécurité
Microchip Technology propose des microcontrôleurs avec une large plage de tension d'entrée de 1,8 à 5,5 V, ce qui les rend très utiles dans les environnements bruyants, car les signaux peuvent être différenciés du bruit de fond par leur capacité à générer ou à absorber jusqu'à 50 mA sur chaque broche GPIO, ainsi que les signaux industriels. (-40°C à 85°C) et plages de températures étendues (-40°C à 125°C).
Examinons ces quatre facteurs plus en détail.
interfaces de capteur
Les interfaces de capteurs peuvent être de différents types. Le concepteur de système embarqué utilise généralement : des capteurs analogiques qui fournissent une tension ou un courant variant en continu, des capteurs numériques qui peuvent utiliser des niveaux logiques ou des flux de données tels que les communications série, la modulation de largeur d'impulsion (PWM) variable comme capteurs, des capteurs de position de papillon ou des capteurs de temps de capteurs de vol pour détecter les distances. Étudions-les plus attentivement.
interfaces de capteurs analogiques
Avoir la possibilité de choisir entre des dispositifs analogiques discrets ou analogiques intégrés signifie que l'utilisateur peut sélectionner le bon outil analogique pour son application. En utilisant une technologie de processus plus large sur nos tranches de silicium, le périphérique analogique intégré est beaucoup moins sensible à la diaphonie, ainsi qu'au bruit inductif ou capacitif, qui augmente lorsque les fabricants adoptent des technologies de processus beaucoup plus petites. Les périphériques analogiques intégrés de Microchip sont configurables de la même manière que l'utilisateur configurerait n'importe quel autre périphérique. La disponibilité de périphériques intégrés permet également à l'utilisateur de les lire comme des entrées ; par exemple, l'utilisateur peut vouloir connaître les entrées du comparateur pendant une phase particulière du programme.
Examinons certains de ces périphériques analogiques, en commençant par les amplis op.
Amplificateurs opérationnels intégrés
Les amplis opérationnels intégrés de Microchip intègrent également les circuits passifs associés, tels que l'échelle de résistance interne qui permet de régler et même de modifier le gain programmable pendant l'exécution. La configuration de l'ampli op peut également être modifiée au moment de l'exécution, de sorte que l'utilisateur peut basculer entre l'inversion, la non inversion, le gain unitaire (suiveur de tension) et les configurations discrètes personnalisées au moment de l'exécution, offrant ainsi une flexibilité bien supérieure à celle du matériel discret seul, tout en minimisant les coûts associés au matériel discret.
Lors de l'utilisation de matériel discret, le concepteur est souvent obligé de concevoir son application à signaux mixtes pour pouvoir gérer les pires conditions possibles, ce qui nécessite de sacrifier les performances. Cependant, l'utilisation de périphériques analogiques intégrés permet à l'utilisateur d'ajouter une certaine intelligence à son application, de sorte que le système embarqué peut modifier le gain de l'ampli-op, les paramètres, ou même les mettre en cascade à la volée. Cela signifie que l'utilisateur peut concevoir son application pour s'adapter de manière optimale à chaque situation, tout en profitant de la moindre consommation de périphériques par rapport aux solutions logicielles.
Il faut se rappeler que l'amplificateur opérationnel intégré n'est pas une "solution miracle" et, par conséquent, il ne sera pas toujours le plus approprié pour toutes les applications possibles. Par exemple, si l'utilisateur développe une application qui exige des performances analogiques supérieures, une configuration à double alimentation ou une variante spécialisée, il doit se tourner vers la large gamme d'amplificateurs opérationnels de Microchip. C'est un exemple parfait de choix du bon outil pour le travail à accomplir.
Convertisseur A/N (ADC) avec fonctions avancées
Les périphériques ADC avancés de Microchip intègrent des fonctionnalités matérielles qui n'étaient traditionnellement disponibles que via des pilotes logiciels, tels que l'accumulation, les modes rafale, la moyenne, la comparaison de fenêtres et le filtrage. Comme toujours, ces périphériques ADC peuvent utiliser des tensions de référence externes ainsi que plusieurs tensions de référence internes différentes ainsi qu'un déclenchement d'autoconversion. En conséquence, l'utilisateur peut accéder aux fonctionnalités matérielles qui peuvent être utilisées lorsque le processeur est en mode basse consommation. Par exemple, l'utilisateur peut configurer une comparaison de fenêtre ADC qui n'active la CPU que lorsque le signal d'entrée est en dehors de cette fenêtre, afin que la CPU puisse traiter correctement ce signal d'entrée. Cela signifie que le CPU s'active beaucoup moins, économisant ainsi l'énergie qui est vitale dans les applications à faible consommation. Cela offre l'avantage supplémentaire de réduire le bruit du système et donc du capteur, car les composants numériques tels que les horloges et le PWM peuvent être désactivés lors de leur utilisation.
interfaces de capteurs numériques
Lorsqu'un concepteur de système embarqué commence à développer une application, il essaie généralement, dans la mesure du possible, de regrouper ses capteurs et dispositifs autour d'une seule tension. L'objectif est de réduire la complexité, le délai de propagation, la nomenclature et les coûts d'encombrement des cartes de circuits imprimés associés à l'utilisation de circuits de décalage de niveau.
MVIO (E/S multi-tension)
MVIO (Multi-Voltage I/O) permet à l'utilisateur de configurer un port d'E/S complet avec une seconde tension de 1,62 V à 5,5 V. Le périphérique MVIO n'utilise que 500 nA lorsqu'il fonctionne, ce qui le rend idéal pour les applications à faible consommation. La réponse numérique des protocoles série (I2C, SPI, USART), PWM et GPIO fonctionnent avec la deuxième tension dont les niveaux de déclenchement de Schmitt sont adaptés en fonction de cette deuxième tension. De plus, le deuxième rail de tension peut être divisé pour servir d'entrée ADC en tant que référence de tension.
CLC (Cellule Logique Configurable)
L'utilisateur peut configurer ce périphérique selon l'une des différentes configurations logiques qui, selon l'appareil, incluent des portes de ce type : AND, NAND, AND-OR, AND-OR-INVERT, OR-XOR, OR-XNOR. L'utilisateur peut également choisir entre les verrous et bascules suivants : verrou SR, bascule JK avec Reset, verrou D synchronisé sur l'horloge avec Set et Reset, et verrou D transparent avec Set et Reset. L'utilisateur peut profiter des outils de configuration graphique de Microchip pour créer plus facilement des périphériques personnalisés en fonction des exigences de son application.
Cela peut être aussi simple qu'un anti-rebond de bouton ou plus complexe qu'un pilote de LED RVB matériel adressable individuellement WS2812B, où SPI, PWM et CLC sont combinés pour un périphérique de contrôle personnalisé. Les pilotes de ce type de LED, qui reposaient traditionnellement sur un protocole de communication personnalisé, sont contrôlés par logiciel et nécessitent une horloge système à grande vitesse qui impose une lourde charge au processeur. Cependant, les périphériques CIP (Core Independent Peripherals) permettent de réduire l'horloge système afin que le CPU puisse passer plus de temps en mode basse consommation ou même être utilisé pour exécuter d'autres tâches simultanément.
Les CIP offrent également à l'utilisateur une plus grande réactivité par rapport à l'utilisation d'un processeur. En effet, le délai de propagation périphérique est généralement de l'ordre des nanosecondes, tandis que les interruptions et autres latences dues au traitement logiciel sont généralement supérieures de plusieurs ordres de grandeur.
Faible consommation d'énergie
Les microcontrôleurs 8 bits de Microchip offrent trois modes basse consommation (veille), appelés Idle, Standby et Power-Down, ainsi qu'un mode Standby configurable dans lequel les périphériques peuvent être allumés ou éteints. Avec tous les périphériques déconnectés et en mode veille, l'AVR-DB ne consomme que 700 nA, ce qui le rend idéal pour garantir une longue durée de vie de la batterie dans les applications de nœud périphérique pour la télédétection à faible puissance.
L'utilisateur peut utiliser le système d'événements AVR pour envoyer des signaux entre les périphériques sans activer le processeur. De ce fait, des temps de réponse prévisibles entre les périphériques sont obtenus, et donc un contrôle et une interaction autonomes, ainsi qu'une synchronisation des actions des périphériques.
Les CIP intégrés sont également hautement interconnectés afin que les signaux puissent être envoyés directement entre les périphériques, ce qui simplifie grandement le transfert de données entre les périphériques afin de consommer beaucoup moins d'énergie qu'une conception basée sur un logiciel.
Tamaño fisico
La gamme de microcontrôleurs PIC et AVR 8 bits de Microchip est proposée dans une variété de packages pour répondre aux besoins de conception, notamment PDIP, SOIC, SSOP, VQFN et TQFP. Cela offre une flexibilité lors du développement de la conception finale de la carte de circuit imprimé. Cependant, il convient de noter que le courant maximal du microcontrôleur peut être limité par les caractéristiques de dissipation de puissance du boîtier du dispositif.
Sécurité
Au cours des dernières années, il y a eu une tendance allant des nœuds de capteurs effectuant tout leur traitement dans le cloud aux nœuds périphériques effectuant la majeure partie de leur traitement localement avant d'envoyer les résultats dans le cloud. Esto disminuye los costes que conllevan los servicios en la nube al reducir las frecuentes transferencias de datos bidireccionales y el procesamiento computacional, así como el mayor consumo en el nodo del sensor debido a las frecuentes transferencias de más datos por el envío de datos sin procesar a le nuage.
Les concepteurs de systèmes embarqués peuvent se tourner vers un microcontrôleur 8 bits basse consommation à utiliser pour se connecter directement aux capteurs, tandis qu'un dispositif 16 bits ou 32 bits plus puissant peut servir à fournir la charge de calcul la plus élevée et la plus grande quantité de mémoire nécessitant plus communications complexes et sécurisées. La réduction du nombre total de transferts de données entre le nœud périphérique et le service cloud peut réduire considérablement les coûts du cloud et l'utilisation de la batterie. De plus, en tirant parti d'un deuxième microcontrôleur plus puissant dans leur conception, les ingénieurs peuvent même introduire l'apprentissage automatique à la périphérie, ce qui rend leur conception de système beaucoup plus puissante pour découvrir des modèles de données et obtenir des informations.
Les concepteurs peuvent également tirer parti des éléments sécurisés de Microchip, tels que l'ATEC608B qui utilise l'authentification vérifiée par signature ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) pour le marché de l'Internet des objets (IoT), ce qui le rend idéal pour les nœuds de capteurs robustes à la périphérie.
Outils logiciels faciles à utiliser qui aident à réduire les coûts de développement
Les périphériques intégrés permettent à l'utilisateur de réduire la complexité de la conception de sa carte de circuit imprimé, d'économiser un espace au sol précieux et de réduire le nombre total de composants sur sa nomenclature.
Ceci est encore simplifié avec des outils logiciels graphiques tels que MCC/Melody et Harmony pour configurer les périphériques et le système. Ces outils peuvent être installés et exécutés rapidement car ils fournissent une vue de haut niveau du microcontrôleur et des fonctions périphériques. Cela signifie que l'utilisateur peut réduire considérablement le temps passé à étudier les fiches techniques de ses microcontrôleurs. Il est idéal pour les concepteurs lors de l'évaluation des fonctionnalités de périphériques nouveaux ou peut-être inconnus, et il génère du code qui peut être utilisé en production ou comme référence pratique pour ceux qui souhaitent développer leurs propres pilotes.
Tous les microcontrôleurs et microprocesseurs proposés par Microchip peuvent être programmés à l'aide de l'IDE MPLABX, qui fonctionne sous Windows, MacOS et Linux avec notre gamme de compilateurs tels que XC8, XC16 et XC32. Le concepteur peut déboguer son application sans quitter l'IDE et peut utiliser le Data Visualizer pour se connecter à l'interface de passerelle de données (DGI) et aux ports série, ainsi qu'extraire des informations sur un terminal ou générer un graphique des valeurs de données au fil du temps. au fil du temps. Le Data Visualizer peut également être utilisé avec le Power Debugger de Microchip, qui possède deux canaux de mesure indépendants et peut fournir jusqu'à 100 mA entre 1,6 V et 5,5 V pour alimenter l'appareil et mesurer à partir de 100 nA sur le canal haute résolution. Cela rend le Power Debugger idéal pour optimiser les applications à faible consommation et alimentées par batterie pendant des années.
La fiche technique de l'appareil et d'autres documents utiles peuvent être consultés via la fenêtre du kit MPLABX. Chaque fiche technique couvre une famille d'appareils, ce qui permet de comparer les appareils d'une famille pour identifier ceux qui répondent le mieux aux exigences de conception. Parmi ces exigences figurent la mémoire, la RAM, le type et le nombre de périphériques, y compris les protocoles série pris en charge et les CLC (Configurable Logic Cells). Si une carte de développement PIC ou AVR Curiosity Nano est utilisée, l'utilisateur peut également accéder au guide de l'utilisateur de Curiosity Nano, à des exemples de code sur GitHub, à des schémas et à des fichiers de projet Altium à partir de la fenêtre Kit.
Figure 1 : Kit de fenêtre MPLABX IDE pour Curiosity Nano avec des liens externes et des fichiers de mise en page.
Outils matériels faciles à utiliser pour la programmation et le débogage
Microchip propose plusieurs outils matériels pour évaluer un microcontrôleur, tels que les cartes de développement Curiosity Nano, qui peuvent être utilisées avec la carte Curiosity Nano Base pour faciliter l'utilisation de n'importe quelle carte fille via les sockets MikroBUS. Tout cela simplifie grandement le développement d'un prototype ou d'une preuve de concept. Lorsque le concepteur commence à développer une carte de circuit imprimé personnalisée pour son application, il peut programmer et déboguer son application avec le programmeur de débogage PICKit.
Conclusion
Avec la gamme de microcontrôleurs PIC et AVR 8 bits de Microchip, les ingénieurs en systèmes embarqués peuvent développer des nœuds de capteurs robustes à faible consommation plus facilement et plus rapidement que jamais auparavant, avec moins de compromis. Les concepteurs peuvent tirer parti d'un ensemble puissant de périphériques indépendants du cœur (CIP), y compris la création de périphériques personnalisés, ainsi que d'utiliser des fonctionnalités matérielles qui nécessitaient jusqu'à présent des processeurs haute puissance, tout en restant en mode basse consommation (veille) . Avec les microcontrôleurs PIC et AVR, Microchip facilite plus que jamais le développement de nœuds de télédétection, connectés au cloud et d'apprentissage automatique.
