ТРИТОН-электронные компоненты

Поставка электронных компонентов - 718-84-05
Тритон-электронные компоненты

 

www.trt.ru

 

 

Образцы
Вы можете заказать образцы микросхем Microchip под свой проект



 
  FLASH-контроллеры PIC18F с технологией микропотребления nanoWatt  


Снижение цен на микроконтроллеры привело к повсеместному их использованию. А вследствие миниатюризации огромное число стационарных и передвижных приборов и технологических станций, стендов, превратились из громоздких агрегатов в миниатюрные переносные приборы. Разумеется, что в компактных приборах используются батареи, и остро встает проблема экономии электроэнергии. Поэтому рынок микроконтроллеров с нетерпением ждал появления новых микропотребляющих моделей микроконтроллеров. Микроконтроллеры первых поколений вполне обходились режимом 'sleep', в котором работа микроконтроллера приостанавливалась, а потребление резко уменьшалось. Но скоро этого стало недостаточно, что привело к появлению новой технологии NanoWatt от Microchip, позволяющей более гибко и экономно расходовать энергию батарей.

Улучшение экономичности при высокой производительности в технологии NanoWatt достигается следующим образом:

Совершенствованием технологии изготовления кристаллов и минимизацией токов утечки,
Снижением напряжения питания (все FLASH микроконтроллеры Microchip могут работать при напряжениях 2.0…5.5В),
Специальными раздельными режимами тактирования ядра и периферии.

Если первые два способа традиционно использовались при изготовлении PICmicro, то последний применен впервые и позволяет более гибко использовать ресурсы микроконтроллера, затрачивая при этом минимум энергии.

Структурная схема тактирования ядра NanoWatt микроконтроллеров PIC18F.

Схема тактирования ядра новых PIC18 представлена на рис.1. Слева показаны три основных источника тактовых сигналов:


Рис. 1. Блок-схема узла ГТИ nanoWatt PIC18F

1. Основной генератор тактовых импульсов (ГТИ) - входы OSC1, OSC2. Сюда можно подключить внешний резонатор (32кГц…25МГц) или внешнюю RC-цепочку. Предусмотрена схема умножения частоты на 4 (4xPLL), при включении которой ядро работает с производительностью 10MIPS (внутренняя частота 40МГц) с кварцевым резонатором 10МГц. Если не требуется использовать основной тактовый генератор, то выводы OSC1 и OSC2 могут работать как обычные порты ввода-вывода.

2. Дополнительный тактовый генератор (генератор таймера 1). Для его работы необходимо подключить внешний кварцевый резонатор к выводам T1OSO и T1OSI. Разумеется, если не использовать TMR1 в качестве дополнительного тактового генератора, то к этим выводам можно подключать внешний сигнал (режим счета внешних событий) или вообще использовать эти входы как обычные порты ввода-вывода. Модуль Таймера1 существенно изменен, благодаря чему в несколько раз сократился потребляемый им ток. Это позволило в большинстве задач отказаться от специализированной микросхемы при создании часов реального времени, подключая низкочастотный резонатор 32768 Гц непосредственно к модулю Таймера1.

3. Внутренний микропотребляющий RC-генератор с умножителем FLL и постделителем. Этот модуль, так же как и Таймер1, полностью переработан. В несколько раз снижено энергопотребление, модуль нечувствителен к изменениям температуры и напряжения питания. На заводе-изготовителе производится калибровка генератора, чем обеспечивается стабильность частоты не хуже +/-1%. Это позволяет во многих задачах (при работе, например, с COM- портом компьютера на скорости 9600) вообще отказаться от использования внешних резонаторов и сэкономить на его стоимости. Внутренний генератор работает на частоте 31кГц. Есть специальный модуль умножителя FLL (x256), повышающий эту частоту до 8МГц, с возможностью дальнейшего деления постделителем. В результате при работе с внутренним генератором можно программно "на лету" выбирать тактовую частоту из 8 значений: 31,25кГц, 125кГц, 500кГц, 1МГц, 2МГц, 4МГц, 8МГц, управляя мультиплексором тактового сигнала.

Микропотребляющий стабильный WDT

Частота 31кГц от внутреннего RC ГТИ так же подается на схему сторожевого WDT-таймера. Это позволило резко повысить стабильность работы WDT таймера, а так же отказаться от отдельного RC-генератора, ранее обслуживающего исключительно WDT, и потреблявший дополнительный ток.

Справа на рисунке расположен программно управляемый мультиплексор, непосредственно выбирающий источник тактовых импульсов, сигнал с которого и подается на схемы тактирования ядра и периферии. Обратите внимание, что есть возможность программно "остановить" тактирование ядра (ключ IDLEN), при этом периферия может продолжать работу. Разумеется, есть и полный режим останова микроконтроллера (аналогичный стандартному "SLEEP"), при котором работа всех узлов замораживается и контроллер потребляет минимальнейший ток.

Режимы энергосбережения (Low Power Modes) в микроконтроллерах nanoWatt PIC18F

Все перечисленные возможности в той или иной степени уже были реализованы в разных семействах PICmicro. Особенностью nanoWatt PIC18F является то, что именно в этом семействе все режимы энергосбережения впервые систематизированы и предусмотрен специальный механизм перехода из одного режима работы в другой.

Варианты режимов работы показаны в таблице 1. Нужный режим переключается "на лету" во время работы программы путем изменения служебных регистров. Именно такое многообразие и простота переключения позволяют пользователю минимизировать энергопотребление (т.е. работать на минимальных частотах), при этом не экономя на быстродействии в ответственных моментах работы программы.

Название режима состоит из двух частей. Вторая часть указывает, тактируется ли ядро, а первая – источник тактовых импульсов (основной, дополнительный (Таймер1) или внутренний RC.

Таблица 1. Режимы работы микроконтроллеров nanoWatt PIC18F

Режим

CPU

Периферия

PRI_IDLE

Выкл

Вкл. от основного генерат.

SEC_IDLE

Выкл

Вкл. от дополн. Генерат. T1OSC

RC_IDLE

Выкл

Вкл от внутр. RC-генератора

PRI_RUN

Вкл от основного генерат OSC1

Вкл от основного генерат OSC1

SEC_RUN

Вкл от доп. генер. T1OSC

Вкл от доп. Генер. T1OSC

RC_RUN

Вкл от внутр. RC-генератора

Вкл от внутр. RC-генератора

SLEEP

Выкл

Выкл

Обнаружение отказа тактового генератора и автоматический переход на резервный источник

Наличие трех тактовых генераторов в NanoWatt микроконтроллерах PIC18F позволило реализовать несколько интересных функций. Встроенную функцию обнаружения отказа основного тактового генератора по достоинству оценят создатели медицинских приборов (например, кардиостимуляторов), разработчики пожарно-охранной техники, систем жизнеобеспечения. Автоматическое переключение на внутренний RC генератор позволяет сохранить работоспособность прибора. При этом устанавливается специальный флаг сбоя ГТИ и генерируется запрос на прерывание. Коэффициент постделителя может быть задан заранее, чтобы получить наилучшую частоту из 8 возможных вариантов. На этапе программирования контроллера работу модуля защиты от сбоев можно аппаратно заблокировать специальным битом в конфигурационном слове.

Режим быстрого старта

Очень часто встречаются задачи, когда решающим параметром при выборе микроконтроллера является то, насколько быстро он "стартует" - начинает работу после подачи напряжения питания или при выходе из режима "SLEEP". Именно для таких задач пригодится режим быстрого старта.

Предположим, что мы используем основной тактовый генератор с внешним кварцевым резонатором. Как известно, такой генератор относительно долго выходит на стабильный режим работы. Поэтому схема запуска автоматически "ждет" первые 1024 периода такого генератора, и лишь после этого разрешает работу микроконтроллера. В ряде задач такие задержки неприемлемы, для чего и предусмотрен режим быстрого старта. При этом быстро запускается внутренний RC-генератор, и программа пользователя начинает (продолжает) работу именно с ним. Одновременно стартует и основной (дополнительный) ГТИ. После его выхода на стабильный режим работы микроконтроллер автоматически переключается с внутреннего генератора на основной. При этом устанавливается специальный флаг, сообщающий программе пользователя, что тактовая частота стабилизировалась и можно приступать к выполнению подпрограмм, особо критичных к стабильности тактового генератора.

Эту функцию при необходимости так же можно заблокировать на этапе программирования микроконтроллера.

Усовершенствованный модуль EUSART для работы по LIN-протоколу в PIC18F

Микроконтроллеры Microchip всегда славились разнообразием и количеством встроенных периферийных модулей. Внутренним USART сейчас никого не удивишь, но в микроконтроллерах PIC18F встроен усовершенствованный модуль, способный аппаратно поддерживать набирающий все большую популярность протокол LIN. Этот модуль - EUSART позволяет не только самостоятельно принимать/передавать данные, разгружая ядро, но и в состоянии SLEEP принимать информацию с шины и давать сигнал "пробуждения" контроллеру при возникновении активности на шине в соответствии со спецификацией стандарта LIN.

Добавив к микроконтроллеру PIC18F специализированную микросхему драйвера LIN - MCP201, можно получить законченное устройство с поддержкой LIN протокола. В этом случае не потребуется стабилизатор напряжения 5В, т.к. он уже встроен в MCP201. Таким образом можно получить готовое устройство с минимальными затратами на разработку аппаратного и программного обеспечения.

Встроенная система прерываний и низкая цена позволяет использовать микроконтроллеры в качестве электронных реле времени, системах сбора информации, удаленных датчиках. А FLASH программная память программ облегчит отладку изделий.

На сегодняшний момент семейство PIC18F с технологией nanoWatt состоит из 6 микросхем (таблица 2). В ближайшее время планируется расширение семейства. В первую очередь это контроллеры с увеличенным размером памяти и расширенным UART. Еще одна новинка – это контроллер с драйвером ЖК-индикатора и аппаратной реализацией часов реального времени (RTC) с календарем.

Все рассмотренные микроконтроллеры позволяют осуществлять внутрисхемную отладку на базе встроенного модуля ICD. Так же поддерживается внутрисхемное программирование ICSP.

Таблица 2:

Тип

FLASH память программ

ОЗУ данных

EEPROM

Число выводов

Порты I/O

10бит АЦП

ком.

CCP (ШИМ)

10/14 бит

Таймер 8/16 бит

Дополнительная периферия

Байт

Слов

PIC18F1220

4096

2048

256

256

18

16

7

2

1

1/3

EUSART (LIN)

PIC18F1320

8192

4096

256

256

18

16

7

2

1

1/3

EUSART (LIN)

PIC18F2220

4096

2048

512

256

28

25

10

2

2

1/3

AUSART, MI2C, SPI

PIC18F2320

8192

4096

512

256

28

25

10

2

2

1/3

AUSART, MI2C, SPI

PIC18F4220

4096

2048

512

256

40/44

36

13

2

2

1/3

AUSART, MI2C, SPI, PSP

PIC18F4320

8192

4096

512

256

40/44

36

13

2

2

1/3

AUSART, MI2C, SPI, PSP

PIC18F4620

65536

32768

3840

1024

40/44

36

13

2

2

1/3

2 EUSART (LIN), MI2C, SPI, PSP

PIC18F4431

16384

8192

768

254

40/44

34

9

-

2/8

1/3

EUSART (LIN), MotorControl PWM, I2C, SPI

PIC18F8490

16384

8192

1024

-

80

64/44-LCD

11

2

2

1/3

USART, I2C, до 192 сегментов LCD, RTC

PIC18F4680

65536

32768

3840

1024

40/44

36

13

2

2

1/3

CAN 2.0B, EUSART (LIN), I2C, SPI, PSP

Совершенно очевидно, что данная технология завоюет популярность среди разработчиков портативных приборов с батарейным питанием. В первую очередь в тех областях, где помимо микропотребления требуется высокая производительность, и работа в режиме реального времени.

 

 

Daname.DesignLab
(495) 668-26-46                 © Тритон-электронные компоненты 2005                triton@trt.ru