1

Przegląd popularnych mikrokontrolerów

| Prezentacje firmowe

Cechą szczególną rynku mikrokontrolerów jest ogromna różnorodność i trudno chyba byłoby wymienić bardziej uniwersalny i popularny układ scalony. Ogromna liczba wykonań i typów dostępnych w sprzedaży wielu producentów powoduje, że trudno się w tym gąszczu poruszać, niełatwo poznać, które układy są popularne i chętnie używane, a które za chwilę wypadną poza nawias. Z tego powodu prezentujemy krótki opis przybliżający te najpopularniejsze jednostki, które są chętnie kupowane i mogą być traktowane jako rynkowe przeboje.

Przegląd popularnych mikrokontrolerów

Mikrokontrolery STM32F4

Rys. 1. Pobór prądu przez poszczególne typy układów z rodziny STM32F4

Mikrokontrolery z rodziny STM32F4 z rdzeniem Cortex-M4F zawierają szybki, dobrze wyposażony rdzeń, co powoduje, że są chętnie stosowane w coraz bardziej wymagających aplikacjach, w tym urządzeniach z graficznym interfejsem użytkownika. Charakteryzują się dużą wydajnością i zawierają koprocesor zmiennoprzecinkowy.

STM32F4 mogą być taktowane do 168 MHz, a poza CPU w ich strukturze zintegrowano zaawansowane bloki peryferyjne. W ramach rodziny wchodzi kilkadziesiąt typów wyposażonych w pamięć Flash od 512 KB do 2 MB, pamięć SRAM o pojemności 192 lub 256 KB, które są montowane w obudowach o liczbie wyprowadzeń od 64 (obudowa LQFP) do 176 (obudowy LQFP i BGA).

STM32F42x oraz STM32F43x to jednostki z dużą pamięcią. Zastosowano w nich także kilka modyfikacji zwiększających możliwości funkcjonalne. Układy z ostatnią cyfrą "9" w oznaczeniu (STM32F439) są odpowiednikami układów z ostatnią cyfrą "7", ale dodatkowo wyposażonymi w wewnętrzny kontroler LCD-TFT, umożliwiający wyświetlanie kolorowych obrazów do 60 fps.

Z kolei STM32F427 i F437 - poza standardowym zestawem bloków peryferyjnych - wyposażono także w 6 interfejsów SPI i aż 8 UART-ów, a wszystkie ich wewnętrzne timery mogą być taktowane z taką samą częstotliwością maksymalną jak rdzeń (do 168 MHz). Interfejsy I²C wyposażono w cyfrowe filtry sygnałów SCL i SDA, a koprocesor kryptograficzny obsługuje - poza dotychczasowymi ECB, CBC i CTR - także tryby AESGCM (Galois/Counter Mode, który jest wykorzystywany m.in. w protokole sieciowym IEEE 802.1AE) oraz AES-CCM (Combined Cipher Machine).

Jednostki F429 i F439 - poza dotychczas wymienionymi - wyposażono także w interfejsy zewnętrznych pamięci SDRAM oraz nowy zaawansowany port cyfrowego audio obsługujący m.in. protokoły: PCM, TDM, AC’97 oraz SPDIF. Pobór prądu przez STM32F zawiera się od 89 µA/MHz dla STM32F410 do 260 µA/MHz dla STM32F439.

LPC firmy NXP

Drugą pod względem popularności z rodzin ARM-ów jest seria LPC firmy NXP. Przykładowa rodzina LPC1110-/11/12/13/14/15 bazuje na 32-bitowym rdzeniu Cortex-M0 zapewniającym dobrą wydajność, przy niskim poborze mocy. Układy mogą być taktowane zegarem do 50 MHz i mają do 4-64 KB pamięci Flash na kod programu oraz 1-8 KB pamięci danych SRAM.

Komunikację z otoczeniem zapewniają 42 linie GPIO, 10-bitowy przetwornik ADC typu SAR z 8-kanałowym multipleksowaniem i interfejsy SPI, I²C i UART. Na wyposażeniu są też cztery timery, watchdog. Każdy układ ma również swój unikalny numer seryjny. Od strony zasilania mikrokontrolery zawierają zintegrowany układ zarządzania zasilaniem PMU (Power Management Unit), zapewniający minimalizację pobieranej mocy i obsługujący trzy tryby oszczędnościowe: Sleep, Deep-sleep i Deep power-down.

Mikrokontrolery są zasilane pojedynczym napięciem 1,8-3,6 V i produkowane w trzech typach obudów: LQFP48, HVQFN33 i TFBGA48. Wybrane typy mają możliwość pracy w zakresie temperatur od -40 do +105°C.

Niski pobór mocy w MSP430

Rys. 2. Siłą mikrokontrolerów MSP430 są bogate zasoby

Wraz z rosnącym znaczeniem elektroniki konsumenckiej i przenośnej, komunikacji bezprzewodowej na pierwszy plan w technice wysuwają się aplikacje zużywające do swojego działania minimalną ilość energii. Do takich aplikacji kierowane są mikrokontrolery MSP430. Jest to rodzina, produkowana przez firmę Texas Instruments od wielu lat i bardzo rozbudowana pod względem dostępnych typów.

Wspólną cechą tych układów jest 16-bitowa jednostka centralna zbudowana na bazie architektury RISC, przygotowana tak, by pobór prądu był minimalny, zapewniając możliwość pracy nawet przez kilka lat przy zasilaniu bateryjnym, w czujnikach, detektorach, urządzeniach pomiarowych, aparaturze medycznej.

Mikrokontrolery te mogą być również wyposażone zamiast Flash i RAM w nieulotną pamięć FRAM o szybkim dostępie i małym poborze prądu. MSP430 mogą pracować w trybie pracy normalnej lub jednym z 5-7 trybów pracy energooszczędnej, mają zegar RTC, przetwornik C/A, moduł mnożenia sprzętowego i sprzętowego obliczania sumy kontrolnej, koder-dekoder danych AES, układ watchdog. Dostępne są także interfejsy: UART, LIN, IrDA, SPI, I²C. Niektóre modele są przystosowane do obsługi klawiatur pojemnościowych, są wyposażone w wewnętrzny czujnik temperatury, mogą pracować w rozszerzonym zakresie temperaturowym (-55...+150°C).

Siłą mikrokontrolerów MSP430 są peryferie analogowe: komparator, precyzyjny przetwornik A/C, wzmacniacze operacyjne. Ze względu na budowę rodzinę MSP430 pogrupowano w następujące serie: MSP430F3xx, MSP430F1xx, MSP430F4xx, MSP430F2xx, MSP430F5xx/6xx, CC430, MSP430G2xx, MSP430F0xx, FR5xxx.

Mikrokontrolery w najlepszych wersjach mają ok. 20 KB SRAM, 256 KB Flash, 64 KB FRAM, rdzeń procesora taktowany sygnałem o częstotliwości do 25 MHz. Produkowane są także mikrokontrolery wyposażone w kontroler LCD, interfejs komunikacyjny USB, transceiver radiowy RF pracujący w paśmie ISM do 1 GHz.

Przykładowa jednostka MSP430-F149IPM jest zasilana napięciem 1,8...3,6 V i pobiera w trybie aktywnym 280 µA przy taktowaniu 1 MHz i zasilaniu 2,2 V. W trybie standby prąd spada do 1,6 µA, a w off mode do 0,1 µA. Czas wzbudzenia z trybu standby to jedynie 6 µs. Mikrokontroler zawiera szybki 12-bitowy przetwornik A/D z wewnętrznym źródłem napięcia odniesienia, dwa 16-bitowe timery, komparator i dwie jednostki USART. Dla użytkownika udostępniono aż 48 linii I/O (obudowy 64-pinowe QFP i QFN).

MSP430F149 ma 60 KB+256 B pamięci Flash i 2 KB RAM (rys. 2).

Mikrokontrolery 8-bitowe

Tabela. Przegląd jednostek 8-bitowych Silicon Labs

Mimo wielu zmian na rynku mikrokontrolery 8-bitowe bazujące na architekturze 51 cały czas mają spory udział w strukturze sprzedaży, bo w wielu aplikacjach są one wystarczające, a konstruktorzy je znają i nie chcą zmian. Nie bez znaczenia jest to, że nowe jednostki mają całkiem niezłe parametry, zwiększoną wydajność i rozbudowane układy peryferyjne, przez co cały czas są dla wielu projektantów atrakcyjnym wyborem. Przykładem może być rodzina mikrokontrolerów C8051 firmy Silicon Labs, cechująca się klasyczną architekturą w nowoczesnej odsłonie.

8-bitowe mikrokontrolery Silicon Labs oparte na klasycznym rdzeniu 8051 zaprojektowano tak, aby zmaksymalizować wydajność, zachowując całkowitą zgodność kodu. W celu zwiększenia szybkości przetwarzania instrukcji zastosowano mechanizm dwustopniowego przetwarzania potokowego. W efekcie powstała wysoko wydajna architektura, w której większość instrukcji procesora jest wykonywanych w 1 lub 2 cyklach zegarowych.

Dzięki temu procesory są w stanie osiągać szybkość przetwarzania na poziomie 100 MIPS przy zegarze o częstotliwości 100 MHz. Znakomita wydajność, zintegrowanie mocno rozbudowanych układów peryferyjnych i analogowych przy zachowaniu klasycznego rdzenia 8051 daje użytkownikom rozwiązanie nowoczesne, a jednocześnie od lat dobrze znane. W tabeli zebrano główne cechy techniczne takich jednostek.

Micros
www.micros.com.pl