Mikrokontrolery z rodziny AVR DB oraz DD do pracy w obwodach o różnym poziomie napięć

Firma Microchip, znana z szerokiego portfolio 8-bitowych mikrokontrolerów z rodzin PIC i AVR, nieustannie rozwija ich ofertę. Nowo opracowane układy łączą w sobie najlepsze cechy obydwu grup produktowych, oferując projektantom urządzeń elektronicznych szerokie możliwości i ułatwiając budowę jeszcze bardziej zintegrowanych obwodów. Tak właśnie jest w przypadku energooszczędnych, 8-bitowych mikrokontrolerów z rodzin AVR DD/DB. Zawierają wyjątkowy zestaw peryferiów pracujących niezależnie od rdzenia (CIP, Core Independent Peripherals), służących przede wszystkim wydajnemu przetwarzaniu sygnałów analogowych. Zapewniają też bezpieczne funkcjonowanie aplikacji zgodnie z normami IEC61508 oraz ISO26262. Dzięki nim mikrokontrolery AVR DD/DB idealnie odpowiadają potrzebom mniej skomplikowanych aplikacji. Mogą też służyć jako układy pomocnicze towarzyszące w bardziej złożonych projektach.

Prezentowane mikrokontrolery zaprojektowano, aby przyspieszyć etap projektowania. W tym celu producent zintegrował szereg peryferiów, które dawniej musiały być obsługiwane przez układy zewnętrzne i rozszerzył znacząco zakres dostępnych obudów od DIP, aż po VQFN 5×5 mm z maksymalnie 64 pinami, co ułatwia aplikację.

Jednostki te są taktowane zegarem 24 MHz i mają do 128 kB pamięci Flash na kod programu, 16 kB SRAM i 512 bajtów EEPROM. Na zewnątrz wyprowadzono linie GPIO, interfejsy SPI, I²C, UART. Do dyspozycji jest zegar czasu rzeczywistego, liczniki/timery służące m.in. do generowania PWM, komparator analogowy, źródło napięcia odniesienia o kilku wartościach. W układzie znalazł się także przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC) oraz zaawansowany watchdog. Inne peryferia działające niezależnie od rdzenia (CIP) omówiono bardziej szczegółowo w dalszej części tekstu.

MVIO

MVIO (Multi-Voltage Input/Output) to konfigurowalny zintegrowany translator napięcia poziomów logicznych (level shifter). Dzięki niemu część wyprowadzeń mikrokontrolera może być zasilana ze źródła o innej wartości napięcia niż to, z którego zasilany jest rdzeń jednostki. Takie rozwiązanie ogromnie ułatwia aplikację mikrokontrolera i pozwala mu na bezpieczną komunikację z układami wykorzystując inne poziomy logiczne (np. 5 V przy zasilaniu 3,3 V). Nie ma potrzeby sięgania po zewnętrzne translatory.

System MVIO działa z pojedynczymi liniami cyfrowymi i magistralami komunikacyjnymi (np. SPI, I²C) czy wbudowanym PWM. Jeżeli wartość napięcia zasilającego MVIO (VDDIO2) obniży się poniżej zadanego progu, możliwe jest wygenerowanie przerwania, co pozwala na monitorowanie stanu urządzenia. MVIO akceptuje napięcia z zakresu od 1,6 V do 5,5 V DC. W przypadku całkowitego braku zasilania na linii VDDIO2, piny MVIO pracują jako wejścia/wyjścia trójstanowe. Działanie MVIO konfiguruje się w środowisku programistycznym MPLAB X oraz Atmel Studio 7.

Zestawy uruchomieniowe

Dla wygody projektantów przygotowano zestawy uruchomieniowe w formacie niewielkich płytek PCB z montażem bocznym lub kołkowym. W TME są dwie takie płytki: EV72Y42 z mikrokontrolerem AVR64DD32 oraz EV35L43A z AVR128DB48. Obydwie należą do rodziny Curiosity Nano i mają zbliżoną konstrukcję. Do komunikacji z komputerem PC oraz jako główne źródło służy port Micro USB. Są kontrolki LED, kwarc zegara taktującego rdzeń oraz RTC i przycisk. Do testowania MVIO na płytkach umieszczono osobne wyprowadzenia dla linii napięcia zasilania.

 

Fot. 1. Mikrokontrolery AVR DB i DD

CFD

 

Fot. 2. Zestaw uruchomieniowy EV72Y42A

CFD (Clock Failure Detect) to blok ważny z punktu zapewnienia bezpieczeństwa funkcjonowania aplikacji. Jest to obwód nadzorujący obecność sygnału taktującego pochodzącego z zewnętrznego oscylatora (generatora kwarcowego). W przypadku, gdy sygnał zaniknie, mikrokontroler automatycznie przełączy się na źródło wewnętrzne. Jednocześnie zostanie wywołane przerwanie, które może zostać użyte w celu przejścia do trybu awaryjnego, zapewniającego bezpieczne, nieprzerwane działanie obwodu.

EVSYS

EVSYS (Event System) to system pozwalający zintegrowanym urządzeniom peryferyjnym na bezpośrednie przesyłanie sygnałów z obwodu do obwodu peryferyjnego z pominięciem udziału rdzenia. Poprawia to czas reakcji i zmniejsza zużycie energii, umożliwiając jednocześnie realizację bardziej złożonych zadań, gdyż rdzeń CPU nie jest obciążany nieustanną obsługą prostych, cyklicznych operacji (np. warunkowych, dokonywanych w celu monitorowania portów I/O).

CCL

Blok CCL (Custom Logic) występuje jedynie w AVR DD. Jest to zestaw programowalnych bramek logicznych i przerzutników. Dzięki możliwości konfiguracji połączeń ich wejścia i wyjścia mogą być dołączone do fizycznych wyprowadzeń (pinów) mikrokontrolera. Alternatywnie, konstrukcja pozwala na bezpośrednie połączenie CCL ze zintegrowanymi w układzie peryferiami, jak również odczytywanie przez program mikrokontrolera stanów wyjściowych CCL (chociaż samo działanie pozostaje niezależne od rdzenia). W wielu przypadkach pozwoli to wyeliminować zewnętrzne układy logiczne, a co za tym idzie, zminimalizować koszt i zajętość PCB.

Zintegrowany wzmacniacz operacyjny

Trzy wzmacniacze operacyjne są dostępne w układach AVRDB. Pozwalają zrealizować kondycjonowanie sygnału analogowego i inne obwody pomocnicze.

Przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC)

układy mają zintegrowany 12-bitowy przetwornik ADC o częstotliwości próbkowania 130 ksps. Dla niego przewidziano też źródło napięcia odniesienia: 1,024 V, 2,048 V, 2,500 V oraz 4,096 V. W połączeniu z wymienionymi wyżej peryferiami, takimi jak EVSYS oraz wewnętrznym komparatorem, przetwornik ADC pozwala na błyskawiczną, efektywną i precyzyjną obróbkę sygnałów analogowych.

Transfer Multisort Elektronik
https://www.tme.eu