Jste zde

Mikrokontroléry s CAN a USB

Redakce HW serveru, 10. Květen 2005 - 0:00

Firma Silicon Laboratories nabízí vyspělé mikrokontroléry s CPU na bázi známé 8051 s velkým

množstvím periferií uzpůsobené pro práci se senzory a komunikaci v průmyslových zařízeních. Z velkého množství

článek vybírá MCU s na chipu integrovaným rozhraním CAN a USB.

Firma Silicon Laboratories se zabývá výrobou mnoha integrovaných obvodů z různých oblastí elektroniky. Obecně lze však výrobky rozdělit do kategorií: MCU, Wireless aplikace, Wireline aplikace a Networking aplikace.

V oblasti MCU se firma zaměřuje hlavně na číslicové zpracování analogových signálů v průmyslu (například signály ze senzorů) a proto jsou mikrokontroléry vybavovány velkým množstvím k tomu určených periférií. Jádro všech mikrokontrolérů tvoří známá CPU 8051 s výkonem 20 až 100 MIPS doplněná o ISP Flash a RAM paměť. Toto jádro na chipu doplňují bloky analogového rozhraní a digitální komunikace s okolím. Vybavení těchto bloků závisí na typu a určení mikrokontroléru.

Pro podrobný popis jsem zvolil jistě zajímavé MCU s na chipu integrovaným rozhraním CAN a MCU s rozhraním USB.

MCU s CAN 2.0B

Tato kategorie obsahuje řadu MCU C8051F04x a C8051F06x. První řada zahrnuje 8 obvodů, zatímco druhá 4 obvody. Rozdíl mezi oběma řadami je hlavně v obsahu bloku HVAMP (Hardware Voltage AMPlifier) na chipu MCU, rozdílnými A/D převodníky a počtem některých bloků. Jádrem obou MCU má výkon 25 MIPS ( při frekvenci hodin 25 MHz) a obsahuje 32 až 64 kB Flash paměti a 4,3kB RAM, jak je vidět na blokovém schéma v obrázku 1.
 


Obr. 1. Blokové schéma periferií obsažených v MCU s CAN
 

V oblasti analogového zpracování signálů MCU nabízí 12bitový, 13kanálový A/D převodník s rychlostí převodu až 100kvzorků/s a (řada C8051F04x) nebo 2x 16-bitový A/D převodník s rychlostí převodu 1Mvzorků/s vhodný pro zpracování velmi rychlých dějů a 10bitový, 9kanálový A/D převodník s převodem až 200kvzorků/s (obsahuje řada C8051F06x). Některé MCU v obou řadách obsahují i 12bitové, 2kanálové D/A převodníky pro řízení analogových akčních členů. Mezi vstupním multiplexerem a A/D převodníkem je obsažen PGA - programovatelný zesilovač, který umožňuje zvlášť nastavit zesílení každého kanálu před samotným převodem. V řadě C8051F04x je navíc obsažen hardwarový operační zesilovač s nastavitelným ziskem v rozsahu 0.5 až 16 a s nastavením ofsetu v rozsahu - 60 až + 60V. Samozřejmostí jsou vstupní 3 analogové komparátory a teplotní senzor umístěný na chipu.

Pro generování hodinového signálu je možné využít vnitřní integrovaný oscilátor s nastavitelnou frekvencí až do 25MHz a chybou kmitočtu max. 2%. Samozřejmě lze použít externí oscilátor, kde je nutné pouze připojit externí krystal, RC člen nebo samotný kondenzátor. Ostatní logika je na chipu MCU. Pro časování jsou zde k dispozici 5 víceúčelových 16bitových časovačů a programovatelné 16bitové pole čítač/časovač (PCA -Programmable Counter Array) s 6 jednotkami input capture/output compare. Existuje zde i možnost využít Real-Time Clock mód, který využívá 3 časovače nebo PCA.

V oblasti digitálního zpracování a komunikace MCU obsahují od 24 do 64 I/O pinů. Některé piny je možné využít pro vyvedení vnitřní programové datové sběrnice pro přímý přístup do vnitřní paměti MCU. Dále obsahují komunikační rozhraní SPI, 2x UART, SMBus (kompatibilní s I2C standardem) a již zmíněný CAN verze 2.0 B s vnitřním bufferem 32 x 136 bitů.

Napájecí napětí může být v rozsahu 2.7 až 3.6V a obvody se nabízí v pouzdrech 64pin nebo 100pin TQFP.


Obr. 2. Podrobné blokové schéma MCU s CAN 2.0B - C8051F040 (detail)
 

MCU s USB

Řada MCU s integrovaným rozhraním USB 2.0 přímo na chipu mikrokontroléru obsahuje dva obvody: C8051F320 a C8051F321. Jádrem obou MCU má výkon 25 MIPS ( při frekvenci hodin 25 MHz) a 16 kB Flash paměti a 2,3kB RAM, jak je vidět na blokovém schéma v obrázku 3.
 


Obr. 3. Blokové schéma periferií obsažených v MCU s USB
 

Dále v analogové oblasti oba obsahují 10bitový, 17kanálový A/D převodník se vzorkovací frekvencí až 200kvzorků/s. Na jeho vstupu je analogový multiplexer s jehož pomocí je možné i snímat signál integrovaného teplotního senzoru. K dispozici je referenční zdroj napětí. Nakonec lze využít i dvou komparátorů připojené na piny obvodu.

Pro generování hodinového signálu je možné využít vnitřní integrovaný 12MHz oscilátor nebo externí oscilátor řešený pouze připojením externího krystalu. Pro časování jsou zde k dispozici 2x více účelové 16bitové časovače a programovatelné 16bitové pole čítač/časovač (PCA - Programmable Counter Array) s 5 jednotkami input capture/output compare. Samozřejmostí je programovatelný watchdog.

Mimo klasických I/O pinů, 25x pro C8051F320 a 21x pro typ F321, MCU obsahují komunikační rozhraní SPI, UART, SMBus (kompatibilní s I2C standardem) a již zmíněné USB verze 2.0. Ten umožňuje komunikační rychlosti 12Mb/s nebo 1.5Mb/s ve spojení s integrovaným bufferem 1kB. Na chipu je implementován plný transceiver a není tedy nutné použít žádné externí součástky.

Napájecí napětí může být v rozsahu 4.0 až 5.25V a obvody se nabízí v pouzdrech 32pin LQFP (C8051F320) a 28pin QFN (C8051F321).




Obr.4. Podrobné blokové schéma MCU s USB2.0 - C8051F321 (detail)
 

Vývojový kit

Ke všem mikrokontrolérům samozřejmě firma nabízí i vývojové kity zahrnující:

  • EC2 sériový adaptér
  • Vývojové prostředí na CD IDE (Integrated Development Environment) s Macro-Assemblerem and C kompilátorem
  • Vývojová deska s MCU
  • RS-232 kabel
  • JTAG kabel
  • Napájecí zdroj

Vývojový software je určený pro OS Windows 95 až XP. Celý vývojový kit umožňuje nahrání programu, spuštění, zastavení, krokování apod. Dále nastavení breakpointů, zobrazovat a modifikovat obsah paměti a registrů MCU.

Příklady použití

Využítí MCU s integrovaným rozhraním CAN se pravděpodobně nejvíce hodí do aplikací průmyslu:

  • zařízení a aplikace pro automobily
  • řízení průmyslových robotů
  • oblast MaR (Měření a Regulace) - zpracování signálů senzorů, regulace motorů

Využítí MCU s rozhraním USB má široké využítí v průmyslu i v oblasti spotřební elektroniky:

  • zařízení komunikující s PC
  • zpracování a přenos dat libovolných analogových nebo digitálních senzorů
  • spotřební elektronika
  • ovládací rozhraní HMI (Human-Machine Interface) - myš, klávesnice, hlasové převodníky
  • převodníky na USB 2.0

Závěr

Zde uvedené MCU poskytují výhodnou komunikaci s okolím prostřednictvím sběrnice CAN 2.0 nebo USB 2.0 bez použití přídavných externích převodníků a součástek, které komplikují návrh desky plošných spojů a snižují spolehlivost v zarušeném prostředí průmyslu. Podrobný datasheet ke každému konkrétnímu typu MCU lze volně stáhnout na kvalitně zpracovaných stránkách firmy Silicon Laboratories www.silabs.com.

Všechny výrobky firmy Silicon Laboratories pro Českou republiku distribuuje renomovaná firma HT-Eurep Electronics spol. s r.o., kterou lze kontaktovat a získat více informací na stránkách www.HTE.cz.

Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz

DOWNLOAD & Odkazy

Hodnocení článku: