. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
MSP430FR5739: Budoucnost ULP právě začala
15. července 2011 - 8:00 | Steve | MSP430FR5739: Budoucnost ULP právě začala | Komentářů: 1  

MSP430FR5739: Budoucnost ULP právě začala

Přiblížení vývoje mikrokontrolérů od prvních typů s pamětí ROM až po novinku společnosti TI – mikrokontroléry s pamětí FRAM.

Jak by řekl němec: "Alleguten Dinge sind drei!" – neboli "Vše dobré je třikrát". Přesně to nyní platí i pro společnost Texas Instruments, která v roce 1971 představila úplně první mikrokontrolér (MCU), který se v roce 1974 rozšířil pod označením TMS1000. Své uplatnění nalezl především v kapesních kalkulačkách a velmi populární elektronické hře Senso/Simon. V roce 1994 byl poté představen první Ultra-Low-Power (ULP) MCU na trhu, tzv. řada MSP430. A konečně nyní, v roce 2011 společnost představila opět zcela nový a inovativní produkt - první ULP MCU s FRAM na světě, nesoucí označení MSP430FR5739.

Řada mikrokontrolérů MSP430 zaujímá již tradičně vedoucí postavením na trhu Ultra-Low-Power (ultra-nízkopříkonových) MCU, které byly před 18 lety uvedeny na trh s cílem optimalizovat systémy do velmi nízkopříkonového provedení, vhodného především pro bateriově napájené aplikace. Za tu dobu se obvodů z rodiny TI ULP MCU MSP430 prodala více než jedna miliarda a dnes se s těmito obvody každý měsíc prodá víc než 10.000 vývojových sad. Pokud bychom i v případě mikrokontrolérů měli uvažovat o platnosti vždy tří základních prvků, v této rychle se rozvíjející rodině MCU by to byly: Ultra-Low-Power architektura, analogové rozhraní a jednoduché použití.

Je samozřejmé, že první zástupci této rodiny byly založeny na programové paměti typu ROM, takže uživatelský kód musel být programován zápisem do kovové masky přímo ve výrobě a neumožňoval žádné další úpravy. V roce 1999 tak TEXAS INSTRUMENTS přišel s prvním mikrokontrolérem ULP MCU s technologií Flash, kterým doslova splnil největší sny každého tehdejšího vývojáře. Rázem bylo možné kód libovolně měnit a do obvodu programovat až v poslední fázi výroby, před kompletací a závěrečným testováním produktu. Rovněž pouhou změnou kódu bylo možné provádět i dodatečný update a upgrade již hotových produktů a tím dále zvýšit jejich potenciál.

Obvody rodiny MSP430 v té době obsahovaly již celou řadu integrovaných periferií, jako například ADC10, ADC12 či Sigma-delta převodníky s vysokým rozlišením SD24. Dnes jim nechybí ani moderní rozhraní typu USB a LPRF, které jsou součástí rozšířené sady funkcí.

Mikrokontroléry MSP430FR5739 s integrovanou pamětí FRAM
V současné době však mikrokontroléry řady MSP430 procházejí další velkou změnou, kterou je integrace feroelektrické RAM – FRAM přímo na jejich čip a to navíc s architekturou, která zaručuje zachování velmi nízkého příkonu. Pokud tedy pro vývojáře byla integrace paměti Flash vstupem do nebe, FRAM musí být nebe na druhou.

Paměti FRAM se řadí do kategorie Universal, tj. pamětí, které jsou non-volatile jako Flash, ale zároveň stejně rychlé jako RAM. Pro vývojáře je velkou změnou také možnost libovolného rozdělení dostupné kapacity pro strojový kód a data, pouze podle požadavků konkrétní aplikace. Další výhovy pak vyplývají z univerzálnosti paměti, typu non-volatile, optimálního řízení, nižších nákladů na programování zařízení, stejně jako rychlejší uvedení na trh v případě změny poměru zdrojového kódu a dat.


Obr. 1: Možnost změny poměru programové a datové paměti

Ve srovnání s pamětí Flash, která pro uchování dat využívá nabité a plovoucí elektrody gate, používá architektura FRAM dva stabilní stavy elektrického dipólu, jakožto základního nosiče informací. Elektrické polarizační křivky tohoto materiálu jsou velmi podobné jako v případě magnetické hystereze, proto se také pro paměti ujal termín "feroelektrická". Abychom předešli případným pochybnostem, tak paměti FRAM nejsou nijak citlivé na magnetické pole.

Jak bylo uvedeno již v úvodu, obvody MSP430FR5739 jsou kombinací vedoucí architektury ULP MCU a technologie FRAM, vyvinuté společnostmi TEXAS INSTRUMENTS a Ramtron. To znamená, že skutečná spotřeba energie je v aplikaci dána kombinací MCU a jeho paměti.

Pro potřeby měření chování v reálných aplikacích, vytvořil tým vývojářů MSP430 jednoduché demo. Základem se stala vývojová deska s MSP430F5438 ve funkci obvodu, řídicího a monitorujícího přenos dat na rozšiřující desky s obvody typu Flash a FRAM. Výsledkem bylo provedení 100 zápisových a měřicích cyklů do obvodů Flash ULP MSP a 250 do obvodů ULP MCU MSP430 s FRAM. Dokonce i při zápisu 100x vyšší rychlostí byla spotřeba obvodů MSP430FR5739 stále zhruba 3 krát menší, než v případě jeho alternativy s Flash.


Obr. 2: Porovnání vlastností mikrokontrolérů s- a bez- paměti FRAM

MSP430FR5739 v aplikacích
Dalo by se říct, že obvody MSP430FR739 jsou v současné době nejlepším ULP MCU na trhu, vhodným pro celou řadu rozličných aplikací, včetně záznamu dat či řízení přeměny získané energie. Své uplatnění však naleznou také v bezdrátových sítích s velice nízkou spotřebou - Wireless Mesh, aplikacích průmyslových senzorů nebo automatizace budov. Jasné je, že hranice mezi těmito segmenty se do značné míry stírají a například domácí automatizační procesy mohou využít i netradiční způsoby získávání energie a zároveň spojení přes LPRF síť. Pojďme se podívat na ukázkový příklad aplikace průmyslového snímače teploty nebo tlaku, který je napájen z baterií a výsledky měření přenáší bezdrátově do centrálního systému.


Obr. 3: Vnitřní blokové schéma mikrokontrolérů MSP430FR739

Energie nejen pro napájení MCU, ale také měřicího ADC převodníku a vysokofrekvenčních obvodů pro LPRF pro komunikaci, může být získána například z vysoké teploty tavicí pece nebo z vibrací motoru. Poté, co proběhne měření a převod analogového signálu na jeho digitální hodnotu, zapíše MCU data do paměti, zapne obvody LPRF a data odešle do centrálního systému. V případě zápisu dat do paměti typu Flash v MCU však může dojít velmi rychle k vyčerpání veškeré energie, neboť tyto paměti pro zápis vyžadují napětí typ. až 14V. Aplikace tedy skončí ještě dříve, než vůbec mohla začít. Ovšem s obvody MSP430FR5739 není potřeba napájet žádný zvyšující měnič. Data jsou do paměti zapisována při napětí 1,5 V a to 100 krát rychleji při 250 krát nižším výkonu, při srovnání s Flash. Díky výdrži až 100 bilionů cyklů mohou být data zapisována navíc zcela libovolně po bitech, bytech nebo celých slovech, přesně podle požadavků konstruktéra. Takže i kdybychom argumentovali tím, že pro zápis do paměti Flash a napájení nábojové pumpy je možné získat dostatečné množství energie, stále může být problém v udržení energie po celou dobu zápisu a v reálné aplikaci můžeme být omezeni jak maximální rychlostí, tak i četností zápisu.

V řadě aplikací spojených s měřením například spotřeby vody či energie, je nutné zajistit uchování naměřených hodnot a dalších informací i po výpadku napájení. Pro tento účel je v systémech AMI integrována externí EEPROM paměť, s bezpečným (šifrovaným) uložením dat. I tuto situaci obvody MSP430FR5739 řeší a externí paměť EEPROM nahrazují interní non-volatile pamětí FRAM, takže dále zjednodušují návrh. Obvody MSP430FR5739 jsou připraveny poskytnout inovativní způsoby řešení v celé řadě nových i stávajících aplikací.

Více informací a hlavní výhody obvodů s pamětí FRAM představí Priya Thanigai a Sebastian Fritz z TI:

video platformvideo managementvideo solutionsvideo player

Začínáme s FR5739
Pro rychlé a snadné seznámení se s obvody MSP430FR5739, nabízí společnost Texas Instruments vývojovou sadu MSP-EXP430FR5739 Experimenter Board. Výhodou této desky je rovněž kompatibilita s celou řadou nízkopříkonových bezdrátových modulů TI, jako je například CC2520EMK. MSP-EXP430FR5739 Experimenter Board může pomoci návrhu a vývoji aplikací pro záznam dat, získávání energie, bezdrátové hlídání, automatické měřicí infrastruktury (AMI) a mnoho dalších systémů.

Zájemcům doporučuji stáhnout aplikační poznámku SLAA499, popisující přechod z obvodů řady MSP430F2xx na obvody MSP430FR57xx. Více technických údajů a konkrétních informací jsou dostupné v Datasheetu (SLAS639) a uživatelské příručce (SLAU272).

Do roku 2012 rovněž Texas Instruments plánuje další rozšíření rodiny mikrokontrolérů MCU MSP430 s pamětí FRAM, tedy MSP430FR58xx. Nové ULP přinesou až 64KB univerzální FRAM a samozřejmě celou řadu integrovaných periferií a kompatibilních ukázkových kódů, včetně AES256 nebo ADC12 s optimalizací příkonu.

Pro více informací o MCU MSP430 ULP, navštivte www.msp430.com and www.ti.com/fram.

Odkazy & Download:
Domovská stránka firmy Texas Instruments
Mikrokontroléry řady MSP430
FRAM – Ultra-Low-Power Embedded Memory
Informace o obvodech MSP430FR57xx







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (1):

Zobrazit starší 30 dnů (1)...

host
1. Dne 20. 07. 2011 v 15:41 zaslal host
dostupnost
Ještě kdyby se tak daly už někde sehnat. :-)


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
XPort XE
Síťový převodník řady Xport, integrovaný do konektoru RJ45
Skladem od 850 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007