Выбор микроконтроллера с поддержкой МаtLab

MathWorks и Texas Instruments Incorporated (TI) объявили о продолжении сотрудничества по предоставлению решений для энергосберегающих и недорогих приложений. Инженеры использующие микроконтроллеры реального времени TI TMS320C2000™ Piccolo (MCUs) теперь могут применять Модельно-ориентированное проектирование для поддержки всей цепочки разработки - от алгоритма до генерации кода. Добавляя поддержку для недорогих и высокоэффективных микроконтроллеров Piccolo в продукт Target Support Package MathWorks предлагает быструю разработку устройств , раннюю проверку и быстрый вывод продукта на рынок для систем управления двигателями, систем освещения и возобновляемых источников энергии, а также других приложений, работающих в реальном времени.

32х-битные MCU семейства Piccolo предлагают широкий диапазон режимов, флеш-памяти, аналоговой интеграции и функций управления для соответствия изменчивым требованиям ценовой политики и приложениям реального времени. Разработчики теперь могут выполнять алгоритмы MATLAB и Simulink на всех устройствах F2802x/F2803x Piccolo для быстрого создания прототипов и производства встроенных систем. Модельно-ориентированное проектирование совместно с автоматической генерацией кода создают отличную связь между средой проектирования и аппаратной платформой, помогая инженерам идентифицировать и фиксировать ошибки в моделировании на системном уровне и с легкостью создавать эффективный код С2000.

Устройства C2000 являются 32-разрядными микроконтроллерами с интегрированной высокопроизводительной периферией, разработанными для использования в управляющих приложениях в режиме реального времени. Их ядро оптимизировано для выполнения арифметических операций и разработано таким образом, чтобы повысить эффективность, надежность и гибкость системы. Мощные интегрированные периферийные модули превращают C2000 в превосходное однокристальное управляющее решение. Стратегия разработки инструментария для C2000 и программное обеспечение (controlSUITE) создают открытую платформу, целью которой является максимизация полезности при уменьшении сроков разработки.

Линейка продуктов представлена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Линейка продуктов семейства Piccolo

4.3 Серия контроллеров Piccolo™

Ассортимент МК компании Piccolo разделен на две серии: TMS320F2802x и TMS320F2803x. МК TMS320F2802x демонстрируют базовый уровень интеграции аппаратных ресурсов и доступны в 38- и 48-выводных корпусах. Внутри серии МК различаются объемом памяти, степенью интеграции некоторых УВВ и быстродействием АЦП. Все микроконтроллеры этой серии рассчитаны на работу в пределах расширенного температурного диапазона (-40…105°С), но некоторые из них (48-выводные F2822/3/6/7) также доступны в исполнении для работы в автомобильном температурном диапазоне -40…125°С. МК серии TMS320F2803x - новая разработка TI, на данный момент имеющая статус «для предварительного ознакомления». Эти изделия будут выпускаться в корпусах большего типоразмераи иметь более высокую степень интеграции, в том числе вычислительных и коммуникационных блоков.

Архитектура МК PiccoloTM специально оптимизирована под задачи цифрового управления и для этих целей оснащена специальными модулями, предназначенными для высоко быстродействующей обработки сигналов (рисунок 4.2). Основой МК является ЦПУ C28x со встроенной поддержкой DSP-инструкций, в частности - операций умножения с накоплением (MAC) 32х32 бит. Вычислительные способности в масштабе реального времени еще больше усилены у некоторых представителей серии TMS320F2803x. Речь идет о МК со встроенным блоком CLA для ускорения алгоритмов управления. Этот блок представляет собой ускоритель 32-битных арифметических операций с плавающей запятой и предназначен для автономной реализации функций цифрового регулятора без участия ЦПУ. Для этих целей предусмотрена возможность прямого доступа блока CLA к встроенным УВВ и их прерываниям. Блок CLA выполнен как независимое процессорное ядро и имеет собственный набор инструкций и пространство памяти. Благодаря этому он работает совершенно независимо от ЦПУ.

Рисунок 4.2 - Обобщенная структура микроконтроллеров Piccolo

У МК Piccolo нет безосновательного переизбытка аппаратных ресурсов, это объясняет привлекательность их цены, которая не превышает 10 долларов. Здесь количество и качество интегрированных модулей строго привязаны к нуждам контроллера электропривода. В частности встроенные ШИМ-контроллеры способны обеспечить управление несколькими электродвигателями и силовыми преобразователями, а модуль 12-битного АЦП обеспечивает высокую точность и быстродействие оцифровки аналоговых сигналов. У некоторых МК также имеются прецизионные ШИМ-контроллеры (HR PWM) с повышенной разрешающей способностью (150 пс).

Архитектура МК Piccolo также несет в себе ряд других преимуществ:

1. Простота применения.

Благодаря интеграции прецизионных генераторов, супервизора питания, схемы сброса при подаче питания и стабилизатора напряжения, МК Piccolo характеризуются чрезвычайно простой внешней обвязкой. Фактически достаточными являются внешняя подача напряжения питания 3,3 В и установка блокировочных конденсаторов у выводов питания. Для облегчения работы с разнообразными датчиками положения и скорости у некоторых МК предусмотрены блоки квадрутурного энкодера (QEP) и захвата (eCAP).

2. Высокое быстродействие обработки сигналов.

Помимо DSP-инструкций и блока CLA, ускорению обработки сигналов также способствуют высокая тактовая частота ЦПУ (до 68 МГц) и оптимизированная по минимальности задержек система прерываний.

Появление семейства микроконтроллеров Piccolo связано с необходимостью применения во многих разработках быстрого процессорного ядра с широким набором периферийных модулей и корпусом с малым количеством выводов.

Первыми ИС семейства "Piccolo", доступными для заказа, являются ИС TMS320F28023 и TMS320F28027.

Эти микросхемы выполнены в корпусах LQFP-48 для TMS320F28027 и TSSOP-38 для TMS320F28023, но, несмотря на малое число выводов, они содержат достаточно богатый набор периферии, среди которой необходимо отметить встроенный стабилизатор напряжения, позволяющий питать ядро ИС и остальную часть только от одного источника и исключить использование внешнего стабилизатора.

TMS320F2802x обладают встроенным аппаратным умножителем 32x32 бита, модулем обнаружения провалов напряжения питания (Brown-out-Reset), cторожевым таймером, динамическим синтезатором тактовой частоты, детектором отсутствия тактовой частоты, блоком памяти с доступом по паролю, АЦП, компаратором и т.д.

Весьма интересным является стоимость выше описанных микросхем. Прогнозируется, что уже при партиях 1000 штук в год, их стоимость в России будет начинаться от 100 рублей для TMS320F28023 и от 130 рублей для TMS320F28027. При столь низкой стоимости семейство "Piccolo" является серьезным конкурентом как для ARM процессоров, так и для самых простых 8-разрядных микроконтроллеров.

Основные параметры ИС TMS320F2802х представлены в таблице 6.1.

Таблица 4.1 - Параметры ИС TMS320F2802х

Параметр	TMS320F28023	TMS320F28027
Процессорное ядро	С28х
Входная тактовая частота	40МГц	60МГц
ОЗУ	12кБайт
FLASH ПЗУ	60кБайт
Каналов ШИМ
АЦП	7 каналов, 12бит	13 каналов, 12бит
Время преобразования АЦП	325нс	217нс
Интерфейсы	I2C, UART, SPI
Разрешение таймера	32 бит
Линий Вв./Выв.
Напряжение питания	3,3В
Раб.диапазон температур.	-40°С …+85°С

Рассмотрев характеристики первых доступных для заказа ИС семейства "Piccolo", останавливаемся на выборе микроконтроллера TMS320F28027, так как он имеет характеристики лучше, чем TMS320F28023 [24].