«Умная пыль» - сверхминиатюрные микроконтроллеры в 6-выводном корпусе

Возможно, что вы никогда не применяли микроконтроллеры в своих изделиях и обходились набором таймеров, логических элементов и дискретными компонентами. Пора пересмотреть свои взгляды на проектирование устройств и заменить набор различных микросхем всего лишь на одну, так как компания Microchip производит для вас недорогие 6-выводные микроконтроллеры в миниатюрном «транзисторном» корпусе SOT-23-6. Существующие семейства микроконтроллеров PIC10F имеют до 512 слов программной памяти, аналоговый компаратор со встроенным источником опорного напряжения, встроенный генератор тактовой частоты и 8-разрядный таймер. Низкая цена, низкое потребление и миниатюрность позволяет использовать контроллеры PIC10F в задачах, где раньше микроконтроллеры не применялись вовсе.

Семейство самых дешевых 6-выводных микроконтроллеров пополнилось - запущены в массовое производство два контроллера со встроенным модулем аналого-цифрового преобразователя (АЦП): PIC10F220 и PIC10F222.

Основные особенности новых контроллеров:

• два канала модуля АЦП;
• встроенный источник опорного напряжения 0,6 В для АЦП;
• программно выбираемая тактовая частота 4 или 8 МГц.

Новинки контроллеров базового семейства

Если вас привлекает функциональность и цена микроконтроллеров PIC10F220/222, но для решения задачи необходимо больше программной памяти и больше портов, то для вас Microchip наладил массовое производство двух микроконтроллеров PIC12F510 и PIC16F506 c 8 и 14 выводами соответственно. Построенные на базе простого и надежного 12-битного ядра и имеющие на борту аналоговый компаратор и 8-бит АЦП, данные контроллеры идеальны для применения в охранно-пожарной технике, для построения различных датчиков и сенсоров, распределенных систем управления и сбора данных. Низкая цена и достаточная функциональность делает эти микросхемы наиболее перспективными для массовых применений.

Микроконтроллеры со встроенным регулятором

Если ваше устройство предназначено для работы в широком диапазоне питающих напряжений или с минимальным числом внешних элементов, должно получать питание от сети 220 В, то под ваши требования Microchip разработал серию микроконтроллеров со встроенным шунт-регулятором. Благодаря встроенному шунт-регулятору и модулю ШИМ, контроллеры PIC12HV и PIC16HV найдут широкое применение в дешевых системах вентиляции и управления электроприводами. Управление двигателями - не единственное применение новых контроллеров. Наличие встроенного регулятора и низкая цена позволяют использовать контроллеры в исполнительных устройствах и датчиках с питанием от линии, напряжение на которой, по сути, может быть любым. В микроконтроллере с шунт-регулятором напряжение на его входе V_DD отслеживается и сравнивается с внутренним опорным напряжением, и в зависимости от разницы этих напряжений ток, протекающий через последовательно включенный резистор Rser, устанавливается таким, чтобы падение напряжения на Rser было равно разности между напряжением питания Vunreg и напряжением V_DD (рис. 1). Примечательной особенностью шунт-регулятора является то, что напряжение питания Vunreg по сути ограничено только рассеиваемой мощностью и пробивным напряжением внешнего резистора Rser, а не мощностью и пробивными характеристиками самого регулятора. Поэтому разработка шунтирующего регулятора сводится к выбору номинального сопротивления последовательно включенного резистора так, чтобы в диапазоне напряжений, которые должен контролировать регулятор, резистор обеспечивал падение напряжения, необходимое для формирования напряжения 5 В.

Рис. 1. Структура внутреннего стабилизатора 

Микроконтроллеры такого типа могут существенно упростить схемотехнику пожарных датчиков, автомобильных электронных систем и телекоммуникационных устройств, приборов с питанием от сети напряжением 220 В (диммеров, вентиляторов и др).

Те же самые микроконтроллеры предлагаются и без встроенного стабилизатора, в маркировке таких контроллеров вместо обозначения HV (высоковольтная серия) присутствует просто F (Flash - контроллер).

Новые 20-выводные контроллеры PIC16F

Продолжая традицию совместимости по выводам 8- и 14-выводных микроконтроллеров, компания Microchip производит новое поколение 20-выводных контроллеров PIC16F685/687/689/690. К этому семейству, за короткий срок ставшему популярным, добавлены новые контроллеры: PIC16F631 - по сути это 20-выводная версия контроллера PIC16F630; и PIC16F677 - 20-выводная версия PIC16F676 с увеличенным объемом памяти программ. Как и для всех новых микроконтроллеров, становится стандартной поддержка технологии NanoWatt (гибкая система тактирования и встроенный программно переключаемый генератор) и 10 бит АЦП. Новые микроконтроллеры позиционируются как альтернатива 18-выводным микроконтроллерам не только по функциональности, но и по цене. PIC16F690 имеет 12 каналов 10-разрядного АЦП, 2 компаратора, программируемый источник опорного напряжения и расширенный модуль Захвата/Сравнения/ШИМ (ECCP+) с программируемой задержкой переключения (dead time), автовыключением и рестартом, последовательный интерфейс EUSART, SPI/I²C.

Все микроконтроллеры в корпусах с числом выводов от 8 до 14 совместимы между собой как программно, так и по выводам, поэтому при необходимости расширения функций прибора разработчику потребуется минимум изменений (рис. 2).

Рис. 2. Совместимость по выводам 8- 14- и 20-выводных микроконтроллеров  

Новое развитие семейства PIC16F87x

Семейство контроллеров PIC16F87xA подверглось глубокой модернизации (табл. 1). По сути, разработано новое семейство контроллеров с характеристиками, на порядок превосходящими возможности широко распространенного семейства PIC16F87xA, но при этом - с существенно сниженной ценой. Новое семейство PIC16F88x имеет следующие отличительные особенности:

• внутренний генератор с программным переключением частоты и детектором отказа внешнего кварца;
• технология NanoWatt для сохранения энергии батарей;
• память программ с возможностью самопрограммирования;
• энергонезависимая память данных EEPROM;
• 2 компаратора с RS-триггером;
• усовершенствованный модуль сравнения/захвата/ШИМ (ECCP) с задержкой на переключения (dead time delay), возможность формирования задержки на выключение и рестарта;
• поддержка SPI и I²C с маской по адресу.

Таблица 1. Новые контроллеры семейства PIC16F 

Наибольшая производительность среди 8-разрядных микроконтроллеров. Новинки семейства PIC18F

Не осталось без внимания и более мощное семейство контроллеров серии PIC18.

Родоначальники NanoWatt-семейства, контроллеры PIC18Fxx20 (PIC18F2320/ 2220/ 43204220) получили дальнейшее развитие и стали основой семейства PIC18Fxx21. По сравнению с предшественниками новые микроконтроллеры имеют сниженную цену и расширенный набор периферии. Из нововведений можно отметить смену значения кода АЦП в точке 0,5 МЗР (т.е. увеличение точности АЦП до ±0,5 МЗР), расширенный модуль захвата/сравнения/ШИМ (возможность формирования сигналов управления мостовой схемой), расширенный модуль UART (поддержка интерфейсов RS-232, RS-485, LIN; автоопределение скорости, выход из режима SLEEP), детектор снижения и повышения напряжения питания. Новые контроллеры PIC18F2221, PIC18F2321, PIC18F4221 и PIC18F4321 помимо корпусов DIP и SOIC выпускаются в миниатюрных корпусах QFN и SSOP.

Прошедший год ознаменовался появлением контроллеров семейства PIC18 с 12-и разрядным АЦП. От предыдущего семейства контроллеры общего назначения PIC18F2423, PIC18F2523, PIC18F4423 и PIC18F4523 отличаются увеличенной разрядностью АЦП и увеличенным до 32 К объемом памяти программ. Также 12-разрядный АЦП появился в семействах микроконтроллеров со встроенным интерфейсом USB 2.0 и с драйвером ЖКИ.

Расширилась линейка микроконтроллеров с интегрированным модулем CAN 2.0B. Контроллеры PIC18F2682, PIC18F2685 и PIC18F4682, PIC18F4685 имеют соответственно корпуса с 28 и 40 выводов, увеличенный размер памяти 80 и 96 КБ.

Пополнилось семейство микроконтроллеров для управления электроприводом. Появились контроллеры в 18-выводных корпусах PIC18F1230 и PIC18F1330, с объемом Flash-памяти программ 4 и 8 кБ. Новые контроллеры имеют 3 встроенных компаратора, 4 канала 10-разрядного АЦП и специализированный 6-канальный модуль ШИМ.

Таблица 2. Контроллеры PIC18 

Надежность новых микроконтроллеров

Следует отметить исключительную надежность EEPROM и Flash-памяти новых контроллеров Microchip. В диапазоне температур -40...85°С гарантируется типовое число циклов перезаписи памяти программ 100.000, энергонезависимой памяти данных 10.000.000 и сохранность данных в течении 100 лет. Благодаря 100% тестированию всех микросхем при отгрузке заказчикам и высокой надежности продукция компании Microchip применяется в автомобильных, промышленных, медицинских, охранно-пожарных и других изделиях, где предъявляются высокие требования к надежности.

Низковольтные микроконтроллеры J-серии

Снижение цены на микроэлектронные изделия возможно за счет увеличения интеграции, т.е. уменьшения размеров элементов на кристалле. Но при уменьшении размеров p-n-переходов снижается рабочее напряжение питания микросхемы. Поэтому новое семейство микроконтроллеров PIC18FxxJxx, имеющее в своем обозначении букву «J» и выпускаемое с применением техпроцесса 0,25 микрон, требует напряжения питания микроконтроллера 2,0...3,6 В. При этом само ядро питается напряжением 2,5 В. Для питания ядра можно воспользоваться как встроенным в микроконтроллер стабилизатором, так и использовать свой собственный источник напряжения 1,8...2,75 В, отключив внутренний. Снижение технологических норм производства микроконтроллеров J-серии могло бы привести к уменьшению помехоустойчивости микросхем, но этого не происходит. Встроенный стабилизатор питания ядра является своеобразным буфером и уменьшает влияние внешних помех на ядро микроконтроллера. Большинство портов ввода/вывода совместимы со стандартными TTL-уровнями (5,5 В) при работе в режиме входа и не требуют дополнительных цепей согласования. В режиме выхода формируемое микроконтроллером напряжение равно напряжению питания, т.е. не превышает 3,6 В. При этом два 8-битных порта (PORTB и PORTC) обеспечивают втекающий/вытекающий ток 25 мА, позволяющий напрямую подключать светодиод или другую нагрузку.

Микроконтроллеры PIC18FxxJxx построены по технологии «Standard FLASH», что позволяет перезаписывать программную память не менее 100 раз (типовое значение 1000 раз), и не имеют встроенной энергонезависимой памяти EEPROM. Однако контроллеры PIC18FxxJxx имеют возможность самопрограммирования, что позволяет записывать редко меняемые данные прямо в память программ. Функция самопрограммирования также обеспечивает возможность построения бутлоадера - специальной программы для обновления программы пользователя внутри изделия по какому либо интерфейсу (USB, RS-232, Ethernet и пр.).

Контроллеры в 80- и 100-выводных корпусах имеют встроенную аппаратную шину, позволяющую подключать внешнюю FLASH-память для хранения и перезаписи программ и данных с помощью команд табличного чтения/записи.

PIC18FxxJ11 - это дальнейшее развитие серии трехвольтовых контроллеров. Семейство контролеров J11 имеет уменьшенные токи потребления в спящем режиме. Семейство J11 содержит встроенный программируемый RC-генератор (от 31 кГц до 8 МГц), так же возможно подключить умножитель частоты на 4, тем самым можно получить тактовую частоту 32 МГц от внутреннего RC-генератора.

Ethernet-решения

Новые сетевые технологии все активнее внедряются в массовые изделия, туда, где раньше применялись лишь специализированные приборные интерфейсы типа RS-485 или аналогичные. Наиболее активно растет рынок устройств использующих в качестве канала связи популярную в компьютерных применениях сеть Ethernet. Год назад компания Microchip вышла на рынок встраиваемых Ethernet-приложений, выпустив новый 28-выводный автономный Ethernet-микроконтроллер ENC28J60, также разработанный по новой низковольтной технологии. Эта микросхема позволяет легко подключить существующее изделие, разработанное на любом микроконтроллере, к сети Ethernet/Internet. Шина связи между основным контроллером и ENC28J60 - высокоскоростной 10 Мбит/сек SPI. Микросхема содержит встроенный буфер 8 кБайт ОЗУ, на аппаратном уровне поддерживает физический и MAC-уровни Ethernet, полностью соответствует IEEE 802.3. Микросхема поддерживает прямое подключение развязывающего трансформатора и светодиодов состояния канала связи.

В дополнение к автономному Ethernet-контроллеру разработаны и внедрены в массовое производство интегрированные контроллеры PIC18 + контроллер Ethernet. Новые контроллеры J-серии PIC18FxxJ60 открывают новые горизонты построения систем сбора и передачи информации, систем охраны и видеонаблюдения, использующих в качестве канала передачи данных широко распространенную сеть Ethernet. Кроме того, такая концепция позволяет интегрировать подобные устройства во «всемирную паутину» - Internet. Это становится особенно просто, учитывая, что на сайте Microchip есть бесплатный стек протоколов TCP/IP для ядра PIC18 (AN833). Все, что необходимо для подключения PIC18FxxJ60 к сети Ethernet - это развязывающий трансформатор и разъем (которые сейчас все чаще выпускаются интегрированные, в одном корпусе). Минимум внешних деталей и готовый стек TCP/IP позволяют пользователям максимально быстро выйти на новые рынки устройств и систем, а следовательно, получить преимущества в конкурентной борьбе.

Таблица 3. Контроллеры PIC18 J-серии 

Планы на будущее

Естественно, что компания Microchip не останавливается на достигнутых результатах. В планах - дальнейшее развитие 8-разрядных контроллеров. Это снижение напряжения питания до 1,8 В, снижение потребления, увеличение быстродействия (тактовая частота контроллеров семейства PIC18FxxK20 достигнет 64 МГц) интегрирование новых периферийных модулей, расширение линейки контроллеров с USB 2.0, внедрение возможности переопределения функций выводов портов (pin remapping) и многое другое. Поэтому, выбрав микроконтроллеры производства Microchip, разработчик получает возможность дальнейшего развития своих приборов и всегда сможет найти оптимальный микроконтроллер под свою задачу.