Questo microcontroller a bassissimo consumo è ideale per il controllo del movimento nei dispositivi portatili

I dispositivi portatili e alimentati a batteria pervadono ormai la nostra vita e sempre più spesso assumono il controllo delle comuni operazioni quotidiane. Un esempio perfetto è rappresentato da quei robottini aspirapolvere dotati di motori per il movimento meccanico e il controllo direzionale. Sebbene possano sembrare funzioni di uso comune, l'elettronica all'interno di questi piccoli robot continua a spingere i progettisti verso i limiti della miniaturizzazione del fattore di forma, della riduzione del peso e dell'efficienza energetica. E questo senza venir meno a tutti gli strumenti necessari.

In questo senso, è di grande aiuto quando molta dell'elettronica necessaria può essere racchiusa in un unico CI, come nel caso di MAX32672GTL+ di Analog Devices. Si tratta di un microcontroller a 32 bit molto piccolo, a bassissimo consumo energetico e altamente integrato, progettato appositamente per dispositivi alimentati a batteria e sensori wireless. È dotato di un potente processore ARM Cortex M4 con unità a virgola mobile (FPU). Si adatta perfettamente ai progetti di dispositivi come quelli appena menzionati grazie alla notevole capacità di elaborazione dei sensori e all'ottimizzazione della durata della batteria.

Come si può immaginare, le applicazioni di MAX32672GTL+ comprendono il controllo di movimenti/motori, di sensori industriali e di dispositivi medici alimentati a batteria. La sua applicazione può essere estesa anche ai moduli di comunicazione ottica e ai controller per radio modem sicuri.

Il diagramma a blocchi funzionali di MAX32672GTL+ rivela la versatilità di questa piccola centralina elettronica (Figura 1).

Figura 1: Il diagramma a blocchi del microcontroller MAX32672GTL+ offre un quadro della sua potenza e flessibilità, dal core ARM M4 al supporto per una notevole quantità di memoria, alla sicurezza, alla gestione dell'alimentazione e degli I/O. (Immagine per gentile concessione di Analog Devices Inc.)

Per quanto riguarda la memoria, MAX32672GTL+ integra 1 MB di memoria flash e 200 kB di SRAM. La memoria flash interna con correzione degli errori viene utilizzata per la memorizzazione di programmi e dati non volatili. È organizzata in due banchi di uguali dimensioni per consentire operazioni di esecuzione e scrittura per gli aggiornamenti del firmware in tempo reale.

La SRAM interna da 200 kB supporta la conservazione a basso consumo delle informazioni dell'applicazione e dei dati correlati. Per una maggiore affidabilità del sistema, la SRAM può essere configurata come 160 kB con codice a correzione di errore singolo e rilevazione di errore doppio (SEC-DED) per proteggere i dispositivi di memoria dal danneggiamento dei dati. La codifica a correzione di errore è importante: implementata su tutta la flash, sulla RAM e sulla cache, garantisce un'esecuzione del codice estremamente affidabile in condizioni ambientali difficili.

Per la gestione e il controllo dell'alimentazione, le funzioni includono diverse modalità che offrono un mix di opzioni sia ad alte prestazioni sia a basso consumo energetico. Tra le altre, il monitoraggio della tensione di alimentazione e dell'interruzione temporanea dell'energia per garantire il corretto funzionamento durante gli eventi di spegnimento e accensione e i transitori imprevisti.

MAX32672GTL+ offre un'ampia larghezza di banda per l'I/O con diverse periferiche di I/O seriale, tra cui I²C, I²S, SPI e UART. Le istanze bidirezionali dell'interfaccia I²C possono funzionare con velocità di trasferimento da 100 kbps a 3400 kbps. Le interfacce SPI possono funzionare fino a 50 Mbps e supportano il traffico full-duplex in una configurazione a quattro fili. Il bus audio bidirezionale I²S opera con amplificatori e codec audio.

Infine, le interfacce UART forniscono comunicazioni seriali asincrone full-duplex utilizzando configurazioni di bus a due o quattro fili con un generatore di velocità baud indipendente. Una UART a basso consumo (LPUART) opera nelle modalità di sospensione a consumo minimo per facilitare l'attività di riattivazione senza perdita di dati.

Oltre alle interfacce seriali, le varie periferiche comprendono ben 42 pin di I/O per uso generale (GPIO), fino a quattro timer a 32 bit, due timer a 32 bit a basso consumo e un convertitore analogico/digitale (ADC) a 12 canali e 12 bit a registri ad approssimazioni successive (SAR).

Dal punto di vista hardware, la combinazione dei collegamenti dati seriali, dei pin di I/O e dell'ADC rende MAX32672GTL+ un potente controller per motori e altre macchine rotanti che richiedono un'elaborazione dati impegnativa.

Il supporto flessibile accelera i progetti di controllo e robotica

Senza buoni strumenti di supporto, l'hardware, da solo, è insufficiente. Nel caso del controller MAX32672GTL+, questo problema non si pone. Gli strumenti specifici per le applicazioni includono la possibilità di monitorare sensori analogici o digitali allo scopo di generare segnali modulati a larghezza di impulso e decodificare i dati da encoder su alberi rotanti in quadratura. Sono estremamente interessanti gli strumenti progettati per il controllo dei motori e per le applicazioni robotiche: eliminano buona parte della complessità e semplificano di molto l'avvio di un progetto.

L'interfaccia del decoder in quadratura decifra l'angolo dell'albero di una macchina rotante e la sua velocità di rotazione in base alle linee di segnale bifase (QEA e QEB) e al segnale di indice (QEI) proveniente dall'encoder. Per controllare la risoluzione angolare dell'operazione di decodifica sono disponibili i conti alla rovescia di X1, X2 o X4 selezionati dall'utente. La rotazione dell'albero viene tracciata su un contatore di posizione a 32 bit (QDEC) insieme a eventi specifici, come il raggiungimento di una posizione predefinita. Il valore fornito dal QDEC indica la posizione angolare attuale dell'albero. Altre uscite indicano il movimento, la direzione e il cambio del senso di rotazione (Figura 2).

Figura 2: Gli ingressi in quadratura QEA e QEB, temporizzati dall'orologio di quadratura, incrementano o decrementano il contatore del QDEC a seconda del senso di rotazione. I segnali di uscita indicano il movimento (QDEC_INTFL), la direzione (QDIR) e il cambio di direzione (QDEC_INTRL). (Immagine per gentile concessione di Analog Devices Inc.)

MAX32672GTL+ incorpora l'hardware Advanced Encryption Standard (AES) per proteggere il dispositivo. Le chiavi AES vengono generate automaticamente dal software e sono memorizzate in un'area della memoria flash dedicata per offrire sicurezza contro eventuali manomissioni. Include un generatore di numeri casuali reali (TRNG) che fornisce numeri casuali per semi crittografici o chiavi di crittografia forti per garantire la riservatezza dei dati.

Tutta questa potenza di elaborazione è racchiusa in un piccolo contenitore TQFN-EP a 40 pin che misura solo 5 x 5 x 0,4 mm. Il dispositivo offre cinque modalità di alimentazione con una grande flessibilità di funzionamento e che consentono di ridurre al minimo il consumo energetico. Con un'alimentazione di 1,1 V, il microcontroller assorbe solo 61,5 mA per MHz in modalità attiva, fino alla frequenza massima di clock di 100 MHz.

Il kit di valutazione MAX32672EVKIT# di Analog Devices è una piattaforma che consente di misurare le capacità del microcontroller MAX32672GTL+ (Figura 3). Chiunque voglia utilizzare questo microcontroller troverà in questa scheda di valutazione un ottimo punto di partenza per la progettazione.

Figura 3: Il kit di valutazione MAX32672EVKIT# di Analog Devices contiene un controller MAX32672GTL+ con una dimostrazione preprogrammata e l'accesso a programmi sviluppati dagli utenti. (Immagine per gentile concessione di Analog Devices)

All'accensione, la scheda di valutazione esegue un programma dimostrativo. L'accesso è fornito dalle porte I/O interne e sono disponibili kit di sviluppo software (SDK) per scrivere i propri programmi.

Conclusione

Il microcontroller MAX32672GTL+ è una soluzione di dimensioni molto ridotte, a basso consumo, potente e flessibile per il controllo di motori e movimento, sensori industriali e dispositivi medici alimentati a batteria: i robottini aspirapolvere ne sono un esempio perfetto. Con il suo kit di valutazione e il ricco supporto di strumenti, presto nasceranno molti altri progetti interessanti basati su questo componente. Fatemi sapere se ne avete in mente uno.