Riduci il numero di pin del tuo MCU: delega le attività analogiche a GreenPAK

È fin troppo comune che i progettisti cerchino di fare tutto con un unico processore, e questo è particolarmente vero nel caso dei microcontrollori. I microcontrollori di oggi includono una vasta gamma di interfacce e funzionalità, spesso sviluppate in coordinamento con clienti importanti o per supportare applicazioni specifiche. Questo porta il numero di pin di molti microcontrollori diffusi a essere inutilmente elevato, e questi componenti tendono a essere fisicamente piuttosto grandi per poter ospitare tutti i pin.

Se il microcontrollore viene utilizzato in un sistema a segnale misto e stai usando i suoi pin analogici, valuta la possibilità di demandare tutta l’elaborazione analogica a un processore a segnale misto. Questi componenti possono contribuire a ridurre il costo totale della BOM diminuendo le dimensioni richieste del microcontrollore.

Quali pin MCU puoi eliminare?

I primi candidati sono i pin che supportano funzioni analogiche o logiche relativamente semplici e che non richiedono un’elaborazione diretta da parte dell’MCU. Un GreenPAK può essere inserito tra il circuito esterno e l’MCU, eseguire il condizionamento del segnale o il processo decisionale richiesto e presentare al processore un numero inferiore di risultati digitali. Questo può eliminare ingressi analogici dedicati e ridurre il numero di GPIO utilizzati per funzioni ausiliarie.

I candidati tipici includono:

• Ingressi del comparatore analogico utilizzati per il rilevamento di soglia  
• Ingressi GPIO utilizzati per interruttori, pulsanti o segnali di stato discreti  
• Uscite GPIO utilizzate per abilitazioni, reset o semplici segnali di controllo  
• Ingressi di interrupt generati da molteplici condizioni esterne  
• Uscite PWM utilizzate per funzioni ripetitive di temporizzazione o controllo  
• Segnali di reset e supervisione  
• Ingressi per impulsi, frequenza o rilevamento dei fronti  
• Semplici segnali di sequenziamento e interblocco

Le funzioni di comparazione sono obiettivi particolarmente utili. Se l’MCU sta solo campionando una tensione analogica per determinare se è al di sopra o al di sotto di una soglia, questa decisione può essere presa esternamente. Il GreenPAK può quindi fornire uno stato digitale o un interrupt, consentendo di scegliere l’MCU in base alle interfacce e alle risorse di elaborazione effettivamente richieste dall’applicazione.

Il consolidamento dei GPIO può produrre un risultato simile. Diversi segnali di stato o di controllo possono essere combinati tramite logica configurabile, timer, contatori ed elementi di stato prima di raggiungere l’MCU. Invece di assegnare singoli pin del processore a ogni evento, il GreenPAK può qualificare tali eventi e segnalare solo le condizioni che richiedono l’attenzione del firmware.

L’entità della riduzione dei pin dipende dall’applicazione, ma l’obiettivo architetturale è semplice. Il monitoraggio analogico ripetitivo e il controllo deterministico non dovrebbero imporre l’uso di un package MCU più grande quando tali funzioni possono essere implementate in un piccolo dispositivo a segnale misto.

Sposta l’elaborazione dei segnali a basso livello fuori dall’MCU

La riduzione dei pin è solo una parte del vantaggio. Molti sistemi a segnale misto gravano inoltre l’MCU di elaborazioni ripetitive che non richiedono il firmware. Qualificazione delle soglie, debounce degli interruttori, conteggio impulsi, generazione di ritardi, rilevamento dei fronti e semplici transizioni di stato possono essere implementati con blocchi hardware configurabili ed eseguiti in modo indipendente dal processore.

Un rilevatore di soglia è un buon esempio. Un comparatore analogico può rilevare quando un sensore supera un livello definito, mentre un timer può richiedere che la condizione rimanga valida per un periodo specificato. La logica può quindi generare un singolo interrupt per l’MCU. Questo sostituisce il campionamento ADC continuo, i confronti software e il codice di temporizzazione con una funzione hardware che produce solo l’evento di cui il firmware ha bisogno.

Hardware simile può gestire il debounce dei pulsanti, la qualificazione della larghezza degli impulsi, il conteggio di frequenza o eventi, le abilitazioni ritardate, la temporizzazione del reset e il sequenziamento dell’alimentazione. Le LUT e gli elementi di stato possono inoltre combinare più condizioni digitali in interblocchi o semplici stati di controllo. Queste funzioni sono deterministiche e in genere non traggono vantaggio dall’essere implementate come loop firmware.

Spostare queste funzioni fuori dall’MCU cambia la selezione dei componenti a livello di sistema. Il processore non ha più bisogno di un numero sufficiente di canali ADC, risorse timer o GPIO per gestire direttamente ogni interfaccia di basso livello. Un’MCU più piccola può quindi occuparsi delle comunicazioni, del controllo di livello superiore e del codice applicativo, mentre il GreenPAK gestisce le funzioni locali a segnale misto vicino ai circuiti che le generano.

Usa GreenPAK per ridurre i requisiti di risorse dell’MCU

GreenPAK può assorbire molte funzioni di basso livello che altrimenti consumerebbero pin MCU e risorse periferiche. Decisioni del comparatore, generazione del reset, debounce degli interruttori, rilevamento impulsi, temporizzazione, sequenziamento e logica semplice possono essere gestiti prima che i segnali raggiungano il processore. L’MCU riceve quindi un numero inferiore di ingressi digitali qualificati invece di ogni segnale grezzo presente nel sistema.

Questo può influire direttamente sulla scelta dell’MCU. Un progetto che inizialmente richiedeva diversi ingressi ADC, canali timer, pin di interrupt e GPIO può riuscire a utilizzare un processore più piccolo una volta consolidate tali funzioni. GreenPAK può anche qualificare gli eventi, combinare condizioni e generare uscite temporizzate senza polling continuo del firmware.

Gli strumenti Go Configure supportano la configurazione di queste funzioni analogiche, di temporizzazione e logiche. Gli ingegneri possono collegare comparatori, LUT, contatori, timer, flip-flop e risorse GPIO nel flusso di segnale richiesto, definire soglie e comportamento temporale, simulare la logica risultante e programmare la configurazione nel dispositivo GreenPAK selezionato.

Per saperne di più, dai un’occhiata ai componenti GreenPAK e agli esempi di riferimento.

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