Лучшие варианты микроконтроллеров сенсорных хабов с высоким количеством каналов АЦП

Создано: 14 Мая, 2021
Обновлено: 1 Июля, 2024

Недавно промышленный клиент попросил меня помочь в разработке новой версии платы для взаимодействия с большим количеством датчиков. Задачей было объединить три платы с различными функциями и компонентами в одну плату, которая обеспечивала бы все необходимые интерфейсы для сбора данных. Это заставило меня задуматься о типе МК, который мог бы потребоваться для центра датчиков, и о том, сколько каналов можно уместить в один МК.

Как оказалось, если вы приобретаете высокопроизводительный МК, они могут иметь довольно большое количество АЦП с разумно высоким разрешением, которое вам нужно для сбора данных с датчиков. Если вы не строите управляющую плату, скажем, для когерентных оптических измерений на очень низком уровне сигнала и значении С/Ш, крупные производители предложат вам множество вариантов плат МК с высоким количеством входов/выходов и большим количеством каналов АЦП. Вот некоторые варианты, которые вы можете использовать в своей следующей плате центра датчиков или подобном продукте.

Высокое количество каналов АЦП в вашем МК для датчиков

Взаимодействие между аналоговым и цифровым мирами требует датчиков, и эти датчики должны каким-то образом взаимодействовать с процессором на вашей плате. Здесь на помощь приходит многоканальный АЦП, который предоставляет вам несколько каналов для сбора и обработки данных. Если вам нужно построить систему с малым размером, вы можете использовать МК с интегрированным АЦП. Хотя они и не самые мощные с точки зрения вычислительной мощности, многие МК включают в себя множество периферийных устройств, необходимых для взаимодействия с другими цифровыми компонентами и аналоговыми датчиками.

МК с высоким количеством каналов АЦП предоставляют вам определенные преимущества в ряде смешанных сигнальных систем. Вместо использования внешнего многоканального АЦП, вот некоторые причины, по которым вы можете захотеть использовать МК с высоким количеством каналов:

Умеренная тактовая частота: МК с высоким количеством каналов АЦП также, как правило, имеют высокую тактовую частоту, чтобы обеспечить необходимую скорость выборки, так что они также могут быстро обрабатывать преобразованные данные с помощью умеренно сложных алгоритмов.
Скорость выборки: Большинство 16-битных или 32-битных МК с высоким количеством каналов АЦП все еще обеспечивают скорость выборки ~Msps. Это обеспечивает точное обнаружение аналоговых сигналов до частот ~MHz.
Периферийные устройства и интерфейсы: Если вашему датчику не нужно напрямую подключаться к вашему АЦП, МК предлагают стандартные интерфейсы низкой скорости для сбора данных с других периферийных устройств.

Помимо интерфейсов низкой и высокой скорости, количества каналов АЦП и тактовой/скорости выборки, две важные характеристики для проектирования узла датчиков включают в себя встроенную память и потребление энергии. Что касается потребления энергии, вы захотите компонент с режимом сна и управлением условного пробуждения, так как это поможет сэкономить энергию.

Наконец, МК с высоким количеством каналов АЦП иногда распределяют эти каналы по нескольким АЦП, работающим параллельно, а не по одному АЦП со всеми доступными каналами. Использование нескольких АЦП позволяет реализовать чередование, при котором частота дискретизации увеличивается за счет применения сдвига фазы на выходе каждого АЦП. Другими словами, если компонент содержит N АЦП, то чередование позволяет увеличить частоту дискретизации в N раз.

Некоторые МК с высоким количеством каналов АЦП

Microchip, серия PIC32MZ

Серия МК PIC32MZ от Microchip является частью семейства Embedded Connectivity (EC) компании. Эти компоненты обеспечивают до 48 аналоговых каналов с разрешением 10 бит, 1 MSPS и независимыми внешними источниками триггера АЦП. 32-битное ядро ARM Cortex M4 работает на частоте до 200 МГц. Различные исполнения содержат разное количество входов/выходов для взаимодействия с периферийными устройствами, а также стандартные интерфейсы (I2C/SPI/I2S) и графические интерфейсы EBI или PMP. К высокоскоростным интерфейсам относятся контроллер USB 2.0 и 10/100 Ethernet MAC с интерфейсом MII и RMII.

Блок-схема ядра серии PIC32MZ. Из данных по серии МК PIC32MZ.

STMicroelectronics, STM32F405xx и STM32F407xx

Серия 32-битных МК STM32 от STMicroelectronics, возможно, является самой популярной на рынке после МК Atmel (известных благодаря Arduino). STM32F405xx и STM32F407xx включают в себя 3 встроенных АЦП, каждый с 16 каналами и разрешением 12 бит. Обеспечивается дискретизация до 2,4 Msps и доступ к Flash-памяти на 30 МГц при VDD = 3,0 до 3,6 В (скорость тактового сигнала при полной мощности 60 МГц). Кроме того, АЦП в этих компонентах могут работать на частоте 7,2 Msps с 24 каналами в режиме чередования. Эти два компонента содержат ряд стандартных интерфейсов (SPI/I2C/UART), до 140 входов/выходов, USB 2.0 PHY и 10/100 Ethernet MAC.

Texas Instruments, серия TM4C123x

Серия МК TM4C123x от Texas Instruments включает до 24 каналов АЦП с разрешением 12 бит и частотой дискретизации до 2 Msps. Этот компонент работает на ядре ARM Cortex M4F (частота тактового сигнала 120 МГц) с до 1 МБ Flash и 256 КБ внутренней RAM. Для доступа к периферийным устройствам и другим датчикам другие интерфейсы включают UART, I2C, SPI и CAN, а также 40 выходов PWM. Включен USB 2.0 PHY и 10/100 Ethernet MAC. Высокая частота дискретизации, разрешение и количество каналов АЦП в этой серии МК делают их отличным выбором для узлов датчиков в автомобилях, промышленных установках, робототехнике и интерфейсах человек-машина. Полный список функций показан на блок-схеме серии TM4C123x ниже.

Блок-схема TM4C123x. Из даташита микроконтроллера TM4C123x.

Другие компоненты для проектирования хаба датчиков

Помимо самих датчиков, в вашем проекте потребуются другие компоненты, которые обеспечат стабильное считывание данных с нескольких датчиков. Также важны беспроводная связь и интерфейсы для сетевого/вычислительного взаимодействия, поскольку хабы датчиков должны интегрироваться в более крупную экосистему. Кроме того, вы можете использовать некоторые компоненты для приема и обработки сигналов, чтобы обеспечить точное считывание.

Узлы датчиков на базе MCU требуют широкого спектра компонентов, и вы можете использовать расширенный поиск и фильтрацию на Octopart для поиска необходимых деталей. Используя поисковую систему электронных компонентов Octopart, вы получите доступ к данным дистрибьюторов и спецификациям деталей, и все это доступно в удобном интерфейсе. Посмотрите нашу страницу с линейными интегральными схемами, чтобы найти необходимые компоненты.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.