Mikrokontrolery NuMicro z rdzeniem Cortex-M4

Mikrokontrolery NuMicro z rdzeniem Cortex-M4
Pobierz PDF Download icon

Firma Nuvoton Technology Corporation, światowy lider w produkcji mikrokontrolerów z rdzeniem ARM Cortex-M0, niedawno poszerzyła swoją rodzinę kontrolerów NuMicro o układy z rdzeniem Cortex-M4.

Rysunek 1. Rodzina NuMicro mikrokontrolerów ARM firmy Nuvoton

Firma, mająca do tego czasu w zakresie 32-bitowych mikrokontrolerów ARM układy z rdzeniami ARM7TDMI, ARM926EJ-S i Cortex-M0, postawiła na szybki rozwój swojej oferty ARM, pomijając mikrokontrolery z rdzeniem Cortex-M3 i stawiając od razu na znacznie nowocześniejsze Cortex-M4 (rysunek 1).

Są to mikrokontrolery, których trzonem jest Cortex-M3, ale wzbogacone o koprocesor zmiennoprzecinkowy FPU i procesor DSP wspomagający cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Producent czasami oznacza ten typ rdzenia Cortex-M4F, gdzie litera F oznacza właśnie obecność koprocesora FPU. Wszystkie mikrokontrolery Cortex-M4 Nuvotona są właśnie tego typu.

Obecnie w ofercie firmy jest już 6 serii tych układów: M451, M451M, M452, M453, NUC442 i NUC472, a planowane są następne.

Mikrokontrolery NuMicro Cortex-M4 mogą pracować z zegarem do 72 MHz (serie M45x) lub 84 MHz (serie NUC4xx), w szerokim zakresie napięcia zasilania 2,5...5,5 V, a ich prędkość przetwarzania wynosi 1,25 DMIPS/MHz. Koprocesor zmiennoprzecinkowy FPU działa na 32-bitowych liczbach pojedynczej precyzji zgodnych ze standardem IEEE 754.

Układy mają możliwość obsługi aż do 240 zewnętrznych przerwań i są wyposażone w liczne peryferia i szybkie interfejsy komunikacyjne, dzięki czemu charakteryzują się doskonałą funkcjonalnością i możliwościami łączeniowymi ze światem zewnętrznym.

Są przeznaczone głównie do aplikacji wymagających wielu interfejsów komunikacyjnych i dużej mocy obliczeniowej przy niewielkim poborze prądu i niewielkiej liczbie niezbędnych elementów zewnętrznych. Znajdują zastosowanie zarówno w urządzeniach konsumenckich, jak i przemyśle motoryzacyjnym, systemach zarządzania energią, urządzeniach do przetwarzania dźwięku i urządzeniach automatyki przemysłowej. Pracują w poszerzonym przemysłowym zakresie temperatury -40...+105°C, co umożliwia ich zastosowanie nawet w bardzo wymagających aplikacjach.

Rysunek 2. Schemat blokowy mikrokontrolerów serii NUC472

Niewątpliwą zaletą mikrokontrolerów NuMicro Cortex-M4 jest ich szeroki zakres napięcia zasilania, aż do 5,5 V, co jest bardzo cenione przez konstruktorów, gdyż umożliwia łatwe zastosowanie tych układów w aplikacjach zarówno 3-woltowych, jak i 5-woltowych.

Obecnie większość dostępnych na rynku mikrokontrolerów z rdzeniem Cortex-M4, pochodzących od największych producentów na świecie, pracuje przy napięciu zasilania maks. do 3,6 V (np. Atmel - serie SAM G i SAM4L/E/N/S, ST - serie STM32F3/F4, NXP - serie LPC4000/4300 czy Infineon - serie XMC4100/4200/4400/4500). Na tym tle wyróżnia się właśnie firma Nuvoton, stosująca zasilanie aż do 5,5 V w zdecydowanej większości swoich mikrokontrolerów rodziny NuMicro, zarówno Cortex-M4, jak i Cortex-M0.

Na rysunku 2 pokazano schemat blokowy układów z najbardziej rozbudowanej serii NUC472. Widać na nim znaną z rodziny Cortex-M0 Nuvotona architekturę, w której wewnętrzne bloki systemowe są podłączone do magistrali AHB (Advanced High-Performance Bus), a układy peryferyjne do magistrali APB (Advanced Peripheral Bus).

Tabela 1. Wyposażenie mikrokontrolerów serii M451/452/453

Architektura pozostałych serii mikrokontrolerów Cortex-M4 jest podobna, poszczególne serie różnią się głównie wyposażeniem w interfejsy i układy peryferyjne. Oczywiście w ślad za tym idzie również wielkość obudowy, która zmienia się od 48- do 176-końcówkowej. Szczegółowa konfiguracja produkowanych typów mikrokontrolerów jest przedstawiona w tabelach 1 i 2.

Mikrokontrolery serii M45x w ramach standardowego wyposażenia mają m.in.:

  • 256/128 kB wewnętrznej pamięci programu Flash (APROM) programowanej w trybach ISP/ICP/IAP oraz 32 kB pamięci SRAM,
  • do 85 wyprowadzeń I/O ogólnego przeznaczenia,
  • 32-bitowe układy czasowe z 8 -bitowym preskalerem,
  • 16-bitowe generatory PWM,
  • interfejsy: UART (z możliwością obsługi trybów IrDA SIR, LIN i RS-485), SC (zgodny z ISO-7816), SPI, I²C i I²S,
  • wielokanałowy, 12-bitowy przetwornik A/C typu SAR o prędkości przetwarzania 1 Msps (1 milion próbek/s),
  • 12-bitowy przetwornik C/A,
  • komparatory analogowe,
  • sterownik przycisków dotykowych obsługujący do 16 przycisków.

Tabela 2. Wyposażenie mikrokontrolerów serii NUC442/472

Pod względem wyposażenia najuboższą serią jest M451, która jest produkowana również w wersji M451M, kompatybilnej pod względem rozmieszczenia końcówek z serią Nuvotona M051 z rdzeniem Cortex-M0. Seria M452 jest dodatkowo wyposażona w interfejs USB 2.0 FS OTG (On-The-Go, czyli z funkcją hosta), a seria M453 ma ponadto popularny interfejs komunikacyjny CAN 2.0. Układy te są produkowane w obudowach LQFP48/64/100.

Mikrokontrolery serii NUC4xx są rozbudowaną wersją serii M45x. Ich standardowe wyposażenie to:

  • 512/256 kB wewnętrznej pamięci programu Flash (APROM) programowanej w trybach ISP/ICP/IAP oraz 64 kB pamięci SRAM,
  • do 144 końcówek I/O ogólnego przeznaczenia,
  • 32-bitowe układy czasowe z 8-bitowym preskalerem,
  • 16-bitowe generatory PWM,
  • interfejsy: UART (z możliwością obsługi trybów IrDA SIR, LIN i RS-485), SC (zgodny z ISO-7816), SD, SPI, I²C, I²S, CAN, EBI i USB 2.0 FS z funkcją OTG,
  • podwójny wielokanałowy 12-bitowy przetwornik A/C typu SAR o prędkości przetwarzania 800 ksps (800 k próbek/s),
  • komparatory analogowe,
  • wzmacniacze operacyjne (tylko w niektórych typach mikrokontrolerów),
  • interfejs przetwornika obrazowego CMOS o rozdzielczości 32 M pikseli,
  • enkoder kwadraturowy (QEI) - przetwornik położenia i prędkości na sygnał cyfrowy,
  • sprzętowy akcelerator kryptograficzny obsługujący szyfrowanie i deszyfrowanie danych wg algorytmów DES/TDES, AES i SHA.

Ponadto, mikrokontrolery z serii NUC472 są wyposażone w kontroler Ethernet 10/100 MAC zgodny ze standardem IEEE 802.3-2002, mający wyjścia interfejsów MII i RMII do połączenia z zewnętrznym interfejsem fizycznym Ethernet PHY. Układy z serii NUC4xx są produkowane w obudowach LQFP64/100/128/144/176.

System zegarowy wszystkich mikrokontrolerów NuMicro Cortex-M4 jest konfigurowalny przez użytkownika i składa się z 5 źródeł sygnałów:

  • zewnętrznego szybkiego oscylatora kwarcowego o częstotliwości 4~24 MHz (HXT) do operacji systemowych,
  • zewnętrznego oscylatora kwarcowego o częstotliwości 32768 Hz (LXT) wykorzystywanego do napędzania zegara czasu rzeczywistego (RTC) i do pracy w trybie oszczędzania energii,
  • wewnętrznego szybkiego oscylatora RC o częstotliwości 22,1184 MHz (HIRC) do operacji systemowych; jego stabilność jest lepsza od 2% w pełnym zakresie temperatury pracy,
  • wewnętrznego oscylatora RC o częstotliwości 10 kHz (LIRC) dla funkcji Watchdog i Wake-Up,
  • programowalnej pętli PLL pracującej do częstotliwości 144 MHz, zasilanej jednym z dwóch szybkich oscylatorów: kwarcowym (HXT) lub RC (HIRC), wykorzystywanej jako dokładne i stabilne źródło zegara systemowego.

Fotografia 3. Zestaw NuTiny-SDK-NUC472

Układy mają dwa tryby obniżonego poboru mocy: tryb bezczynności Idle oraz tryb wyłączenia Power Down, polegający na wyłączeniu obu szybkich oscylatorów HXT i HIRC oraz zegarów niektórych układów peryferyjnych. W tym drugim trybie pobór prądu wynosi ok. 20 mA w przypadku serii M45x oraz ok. 60 mA w serii NUC4xx.

Dla mikrokontrolerów Cortex-M4 firma Nuvoton opracowała także łatwe w obsłudze i funkcjonalne narzędzia projektowe, zarówno sprzętowe, jak i programowe. Są to zestawy uruchomieniowe NuTiny-SDK-NUC442 dla serii NUC442 i NuTiny-SDK-NUC472 dla obu serii NUC442/472. Zestawy zawierają moduły ewaluacyjne, odpowiednio NuTiny-EVB-NUC442 lub NuTiny-EVB-NUC472, połączone z modułem debuggera/programatora Nu-Link-Me, wyposażonego w interfejs USB (fotografia 3).

Są one wspierane przez środowiska programistyczne firm zewnętrznych, takie jak Keil RVMDK, IAR EWARM i CooCox CoIDE (menedżery projektu, edytory kodu, kompilatory i debuggery). W ofercie Nuvotona są też programatory wieloukładowe NuGang-NUC442/472 dla mikrokontrolerów NUC442/472 w kilku wersjach z różnymi podstawkami ZIF, które umożliwiają jednoczesne programowanie 4-ch układów. Wymienione narzędzia pozwalają konstruktorom na znaczne skrócenie czasu projektowania i szybsze wprowadzanie na rynek nowych produktów.

Artykuł ukazał się w
Listopad 2014
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik wrzesień 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio wrzesień 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

Automatyka Podzespoły Aplikacje wrzesień 2020

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna wrzesień 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich sierpień 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów