Разработчики слишком часто пытаются реализовать всё в рамках одного процессора, и нигде это не проявляется так ярко, как в случае с микроконтроллерами. Современные микроконтроллеры включают в себя широкий спектр интерфейсов и функций, часто разработанных в сотрудничестве с крупными заказчиками или для поддержки специфических приложений. Это приводит к неоправданно большому количеству выводов у многих популярных микроконтроллеров, а сами компоненты, как правило, оказываются физически довольно крупными, чтобы вместить такое число контактов.

Если ваш микроконтроллер используется в системе со смешанными сигналами и вы задействуете его аналоговые выводы, подумайте о переносе всей этой аналоговой обработки на процессор смешанных сигналов. Эти компоненты могут помочь снизить общую стоимость спецификации (BOM) за счет уменьшения требуемого размера микроконтроллера.

Какие выводы микроконтроллера можно исключить?

Первыми кандидатами являются выводы, поддерживающие относительно простые аналоговые или логические функции, которые не требуют прямой обработки микроконтроллером. GreenPAK может располагаться между внешней схемой и микроконтроллером, выполняя необходимую обработку сигналов или принятие решений, и предоставлять процессору меньшее количество цифровых результатов. Это позволяет исключить выделенные аналоговые входы и сократить число GPIO, расходуемых на вспомогательные функции.

Типичные кандидаты включают:

Входы аналоговых компараторов, используемые для определения пороговых значений
Входы GPIO, используемые для переключателей, кнопок или дискретных сигналов состояния
Выходы GPIO, используемые для сигналов разрешения, сброса или простого управления
Входы прерываний, генерируемые на основе нескольких внешних условий
Выходы ШИМ, используемые для повторяющихся функций синхронизации или управления
Сигналы сброса и контроля
Входы импульсов, частоты или обнаружения фронтов
Простые сигналы последовательности и блокировки

Функции компаратора являются особенно полезными целями. Если микроконтроллер только считывает аналоговое напряжение, чтобы определить, находится ли оно выше или ниже порога, это решение может быть принято извне. GreenPAK может затем предоставить цифровое состояние или прерывание, позволяя выбирать микроконтроллер на основе интерфейсов и вычислительных ресурсов, которые действительно требуются приложению.

Консолидация GPIO может дать аналогичный результат. Несколько сигналов состояния или управления могут быть объединены с помощью настраиваемой логики, таймеров, счетчиков и элементов состояния до того, как они достигнут микроконтроллера. Вместо того чтобы выделять отдельные выводы процессора для каждого события, GreenPAK может квалифицировать эти события и сообщать только о тех условиях, которые требуют внимания прошивки.

Степень сокращения количества выводов зависит от приложения, но архитектурная цель проста. Повторяющийся аналоговый мониторинг и детерминированное управление не должны вынуждать использовать микроконтроллер в более крупном корпусе, когда эти функции могут быть реализованы в небольшом устройстве смешанных сигналов.

Перенесите низкоуровневую обработку сигналов из микроконтроллера

Сокращение количества выводов — это лишь часть преимуществ. Многие системы со смешанными сигналами также нагружают микроконтроллер повторяющейся обработкой, которая не требует прошивки. Квалификация порогов, устранение дребезга контактов, подсчет импульсов, генерация задержек, обнаружение фронтов и простые переходы состояний могут быть реализованы с помощью настраиваемых аппаратных блоков и выполняться независимо от процессора.

Пороговый детектор — хороший пример. Аналоговый компаратор может обнаружить, когда сигнал датчика пересекает заданный уровень, в то время как таймер может потребовать, чтобы условие оставалось действительным в течение определенного периода. Затем логика может сгенерировать одно прерывание для микроконтроллера. Это заменяет непрерывную выборку АЦП, программные сравнения и код таймингов аппаратной функцией, которая выдает только то событие, которое необходимо прошивке.

Аналогичное оборудование может обрабатывать устранение дребезга кнопок, квалификацию длительности импульса, подсчет частоты или событий, задержку сигналов разрешения, тайминги сброса и последовательность подачи питания. LUT (таблицы истинности) и элементы состояния также могут объединять несколько цифровых условий в блокировки или простые состояния управления. Эти функции детерминированы и, как правило, не выигрывают от реализации в виде циклов прошивки.

Перенос этих функций из микроконтроллера меняет выбор компонентов на системном уровне. Процессору больше не нужно иметь достаточное количество каналов АЦП, ресурсов таймеров или GPIO для прямого обслуживания каждого низкоуровневого интерфейса. Меньший микроконтроллер может затем обрабатывать коммуникации, высокоуровневое управление и прикладной код, в то время как GreenPAK берет на себя локальные функции смешанных сигналов вблизи схемы, которая их генерирует.

Используйте GreenPAK для снижения требований к ресурсам микроконтроллера

GreenPAK может взять на себя многие низкоуровневые функции, которые в противном случае потребляли бы выводы и периферийные ресурсы микроконтроллера. Решения компараторов, генерация сброса, устранение дребезга переключателей, обнаружение импульсов, тайминги, последовательности и простая логика могут быть обработаны до того, как сигналы достигнут процессора. Микроконтроллер затем получает меньшее количество квалифицированных цифровых входов вместо каждого необработанного сигнала в системе.

Это может напрямую повлиять на выбор микроконтроллера. Проект, который изначально требовал несколько входов АЦП, каналов таймера, выводов прерываний и GPIO, может использовать меньший процессор после консолидации этих функций. GreenPAK также может квалифицировать события, объединять условия и генерировать временные выходы без постоянного опроса со стороны прошивки.

Инструменты Go Configure поддерживают настройку этих аналоговых, временных и логических функций. Инженеры могут соединять компараторы, LUT, счетчики, таймеры, триггеры и ресурсы GPIO в требуемый поток сигналов, определять пороги и временное поведение, моделировать полученную логику и программировать конфигурацию в выбранное устройство GreenPAK.

Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с компонентами GreenPAK и справочными примерами.

Независимо от того, нужно ли вам создать надежную силовую электронику или передовые цифровые системы, используйте полный набор функций проектирования печатных плат и первоклассные инструменты САПР, предлагаемые Altium, для реализации ваших решений на базе GreenPAK. Altium предоставляет ведущую в мире платформу для разработки электронных продуктов, дополненную лучшими в отрасли инструментами проектирования печатных плат и функциями междисциплинарного сотрудничества для передовых команд разработчиков. Свяжитесь с экспертом Altium сегодня!