El microcontrolador de consumo ultrabajo es ideal para el control de movimiento en dispositivos portátiles

Los dispositivos portátiles y a batería están en todas partes y toman cada vez más control de las funciones cotidianas. Un ejemplo perfecto son esas pequeñas aspiradoras robóticas con motores para movimiento mecánico y control direccional. Si bien pueden considerarse como algo cotidiano hoy en día, la electrónica dentro de estos pequeños robots continúa empujando a los diseñadores a los límites del factor de forma pequeño, el peso y la eficiencia energética, mientras que contienen una caja de herramientas de procesamiento completa.

Es de gran ayuda cuando gran parte de la electrónica requerida se puede contener en un circuito integrado (IC). Ese es el caso con el MAX32672GTL+ de Analog Devices. Se trata de un microcontrolador de 32 bits altamente integrado, muy pequeño y de consumo ultrabajo, diseñado especialmente para dispositivos a batería y sensores inalámbricos. Tiene un potente procesador ARM Cortex M4 con una unidad de punto flotante (FPU), y se adapta perfectamente a los diseños de dispositivos que mencioné gracias a su complejo procesamiento de sensores y optimización de la duración de la batería.

Las aplicaciones para el MAX32672GTL+, como pueden imaginar, incluyen control de movimiento/motor, sensores industriales y dispositivos de uso médico a batería. Su aplicación también puede extenderse a módulos de comunicación óptica y controladores de módem de radio seguro.

El diagrama de bloques funcional del MAX32672GTL+ revela la versatilidad de esta pequeña potencia (Figura 1).

Figura 1: El diagrama de bloques del microcontrolador MAX32672GTL+ brinda una indicación de su potencia y flexibilidad, desde su núcleo Arm M4 hasta su memoria sustancial, seguridad, administración de energía y soporte de entrada/salida (I/O). (Fuente de imagen: Analog Devices, Inc.)

Para empezar con la memoria, el MAX32672GTL+ integra 1 megabyte (MB) de Memoria Flash y 200 kilobytes (KB) de SRAM. La Memoria Flash interna con corrección de errores se utiliza para programas no volátiles y almacenamiento de datos. Está organizada en dos bancos de igual tamaño para permitir operaciones de ejecución mientras se escribe para actualizaciones de firmware en vivo.

La memoria estática de acceso aleatorio (SRAM) interna de 200 KB admite la retención de baja potencia de la información de la aplicación y los datos relacionados. Para una confiabilidad del sistema mejorada, la SRAM se puede configurar a 160 KB con códigos de corrección de error único (SEC) y detección de error doble (DED) para proteger los dispositivos de memoria contra la corrupción de datos. La codificación de corrección de errores es importante: implementada en todas las memorias flash, RAM y caché, garantiza una ejecución de código extremadamente confiable en presencia de condiciones adversas del entorno.

Para el control y la administración de energía más importantes, las funciones incluyen múltiples modos que brindan una combinación de opciones de alto rendimiento y bajo consumo de energía. Estos incluyen voltaje de suministro y monitores de caída de tensión para garantizar el funcionamiento adecuado durante eventos de pérdida de potencia y encendido, y transiciones de suministro inesperadas.

El MAX32672GTL+ incluye una gran cantidad de ancho de banda de I/O con múltiples periféricos de I/O en serie, incluidos I²C, I²S, Interfaz periférica serial (SPI) y Transmisor Receptor Asíncrono Universal (UART). Las instancias de interfaz I²C bidireccionales pueden operar a velocidades de transferencia de 100 a 3400 kilobits por segundo (kbps). Las interfaces SPI pueden operar a hasta 50 megabits por segundo (Mbps) y admiten operación dúplex en una configuración de cuatro hilos. El bus de audio I²S bidireccional funciona con códecs y amplificadores de audio.

Finalmente, las interfaces de UART proporcionan comunicaciones seriales asíncronas dúplex mediante configuraciones de bus de dos o cuatro hilos con un generador de tasa de baudios independiente. Un UART de bajo consumo (LPUART) funciona en los modos de suspensión de menor consumo para facilitar la actividad de activación sin pérdida de datos.

Además de las interfaces seriales, la combinación de periféricos incluye hasta 42 pines de entrada y salida de uso general (GPIO), hasta cuatro temporizadores de 32 bits, hasta dos temporizadores de 32 bits de bajo consumo y un convertidor de analógico a digital (ADC) de registro de aproximaciones sucesivas (SAR) de 12 canales y 12 bits.

Desde un punto de vista absoluto de soporte de hardware, la combinación de los enlaces de datos en serie, los pines de I/O y el ADC hace que el MAX32672GTL+ sea un controlador potente para motores y otras máquinas rotativas que requieren un procesamiento de datos sustancial.

El soporte flexible acelera los diseños de control y robótica.

Sin buenas herramientas de soporte, el hardware es limitado. En el caso del MAX32672GTL+, no es un problema. Las herramientas específicas de la aplicación incluyen la capacidad de monitorear sensores analógicos o digitales para generar señales moduladas por ancho de pulso y decodificar datos de codificadores de eje en cuadratura. Me gustan mucho las herramientas destinadas a aplicaciones de robótica y control de motores porque eliminan gran parte de la complejidad y hacen que sea mucho más fácil poner en marcha un diseño.

La interfaz del decodificador de cuadratura descifra el ángulo del eje y la velocidad de rotación del eje de una máquina giratoria en función de las líneas de señal de dos fases (codificación de la cuadratura de fase A [QEA] y codificación de la cuadratura de fase B [QEB]) y la señal de índice (interfaz para la codificación de la cuadratura [QEI]) de un codificador de eje. Las cuentas regresivas seleccionadas por el usuario de X1, X2 o X4 están disponibles para controlar la resolución angular de la operación de decodificación. La rotación del eje se rastrea en un contador de posición de 32 bits (decodificación de la cuadratura [QDEC]) junto con eventos específicos, como alcanzar una posición preestablecida. El valor de QDEC indica la posición angular actual del eje. Otros resultados indican movimiento, dirección y un cambio en la dirección de rotación (Figura 2).

Figura 2: Las entradas de cuadratura QEA y QEB, cronometradas por el reloj de cuadratura, incrementan o disminuyen el contador de QDEC según la dirección de rotación. Las señales de salida indican movimiento (QDEC_INTFL), dirección (QDIR) y un cambio de dirección (QDEC_INTRL). (Fuente de imagen: Analog Devices, Inc.)

El MAX32672GTL+ incorpora hardware de estándar de cifrado avanzado (AES) para asegurar el dispositivo. Las claves de AES se generan automáticamente por el software y se almacenan en una región flash dedicada para proteger contra la manipulación. Incluye un generador de números aleatorios verdaderos (TRNG), que proporciona números aleatorios para semillas criptográficas o claves de cifrado seguras para garantizar la privacidad de los datos.

Toda esta potencia de procesamiento está contenida en un pequeño paquete sin cable plano cuádruple con protección expuesta (TQFN-EP) de 40 pines que mide solo 5 x 5 x 0.4 milímetros (mm). El dispositivo tiene cinco modos de energía diferentes que ofrecen una gran flexibilidad en la operación y reducen el consumo de energía. Con un suministro de 1.1 voltios, el microcontrolador consume solo 61.5 microamperios (mA) por megahercio (MHz) en modo activo, hasta su velocidad de reloj máxima de 100 MHz.

El kit de evaluación de Analog Devices MAX32672EVKIT# proporciona una plataforma para medir las capacidades del microcontrolador MAX32672GTL+ (Figura 3). Toda persona que desee utilizar este microcontrolador encontrará en esta placa de evaluación un gran punto de partida para el diseño.

Figura 3: El kit de evaluación de Analog Devices MAX32672EVKIT# tiene un MAX32672GTL+ con una demostración preprogramada y acceso a programas desarrollados por el usuario. (Fuente de la imagen: Analog Devices, Inc.)

Cuando se enciende por primera vez, la placa de evaluación ejecuta un programa de demostración. Además de eso, la placa de evaluación ofrece acceso a través de sus puertos de I/O internos, y existen kits de desarrollo de software (SDK) disponibles para escribir sus propios programas.

Conclusión

El MAX32672GTL+ es una solución pequeña, de bajo consumo, potente y flexible para el control de motores/movimiento, sensores industriales y dispositivos de uso médico a batería. Las aspiradoras robóticas son un ejemplo perfecto. Con su kit de evaluación y su rico soporte de herramientas, sospecho que habrá muchos otros diseños interesantes relacionados que proliferarán pronto. Avísenme si están pensando en uno.