Le microcontrôleur ultrabasse consommation est idéal pour le contrôle de mouvement dans les dispositifs portables

Les dispositifs portables et alimentés par batterie sont omniprésents, et ils prennent de plus en plus le contrôle des fonctions quotidiennes. Les petits aspirateurs-robots équipés de moteurs pour le mouvement mécanique et le contrôle de la direction en sont un parfait exemple. Bien que cela puisse sembler standard, les composants électroniques que l'on trouve à l'intérieur de ces petits robots continuent d'inciter les concepteurs à repousser les limites en matière de facteur de forme, de poids et de rendement énergétique, tout en offrant des outils de traitement complets.

Regrouper une grande partie des composants électroniques requis dans un seul circuit intégré peut s'avérer utile. C'est le cas du MAX32672GTL+ d'Analog Devices. Il s'agit d'un microcontrôleur 32 bits très compact, ultrabasse consommation et hautement intégré, conçu spécialement pour les dispositifs alimentés par batterie et les capteurs sans fil. Il est doté d'un puissant processeur Arm Cortex-M4 avec une unité en virgule flottante (FPU), et s'intègre parfaitement aux conceptions de dispositifs que j'ai mentionnées en raison de son traitement de capteur complexe et de l'optimisation de l'autonomie batterie.

Les applications du MAX32672GTL+, comme vous pouvez l'imaginer, incluent le contrôle de mouvement/moteur, les capteurs industriels et les dispositifs médicaux alimentés par batterie. Son application peut également s'étendre aux modules de communications optiques et aux contrôleurs de modems radio sécurisés.

Le schéma fonctionnel du MAX32672GTL+ révèle la polyvalence de cette petite centrale électrique (Figure 1).

Figure 1 : Le schéma fonctionnel du microcontrôleur MAX32672GTL+ donne une indication de sa puissance et de sa flexibilité, depuis son cœur Arm M4 jusqu'à la mémoire non négligeable, la sécurité, la gestion de l'alimentation et la prise en charge des E/S. (Source de l'image : Analog Devices Inc.)

En commençant par la mémoire, le MAX32672GTL+ intègre 1 méga-octet (Mo) de mémoire Flash et 200 kilo-octets (Ko) de SRAM. La mémoire Flash interne avec correction d'erreur est utilisée pour le stockage de données et de programmes non volatils. Elle est organisée en deux blocs de taille égale afin de permettre des opérations d'exécution pendant l'écriture pour les mises à jour du micrologiciel en direct.

La SRAM interne de 200 Ko prend en charge la rétention basse consommation des informations d'application et des données associées. Pour une meilleure fiabilité du système, la SRAM peut être configurée en 160 Ko avec des codes de correction d'erreur simple et de détection d'erreur double (SEC–DED) pour protéger les dispositifs de mémoire contre la corruption des données. Le codage de correction d'erreur est important : implémenté sur l'ensemble de la mémoire Flash, RAM et cache, il garantit une exécution extrêmement fiable du code dans des conditions environnementales difficiles.

En ce qui concerne la gestion et le contrôle de l'alimentation, qui sont essentiels, les fonctions incluent plusieurs modes offrant un mélange d'options hautes performances et basse consommation. Ces options incluent des moniteurs de tension d'alimentation et de microcoupure pour garantir un fonctionnement correct lors des événements de mise hors tension et de mise sous tension, ainsi que lors de transitoires d'alimentation inattendus.

Le MAX32672GTL+ inclut une grande largeur de bande E/S avec plusieurs périphériques E/S série, y compris I²C, I²S, SPI et UART. Les instances de l'interface I²C bidirectionnelle peuvent fonctionner à des taux de transfert de 100 kilobits par seconde (kbps) à 3400 kbps. Les interfaces SPI peuvent fonctionner jusqu'à 50 mégabits par seconde (Mbps) et prennent en charge le fonctionnement en duplex intégral dans une configuration à quatre fils. Le bus audio I²S bidirectionnel fonctionne avec des amplificateurs et des codecs audio.

Enfin, les interfaces UART permettent des communications série asynchrones en duplex intégral en utilisant des configurations de bus à deux ou quatre fils avec un générateur de débit en bauds indépendant. Un UART basse consommation (LPUART) fonctionne en mode veille à la plus basse consommation pour faciliter l'activation sans perte de données.

Outre les interfaces série, la gamme de périphériques inclut jusqu'à 42 broches E/S à usage général (GPIO), jusqu'à quatre temporisateurs 32 bits, jusqu'à deux temporisateurs 32 bits basse consommation et un convertisseur analogique-numérique (CAN) à registre d'approximations successives (SAR) à 12 canaux, 12 bits.

D'un point de vue purement matériel, la combinaison des liaisons de données série, des broches E/S et du CAN fait du MAX32672GTL+ un contrôleur puissant pour les moteurs et autres machines rotatives qui nécessitent un traitement de données conséquent.

Prise en charge flexible accélérant les conceptions de contrôle et de robotique

Sans outils de prise en charge adaptés, le matériel est limité. Dans le cas du MAX32672GTL+, ce n'est pas un problème. Les outils spécifiques à l'application incluent la possibilité de surveiller des capteurs analogiques ou numériques pour générer des signaux modulés en largeur d'impulsion et décoder les données des codeurs rotatifs en quadrature. J'aime beaucoup les outils destinés aux applications de contrôle de moteurs et de robotique : ils éliminent une grande partie de la complexité et facilitent considérablement la mise en route d'une conception.

L'interface du décodeur en quadrature déchiffre l'angle et la vitesse de rotation de l'arbre d'une machine rotative à partir des lignes de signaux à deux phases (QEA et QEB) et du signal d'indice (QEI) d'un codeur rotatif. Des comptes à rebours de X1, X2 ou X4 sélectionnés par l'utilisateur sont disponibles pour contrôler la résolution angulaire de l'opération de décodage. La rotation de l'arbre est suivie sur un compteur de position 32 bits (QDEC) avec des événements spécifiques, comme l'arrivée à une position prédéfinie. La valeur QDEC indique la position angulaire actuelle de l'arbre. D'autres sorties indiquent le mouvement, la direction et un changement du sens de rotation (Figure 2).

Figure 2 : Les entrées en quadrature QEA et QEB — cadencées par l'horloge en quadrature — augmentent ou diminuent les valeurs du compteur QDEC en fonction du sens de rotation. Les signaux de sortie indiquent le mouvement (QDEC_INTFL), la direction (QDIR) et un changement de sens (QDEC_INTRL). (Source de l'image : Analog Devices Inc.)

Le MAX32672GTL+ intègre du matériel AES (Advanced Encryption Standard) pour sécuriser le dispositif. Les clés AES sont automatiquement générées par le logiciel et stockées dans une zone Flash dédiée afin de protéger leur intégrité. Il inclut un générateur de nombres véritablement aléatoires (TRNG), qui fournit des nombres aléatoires pour les algorithmes cryptographiques ou des clés de cryptage fortes pour garantir la confidentialité des données.

Toute cette puissance de traitement est contenue dans un petit boîtier TQFN-EP à 40 broches qui ne mesure que 5 millimètres (mm) x 5 mm x 0,4 mm. Le dispositif est doté de cinq modes d'alimentation différents offrant une grande flexibilité d'utilisation tout en minimisant la consommation d'énergie. Fonctionnant sur une alimentation de 1,1 volt (V), le microcontrôleur ne consomme que 61,5 microampères (mA) par mégahertz (MHz) en mode actif, jusqu'à sa fréquence d'horloge maximum de 100 MHz.

Le kit d'évaluation MAX32672EVKIT# d'Analog Devices fournit une plateforme permettant de mesurer les capacités du microcontrôleur MAX32672GTL+ (Figure 3). Toute personne souhaitant utiliser ce microcontrôleur trouvera dans cette carte d'évaluation un excellent point de départ pour la conception.

Figure 3 : Le kit d'évaluation MAX32672EVKIT# d'Analog Devices contient un MAX32672GTL+ avec démonstration préprogrammée et accès aux programmes développés par les utilisateurs. (Source de l'image : Analog Devices Inc.)

Lors de la première mise sous tension, la carte d'évaluation exécute un programme de démonstration. Par ailleurs, la carte d'évaluation fournit un accès via ses ports E/S internes, et des kits de développement logiciel (SDK) sont disponibles pour écrire vos propres programmes.

Conclusion

Le MAX32672GTL+ est une solution basse consommation, compacte, puissante et flexible pour le contrôle de mouvement/moteur, les capteurs industriels et les dispositifs médicaux alimentés par batterie : les aspirateurs-robots en sont un parfait exemple. Avec son kit d'évaluation et sa vaste prise en charge d'outils, il contribuera sans aucun doute à la création de nombreuses autres conceptions intéressantes. Si vous avez une idée, n'hésitez pas à la partager.