Lider Technologii Smart IoT - Część 6. - Wybrane peryferia układów Atmel z rdzeniem Cortex-M0+

Zostań Liderem Technologii Smart IoT

Cykl edukacyjny JM elektronik z Atmelem

Cz.6

Wybrane peryferia układów Atmel z rdzeniem Cortex-M0+

Peryferia dla rodzin układów Atmel, pracujących z rdzeniem Cortex-M0+, są wyróżnikiem oferty producenta na rynku mikrokontrolerów.  Są one dostępne dla układów:

SAM D20

SAM D21

SAM D10/D11

SAM L21

SAM C20/21

SAM L22 

PTC (Peripheral Touch Controller)

PTC, czyli Peripheral Touch Controller jest to sprzętowy moduł do obsługi technologii przycisków pojemnościowych. Do tej pory w ofercie Atmel były dedykowane układy realizujące te zadania, bądź na zasadzie dołączenia odpowiedniej biblioteki do projektu, zadaniem tym mógł zajmować się mikorkontroler. Teraz obsługą tej technologii zajmuje się dedykowany moduł, który dodatkowo został wyposażony w filtry oraz inne mechanizmy mające zapewnić poprawne działanie. W ramach tej technologii realizować można trzy rodzaje konstrukcji, są to standardowe przyciski, slider’y, oraz kółka.     

Rys. 1. Typy czujników.

Odczyt, czy tez wykrycie dotknięcia, odbywa się przy wykorzystaniu jednej z dwóch dostępnych metod pomiaru. Są to self capacitance oraz mutual capacitance.

Rys. 2. Metody pomiaru.

Metoda Self Capacitance

 

• Używa tylko jednej elektrody (linia Y): przycisk może być obsłużony przez jeden kanał, kółko i slider są obsługiwane przy użyciu trzech kanałów
• Metoda odporna na zakłócenia, bardzo łatwa w implementacji, przeznaczona dla aplikacji z niewielką ilością przycisków
• PTC wspiera do 16 kanałów typu self capacitance

Rys. 2a. Metoda pomiaru Self Capacitance.

Metoda Mutual Capacitance:

 

• Używa pary elektrod (linie X-Y): Przycisk używa jednego kanału X-Y, Slider i kółko może być skonfigurowany tak, aby użyć od 3 do 8 kanałów X-Y w zależności od rozmiaru
• Dedykowana do aplikacji z dużą ilością przycisków
• Dużo lepsza odporność na zakłócenia
• PTC wspiera do 256 kanałów

Rys. 2b. Metoda pomiaru Mutual Capacitance.

QTouch Composer

Aby ułatwić inżynierowi budowę urządzenia z klawiaturą pojemnościową Atle, zupełnie bezpłatnie udostępnia dedykowane narzędzia. Są one częścią Atmel Studio i można je pobrać ze strony producenta, pod nazwą QTouch Composer, w skład którego wchodzi QTouch Project Builder oraz QTouch Analyzer. Pierwsze narzędzie służy do „tworzenia” nowego projektu. Można przy wykorzystaniu narzędzia graficznego wybrać metodę, wskazać typ elementu, następnie wybrać mikrokontroler,  wskazać piny do który podłączone będą elektrody, dodatkowo można zmieniać ustawienia pomiaru. Na podstawie tych ustawień generowany jest kod, który można dołączyć do projektu.

Rys. 3. QTouch Composer.

Poprawne skonfigurowanie PTC to tylko jeden z etapów powstania produktu. Potrzebne jest jeszcze narzędzie, które umożliwi inżynierowie, przeprowadzenie testów oraz odpowiednią modyfikację wcześnie ustawionych parametrów. Właśnie po to powstał QTouch Analyzer. Narzędzie to łączy się z mikrokontrolerem i w czasie rzeczywistym odczytuje i wizualizuje aktualne wartości zarówno parametrów jak i pomiarów. Daje to inżynierowi możliwość dostosowania parametrów, kształtu elektrod, układu zasilania, do takiego poziomu, aby urządzenie działało poprawnie.

Rys. 4. Qtouch Analyzer.

 W oparciu o funkcjonalność PTC możliwe jest zbudowanie Surface sensor. Płytka ta bazuje na metodzie Mutual Capacitance. Możliwe jest budowanie aplikacji paneli dotykowych, w tej chwili dostępne są opcje 2,7’’ oraz 5.5’’. Pracę możne wspierać QTouch Analyzer.

Rys. 5. Qtouch Surface sensor.

Aby jeszcze ułatwić start z PTC, w ofercie są dedykowane zestawy rozwojowe:

Rys. 6. PTC – zestawy rozwojowe.

 Film 1. Przykład wykorzystania modułu PTC

Komunikacja bezprzewodowa

Komunikacja bezprzewodowa stale zyskuje na popularności, a rozwiązania typu single-chip, czyli integracja mikrokontrolera oraz układu radiowego w jednej obudowie, stają się bardzo popularne, a w wielu aplikacjach wręcz wymagane. Dlatego też Atmel do oferty dodał układy serii SAM R21. Jest to połączenie serii SAM D21 oraz transceivera AT86RF233. Wspomniane układy są zgodne z IEEE 802.15.4 przez, co możliwe jest ich zastosowanie w aplikacjach pracujących zgodnie z ZigBee PRO, ZigBee RF4CE, czy też ZigBee Light Link (ZLL). Użytkownik skorzystać może także z IPv6/6LoWPAN, czy też bardzo popularnego stosu Lightweight mesh.

Podstawowe parametry nowej rodziny SAM R21:

• pobór prądu w odbiorze (RX current): 11.8 mA (odbiór), 6mA (nasłuch),
• pobór prądu podczas transmisji: 13.8 mA,
• Maksymalna przepustowość: 250 kbit/s,
• Maksymalna temperatura pracy: +125°C,
• Czułość: -101 dBm,
• Moc nadawania: +4 dBm,
• Budżet łącza: 105 dB,
• Antenna Diversity: tak.

W tabeli poniżej dostępne wersje nowej rodziny:

Ordering Code	FLASH	SRAM	Package	Temp
ATSAMR21E16A-MU/T	64	8	QFN32	-40 to +85C
ATSAMR21E16A-MF/T	64	8	QFN32	-40 to +125C
ATSAMR21E17A-MU/T	128	16	QFN32	-40 to +85C
ATSAMR21E17A-MF/T	128	16	QFN32	-40 to +125C
ATSAMR21E18A-MU/T	256	32	QFN32	-40 to +85C
ATSAMR21E18A-MF/T	256	32	QFN32	-40 to +125C
ATSAMR21G16A-MU/T	64	8	QFN48	-40 to +85C
ATSAMR21G16A-MF/T	64	8	QFN48	-40 to +125C
ATSAMR21G17A-MU/T	128	16	QFN48	-40 to +85C
ATSAMR21G17A-MF/T	128	16	QFN48	-40 to +125C
ATSAMR21G18A-MU/T	256	32	QFN48	-40 to +85C
ATSAMR21G18A-MF/T	256	32	QFN48	-40 to +125C

 

SAM R21

Dostępny jest także zestaw ewaluacyjny SAM R21 Xplained Pro z wbudowanym debuggerem, dzięki czemu nie potrzeba już dodatkowych narzędzi do rozpoczęcia prac.

Rys. 8. SAM R21 Xplained Pro.

SERCOM

Układy z Cortex-M0+ mają zaimplementowane moduły SERCOM (ang. Serial Communication Interface), z których każdy może być programowo skonfigurowany jako interfejs I2C, SPI, lub USART. Jest to nowe rozwiązanie Atmel, które spotkało się z bardzo pozytywnym przyjęciem.

SERCOM daje projektantowi dużą swobodę podczas doboru mikrokontrolera do aplikacji, nad którą pracuje. Projektant nie musi już wertować specyfikacji mikrokontrolerów szukając takiego, który ma określona ilość np. UART i SPI.

Dodatkowo takie rozwiązanie pozwala na zastosowanie jednego mikrokontrolera w kilku aplikacjach, w których wymagane są różne interfejsy komunikacyjne, w różnych konfiguracjach. I wreszcie moduł ten pomaga podczas projektu samej płytki PCB. W wielu przypadkach prowadzone ścieżki mogą być krótsze, przez co transmisja bardziej odporna na zakłócenia. Moduł komunikacji szeregowej połączony jest z systemem event'ów, co umożliwia współdziałanie peryferiów bez udziału samego CPU. 

Film 2. Prezentacja modułu SERCOM.

SLCD - Segment Liquid Crystal Display Controller

W najnowszej rodzinie SAM L22 pojawił się kontroler wyświetlacza segmentowego LCD. Jest to pierwsza propozycja, gdzie połączono bardzo wydajną platformę Cortex-M0+ z kontrolerem segmentowego LCD. Takie rozwiązanie otwiera wiele możliwych zastosowań dla nowego produktu, czyli wszelkiego rodzaju termostaty, sterowniki CO, automatyka przemysłowa.

Podstawowe cechy kontrolera SLCD

• Obsługa wyświetlaczy typu (do 320 segmentów): 40 segments x 8 COMs; 44 segments x 4 COMs
• Duża elastyczność zastosowań: 100-pin: 8 COM max 320 (8x40), 4 COM max 176 (4x44) segmentów; 64-pin: 8 COM max 184 (8x23), 4 COM max 108 (4x27) segmentów; 48-pin: 8 COM max 120 (8x15), 4 COM max 76 (4x19) segmentów
• Bias: static, 1/2, 1/3, ¼
• Duty: static, 1/1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/6, 1/8
• Dodatkowe funckjonalności: Automatic Blinking: wszystkie segmenty, wybrane segment, regulowana częstotliowść, działa zarówno w trybie active jak i sleep; Automated Character Mapping; Automated Bit Mapping
• Współpraca z DMA oraz wsparcie dla Sleepwalking