eng
Выпуск #4/2013
И.Романова
Развитие семейств МК LPC1100 и LPC1300 компании NXP. Снижение энергопотребления
Развитие семейств МК LPC1100 и LPC1300 компании NXP. Снижение энергопотребления
Просмотры: 2304
Рассмотрены характеристики микроконтроллеров семейств LPC1100 (на основе ядра Cortex-MO) и LPC1300 (Cortex-M3).
В настоящее время архитектура ARM занимает лидирующие позиции и охватывает более 75% рынка 32-разрядных встраиваемых RISC-микропроцессоров. Распространенность этого ядра объясняется его стандартностью, так как предоставляет возможность разработчику более гибко использовать свои и сторонние программные наработки как при переходе на новое процессорное ядро ARM, так и при миграциях между разными типами ARM-микроконтроллеров. Это позволяет существенно снизить финансовые затраты и сэкономить время на разработку и, как следствие, на выпуск конечного продукта.
Ядро Cortex, в отличие от других ядер семейства ARM, является завершенным процессорным ядром, объединившим в себе стандартный центральный процессор (ЦПУ) и системную архитектуру. В основе Cortex использована Гарвардская архитектура. Cortex-семейство доступно в трех основных концепциях: Cortex-A (Application) – ориентирована на высокопроизводительные применения, в нее входят ядра A8 и A9; Cortex-R (Real Time) – для приложений, работающих в реальном времени, в эту группу входит одно ядро R4; Cortex-M – для наиболее распространенных и востребованных применений в стандартных приложениях, в которых критичными считаются стоимость и сроки выпуска микроконтроллеров. В последнюю группу входят три ядра – Cortex-M3, Cortex-M0 и Cortex-M1 (разработано специально для использования в микросхемах программируемой логики).
Ряд семейств микроконтроллеров NXP, выполненных на базе ядра Cortex-M3, обеспечивают разработчиков электроники высокопроизводительными, энергоэкономичными и дешевыми продуктами. А 32-разрядные микроконтроллеры на базе ядра Cortex-M0 характеризуются настолько низкой стоимостью, что могут свободно конкурировать с 8- и 16-разрядными микроконтроллерами, а также превосходить их по производительности, низкому энергопотреблению и ряду других параметров. Основные семейства микроконтроллеров компании NXP на ядрах ARM7, ARM9 и Cortex-M приведены в табл.1.
Для решения проблемы снижения энергопотребления компания NXP предлагает семейства микроконтроллеров LPC1100 на основе 32-разрядного процессорного ядра ARM Cortex-M0 и LPC1300 на базе ядра ARM Cortex-M3 (табл.2, 3).
Микроконтроллеры LPC1100
Это самые миниатюрные представители семейства микроконтроллеров на основе ядра ARM Cortex-M. Они сочетают в себе высокую производительность 32-разрядной архитектуры с низким энергопотреблением и малым размером чипа. LPC1100 предназначены для рынка недорогих устройств, на котором доминируют 8- и 16-разрядные микроконтроллеры.
Ядро Cortex-M0 имеет 32-разрядную архитектуру и расходует электроэнергию более эффективно, нежели ядра на базе 8- и 16-разрядной архитектуры, так как при произведении одних и тех же вычислений ядро М0 может работать в два-четыре раза медленнее, т.е. потреблять меньше энергии.
Благодаря высокой производительности ядро Cortex-M0 эффективно также и в режимах глубокого сна (Deep Sleep) или повышенного энергосбережения, поскольку оно может выполнять задачи быстрее ядер с 8- и 16-разрядной архитектурой и тем самым позволяет устройствам больше времени находиться в режиме энергосбережения. МК семейства LPC1100 в режимах глубокого сна и повышенного энергосбережения потребляют 2 мкА и 220 нА, соответственно, а на частоте 50 МГц ток потребления составляет 10 мА. Это значение можно уменьшить до уровня чуть выше 130 мкА при работе на частоте 1 МГц с пониженным энергопотреблением.
Микроконтроллеры LPC1100 очень эффективны и в тех случаях, когда, помимо решения базовых задач микроконтроллера, необходима обработка операндов различных типов (8- и 16-разрядных и длиннее). Наличие быстрого 32-разрядного ядра Cortex-M0, работающего на частоте до 50 МГц, с сохранением гибкости функционирования и программирования микроконтроллера представляет собой выгодную альтернативу гибридным 16-разрядным применениям. Производительность микроконтроллера на базе ядра Cortex-M0 более 45 млн. оп./с (у 8- и 16-разрядных микроконтроллеров производительность не превышает 3–5 млн. оп./с).
Микроконтроллер LPC1100 – это конкурентоспособное решение для сектора микроконтроллеров с низкой себестоимостью и высокими гибкостью и производительностью, достаточными для множества применений, в которых в прошлом доминировали 8- и 16-разрядные архитектуры. Поставляется МК в сверхминиатюрном корпусе (16-выводном типа CSP размером 2,5×2,5 мм), а также в простых в использовании корпусах HVQFN и LQFP. Для всего модельного ряда применяется базовая периферия – UART, I2C и SPI, доступна также более сложная – USB и CAN. В имеющихся версиях микроконтроллера объем флеш-памяти составляет от 8 до 32 Кбайт и ОЗУ от 2 до 8 Кбайт. Интегрированный блок управления питанием этих микроконтроллеров реализует эффективный режим пониженного энергопотребления, что позволяет использовать его в портативных устройствах.
Основные характеристики микроконтроллеров NXP LPC1100:
ядро Cortex-M0 с тактовой частотой до 50 МГц;
объем памяти: флеш – до 32 Кбайт, ОЗУ – до 8 Кбайт;
32 векторных прерывания, 4 уровня приоритета;
интерфейсы: UART, один или два SPI, I2C;
два 16-разрядных и два 32-разрядных таймера с ШИМ;
встроенный RC-генератор 12 МГц (точность 1%);
цепь фазовой подстройки частоты (ФАПЧ) 10–50 МГц;
8-канальный высокоточный 10-разрядный АЦП;
единое питание 1,8–3,6 В и защита от статического разряда до 5000 В;
миниатюрные корпуса LQFP48, HVQFN33, PLCC44.
Развитие семейства микроконтроллеров LPC1100 связано с дальнейшим снижением энергопотребления, введением CAN-интерфейса, 12-разрядного АЦП/ЦАП, температурного датчика, высокоточного таймера, периферии для создания сенсорных интерфейсов.
Помимо многих высокопроизводительных возможностей в семействе микроконтроллеров NXP LPC1100 реализовано динамическое переключение тактовой частоты системы – изменение частоты "на лету" в зависимости от потребности обработки данных.
Микроконтроллеры LPC1300
Применяются для приложений, где необходимо малое энергопотребление и небольшой корпус. Микроконтроллеры LPC1300 выпускаются в миниатюрных корпусах HVQFN33 (33 вывода) и LQFP48 (48 выводов) и обладают самым низким в отрасли энергопотреблением. Они совместимы по выводам с микроконтроллерами LPC1100 (на базе ядра Cortex-M0). Высокая производительность микроконтроллера обеспечивается центральным процессором, работающим на частоте до 72 МГц, а быстрая загрузка программ – встроенной высокоскоростной памятью флеш (до 32 Кбайт) и статическим ОЗУ (до 8 Кбайт).
Связь с внешними устройствами осуществляется набором наиболее популярных интерфейсов: USB, I2C, SSP, I2S и универсальным асинхронным приемопередатчиком UART с поддержкой интерфейса RS-485. Встроенные четыре таймера реализуют гибкую систему захвата/сравнения, 8-канальный 10-разрядный ЦАП преобразует цифровые сигналы, а встроенный блок управления питанием (PMU) позволяет свести к минимуму энергопотребление микроконтроллера.
Области применения микроконтроллеров LPC1100 и LPC1300: счетчики электроэнергии, жидкости, газа; системы освещения; индустриальные сети; системы сигнализации и пожаротушения; портативные устройства; медицинская техника и приборы; бытовая техника; кассовые аппараты и POS-терминалы; системы управления двигателями.
Развитие семейств LPC1100 и LPC1300
В ноябре 2010 года компания NXP Semiconductors расширила семейство 32-разрядных микроконтроллеров со сверхнизким энергопотреблением, выпустив МК серий LPC1100L и LPC1300L. Микроконтроллеры серии LPC1100L выполнены на основе ядра Cortex-M0 с рабочей тактовой частотой 50 МГц, имеют потребление в активном режиме 130 мкА/МГц и в режиме глубокого сна на 60% меньше в сравнении с другими 32-разрядными микроконтроллерами. Микроконтроллеры серии LPC1300L построены на ядре Cortex-M3 с рабочей частотой 72 МГц и совместимы по выводам и периферии с LPC1100L.
Снижение энергопотребления в МК LPC1100L и LPC1300L было достигнуто благодаря внедрению технологического процесса, который гарантирует ультранизкие токи утечки, и оптимизированному программному управлению питанием (разработка компании NXP). Микроконтроллеры предлагают усовершенствованные профили управления питанием, позволяющие снизить энергопотребление в активном режиме, обеспечивая еще большую экономию энергии и увеличивая срок службы батарей питания.
Профили могут быть настроены для любого приложения с низким энергопотреблением, что позволяет разработчикам достигнуть идеального уровня потребления. По сути, эти профили являются превосходной альтернативой режимам с пониженным энергопотреблением, так как благодаря им снижается динамическое потребление и оптимизируется производительность микроконтроллера для различных режимов работы. Имеется несколько основных профилей: повышение производительности CPU (блок управления питанием), эффективная работа CPU, пониженное потребление в активном режиме. Все профили сбалансированы для различных режимов работы.
При работе в режиме максимальной производительности процессора микроконтроллер конфигурируется для повышения пропускной способности центрального процессора, предоставляя приложению больше вычислительной мощности. Производительность может возрасти на 35% по сравнению со стандартным режимом работы. Режим максимальной эффективности процессора разработан для обеспечения оптимального баланса между эффективностью исполнения программного кода и обработки данных и уровнем снижения энергопотребления в рабочем режиме. Режим минимального энергопотребления в рабочем режиме предназначен для приложений, основными требованиями которых являются снижение энергопотребления в рабочем режиме и при этом сохранение высокой производительности процессора, когда это необходимо. В этом режиме эффективность энергопотребления увеличивается на 20–30%. Профили управления энергопотреблением, оптимизированные для обеспечения максимальной производительности процессора, его эффективности и минимальной силы тока в рабочем режиме, позволяют достигать максимальной рабочей частоты во всем диапазоне напряжений от 1,8 до 3,6 В без снижения скорости работы или функционала устройств.
Благодаря таким возможностям микроконтроллеры LPC1100L и LPC1300L сегодня представляют собой самое энергоэффективное решение и могут применяться в контроллерах освещения, для управления устройствами преобразования энергии, в портативных бытовых устройствах и аксессуарах.
В конце 2010 года компания NXP выпустила самый миниатюрный в мире 32-разрядный микроконтроллер LPC1102 в ультракомпактном корпусе CSP (Chip-Scale Package) размером 2,17 × 2,32 мм, толщиной 0,6 мм и шагом 0,5 мм. Этим она подтвердила свои позиции лидера инноваций в области корпусирования микроконтроллеров.
LPC1102 демонстрирует хорошую вычислительную мощность при размерах всего 5 мм2, что делает его идеальным решением в тех случаях, когда требуется использование сверхплотных печатных плат. Это самый недорогой 32-разрядный микроконтроллер на рынке.
LPC1102 имеет флеш-память 32 Кбайт и ОЗУ 8 Кбайт, 4-канальный 10-разрядный АЦП, один приемопередатчик UART, один интерфейс SPI, два 32-разрядных и два 16-разрядных таймера, один 24-разрядный системный таймер. Обеспечивает сверхнизкое энергопотребление (не более 130 мА/МГц в активном режиме), имеет встроенный RC-генератор с точностью до ±1% в промышленных диапазонах температур и напряжений.
В конце 2011 года семейство микроконтроллеров ARM Cortex-M0 LPC1100 компании NXP Semiconductors пополнилось моделями в корпусах SO20, TSSOP20, TSSOP28 и DIP28 с малым числом выводов. Применение таких корпусов позволит разработчикам различных видов продукции сократить размеры и стоимость готовых систем. Корпуса SO и DIP допускают ручную пайку, упрощая тем самым изготовление прототипов продукции, и снижают аппаратные требования к программированию и отладке, а корпуса TSSOP позволяют при массовом производстве исключить процесс пайки оплавлением. Эти удобные и надежные корпуса, широко используемые для 8- и 16-разрядных микроконтроллеров, помогают минимизировать количество производственных процессов и одновременно повысить выход продукции, что позволяет еще больше снизить общую стоимость системы. Кроме того, эти корпуса упрощают схему печатной платы и повышают масштабируемость.
МК с малым числом выводов (LPC111х) могут применяться в приложениях, прежде не доступных для типичных 32-разрядных микроконтроллеров из-за размеров корпуса или различных производственных ограничений. Они обеспечивают производительность 50 млн. оп./с.
В 2012 году компания NXP Semiconductors расширила линейку микроконтроллеров серии LPC1100, представив новую серию микросхем LPC1100LV на базе ядра Cortex-M0 с низкой энергией потребления и двумя диапазонами напряжениями питания – 1,65–1,95 В и 1,65–3,6 В.
Микроконтроллеры LPC1100LV способны выполнять 50 млн. оп./с, при этом они имеют миниатюрный корпус и втрое меньшее энергопотребление, чем у аналогичных устройств с напряжением 3,3 В, низкий потребляемый ток в режиме глубокого сна (1,6 мкА) и мгновенное "пробуждение" (5 мкс). МК LPC1100LV разработаны специально для приложений с батарейным питанием – от мобильных телефонов, планшетных ПК, устройств Ultrabook и мобильных аксессуаров до видеокамер и портативных медицинских электронных приборов. В мобильных системах, например, в смартфоне, большинство компонентов, как правило, находится в режиме сна с очень низким потребляемым током, но при необходимости устройство должно очень быстро пробуждаться и достигать пиковой производительности. Таким требованиям отвечает LPC1100LV – его время пробуждения составляет 5 мкс.
LPC1100LV выпускается в корпусе WL-CSP (Chip-Scale Package) размером 2×2 мм. Кроме того, имеется модель в корпусе типа HVQFN (5×5 мм) с двумя входами питания 1,8 и 3,3 В (для ЦПУ и подсистемы ввода/вывода) и с уникальной функцией сдвига уровней между шинами SSP/SPI (3,3 В) и I2C (1,8 В).
Основные технические характеристики LPC1100LV:
ЦПУ Cortex-M0, частота до 50 МГц;
потребляемый ток 1,6 мкА в режиме глубокого сна, время пробуждения 5 мкс;
объем флеш-памяти до 32 Кбайт и СОЗУ – до 8 Кбайт;
интерфейсы SPI, UART и I2C;
8-канальный 10-разрядный АЦП;
два 32-разрядных и два 16-разрядных таймера;
генератор 12 МГц, точность 1%;
корпуса WL-CSP25, HVQFN24 и HVQFN33 (имеются BGA).
В феврале 2013 года компания NXP добавила к семейству Cortex-M0 микроконтроллеры с малым энергопотреблением и встроенной памятью EEPROM (ЭППЗУ) – LPC1100XL. Этот МК устанавливает новый рекорд для микроконтроллеров ARM Cortex-M0 – ток потребления в активном режиме 110 мкА, а в режиме глубокого сна – менее 2 мкА. Одновременно NXP анонсировала новую серию микроконтроллеров LPC11E00, предназначенную для приложений с высокой плотностью монтажа, где необходима энергонезависимая специальная память. Микросхема LPC11E00 расширяет список опций, доступных в контроллерах NXP Cortex-M0: вслед за встроенными интерфейсами USB, CAN сегментных ЖКИ теперь добавилась EEPROM. Значительное уменьшение потребляемой мощности в LPC1100XL достигается благодаря наличию встроенного модуля "профилей питания" – уникальной реализацией управления питанием в реальном времени. Оптимизированные для повышения эффективности и снижения тока потребления центрального процессора профили питания обеспечивают максимальную тактовую частоту во всем диапазоне напряжений питания от 1,8 до 3,6 В без потерь в скорости или функциональности, что делает LPC1100XL идеальным решением для всех приложений, где необходим 8/16-разрядный микроконтроллер с низким энергопотреблением. Встроенная в LPC1100XL флеш-память имеет объем 64 Кбайта. Микроконтроллер LPC11E00 имеет 4 Кбайт встроенной ЭППЗУ, предназначен для приложений с ограниченной площадью печатной платы (медицинские и промышленные измерительные приборы). С его применением можно получить экономию площади на печатной плате до 15 мм2, а также сократить количество межсоединений и улучшить защищенность микроконтроллера.
Характеристики и особенности LPC1100XL и LPC11E00:
тактовая частота до 50 МГц;
объем флеш-памяти: LPC1100XL – до 64 Кбайт, LPC11E00 – до 32 Кбайт; СОЗУ: LPC1100XL – 8 Кбайт, LPC11E00 – 10 Кбайт;
32 векторных прерывания;
4 уровня приоритетов;
до 13 внешних прерываний;
последовательные интерфейсы: UART (LPC1100XL), USART (LPC11E00), один или два SSP, I2C;
два 16-разрядных и два 32-разрядных таймера с модулями ШИМ, захвата и сравнения;
внутренний RC-генератор 12 МГц, погрешность не более 1% во всем диапазоне рабочих температур и напряжений питания;
сброс по включению питания (Power-On-Reset), многоуровневый детектор понижения напряжения питания (Brown-Out-Detect), фазовая автоподстройка частоты (Phase-Locked Loop);
8-канальный 10-разрядный АЦП высокой точности с дифференциальной нелинейностью (DNL) ±1 LSB (list significant bit – наименьшее значение напряжения,которое может быть измерено АЦП);
число входов/выходов общего назначения – до 54 (для LPC11E00) и до 42 (для LPC1100XL).
Все микроконтроллеры NXP Cortex-M программно совместимы, что позволяет реализовать преимущества единого инструментария для разработки. Пользователи могут легко переносить свои проекты с Cortex-M0 на Cortex-M3 и обратно.
Средства разработки
Семейства микроконтроллеров LPC1100 и LPC1300 поддерживаются большинством существующих партнеров NXP в области средств разработки, такими как Keil, IAR, Hitex, Code Red и др. Для LPC1100 и LPC1300 компания Code Red Technologies разработала платформу Red Suite software development на базе Eclipse. Для поддержки микроконтроллеров LPC1100 и LPC1300 компания NXP предлагает собственную платформу LPCXpresso, которая имеет мощную интегрированную среду разработки (IDE) на базе Eclipse, совершенно новый интуитивно понятный интерфейс компании NXP, а также компилятор и библиотеки, оптимизированные под процессор Cortex-M0. Отладчик LPC-Link предоставляет пользователям все инструменты, необходимые для ускорения разработки продуктов и их вывода на рынок, а платформа LPCXpresso является самым комплексным решением.
По материалам компании NXP Semiconductors
Ядро Cortex, в отличие от других ядер семейства ARM, является завершенным процессорным ядром, объединившим в себе стандартный центральный процессор (ЦПУ) и системную архитектуру. В основе Cortex использована Гарвардская архитектура. Cortex-семейство доступно в трех основных концепциях: Cortex-A (Application) – ориентирована на высокопроизводительные применения, в нее входят ядра A8 и A9; Cortex-R (Real Time) – для приложений, работающих в реальном времени, в эту группу входит одно ядро R4; Cortex-M – для наиболее распространенных и востребованных применений в стандартных приложениях, в которых критичными считаются стоимость и сроки выпуска микроконтроллеров. В последнюю группу входят три ядра – Cortex-M3, Cortex-M0 и Cortex-M1 (разработано специально для использования в микросхемах программируемой логики).
Ряд семейств микроконтроллеров NXP, выполненных на базе ядра Cortex-M3, обеспечивают разработчиков электроники высокопроизводительными, энергоэкономичными и дешевыми продуктами. А 32-разрядные микроконтроллеры на базе ядра Cortex-M0 характеризуются настолько низкой стоимостью, что могут свободно конкурировать с 8- и 16-разрядными микроконтроллерами, а также превосходить их по производительности, низкому энергопотреблению и ряду других параметров. Основные семейства микроконтроллеров компании NXP на ядрах ARM7, ARM9 и Cortex-M приведены в табл.1.
Для решения проблемы снижения энергопотребления компания NXP предлагает семейства микроконтроллеров LPC1100 на основе 32-разрядного процессорного ядра ARM Cortex-M0 и LPC1300 на базе ядра ARM Cortex-M3 (табл.2, 3).
Микроконтроллеры LPC1100
Это самые миниатюрные представители семейства микроконтроллеров на основе ядра ARM Cortex-M. Они сочетают в себе высокую производительность 32-разрядной архитектуры с низким энергопотреблением и малым размером чипа. LPC1100 предназначены для рынка недорогих устройств, на котором доминируют 8- и 16-разрядные микроконтроллеры.
Ядро Cortex-M0 имеет 32-разрядную архитектуру и расходует электроэнергию более эффективно, нежели ядра на базе 8- и 16-разрядной архитектуры, так как при произведении одних и тех же вычислений ядро М0 может работать в два-четыре раза медленнее, т.е. потреблять меньше энергии.
Благодаря высокой производительности ядро Cortex-M0 эффективно также и в режимах глубокого сна (Deep Sleep) или повышенного энергосбережения, поскольку оно может выполнять задачи быстрее ядер с 8- и 16-разрядной архитектурой и тем самым позволяет устройствам больше времени находиться в режиме энергосбережения. МК семейства LPC1100 в режимах глубокого сна и повышенного энергосбережения потребляют 2 мкА и 220 нА, соответственно, а на частоте 50 МГц ток потребления составляет 10 мА. Это значение можно уменьшить до уровня чуть выше 130 мкА при работе на частоте 1 МГц с пониженным энергопотреблением.
Микроконтроллеры LPC1100 очень эффективны и в тех случаях, когда, помимо решения базовых задач микроконтроллера, необходима обработка операндов различных типов (8- и 16-разрядных и длиннее). Наличие быстрого 32-разрядного ядра Cortex-M0, работающего на частоте до 50 МГц, с сохранением гибкости функционирования и программирования микроконтроллера представляет собой выгодную альтернативу гибридным 16-разрядным применениям. Производительность микроконтроллера на базе ядра Cortex-M0 более 45 млн. оп./с (у 8- и 16-разрядных микроконтроллеров производительность не превышает 3–5 млн. оп./с).
Микроконтроллер LPC1100 – это конкурентоспособное решение для сектора микроконтроллеров с низкой себестоимостью и высокими гибкостью и производительностью, достаточными для множества применений, в которых в прошлом доминировали 8- и 16-разрядные архитектуры. Поставляется МК в сверхминиатюрном корпусе (16-выводном типа CSP размером 2,5×2,5 мм), а также в простых в использовании корпусах HVQFN и LQFP. Для всего модельного ряда применяется базовая периферия – UART, I2C и SPI, доступна также более сложная – USB и CAN. В имеющихся версиях микроконтроллера объем флеш-памяти составляет от 8 до 32 Кбайт и ОЗУ от 2 до 8 Кбайт. Интегрированный блок управления питанием этих микроконтроллеров реализует эффективный режим пониженного энергопотребления, что позволяет использовать его в портативных устройствах.
Основные характеристики микроконтроллеров NXP LPC1100:
ядро Cortex-M0 с тактовой частотой до 50 МГц;
объем памяти: флеш – до 32 Кбайт, ОЗУ – до 8 Кбайт;
32 векторных прерывания, 4 уровня приоритета;
интерфейсы: UART, один или два SPI, I2C;
два 16-разрядных и два 32-разрядных таймера с ШИМ;
встроенный RC-генератор 12 МГц (точность 1%);
цепь фазовой подстройки частоты (ФАПЧ) 10–50 МГц;
8-канальный высокоточный 10-разрядный АЦП;
единое питание 1,8–3,6 В и защита от статического разряда до 5000 В;
миниатюрные корпуса LQFP48, HVQFN33, PLCC44.
Развитие семейства микроконтроллеров LPC1100 связано с дальнейшим снижением энергопотребления, введением CAN-интерфейса, 12-разрядного АЦП/ЦАП, температурного датчика, высокоточного таймера, периферии для создания сенсорных интерфейсов.
Помимо многих высокопроизводительных возможностей в семействе микроконтроллеров NXP LPC1100 реализовано динамическое переключение тактовой частоты системы – изменение частоты "на лету" в зависимости от потребности обработки данных.
Микроконтроллеры LPC1300
Применяются для приложений, где необходимо малое энергопотребление и небольшой корпус. Микроконтроллеры LPC1300 выпускаются в миниатюрных корпусах HVQFN33 (33 вывода) и LQFP48 (48 выводов) и обладают самым низким в отрасли энергопотреблением. Они совместимы по выводам с микроконтроллерами LPC1100 (на базе ядра Cortex-M0). Высокая производительность микроконтроллера обеспечивается центральным процессором, работающим на частоте до 72 МГц, а быстрая загрузка программ – встроенной высокоскоростной памятью флеш (до 32 Кбайт) и статическим ОЗУ (до 8 Кбайт).
Связь с внешними устройствами осуществляется набором наиболее популярных интерфейсов: USB, I2C, SSP, I2S и универсальным асинхронным приемопередатчиком UART с поддержкой интерфейса RS-485. Встроенные четыре таймера реализуют гибкую систему захвата/сравнения, 8-канальный 10-разрядный ЦАП преобразует цифровые сигналы, а встроенный блок управления питанием (PMU) позволяет свести к минимуму энергопотребление микроконтроллера.
Области применения микроконтроллеров LPC1100 и LPC1300: счетчики электроэнергии, жидкости, газа; системы освещения; индустриальные сети; системы сигнализации и пожаротушения; портативные устройства; медицинская техника и приборы; бытовая техника; кассовые аппараты и POS-терминалы; системы управления двигателями.
Развитие семейств LPC1100 и LPC1300
В ноябре 2010 года компания NXP Semiconductors расширила семейство 32-разрядных микроконтроллеров со сверхнизким энергопотреблением, выпустив МК серий LPC1100L и LPC1300L. Микроконтроллеры серии LPC1100L выполнены на основе ядра Cortex-M0 с рабочей тактовой частотой 50 МГц, имеют потребление в активном режиме 130 мкА/МГц и в режиме глубокого сна на 60% меньше в сравнении с другими 32-разрядными микроконтроллерами. Микроконтроллеры серии LPC1300L построены на ядре Cortex-M3 с рабочей частотой 72 МГц и совместимы по выводам и периферии с LPC1100L.
Снижение энергопотребления в МК LPC1100L и LPC1300L было достигнуто благодаря внедрению технологического процесса, который гарантирует ультранизкие токи утечки, и оптимизированному программному управлению питанием (разработка компании NXP). Микроконтроллеры предлагают усовершенствованные профили управления питанием, позволяющие снизить энергопотребление в активном режиме, обеспечивая еще большую экономию энергии и увеличивая срок службы батарей питания.
Профили могут быть настроены для любого приложения с низким энергопотреблением, что позволяет разработчикам достигнуть идеального уровня потребления. По сути, эти профили являются превосходной альтернативой режимам с пониженным энергопотреблением, так как благодаря им снижается динамическое потребление и оптимизируется производительность микроконтроллера для различных режимов работы. Имеется несколько основных профилей: повышение производительности CPU (блок управления питанием), эффективная работа CPU, пониженное потребление в активном режиме. Все профили сбалансированы для различных режимов работы.
При работе в режиме максимальной производительности процессора микроконтроллер конфигурируется для повышения пропускной способности центрального процессора, предоставляя приложению больше вычислительной мощности. Производительность может возрасти на 35% по сравнению со стандартным режимом работы. Режим максимальной эффективности процессора разработан для обеспечения оптимального баланса между эффективностью исполнения программного кода и обработки данных и уровнем снижения энергопотребления в рабочем режиме. Режим минимального энергопотребления в рабочем режиме предназначен для приложений, основными требованиями которых являются снижение энергопотребления в рабочем режиме и при этом сохранение высокой производительности процессора, когда это необходимо. В этом режиме эффективность энергопотребления увеличивается на 20–30%. Профили управления энергопотреблением, оптимизированные для обеспечения максимальной производительности процессора, его эффективности и минимальной силы тока в рабочем режиме, позволяют достигать максимальной рабочей частоты во всем диапазоне напряжений от 1,8 до 3,6 В без снижения скорости работы или функционала устройств.
Благодаря таким возможностям микроконтроллеры LPC1100L и LPC1300L сегодня представляют собой самое энергоэффективное решение и могут применяться в контроллерах освещения, для управления устройствами преобразования энергии, в портативных бытовых устройствах и аксессуарах.
В конце 2010 года компания NXP выпустила самый миниатюрный в мире 32-разрядный микроконтроллер LPC1102 в ультракомпактном корпусе CSP (Chip-Scale Package) размером 2,17 × 2,32 мм, толщиной 0,6 мм и шагом 0,5 мм. Этим она подтвердила свои позиции лидера инноваций в области корпусирования микроконтроллеров.
LPC1102 демонстрирует хорошую вычислительную мощность при размерах всего 5 мм2, что делает его идеальным решением в тех случаях, когда требуется использование сверхплотных печатных плат. Это самый недорогой 32-разрядный микроконтроллер на рынке.
LPC1102 имеет флеш-память 32 Кбайт и ОЗУ 8 Кбайт, 4-канальный 10-разрядный АЦП, один приемопередатчик UART, один интерфейс SPI, два 32-разрядных и два 16-разрядных таймера, один 24-разрядный системный таймер. Обеспечивает сверхнизкое энергопотребление (не более 130 мА/МГц в активном режиме), имеет встроенный RC-генератор с точностью до ±1% в промышленных диапазонах температур и напряжений.
В конце 2011 года семейство микроконтроллеров ARM Cortex-M0 LPC1100 компании NXP Semiconductors пополнилось моделями в корпусах SO20, TSSOP20, TSSOP28 и DIP28 с малым числом выводов. Применение таких корпусов позволит разработчикам различных видов продукции сократить размеры и стоимость готовых систем. Корпуса SO и DIP допускают ручную пайку, упрощая тем самым изготовление прототипов продукции, и снижают аппаратные требования к программированию и отладке, а корпуса TSSOP позволяют при массовом производстве исключить процесс пайки оплавлением. Эти удобные и надежные корпуса, широко используемые для 8- и 16-разрядных микроконтроллеров, помогают минимизировать количество производственных процессов и одновременно повысить выход продукции, что позволяет еще больше снизить общую стоимость системы. Кроме того, эти корпуса упрощают схему печатной платы и повышают масштабируемость.
МК с малым числом выводов (LPC111х) могут применяться в приложениях, прежде не доступных для типичных 32-разрядных микроконтроллеров из-за размеров корпуса или различных производственных ограничений. Они обеспечивают производительность 50 млн. оп./с.
В 2012 году компания NXP Semiconductors расширила линейку микроконтроллеров серии LPC1100, представив новую серию микросхем LPC1100LV на базе ядра Cortex-M0 с низкой энергией потребления и двумя диапазонами напряжениями питания – 1,65–1,95 В и 1,65–3,6 В.
Микроконтроллеры LPC1100LV способны выполнять 50 млн. оп./с, при этом они имеют миниатюрный корпус и втрое меньшее энергопотребление, чем у аналогичных устройств с напряжением 3,3 В, низкий потребляемый ток в режиме глубокого сна (1,6 мкА) и мгновенное "пробуждение" (5 мкс). МК LPC1100LV разработаны специально для приложений с батарейным питанием – от мобильных телефонов, планшетных ПК, устройств Ultrabook и мобильных аксессуаров до видеокамер и портативных медицинских электронных приборов. В мобильных системах, например, в смартфоне, большинство компонентов, как правило, находится в режиме сна с очень низким потребляемым током, но при необходимости устройство должно очень быстро пробуждаться и достигать пиковой производительности. Таким требованиям отвечает LPC1100LV – его время пробуждения составляет 5 мкс.
LPC1100LV выпускается в корпусе WL-CSP (Chip-Scale Package) размером 2×2 мм. Кроме того, имеется модель в корпусе типа HVQFN (5×5 мм) с двумя входами питания 1,8 и 3,3 В (для ЦПУ и подсистемы ввода/вывода) и с уникальной функцией сдвига уровней между шинами SSP/SPI (3,3 В) и I2C (1,8 В).
Основные технические характеристики LPC1100LV:
ЦПУ Cortex-M0, частота до 50 МГц;
потребляемый ток 1,6 мкА в режиме глубокого сна, время пробуждения 5 мкс;
объем флеш-памяти до 32 Кбайт и СОЗУ – до 8 Кбайт;
интерфейсы SPI, UART и I2C;
8-канальный 10-разрядный АЦП;
два 32-разрядных и два 16-разрядных таймера;
генератор 12 МГц, точность 1%;
корпуса WL-CSP25, HVQFN24 и HVQFN33 (имеются BGA).
В феврале 2013 года компания NXP добавила к семейству Cortex-M0 микроконтроллеры с малым энергопотреблением и встроенной памятью EEPROM (ЭППЗУ) – LPC1100XL. Этот МК устанавливает новый рекорд для микроконтроллеров ARM Cortex-M0 – ток потребления в активном режиме 110 мкА, а в режиме глубокого сна – менее 2 мкА. Одновременно NXP анонсировала новую серию микроконтроллеров LPC11E00, предназначенную для приложений с высокой плотностью монтажа, где необходима энергонезависимая специальная память. Микросхема LPC11E00 расширяет список опций, доступных в контроллерах NXP Cortex-M0: вслед за встроенными интерфейсами USB, CAN сегментных ЖКИ теперь добавилась EEPROM. Значительное уменьшение потребляемой мощности в LPC1100XL достигается благодаря наличию встроенного модуля "профилей питания" – уникальной реализацией управления питанием в реальном времени. Оптимизированные для повышения эффективности и снижения тока потребления центрального процессора профили питания обеспечивают максимальную тактовую частоту во всем диапазоне напряжений питания от 1,8 до 3,6 В без потерь в скорости или функциональности, что делает LPC1100XL идеальным решением для всех приложений, где необходим 8/16-разрядный микроконтроллер с низким энергопотреблением. Встроенная в LPC1100XL флеш-память имеет объем 64 Кбайта. Микроконтроллер LPC11E00 имеет 4 Кбайт встроенной ЭППЗУ, предназначен для приложений с ограниченной площадью печатной платы (медицинские и промышленные измерительные приборы). С его применением можно получить экономию площади на печатной плате до 15 мм2, а также сократить количество межсоединений и улучшить защищенность микроконтроллера.
Характеристики и особенности LPC1100XL и LPC11E00:
тактовая частота до 50 МГц;
объем флеш-памяти: LPC1100XL – до 64 Кбайт, LPC11E00 – до 32 Кбайт; СОЗУ: LPC1100XL – 8 Кбайт, LPC11E00 – 10 Кбайт;
32 векторных прерывания;
4 уровня приоритетов;
до 13 внешних прерываний;
последовательные интерфейсы: UART (LPC1100XL), USART (LPC11E00), один или два SSP, I2C;
два 16-разрядных и два 32-разрядных таймера с модулями ШИМ, захвата и сравнения;
внутренний RC-генератор 12 МГц, погрешность не более 1% во всем диапазоне рабочих температур и напряжений питания;
сброс по включению питания (Power-On-Reset), многоуровневый детектор понижения напряжения питания (Brown-Out-Detect), фазовая автоподстройка частоты (Phase-Locked Loop);
8-канальный 10-разрядный АЦП высокой точности с дифференциальной нелинейностью (DNL) ±1 LSB (list significant bit – наименьшее значение напряжения,которое может быть измерено АЦП);
число входов/выходов общего назначения – до 54 (для LPC11E00) и до 42 (для LPC1100XL).
Все микроконтроллеры NXP Cortex-M программно совместимы, что позволяет реализовать преимущества единого инструментария для разработки. Пользователи могут легко переносить свои проекты с Cortex-M0 на Cortex-M3 и обратно.
Средства разработки
Семейства микроконтроллеров LPC1100 и LPC1300 поддерживаются большинством существующих партнеров NXP в области средств разработки, такими как Keil, IAR, Hitex, Code Red и др. Для LPC1100 и LPC1300 компания Code Red Technologies разработала платформу Red Suite software development на базе Eclipse. Для поддержки микроконтроллеров LPC1100 и LPC1300 компания NXP предлагает собственную платформу LPCXpresso, которая имеет мощную интегрированную среду разработки (IDE) на базе Eclipse, совершенно новый интуитивно понятный интерфейс компании NXP, а также компилятор и библиотеки, оптимизированные под процессор Cortex-M0. Отладчик LPC-Link предоставляет пользователям все инструменты, необходимые для ускорения разработки продуктов и их вывода на рынок, а платформа LPCXpresso является самым комплексным решением.
По материалам компании NXP Semiconductors
Отзывы читателей
