AX8052F100 - ультра маломощный микроконтроллер для радиочастотных приложений

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2012

ЛЕГКОВЕСЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Образованная в 2000 году небольшая швейцарская fabless компания AXSEM специализируется в области разработки радиочастотных микросхем ISM диапазона ниже 1 ГГц и микроконтроллеров семейства 8052. Сегодня портфель изделий компании трудно назвать пухлым. В нем 5 микроконтроллеров, один драйвер ЖКИ и 7 радиочастотных чипов. Все микросхемы выпускаются по одинаковой технологии КМОП, но каждая обязательно содержит какую-нибудь «изюминку», выделяющую ее среди аналогичных изделий других производителей.

В этой статье представлена одна из последних разработок компании – микроконтроллер AX8052F100. Микроконтроллеры AXSEM считаются самыми энергоэкономичными в отрасли среди приборов с архитектурой 8052.

Ключевые особенности

• 64 КБайт Flash и 8.25 КБайт SRAM
• ЦП с ультра низким потреблением мощности и гибкой системой синхронизации
• Контроллер ПДП
• Движок AES с собственным контроллером ПДП и генератором истинно случайных чисел
• Радио интерфейс с прямым отображением на адресное пространство
• Усовершенствованная графическая интегрированная среда разработки
• Аппаратный отладчик
  • Неограниченное количество точек останова
  • Отдельный UART для интерфейса отладки

Выдержки из справочных данных

• Напряжение питания 1.8 … 3.6 В
• Ток потребления в режиме глубокого сна 150 нА
• Ток потребления в активном режиме 150 мкА/МГц
• Ток потребления в режиме сна:
  • при 256 битах активной RAM и пробуждении по изменению состояния вывода – 600 нА
  • при 256 битах активной RAM и пробуждении по таймеру выхода из спящего режима – 800 нА
  • при 4.25 КБ активной RAM и пробуждении по таймеру выхода из спящего режима – 1.2 мкА
  • при 8.25 КБ активной RAM и пробуждении по таймеру выхода из спящего режима – 1.6 мкА

Описание

Ультра маломощный микроконтроллер

AX8052F100 – микроконтроллер со ультра низким потреблением мощности, оптимизированный для использования в приложениях с батарейным питанием совместно радиочастотными микросхемами. AX8052F100 отличается мощным набором периферийных блоков, малыми габаритами, удобным интерфейсом с радиочастотными микросхемами гибкостью настроек и ультра низкой рассеиваемой мощностью.

Процессорное ядро AX8052

Ядро микроконтроллера AX8052F100 имеет стандартный набор инструкций 8052. Частота синхронизации программируется в диапазоне от нуля до 20 МГц. При выполнении однотактных инструкций быстродействие ядра равно 20 MIPS. Объем флеш памяти 64 КБ позволяет писать программы на языке C. Полностью ассоциативный кеш и контроллер упреждающей выборки минимизируют влияние задержки флеш памяти.

AX8052F100 создан специально для приложений с ультранизким потреблением мощности. Четыре источника тактовой частоты с возможностью переключения «на лету» позволяют гибко адаптироваться к изменяющимся условиям работы. Ядро потребляет 150 мкА/МГц в активном режиме и 800 нА в спящем при активном таймере пробуждения.

Мощная периферия

AX8052F100 имеет два канала ПДП для обмена данными между XRAM и любым периферийным блоком кристалла. Специализированный криптодвижок AES с собственным контроллером ПДП предназначен для шифрования данных. В перечень периферийных устройств входят также три универсальных таймера, способных генерировать сигналы ШИМ, а в специальном режиме сигма-дельта превращающихся в ЦАП. Кроме того, таймеры могут служить бод-генераторами для двух UART. Помимо этого, схема содержит master/slave интерфейс SPI, АЦП со скоростью 500 тыс. выборок в секунду и аналоговые компараторы.

Простой доступ к радиочастотным микросхемам

В AX8052F100 предусмотрен специализированный интерфейс ведущего шины SPI, который может использоваться для обмена с радио микросхемой. Интерфейс отображает регистры радио чипа непосредственно на адресное пространство микроконтроллера.

Полный набор инструментов, увеличивающий производительность

Модуль аппаратного отладчика делает отладку намного более удобной и легкой, чем в других микроконтроллерах семейства 8052. Для обмена данными с управляющим компьютером модуль использует 3-проводный интерфейс. Допускается неограниченное количество точек останова и работа с выделенным UART для отладки через интерфейс DebugLink. AX8052F100 поддерживается комплектом разработки DVK-2 компании AXSEM.

Набор средств разработчика AXSEM основан на графической оболочке AX8052-IDE с окнами отображения регистров, точек останова, времени и интерфейса. Для обмена с отладчиком оболочка использует набор символических строчных команд AXSDB, позволяющих полностью описывать сценарии отладки и автоматизировать выполнение заданий.

Функциональная схема микроконтроллера АХ8052Р100

Важнейшие характеристики микроконтроллера AX8052F100

Процессорное ядро AX8052

• Стандартный набор инструкций 8052
• Высокопроизводительное ядро; большинство инструкций выполняется за один такт на байт команды
• Быстродействие 20 MIPS
• Двойной регистр указателя данных (DPTR) для высокоскоростного копирования памяти
• 22 вектора прерываний

Отладчик

• 3-выводной интерфейс отладчика (один вывод специализированный, два совмещены с выводами портов общего назначения)
• Аппаратный отладчик с точками останова и поддержкой пошагового режима
• Программируемый пользователем 64-битный ключ для предотвращения отладки неавторизованным персоналом
• Интерфейс DebugLink позволяет выполнять отладку в стиле «printf» без использования выводов UART или GPIO

Память

• 64 КБайт FLASH
• 8.25 КБайт RAM
• Высокоэффективный мультиплексор памяти

Синхронизация

• 4 источника
  • Внутренний RC генератор 20 МГц
  • Ультра маломощный RC генератор 10 кГц/640 Гц
  • Высокочастотный кварцевый резонатор
  • Маломощный камертонный кварцевый резонатор
• Полностью автоматическая калибровка внутреннего RC генератора по опорной частоте
• Монитор синхронизации способен обнаруживать сбои тактовых импульсов и автоматически подключать внутренний RC генератор
• Сторожевой таймер

Режимы питания

• Режимами ожидания, сна и глубокого сна обеспечивается сверхнизкое потребление мощности в неактивном состоянии
• Встроенные схема сброса по включению питания и детектор пониженного напряжения
• Полная работоспособность в диапазоне напряжений питания 1.8 … 3.6 В

16-разрядный таймер выхода из спящего режима

• 2 регистра-счетчика
• 4 регистра флагов событий позволяют гибко управлять условиями «пробуждения»

Входы/выходы общего назначения (GPIO)

• 24 вывода GPIO
• Входы PB0-PB7, PC0-PC3 и PR0-PR5 толерантны к сигналам уровня 5 В
• Все выводы GPIO имеют индивидуально устанавливаемые подтягивающие резисторы и могут служить источниками прерываний по изменению состояния выводов
• Гибкое переназначение выводов GPIO

Три 16-разрядных таймера общего назначения

• Режимы генерации пилообразных и треугольных импульсов
• Режим сигма-дельта превращает таймер в ЦАП
• Двойная буферизация регистра PERIOD позволяет контролировать изменения частоты
• Буферизация старших байтов для одновременного доступа к 16-разрядным данным
• Гибкий выбор внутренних или внешних источников синхронизации
• Предделитель

Два 16-разрядных модуля сравнения

• Совместно с таймером общего назначения используется для генерации сигналов ШИМ
• Возможность объединения в один 32-разрядный регистр

Два 16-разрядных модуля захвата

• Совместно с таймером общего назначения используются для фиксации внешних или внутренних событий

2 канала UART

• Длина слова 5…9 бит, 1 или 2 стоповых бита
• Один из таймеров общего назначения используется в качестве бод-генератора

Специализированный Radio Master SPI интерфейс

• Совместимость с радиочастотными схемами AXSEM и иной периферией
• Эффективный доступ к центральному процессору

Master/slave SPI

• Поддержка 3- или 4-проводных вариантов

АЦП

• 10 разрядов, 500 квыб/с
• Количество каналов до 8
• Несимметричные или дифференциальные входы
• Программируемое усиление входного буфера: ×0.1, ×1 и ×10
• Внутренний источник опорного напряжения 1 В
• Гибко программируемое расписание преобразований
• Встроенный датчик температуры

Аналоговые компараторы

• Внутренний или внешний источник опорного напряжения
• Выходной сигнал может направляться на внешний вывод, считываться программно или использоваться для синхронизации захвата внешнего сигнала

Специализированный интерфейс с микросхемами приемопередатчиков AXSEM

• Упрощенный доступ к регистрам приемопередатчика благодаря отображению на адресное пространство
• Возможность использования кварцевого резонатора приемопередатчика для синхронизации микроконтроллера

Контроллер прямого доступа к памяти (ПДП)

• Два независимых канала ПДП
• Поддержка обмена данными между X-RAM и почти всеми периферийными блоками микросхемы
• Циклический и с захватом циклов арбитраж памяти снижают нагрузку на ядро AX8052 до минимума
• Гибкая система прерываний

AES

• Специализированный AES криптоконтроллер
• Специализированный контроллер прямого доступа к памяти криптоконтроллера
• Мультимегабитная скорость передачи данных
• Поддержка международных стандартов шифрования AES-128, AES-192 и AES-256
• Программируемое количество раундов и программная генерация списка ключей позволяют увеличивать длину ключа шифрования для приложений повышенной секретности
• Режимы шифрования ECB, CFB и OFB

Генератор случайных чисел

• Генератор случайных криптографических ключей

Миниатюрный 28-выводной корпус размером 5 × 5 мм

Применение

Сверхмаломощные устройства с батарейным питанием:

• Автоматические считыватели показаний
• Устройства дистанционного доступа
• Домашняя автоматика
• Беспроводные сети
• Беспроводное аудио
• Телеметрия

axsem.com