MASTERS Brasil 2018in ≤ 10V →OPAMP based • 3 resistors + OPAMP = precision rectifier • 5...
Transcript of MASTERS Brasil 2018in ≤ 10V →OPAMP based • 3 resistors + OPAMP = precision rectifier • 5...
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 1
MASTERS Brasil 2018
Aula Obrigatória para reduzir o número de componentes e custos do seu projeto utilizando CIP’s
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 2
Objetivos da Aula
Ao final desta aula você poderá…
• Identificar aonde CIPs podem ser utilizados em seus projetos
• Ter tranquilidade ao utilizar CIPs.
• Tomar proveito da ferramenta MCC para configurar CIPs.
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 3
Agenda
• CIPs, por que utiliza-los?
• CIPs disponíveis.
• Utilizando CIPs em aplicações reais.
• Como configurar CIPs utilizando MCC.
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 4
CIPs?
• Os CIPs, ou Core Independent Peripheralsforam criados com o objetivo de:• Acelerar o desenvolvimentos de aplicações
embarcadas.
• Integrar funções antes implementadas em componentes discretos (redução de custos!)
• Desonerar a CPU dos MCUs, criando automatização de processos.
• Integrar Periféricos do MCU.
• Melhorar a performance de funcionalidades analógicas e/ou time-sensitive.
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 5
CIPs?
• CIPs podem ser utilizados para acelerar o desenvolvimento de funções autônomas, não necessitando firmware para que operem.• Exemplo: Como implementar um LED em modo
heartbeat sem CIPs?
Exemplo
• Periféricos?• PWM
• Timer
• GPIO
Decrementar
Contador
Incrementar
Contador
tabela
TMRxIF
TMRxIF
Limites da
Tabela
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 6
CIPs?
• Exemplo: Como implementar um LED em modo heartbeat utilizando CIPs?
• Usando apenas os seguintes CIPs (nenhum código!)• PWM
• NCO – Numerically Controlled Oscillator
• CLC – Configurable Logic Cell
Exemplo
• O Objetivo neste caso será construir duas ondas quadradas com frequências diferentes e modular as duas utilizando uma porta AND do CLC.
Fpwm – Fnco = Fbeat
(488.28Hz – 488Hz = 0.28Hz)
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 7
CIPs?
• Exemplo: Como implementar um LED em modo heartbeat utilizando CIPs?
Exemplo
PWM
NCO
PWM & NCO
AND (&)
=
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 8
CIPs?Exemplo
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 9
CIPs?Exemplo
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 10
CIPs?Exemplo
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 11
CIPs?Exemplo
PPS para obter resultado em 8 saídas
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 12
16-bit PWM
Tipos de CIPs
• Nós já exploramos alguns CIPs no exemplo anterior, mas a lista é bem maior...
CLC
CWG/COG
PPS
NCO
f x n/mSMT
PSMC
CRC-WWDT
HLT
ZCD
Angular Tmr
100mA
MACC
ADC2
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 13
Tipos de CIPs
• Vamos agora abrir o datasheet da família PIC16 e explorar cada um destes periféricos!
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 14
Tipos de CIPs
• Que tal conversarmos sobre aplicações reais aonde CIPs são usados na indústria para resolver os seus problemas?
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 15
Multiplicador Analógico / Retificador de precisão
Y=A×|Uin|+C (usando CIPs)
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 16
Calculo de Potencia
• Formula para potencia: P(t) = V(t) × I(t) (com sinal)• MCUs 8bit MCU não são otimizados para cálculos com sinal
• ADCs medem apenas tensão → V(t) e I(t)• P(t) = | V(t) |×| I(t) | → apenas cálculos sem sinal ✔
• P(t) ∝ ADC(|V(t)|) × ADC(|I (t)|)• P(t)[ponto fixo] = ADC(|AU×V (t)|) × ADC(|AI×I (t)|) ✔
• Resultando em apenas uma multiplicação sem sinal (8,10 ou 12 bit) ✔
• Como solucionar |AU×V (t)| utilizando CIPs???• O CIP Amplificador operacional realiza cálculos analógicos!
• V (t) → Retificado em onda completa → | V (t) |
• | V (t) | → amplificado → | AU×V (t) | ✔ Igual para UI(t)
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 17
CIP como Retificador de Precisão
• Um retificador não ideal: Vout=Vin – (2×Vdiode )
• Vdiodo ≈ 0.6V
• Para um MCU 3V3: 2×Vdiodo ≈VDD/2
• Vin ≤ 10V → OPAMP based• 3 resistors + OPAMP = precision rectifier
• 5 resistors + OPAMP CIP = precision rectifier with Gain > 1!
• ≤100Hz, PIC OPAMP delivers ideal rectifier characteristics
• High frequency, very low voltages saturates OPAMP
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 18
Retificador Ideal
-
+
ADC12bit
-
+
~R
PIC16F17xx
R = 35kΩ
ganho = 1
FIR
Ta
be
la d
e
Co
nve
rsã
o
Dete
cç
ão
cli
pp
ing
IIR
Dete
cç
ão
de
pic
os
1VPP
0.5VPP
0.5VPP
R
R
Input
CMP
CMP
DACs8-bit
ISR
Usu
ari
o
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 19
Visualização no Scope
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 20
Melhorando a resolução do PWM utilizando CLC e NCO para dimerização da LEDs
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 21
Resolução de um PWM
• A resolução de um PWM é dada pelo numero de ticksdentro de um período
• Resolução normalmente é medida em bits
• E pode ser calculada a partir do logaritmo base 2 da máxima contagem para o pulso do PWM
• Resolução PWM = log2(N)
1 2 3 4 N
Numero de ticks em um pulso PWM (N)
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 22
PWM ConvencionalResolução
• A resolução PWM é dada por
• log2(TPWM/TOSC) ou
• log2(FOSC/FPWM)
Resolução PWM = log2((PR2+1)x4)
• Supondo FOSC constante, quanto maior a frequência PWM, menor a resolução. Sendo a reciproca também verdadeira.
• Mantendo a frequência PWM constante, e aumentando FOSC a resolução também é incrementada.
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 23
Curva de Dimmer para Iluminação LED com PWM
• O olho humano percebe intensidade de luz de maneira exponencial.
• Em baixas porcentagens, maior resolução do PWM é necessária para o dimmer do LED.
PW
M D
uty
Cycle
%
Intensidade luminosa perceptível
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Alta resolução do PWM
necessária
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 24
Aumentando a resolução do PWM
• O menor ajuste que pode ser feito com o PWM convencional é determinado pelo TMR2
Menor ajuste = TOSC x (TMR2 Prescale)
• Usando o overflow do Numerically Controlled Oscillator (NCO), pode-se obter um ajuste muito fino do pulso PWM vindo do TMR2
NCO
f x n/m
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 25
Usando NCO para aumentar a Resolução do PWM
• O NCO não é capaz de produzir um sinal PWM por si próprio, portanto necessita de logica adicional com o CLC para produzir a saída PWM.
• Neste caso o NCO apenas determina a largura do pulso (dutycycle) PWM
• Um clock chaveado ira determinar o período do PWM• Este clock pode inclusive ser uma saída PWM convencional, que pode ser
conectada a um CLC
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 26
Diagrama
Clock
Conexões com o CLC
NCORegistrador de
IncrementoFosc
Ajuste do duty cycle
Ajuste da freq.
Controle do Duty cycle
Controle do clock
PWM de alta Resolução
PWM convencionalDetermina o
Período
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 27
Diagrama Temporal
NCO_OUT
PWM_OUTConvencional
PWM_OUT& Fosc
(NCO_CLK)
NCO_OUT & FOSC
(NCO_CLK)
Overflow do NCO,Saída do NCO com logica
negativa
TPULSE = (220 x Tosc)/(Increment Value)
Próximo overflow
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 28
Configuração do CLC
Fosc
Fosc
PWM4_OUT
NCO_OUT
NCO_CLK
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 29
Resultado
• Mais detalhes no Application Note AN1476
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 30
LEDs RGB
Protocolo PWM 800 Khz para LEDs WS2812S
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 31
Por que o LED WS2812 é tão Popular?
• Pequeno form-factor
• Driver interno para os LEDs
• Não há necessidade de componentes externos
• Baixo custo
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 32
Diagrama de Tempos
T0H
T1H
T0L
T1L
0 code, High voltage Time
1 code, High voltage Time
0 code, Low voltage Time
1 code, Low voltage Time
0.4µs ±150ns
0.8µs ±150ns
0.85µs ±150ns
0.45µs ±150ns
Data Transfer Time ( TH + TL = 1.25µs ±600ns )
RES Low Voltage Time > 50µs
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 33
Pacotes de 24 bits
D1 D2 D3MCU
24 bits Data 24 bits Data 24 bits Data
24 bits Data 24 bits Data
24 bits Data
24 bits Data 24 bits Data 24 bits Data
24 bits Data 24 bits Data
24 bits Data
MCU Output
D1 Output
D2 Output
Reset Interval
Data used by D1
Data used by D2Data used by D1
Data used by D1
Data used by D2Data used by D1
Red Data[7:0] Blue Data[7:0]Green Data[7:0]24-bit Data Format
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 34
Diversas soluções Disponíveis
• E duas soluções documentadas em Application Notes
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 35
Solução com CLC+UART+PWM
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 36
Medidor de Distancia Ultrassônico
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 37
Ultrassom
• Um transmissor ultrassônico para detecção de distancia envia pulsos de 40KHz
• Velocidade do som pelo ar:
V m/sec = 331.5m+0.60714t (343 m/sec @20℃)
20Hz 20kHz 20MHz
Infrasound Acoustic Ultrasound
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 38
Onde Ultrassônica O
bje
to
Tx
Rx
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 39
Logica do circuito TX
PWM 40kHz
NCO 1kHz
COG
Half
Bridge
AND
Timeroption
RR
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 40
Logica do Circuito RX
• Iniciando pela Distancia (20℃)
• O sinal RX é muito pequeno, por isso o circuito de pre-amplificação (também é um CIP)
Distancia (um) = 𝑇𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑐𝑜𝑢𝑛𝑡 𝑢𝑠 ∗343
2(m/s)
Input
Capture
Timer 1us
R1
R1
R2
R2
FVR
DACVdd/2
-
+
-
+OP
CMPR
C
: CIP function
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 41
Onda a 1 metro
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 42
Outras Soluções
• O AN1536 faz a solução utilizando o PIC16F1769.
• No AN2548, uma solução também é realizada utilizando os CIPs dos produtos AVR.
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 43
Nebulizador utilizando VibratingMesh
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 44
Reservatório
do liquido
Malha
piezo
Como esta Tecnologia Funciona?
• A técnica vibrating mesh é uma das mais recente implementações para dispersão de medicamentos via nebulizadores.
• O sistema é geralmente composto de um reservatório para o medicamento líquido com uma malha piezoeléctrica que possui furos a laser.
• Um circuito eletrônico ativa o elemento piezo na malha para que vibre e o liquido atravesse os furos em forma de vapor.
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 45
Requisitos do Sistema
110-150 KHz
35-60 Vp-pGerador de
onda senoidalCircuito
Boost
Bateria
4.5v nom
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 46
Implementação
• PIC16 de baixo consumo
• Core Independent Peripherals• Não há necessidade de interação com o SW após a
inicialização dos periféricos
• Boost de tensão• Pulse Width Modulators (PWM)
• Configurable Logic Cell (CLC)
• Op Amp/Comparadores
• Fixed Voltage Reference (FVR)
• Digital to Analog Converters (DAC)
• Gerador de onda Senoidal• Numerically Controlled Oscillator (NCO)
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 47
Circuito Boost
• Controlador Boost em histerese
• Usando PWMs para geração dos pulsos
• Pulsos são cortados quando tensão alcança o limite definido
• Corte de segurança em caso de sobrecorrente
• Limites de tensão e corrente são definidos pelos DACs internos.
*
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 48
Forma de Onda do Boost
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 49
Forma de Onda do Boost
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 50
Gerador da Onda Senoidal
• Circuito• NCO gera uma onda de
frequência variável com 50% de duty cycle.
• Q2 abaixa a tensão do piezo.
• L2 (boost) aumenta a tensão do piezo.
• L3 como ressonante com o piezo, causa a tensão no piezo a ser senoidal.
• ADC monitora a corrente de saída
• Circuito de detecção de picos possibilita o monitoramento da tensão no elemento piezo.
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 51
Output Waveform
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 52
Monitoramento de Potencia
• Bateria (3x AAA)
• Proteção de polaridade invertida
• Fusível de sobrecorrente
• Output Enable para o Boost
• Botão• PIC® MCU acorda e ativa a
saída boost
• Segundo clique disabilita o boost e o PIC volta ao Sleep
• LED• Verde Durante operação
• Vermelho para bateria baixa*
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 53
Diagrama de Blocos
PIC16F1713
CLC
NCO
ADC
First Boost Stage (10-20V)
Piezo Output Stage (30-60V,
90-150 KHz Sine Wave)
Piezo Mesh Disk
MCP2221USB-to-UART Converter
USB
CMP2
DAC1
CMP1
+
-
-
+
PWM3
PWM4
OPA2+
-
3 Cell AAA Batteries
I/Os
EUSART
Button
LEDs
Output Current
Output Voltage
Boost Current
VDD
Boost Voltage
DAC2
Boost Gate
Output Frequency
OPA1+
-
R
R R
R.
.
.
.
.
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 54
App Note
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 55
Utilizando o MCC para configuração dos CIPs
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 56
DEMO - Heartbeat
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 57
Resumo
• Hoje nós...
• Conhecemos as opções disponíveis para o uso de CIPs.
• Conversamos sobre aplicações reais utilizando CIPs.
• Vimos exemplos detalhados de como os CIPs podem acelerar o desempenho de sistemas embarcados.
• Conhecemos o ambiente de desenvolvimento MCC e como ele pode ser utilizado para implementar os CIPs em sua aplicação. Especialmente CLCs.
-
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 58
Obrigado!