16-bit-Mikrocontroller zur LED-Ansteuerung Einfache Modulation der Lichtfarbe

Bild 1: Die 16-bit-Mikrocontrollerfamilie RL78/I1A ist speziell für die Ansteuerung von LEDs in Beleuchtungssystemen ausgelegt.
Bild 1: Die 16-bit-Mikrocontrollerfamilie RL78/I1A ist speziell für die Ansteuerung von LEDs in Beleuchtungssystemen ausgelegt.

Renesas Electronic hat seine Mikrocontrollerfamilie RL78 um weitere fünf Typen ergänzt, die über eine spezielle Peripherie zur effizienten LED-Ansteuerung verfügen. Dank einer speziell angepassten Peripherie lassen sich mit einer vergleichsweise überschaubaren Elektronik die Lichtfarbe modulieren und die Helligkeit steuern (Dimmung).

Die neu vorgestellte 16-bit-Mikrocontrollerfamilie RL78/I1A von Renesas deckt alle Anforderungen ab, die ein modernes LED-Beleuchtungssystem an eine integrierte Ansteuerungsschaltung stellt (Bild 1). Da alle nötigen Funktionen auf einem Chip vereint sind, müssen extern nur noch die Leistungshalbleiter und gegebenenfalls Treiber- und Isolationsstufen hinzugefügt werden.

Der Mikrocontroller integriert eine sehr leistungsfähige 16-bit-CPU, die mit bis zu 32 MHz getaktet werden kann und im so genannten Uhren-Modus einen Strom von 0,7 µA aufnimmt. Die Bauteile sind in SSOP- bzw. QFP-Gehäusevarianten mit 20 bzw. 38 Pins erhältlich. Die RL78/I1A-Mikrocontroller bieten innerhalb der RL78-Familie vor allem einen großen Flash-Speicher mit einer Kapazität von 32 Kbit bzw. 64 Kbit, ein 2 Kbit bzw. 4 Kbit großes RAM und 4 Kbit „Data Flash“-Speicher. Die großen Speicher sind wichtig, da vergleichsweise viel Programmcode gespeichert werden muss. Nur so lassen sich die erforderliche Vernetzung und Kommunikation realisieren und die Anforderungen an die modernen Anwendungen hinsichtlich Auflösung und Brillanz des Lichtes erfüllen.

Zur Reduktion des Ruhestromes wurde ein spezieller Snooze-Modus eingeführt. Damit kann gezielt gewählt werden, welches Peripherie-Segment aktiv ist und wie oft und wie lange es eingeschaltet wird. Um die Dali-Kommunikation aufrecht zu erhalten, sind nur wenige µA notwendig. Bei geringem Datenaufkommen kann der Wert sogar auf 1 µA sinken. Für das Abspeichern von Betriebsparametern und ähnlichen Informationen ist ein „Data Flash“-Speicher mit Background-Operation auf dem Chip integriert.

Die 16-bit-Mikrocontrollerfamilie RL78/I1A integriert Hochleistungs-PWM-Ausgänge für hochaufgelöstes Dimmen und exakte Farborteinstellung. Der PWM-Timer, der mit 64 MHz getaktet wird, bietet dazu eine sehr hohe Grundauflösung. Zusätzlich lassen sich weitere 4 bit überlagern (Dithering) und die PWM-Impulse so noch feiner abstufen, die zeitliche Auflösung reicht dann herunter bis 0,97 ns. Ein zusätzlich invertierender PWM-Ausgang mit Totzeitverriegelung und Schnellabschaltung bildet die Ausgangsstufe. Die PWM-Ausgänge können durch ein Hardware-Signal auf „High Impedance“ geschaltet werden, sind dann also inaktiv.

Dem auf dem Chip mit integrierten 10-bit-A/D-Wandler ist ein programmierbarer Verstärker (PGA - Programmable Gain Amplifier) vorgeschaltet, dessen Verstärkung per Software eingestellt werden kann. Mit dem PGA lässt sich eine Strommessung auf einfache Weise realisieren. Darüber hinaus können andere Analogsignale bis zum 32-fachen ihrer Amplitude verstärkt werden. Die auf dem Mikrocontroller-Chip integrierten Analog-Komparatoren lassen sich z.B. zur Kurzschlusserkennung nutzen. Deren Schaltschwelle wird analog oder digital über ein einstellbares Fenster vorgegeben. Eine integrierte PFC-Steuerschaltung (Power Factor Correction) erlaubt den Betrieb im Interleave-Modus für „High Power“-Geräte. So können Vorgaben der Energieversorger einfach und effizient eingehalten werden.

Das Schnittstellenangebot reicht von UART, I²C, CSI, DALI (16, 17 und 24 bit) bis DMX512, es ermöglicht eine Kommunikation über alle in der Beleuchtungstechnik üblichen Interfaces. Der Aufbau einer IR-Remote-Schnittstelle wird durch eine Timer Array Unit (TAU ) erleichtert. Der Standard-Temperaturbereich der Mikrocontrollerfamilie erstreckt sich von -40 bis +105 °C.

Zur Design-Unterstützung liefert das Unternehmen MSC leistungsfähige Entwicklungswerkzeuge, wie IAR Compiler und JTag Debugger. Ein „Evaluation Board“ wird zum Jahresanfang 2012 bereit stehen (Bild 2). Als Applikations-Software sind ein DALImaster-GUI und eine DALI-slave-Software erhältlich; letztere kann leicht an die eigenen Anforderungen angepasst und eingebunden werden.

 

Der Autor:

Martin Gruber ist als Senior FAE bei der MSC Vertriebs GmbH tätig. Er verfügt als erfahrener Applikationsspezialist über fundiertes Wissen im Bereich Mikrocontroller, besonders in den Bereichen Low Power Metering und Home Automation.