Low-Power-Mikrocontroller
Mehr Performance ohne mehr Strom
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Mehr Performance ohne mehr Strom
Stromsparende Touchsensoren
Alle Kinetis-MCUs haben die neue Touchsensor-Technologie »Xtrinsic« bereits auf ihrem Chip integriert. Diese stellt eine moderne Alternative zu mechanischen Tasten und Schaltern dar. Berührempfindliche Tasten, Schiebe- und Drehregler sollen sich auf einfache Weise realisieren lassen. Neben der ästhetischen Komponente bietet die Bedienung über Berührsensoren auch andere Vorteile: mehr Flexibilität in der Entwicklung, geringere Reparatur- und Wartungsanfälligkeit sowie die Möglichkeit, Sensoren an die gewünschte Empfindlichkeit und verschiedene Oberflächenmaterialien anzupassen.
Dies könnte nicht nur für die Unterhaltungselektronik interessant sein, sondern auch für Haushaltsgeräte, die Medizintechnik oder für Schalttafeln im industriellen Einsatz. Das TSI-Modul (Touch-Sense Input) weist darüber hinaus noch einen weiteren Vorzug auf: Es funktioniert in allen Stromsparmodi und erhöht bei Aktivierung den Stromverbrauch nur um 1 µA bis 3 µA.
Im TSI-Modul integriert ist eine Scan-Funktion, die unterschiedliche Scan-Intervalle für Low-Power- und Run-Modi aufweist. Der Anwender kann damit im Sinne einer minimalen Stromaufnahme auch lange Scan-Intervalle einstellen. Im Run-Modus dagegen kann er das Scan-Intervall reduzieren, um eine raschere Reaktion auf Berührungen zu gewährleisten.
Jobangebote+ passend zum Thema
Wie in Bild 3 gezeigt, kann dem TSI-Modul eine obere und eine untere Kapazitätsschwelle einprogrammiert werden, innerhalb derer die CPU im Schlafmodus bleibt, bis ein TSI-Ereignis anliegt. Bei einer Berührung erkennt das System, dass die aktuelle Elektrodenkapazität eine der vordefinierten Schwellen überschritten hat, wodurch dann ein TSI-Interrupt ausgelöst wird.
Die CPU wird dann umgehend geweckt. Sobald der Vorgang rund um den Berührsensor abgearbeitet ist, kann sich die MCU wieder »schlafen legen«. Das TSI-Modul unterstützt bis zu 16 Elektroden/Tasten über einen Pin pro Elektrode, ohne weitere externe Komponenten zu benötigen. Die Systemkosten reduzieren sich dadurch entsprechend. Mit einer Auflösung für die Kapazitätsmessung bis herunter zu 0,02 fF (2 · 10-17 F) kann es auch mit Abdeckungen aus dickem Glas, Plastik oder Acrylglas zum Einsatz kommen.
Da die Schaltungen für die Auswertung der Elektroden und die Fehlererkennung in Hardware integriert sind, gewinnt das System an Robustheit - ein wichtiger Aspekt in störbehafteten Industrieumgebungen. Manche Applikationen erfordern die Realisierung von Tastenfeldern, Dreh- oder Schiebereglern.
Um solchen Anforderungen gerecht zu werden, bietet Freescale seine TSS-Bibliothek (Touch Sense Software) an, die zur integrierten Entwicklungsumgebung »CodeWarrior« des Unternehmens voll kompatibel ist.
Unter den in der TSS-Bibliothek angebotenen Funktionen finden sich unter anderem »intelligente« Selbstkalibrierungsmechanismen, die Schnittstellenprobleme von vornherein verhindern sollen, Algorithmen zur Störunterdrückung, eine optimierte Pufferstruktur, die eine beliebige Anordnung der Elektroden unterstützt, und eine PC-Anwendung mit Grafikschnittstelle für die Charakterisierung der Elektroden. Die Bibliothek wird komplett mit Demos und Applikationsbeispielen geliefert.
Stromsparend Displays ansteuern
LC-Segmentdisplays kommen auf breiter Front in stromsparenden Projekten zum Einsatz, um Anweisungen auszugeben, den Systemzustand zu überwachen, Betriebs- und Funktionsabläufe darzustellen oder Ergebnisse anzuzeigen. In den meisten Systemen ist die LCD-Anzeige immer - also auch im Stromsparmodus - aktiviert und zeigt den Status, den Batteriezustand oder auch nur das Datum und die Uhrzeit an.
Daher ist es wesentlich, dass sich die vom Display benötigte Energie nicht negativ auf die BatterieIebensdauer auswirkt. Die Bausteinfamilien »K30« und »K40« aus der Kinetis-Serie beinhalten einen flexibel einsetzbaren LCD-Segmentcontroller, der eine breite Palette von 3-V- und 5-V-LCD-Displays mit bis zu 320 Segmenten unterstützen soll und speziell für stromsparende Systeme konzipiert wurde. Diese MCU-Familien decken Flash-Konfigurationen von 64 KByte bis 512 KByte ab.
Der LCD-Controller arbeitet in allen Betriebsmodi der CPU, also auch in den Stop-Modi mit extrem geringen Leckströmen. Wenn auf dem Chip nicht gerade ein Reset gefahren wird, kann das Display Informationen anzeigen, ohne dass der Rest der MCU daran beteiligt ist.
Ein wichtiges Feature ist ein Blinkmodus, in dem sich die gewünschten Segmente in Abständen von jeweils 0,125 s, 0,25 s, 0,5 s, 1 s, 2 s, 4 s oder 8 s aktivieren und deaktivieren lassen, um entweder die Aufmerksamkeit auf bestimmte Teile des Displays zu lenken oder um einfach nur während der 50-prozentigen Deaktivierung Strom zu sparen. Da nur ein kleiner Teil des LCD-Moduls das Blinken steuert, funktioniert es auch, ohne die CPU, die Busse oder den Rest der MCU aufzuwecken.
Aktiviert man den Blinkmodus ohne Displaydaten, so werden alle Segmente abgeschaltet, während bei einer Ansteuerung mit anderen Inhalten die Daten während der konfigurierbaren Blinkdauer ausgegeben werden.
Dank dieser Funktion kommt die MCU mit einer geringeren Durchschnittsleistung aus, da das LC-Display im Blinkmodus angesteuert werden kann, ohne den jeweiligen Stromsparmodus zu verlassen (Bild 4).
Auch die Tatsache, dass die Anzahl externer Komponenten minimiert wurde, trägt zu einer längeren Batterielebensdauer bei. Der LCD-Controller erzeugt die Signale für Front- und Backplane des Displays mit einer Ladungspumpe, für die lediglich vier externe Kondensatoren benötigt werden. Die Daten für das LCD werden darüber hinaus direkt in einer Zelle am Anschluss zum LCD gespeichert.
Die LCD-Daten müssen nicht in einem tief im Chip »vergrabenen« Register vorgehalten werden, und daher kann eine Ansteuerschaltung für einen Datenaustausch zwischen einem zentralen Register und dem I/O-Pin ersatzlos entfallen. Obendrein kann die Versorgungsspannung für den Betrieb der LCD-Treiberschaltung abgesenkt werden.
Tools helfen Strom sparen
Darüber hinaus kann der LCD-Controller per Software jeden einzelnen LCD-Pin entweder der Frontplane oder der Backplane zuordnen. So können Anwender Änderungen des LCD-Layouts ohne kostspielige Redesigns der Hardware durchführen.
Mechanismen zur Erkennung von Segmentfehlern verhindern fehlerhafte Anzeigen. Und schließlich sind die LCD-Pins für die Backplane, die Frontplane oder als Universalein-/ausgang nutzbar.
Neben Applikationsschriften, Referenzdesigns und Trainingsunterlagen bietet Freescale eine Toolpalette von externen Partnern, beispielsweise durch die integrierte Entwicklungsumgebung »Embedded Workbench« von IAR Systems, die auch Debugging- und Analysetools speziell für das Energiemanagement beinhaltet.
Mit deren Hilfe kann der Softwareentwickler wichtige Elemente in der Programmausführung hinsichtlich ihres Energieverbrauchs einordnen und den Quellcode so modifizieren, dass sich das gewünschte Leistungsprofil ergibt.
- Mehr Performance ohne mehr Strom
- Mehr Performance ohne mehr Strom
Lesen Sie mehr zum Thema
