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»Intelligente« Beleuchtung

Mikrocontroller steuert Licht

15. Dezember 2015, 9:37 Uhr | Ralf Higgelke

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Auswahlkriterien für LED-Mikrocontroller

Mikrocontroller (MCUs) eignen sich dafür, LED-Treiber anzusteuern. Durch ihre Flexibilität lassen sich neue Anforderungen mit wenig Aufwand umsetzen. Dies ist wichtig, denn LEDs erlauben sehr interessante, mit Glühlampen nicht realisierbare Anwendungsszenarien. So lassen sich die Farben beispielsweise mischen, dimmen und verändern. Zudem lässt sich diese Funktion auch mit den anderen Lampen innerhalb eines Raums synchronisieren, was einzigartige Stimmungen ermöglicht. Dies stellt aber nur eine von vielen neuen Möglichkeiten dar. Neben einer flexiblen Steuerung der Lampe werden auch Kommunikationsmöglichkeiten zwischen der Lampe und der Steuereinheit benötigt. Diese Aufgaben können kleine, optimierte Mikrocontroller effizient umsetzen.

Der Beleuchtungsmarkt ist kostensensitiv, gleichzeitig aber auch sehr dynamisch. Deshalb sind die Skalierbarkeit der Merkmale und Speicher sowie die Unterstützung von drahtlosen Standards unverzichtbar. Außer den Standardfunktionen der Mikrocontroller sollten die folgenden speziellen Anforderungen für Beleuchtungsanwendungen betrachtet werden:

Unterstützung eines erweiterten Temperaturbereichs: Obwohl LEDs als stromsparend gelten, erreichen sie nur einen Wirkungsgrad von ungefähr 30 Prozent. Um eine 60-W-Glühlampe zu ersetzen und die gleiche Helligkeit zu erreichen, ist eine LED mit rund 10 W erforderlich. Damit entsteht eine Verlustleistung von mehr als 7 W, die das Umfeld und den möglicherweise dort vorhandenen Mikrocontroller erwärmt.
Flexible und leistungsfähige Timer, die sich nicht überlappende Signale mit einer definierten Totzeite (z.B. für Halb- und Vollbrücken) erzeugen. Auch verfügen sie über umfangreiche Trigger- und Retrigger-Funktionen, einschließlich Blanking (Austastung).
Ein fortschrittliches Taktsystem, das mehrere Taktquellen umfasst und hohe Taktfrequenzen zur Erzeugung von PWM-Signalen für hohe Auflösungen unterstützt.
Interne stromsparende, aber stabile RC-Oszillatoren sparen Kosten und Platz.
Mehrkanaliger 12-bit-A/D-Wandler, bevorzugt mit DMA-Unterstützung.
Schnelle analoge Komparatoren für eine sichere Echtzeit-Triggerung der Timer.
Ein D/A-Wandler erzeugt eine interne und durch den Anwender steuerbare analoge Referenz für die Komparatoren und den A/D-Wandler.
Analoge Referenzen für A/D-Wandler und Komparatoren: extern (fest und einstellbar), intern (variabel).
DMA (Direct Memory Access) lockert die zeitlichen Einschränkungen bei einigen Funktionen.
Durch eine optimierte Architektur lassen sich LEDs einfach ansteuern und man kann schnell auf Systemdaten zugreifen, zum Beispiel auf die Werte des 12-bit-A/D-Wandlers.
Kleine Baugröße.

Die MCU-Familie »SAM D« hat Atmel besonders im Hinblick auf den Beleuchtungsmarkt entwickelt. Alle Derivate dieser MCU-Familie basieren auf derselben »ARM Cortex-M0+«-Plattform, nutzen die gleiche Peripherie und sind dadurch untereinander kompatibel (Tabelle). Durch das flexible Takt-Schema kann die Peripherie mit einer höheren Taktfrequenz als der Core arbeiten und außerdem asynchrone Takte unterstützen.

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Merkmal	SAM D10	SAM D11	SAM D21	SAM D21(L9
Flash-Speicher	8 KByte	- 16 KByte	32 KByte - 256 KByte	32 KByte - 64 KByte
Gehäuseoptionen	14, 20	oder 24 Pins	32, 48 oder 64 Pins	32 Pins
Timer/Zähler für Steuerung	1 x		3 x	3 x (enhanced)
Timer/Zähler	2 x		3 x
analoge Komparatoren	2 x (1 x	Fensterkomperator)	2 x (1 x Fensterkomperator)	4 x (2 x Fensterkomperator)
A/D-Wandler (12 bit, 350 kSample/s)	10	Kanäle	bis zu 20 Kanäle	14 Kanäle
D/A-Wandler (10 bit, 350 kSample/s)		1 x
Referenzspannungen		1,0 V, U_CC, U_CC/1,48 V und zwei externe