ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
etndigi1-2026
19  #  square finsk sajt en vecka i maj

IN FOCUS

R&S FSWX: new horizons in signal and spectrum analysis

 

Demanding mobile radio and wireless applications can push HF components to their physical limits. The FSWX signal and spectrum analyzer was developed to characterize components under challenging conditions. The analyzer is the first model with two input ports, filter banks to pre-filter and cross-correlate for noise suppression. The features were previously found only in high-quality phase noise testers.

Lue lisää...

ETNtv

 
ECF25 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan
  • Aku Wilenius, CN Rood
  • Tiitus Aho, Tria Technologies
  • Joe Hill, Digi International
  • Timo Poikonen, congatec
  • ECF25 panel
ECF24 videos
  • Timo Poikonen, congatec
  • Petri Sutela, Testhouse Nordic
  • Tomi Engdahl, CVG Convergens
  • Henrik Petersen, Adlink Technology
  • Dan Still , CSC
  • Aleksi Kallio, CSC
  • Antti Tolvanen, Etteplan
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

logotypen

May # TME square
TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn

TECHNICAL ARTICLES

MORE OPTIONS WITH 8 AND 16-BIT MICROCONTROLLERS

Tietoja
Kirjoittanut Veijo Ojanperä
Julkaistu: 08.11.2022
  • Devices
  • Embedded

8 and 16-bit MCUs are an invaluable tool for performing small, specialized tasks. The tasks aren’t necessarily complex, but they can be time consuming or time critical. By offloading the tasks, the 32-bit devices can have simpler implementations that improve reliability, reduce memory usage, and lower power consumption.

In today’s world, large 32-bit microcontrollers and microprocessors running a real time operation system (RTOS) are increasingly common. However, a single large microcontroller handling a complex application may run into issues with CPU resources with regards to small housekeeping tasks, which are not complex, but are time consuming.

Smaller devices, like 8 and 16-bit MCUs, can be used to offload these tasks from the 32-bit device. Consider the following example: a 32-bit MCU is used to control the non-safety features of a car, like the entertainment system, ambient lighting, and the A/C. The 32-bit device must allocate its resources to process all of the tasks associated with these features. A few examples include measuring the temperature of the cabin in multiple points, turning on/off the A/C systems, updating the graphical display, processing user inputs, adjusting lighting conditions, and playing music. Even for a large 32-bit device, this is a lot of work.

However, these tasks are more manageable if the 32-bit device offloads some of these tasks to sub processors that handle only 1 or 2 of these tasks but require little supervision in doing so. This frees up CPU resources on the main processor, which reduces software complexity while improving performance and execution time.

This solution is analogous to the benefits of peripherals in microcontrollers. Peripherals are small blocks of specialized hardware that can add new features (such as an operational amplifier or an analog-to-digital converter) or can reduce the amount of work the CPU must perform for a given function. In some cases, peripherals can run independently of the CPU after being initialized.

As an example, to show the benefit of peripherals, consider the generation of a Pulse-Width Modulated (PWM) signal. To generate PWM without a dedicated peripheral, simply set an I/O line HIGH, wait a certain number of cycles, set it LOW, wait some more, and repeat. This eats up a lot of CPU cycles and is difficult for something like an RTOS to execute reliably. A PWM peripheral, by contrast, lets the CPU set the desired waveform parameters while performing other tasks.

The first example provided shows the benefit of offloading a CPU intensive task. In this case, an 8-bit MCU is used to create an I/O expander. I/O expanders are not complex devices; however, they use a lot of CPU time due to the frequent servicing of interrupts. By using a dedicated MCU for just this task, the larger 32-bit device can reduce it is I/O utilization and the number of interrupts it needs to handle. Additionally, the I/O expander’s feature set is set in software, which allows it to be customized and tuned for the application. 

The second example in this article shows the performance of core-independent peripherals to create a Voltage-to-Frequency (V/F) converter that operates independently of the CPU. The only functionality the CPU has in this example is to initialize the peripherals and to print debug messages to UART. In a larger system, the CPU could perform another simple task while the V/F ran in the background.

Figure 2 - Lookup Table of the Advanced I/O Expander.

I/O EXPANDER

The biggest benefit of creating an I/O expander using an 8-bit MCU is the flexibility. The feature set of an I/O expander ASIC is baked into the device, whereas the MCU defines its behavior based on the software it executes. This flexibility allows the MCU-based version to be adapted to fit the needs of the end application.

IMPLEMENTING THE ADVANCED I/O EXPANDER

Internally, the advanced I/O expander operates on a lookup-table based structure. Before reading or writing, a virtual address is sent. This address does not correlate with registers on the microcontroller – it is only specific to the lookup table. This means that features not in the hardware registers of the microcontroller can be added transparently. Entries in the table can be easily rearranged for specific uses as well. Another benefit of this structure is the ability to add permissions to the lookup table. For instance, to create a read-only register, simply omit the write lookup table entry.

This more complex structure also lends itself to non-standard functionalities. The function “MEM OP” allows the MCU to save or load its current General-Purpose Input and Output (GPIO) configuration to memory.

MEM OP can also reset the GPIO configuration to the parameters set when compiling.

Optionally, the microcontroller can be set to load the saved settings on power-up. If enabled, the microcontroller attempts to load the settings in configuration 0. If the configuration fails checksum validation, then the MCU will revert to the compile time constants. This feature can be disabled in the software, if not desired.

 

Figure 3 - Functionality of MEM OP.

TAKEAWAYS FROM THIS SOLUTION

The advantage of the MCU based solution is in the extreme amount of flexibility. Unlike the ASICs on the market, the MCU can be configured with non-standard functionalities specific to the application in use. This application was developed for the general-purpose PIC16F15244 family of MCUs.

For more information about the implementation or to try out the example, please see the README files in the source repositories. Demonstrations of the advanced I/O expander with an Arduino are also available.

Source Code, Documentation, and Demonstrations: https://github.com/microchip-pic-avr-examples/pic16f15244-family-advanced-i2c-io-expander

Figure 4 - Application Schematic for the TC9400/TC9401/TC9402 10 Hz to 100 kHz V/F Converter.

VOLTAGE-TO-FREQUENCY
(V/F) CONVERTER

The voltage-to-frequency converter improves upon the traditional analog solution by reducing the Bill of Materials (BOM) and thus the design area. Many of the V/F converters on the market require external resistors and capacitors to operate, whereas the microcontroller only requires generic decoupling and pull-up components (required by all MCUs) to function.

Rather than using analog techniques to digitize, the MCU uses a combination of core-independent peripherals and features. The MCU measures the input signal with the internal Analog-to-Digital Converter with Computation (ADCC) then divides a clock signal to create a variable frequency output. In this example, the peripherals have been setup to operate autonomously of the CPU after initialization. This means the CPU could be used for other tasks in the end-application.

One challenge with the MCU based approach is that it does not perform as well as the analog solution does. The resolution of the output is intrinsically limited by the ADCC. Nominally, the ADCC is 12-bits, but with the way the program is configured, the ADCC runs at an oversampled 14-bit resolution. Likewise, the on-board Numerically Controlled Oscillator (NCO) that synthesizes the output frequency has finite resolution and can have jitter in its output, depending on the value measured by the ADC.

The MCU based solution can be split into three distinct blocks of peripherals – an analog sampling block, an output oscillator block, and a duty cycle generator.

ANALOG SAMPLING BLOCK

The analog sampling block is responsible for the analog-to-digital conversion. For an output of 100 kHz to be possible with the frequency limits of the device, the ADCC has been configured to oversample, then average down to get a 14-bit result.

A downside to this oversampling is the extra statistical noise added to the result. The noise is compensated for by averaging the oversample and adding hysteresis. To implement hysteresis, the threshold interrupt feature of the ADCC is used. (For simplicity, only the specifics of how this example uses the threshold interrupt feature will be covered.)

When the ADCC finishes computing the averaged oversample, the resulting value is compared to a setpoint register in the peripheral. If the difference between the two is greater than or less than set thresholds, then an interrupt is triggered. The CPU masks this interrupt and is unaffected, however this interrupt triggers a Direct Memory Access (DMA) copy of the averaged oversample result to the setpoint register of the ADCC, creating hysteresis. If the thresholds are not exceeded, then the DMA copy will not occur, which will not trigger the output oscillator block’s DMA to update.

Figure 5 - Analog Sampling Block Implementation.

OUTPUT OSCILLATOR BLOCK

The output oscillator block (pictured left) of this solution is responsible for generating a clock signal at the desired output frequency. This output signal is internally connected to the duty cycle generator, which halves the frequency of the output but creates a 50% duty cycle output. Due to this, the output oscillator block runs at twice the frequency of the output.

The heart of the output oscillator block is a Numerically Controlled Oscillator (NCO). The NCO peripheral works by adding an increment value to an accumulator on the rising edge of an input clock. The accumulator overflow is used to derive the output of the peripheral. (For the full explanation on the NCO, please consult the datasheet.)

In this example, NCO2 has been setup to internally create the required input clock frequency to get a 100 kHz output from a 14-bit input. The 14-bit result is used because the native 12-bit result from the ADCC is not large enough to generate the 100 kHz output without an external clock source.

DUTY CYCLE GENERATOR

The Duty Cycle Generator block of this solution (pictured right) is responsible for the creation of a 50% duty cycle output. This feature is optional – the output from the NCO can be used directly, although the duty cycle will vary to a much larger degree.

This generator is implemented using one of the Configurable Logic Cells (CLC). The CLCs are small blocks of discrete configurable logic, similar to a single cell of an Field Programmable Gate Array (FPGA). CLCs can be used as discrete logic gates, such as AND-OR or OR-XOR. They can also be configured as latches or flip-flops. In this solution, a CLC was implemented as a J-K flip-flop with Reset. J and K are kept at logic HIGH.

The output oscillator block is used as the clock for the flip-flop. Every input clock pulse causes the output to toggle, which generates a 50% duty cycle. Note: frequency jitter from the output oscillator block will affect the duty cycle.

Timer 6 is used as an astable “watchdog” timer. If the output does not produce an edge (rising or falling), then the timer will overflow and generate a clock pulse to the CLC. This controls the low side of the output frequency range. Rather than reaching DC, the output toggles at the half of the frequency of the timer, for an output of 6 Hz. 

TAKEAWAYS FROM THIS SOLUTION

This example demonstrates the use of hardware peripherals to create a core-independent function that ordinarily would have to be created with an external integrated circuit. One of the biggest benefits to this configuration is that the peripheral operation is setup in software, making it easy to adjust the example to the end-application. For implementing the example, the PIC18-Q43 family of MCUs was selected due to the large number of peripherals in use. 

For more information about this example, please see the README document in the example repository. The example repository also contains an implementation of a frequency-to-voltage converter that can be implemented on the same device as the voltage-to-frequency converter.

Table 1: Ideal Outputs of the 100kHz V/F Converter, with Watchdog Turned Off.

Table 2: Ideal Outputs of the 10kHz V/F Converter, with Watchdog Turned Off.

 

By Robert Perkel, Microchip Technology

 

Originally published in ETNdigi issue 2-2022

MORE NEWS

Älypuhelinmyynti piristyi hetkeksi alkuvuonna

Älypuhelintoimitukset kasvoivat Omdian mukaan alkuvuonna prosentin, mutta kasvu syntyi pitkälti valmistajien ja jakelukanavan ennakkotilauksista. Samalla kuluttajakysyntä jäi vaisuksi, mikä kasvattaa riskiä markkinan selvästä hidastumisesta loppuvuonna.

Galliumnitridi tulee keittiöön – ST vie tehopiirit kahvinkeittimiin

STMicroelectronics tuo galliumnitridipohjaiset tehomuuntimet nyt ensimmäistä kertaa selvästi massamarkkinoiden kodinkoneisiin. Yhtiön uudet VIPerGaN-piirit yhdistävät saman kotelon sisään GaN-transistorin, ohjauksen ja flyback-muuntimen, mikä yksinkertaistaa virtalähteiden suunnittelua merkittävästi.

Linux-pelaaminen pääsee vihdoin Windowsin tasolle näytöissä

Linux-pelaamisen suurin pullonkaula ei ole ollut suorituskyky vaan näyttöliitäntä. Vaikka näytönohjaimet ovat jo pitkään tukeneet uusimpia grafiikkaominaisuuksia, Linux-puolella HDMI on jäänyt käytännössä edellisen sukupolven tasolle. Tämä on tarkoittanut konkreettisia rajoituksia erityisesti TV- ja high-end-näyttökäytössä.

Tässä on AI-datakeskusten suurin ongelma – ja yllättävä ratkaisu

Tekoälydatakeskuksiin kaadetaan nyt ennennäkemättömiä summia, mutta suuri osa laskentatehosta jää silti käyttämättä. Arvioiden mukaan GPU-klustereiden käyttöaste voi pudota jopa 20–40 prosenttiin. Syy ei ole pelkästään ohjelmistossa tai verkossa, vaan paljon perustavanlaatuisemmassa asiassa: ajoituksessa.

SSD oppii väistämään säteilyä – muisti korjaa itseään avaruudessa

Amerikkalainen Foremay on esitellyt uuden säteilyä kestävän SSD:n, joka ei pelkästään suojaa itseään avaruuden hiukkassäteilyltä, vaan myös siirtää dataa aktiivisesti pois vaurioituvilta alueilta. Ratkaisu yhdistää fyysisen Graded-Z-suojauksen ja tekoälypohjaisen ohjauksen tavalla, joka muuttaa massamuistin roolia avaruusjärjestelmissä.

Apple kasvaa kovaa, mutta sekin törmää nyt sirupulaan

Apple teki kaikkien aikojen parhaan maaliskuun neljänneksen, mutta pinnan alla näkyy jo rajoitteita. Yhtiön liikevaihto nousi noin 111 miljardiin dollariin ja kasvoi 17 prosenttia, vaikka iPhone-toimituksia jarrutti komponenttipula.

Ethernet irtoaa kaapelista – 5G tuo reaaliajan langattomaan tehtaaseen

Teollisuusverkko on ollut tähän asti yksinkertainen sääntö: kriittinen liikenne kulkee kaapelissa. Nyt siihen haetaan muutosta. Belden esitteli Hannover Messessä konseptin maailman ensimmäisestä 5G-teollisuuskytkimestä, joka lupaa tuoda deterministisen, reaaliaikaisen Ethernet-liikenteen suoraan langattoman verkon päälle.

Bluetooth-moduuli tekee mikro-ohjaimesta turhan

Digi International on julkaissut XBee3 BLU -moduulin, joka vie Bluetooth Low Energy -ratkaisut selvästi pidemmälle kuin pelkkä radiolinkki. BLE 5.4 -yhteys yhdistyy suoraan moduulissa ajettavaan MicroPython-koodiin, jolloin erillistä mikrokontrolleria ei monissa sovelluksissa enää tarvita.

Panther Lake tuo PC-tehon verkon reunalle

Intel Core Ultra Series 3 tuo markkinoille Panther Lake -alustan, joka perustuu yhtiön uuteen 18A-prosessiin. CPU-, GPU- ja NPU-kiihdytyksen yhdistävä arkkitehtuuri tähtää korkean suorituskyvyn AI-PC:ihin ja teollisiin edge-järjestelmiin. Teksti perustuu Rutronikin artikkeliin uusimmassa ETNdigi-lehdessä.

Tekoäly murtautuu 30 sekunnissa, mutta korjaus kestää kaksi kuukautta

Kyberturvan aikaskaala on repeämässä käsiin. Nopeimmat murtautumiset tapahtuvat jo 30 sekunnissa, ja tekoäly pystyy varastamaan dataa jopa 25 minuutissa. Samaan aikaan haavoittuvuuksien korjaaminen vie keskimäärin 55–72 päivää.

Robotti-imurien valmistaja vie lidarinsa sähköautoon

Robotti-imureistaan tunnettu Dreame Technology hakee nyt paikkaa autoteollisuudessa. Yhtiö esitteli Nebula NEXT 01 JET Edition -konseptin, jossa huomio kiinnittyy näyttävään rakettikiihdytykseen – mutta teknisesti kiinnostavampi osa löytyy auton sensoripuolelta.

OpenAI tuo rautatason tunnistautumisen ChatGPT:hen

OpenAI ottaa käyttöön uuden tason tilisuojauksen tuomalla fyysisiin turva-avaimiin perustuvan kirjautumisen osaksi ChatGPT:tä. Yhteistyössä Yubicon kanssa toteutettu ratkaisu perustuu laitteistopohjaisiin passkey-avaimiin, joita pidetään tällä hetkellä vahvimpana keinona estää tilikaappauksia.

Studiotasoinen audio tulee autoon

Analog Devices tuo tuotantoon toisen sukupolven A²B 2.0 -audioväylän, joka nostaa auton äänijärjestelmän arkkitehtuurin uudelle tasolle. Kyse ei ole vain paremmasta äänentoistosta, vaan tavasta rakentaa koko matkustamon audiokokemus uudelleen.

Uusi piiri tuo tilannetajun lähes kaikkiin laitteisiin

Sveitsiläinen startup Mosaic SoC haluaa siirtää konenäön pois raskaiden sovellusprosessoreiden ja GPU-kiihdytyksen varasta omaksi, erilliseksi piirikseen. Tavoitteena on tuoda reaaliaikainen tilannetaju – niin sanottu spatial intelligence – pieniin, akkukäyttöisiin laitteisiin ilman nykyisiä teho- ja lämpökompromisseja.

Verkon mittaus siirtyy pilveen – testilaitteet jäävät ulkopuolelle

Verkkojen suorituskykyä ei enää mitata vain fyysisillä testilaitteilla. Japanilainen Anritsu tuo nyt mittauksen suoraan pilvi- ja virtuaaliympäristöihin uudella Virtual Network Master -ratkaisullaan. Käytännössä verkon suorituskykyä ei enää tarkastella ulkopuolelta mittalaitteilla, vaan sisältä käsin siellä missä sovellukset oikeasti toimivat.

NFC-lataus kutistui älysormukseen

ROHM on tuonut markkinoille uuden langattoman latauksen piirisarjan, joka on suunniteltu nimenomaan äärimmäisen pieniin puettaviin laitteisiin. Uusi ML7670/ML7671-ratkaisu vie NFC-pohjaisen latauksen kokoluokkaan, jossa se mahtuu jopa älysormuksiin.

Tekoäly pakottaa energia-alan autonomiseksi

Tekoälyn nopea yleistyminen ei ainoastaan kasvata sähkön kysyntää, vaan muuttaa koko energia-alan toimintamallia. Schneider Electric:n tuoreen Global Autonomous Maturity -tutkimuksen mukaan ala on siirtymässä kohti autonomisia, jopa täysin miehittämättömiä laitoksia. Kehitystä vauhdittaa nimenomaan tekoäly.

CATL aloittaa natriumioniakkujen massatuotannon

Natriumioniakut ovat pitkään olleet lupaava mutta keskeneräinen vaihtoehto litiumkemioille. Nyt CATL väittää ratkaisseensa massatuotannon ongelmat ja saa heti perään 60 gigawattitunnin tilauksen energiavarastoihin. Tämä siirtää teknologian ensimmäistä kertaa selvästi pilotista teolliseen mittakaavaan.

Donut Lab demosi tällä kertaa vaihtoakkua

Donut Labin solid state -akkujen videosarja jatkui tänään kahden viikon tauon jälkeen. Tällä kertaa yhtiö demosi sitä, että sen akulla korvattaisiin olemassaolevan kulkuneuvon, kuten vaikkapa sähköskootterin akku. Näin saataisiin samaan tilaan enemmän kapasiteettia ja helpompi lämmönhallinta

Always-on-konenäkö laskeutuu mikro-ohjaimelle

STMicroelectronics tuo konenäön sinne, missä sitä ei ole aiemmin juuri nähty: mikro-ohjainluokkaan. Yhtiön uudet ultramatalatehoiset kuva-anturipiirit mahdollistavat jatkuvasti päällä olevan havainnoinnin ilman raskasta prosessointia tai suurta virrankulutusta.

ETNdigi - Watch GT Runner 2
May  # puffbox mobox till square
19  #  mobox för square
v19 v20 18/5 # puffbox mobox till tme native
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Panther Lake tuo PC-tehon verkon reunalle

Intel Core Ultra Series 3 tuo markkinoille Panther Lake -alustan, joka perustuu yhtiön uuteen 18A-prosessiin. CPU-, GPU- ja NPU-kiihdytyksen yhdistävä arkkitehtuuri tähtää korkean suorituskyvyn AI-PC:ihin ja teollisiin edge-järjestelmiin. Teksti perustuu Rutronikin artikkeliin uusimmassa ETNdigi-lehdessä.

Lue lisää...

OPINION

Agenttikoodaus muuttaa myös sulautetun kehityksen

CodeBoxxin perustajan Nicolas Genestin mukaan ohjelmistokehitys on kääntynyt päälaelleen: koodia ei enää kirjoiteta, vaan tekoälyä orkestroidaan kohti tavoitetta. Muutos näkyy erityisen voimakkaasti sulautetuissa järjestelmissä, joissa tiukka laitteisto–ohjelmisto-integraatio, pitkät validointisyklit ja virheiden korkea hinta tekevät agenttipohjaisesta kehityksestä poikkeuksellisen merkittävän murroksen.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • ECF26: agenttinen AI tulee sulautettuihin
  • Älypuhelinmyynti piristyi hetkeksi alkuvuonna
  • Galliumnitridi tulee keittiöön – ST vie tehopiirit kahvinkeittimiin
  • Linux-pelaaminen pääsee vihdoin Windowsin tasolle näytöissä
  • Tässä on AI-datakeskusten suurin ongelma – ja yllättävä ratkaisu

NEW PRODUCTS

  • Bluetooth-moduuli tekee mikro-ohjaimesta turhan
  • Sama virtalähde kelpaa nyt sairaalaan ja kotiin
  • Vesitiivis USB-C piirikortille ilman lisäkokoonpanoa
  • Kolmivaiheinen tuuletinohjaus ilman koodia
  • AES ei vielä tee muistitikusta turvallista
 
 

Section Tapet