ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
2025  # megabox i st f wallpaper

IN FOCUS

Tulevaisuuden auto vaatii MEMS-pohjaista ajoitusta

Ohjelmistopohjaiset ajoneuvot lisäävät elektroniikan ja dataliikenteen määrää nopeasti. Turvallinen ja luotettava toiminta edellyttää entistä tarkempaa synkronointia, kun ajoneuvoihin integroidaan yhä enemmän kameroita, tutkia, lidareita ja keskitettyjä laskentayksiköitä.

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

v4 # recom webb
TMSNet  advertisement
ETNdigi
2025  # megabox i st f wallpaper
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

Rakettitiede laajensi Tampereelle

Helsinkiläinen IT-konsulttiyhtiö Rakettitiede on perustanut tytäryhtiön Tampereelle. Uuden yksikön vetäjäksi on nimitetty pitkän linjan IT-johtaja Ari Minkkinen, joka vastaa toiminnan käynnistämisestä ja kasvattamisesta Pirkanmaalla. - Koodi on arvokasta vain, jos se tuottaa liiketoimintahyötyjä, hän sanoo.

Iridiumin satelliitit keskustelevat kännyköiden kanssa softapäivityksen jälkeen

Iridium Communications on ottanut merkittävän askeleen kohti suoraa satelliittiyhteyttä päätelaitteisiin. Yhtiö kertoo testanneensa onnistuneesti NTN-yhteyksiä, joissa viestit kulkevat suoraan matkapuhelin- ja IoT-laitteiden sekä Iridiumin LEO-satelliittien välillä. Kyse ei ole enää konseptista, vaan toimivasta yhteydestä oikeassa verkossa.

Suomalaisen QMillin algoritmeilla kvanttietu saavutetaan jo 48 kubitilla

QMill kertoo ottaneensa merkittävän askeleen kohti käytännöllistä kvanttietua. Yhtiön uusien simulointitulosten mukaan kvanttietu voidaan osoittaa jo 48 kubitin kvanttitietokoneella, kun porttitarkkuus on 99,94 prosenttia. Kyse on selvästä muutoksesta aiempiin arvioihin, joissa kvanttietu edellytti noin 200 kubittia ja lähes täydellistä, 99,99 prosentin tarkkuutta.

EU:n uusi verkkoasetus pakottaa operaattorit investoimaan

Euroopan komission mukaan EU tarvitsee nopeammin valokuitua, kehittyneempiä mobiiliverkkoja ja turvallisia satelliittiyhteyksiä. Komission teknologiasuvereniteetista vastaava varapuheenjohtaja Henna Virkkunen korostaa, että suorituskykyinen ja häiriönkestävä digitaalinen infrastruktuuri on Euroopan kilpailukyvyn ja digitaalisen omavaraisuuden perusta.

Kuparin aika loppuu – DNA sammutti viimeisen lankapuhelinkeskuksen

Suomalaisen kupariverkon aikakausi astui lähemmäksi loppuaan tänään Lahdessa, kun DNA sammutti viimeisen lankapuhelinverkkoa palvelleen puhelinkeskuksensa. Harjukadulla sijaitsevan keskuksen virrat katkaisi symbolisesti DNA:n toimitusjohtaja Jussi Tolvanen.

Viime vuonna myytiin 270 miljoonaa PC-tietokonetta

PC-markkina kääntyi viime vuonna selvään kasvuun. Gartnerin ennakkotietojen mukaan koko vuoden 2025 aikana PC-toimitukset nousivat 270 miljoonaan kappaleeseen. Kasvua kertyi 9,1 prosenttia vuodesta 2024. Kyseessä on selvä elpyminen kahden heikon vuoden jälkeen.

Huhut yltyvät: OnePlussan taru lähestyy loppuaan?

Viime päivinä teknologiamediassa on kiertänyt poikkeuksellisen synkkä analyysi OnePlus-brändin tulevaisuudesta. Useat lähteet väittävät, että OnePlus olisi ajautumassa hallittuun alasajoon osana emoyhtiö OPPO-konsernin sisäistä rakennemuutosta. Varmaa näyttöä tästä ei ole, mutta väitteet ovat herättäneet laajaa keskustelua.

PXI-testaus madaltaa kynnystä – suorituskyky säilyy

Emerson laajentaa National Instrumentsin PXI-testialustaa uusilla, aiempaa edullisemmilla PXIe-laitteilla. Tavoitteena on madaltaa modulaaristen testijärjestelmien käyttöönoton kynnystä ilman, että mittaustarkkuudesta tai suorituskyvystä tingitään.

Yksi etupää kaikkeen audioon

Amerikkalainen Triad Semiconductor on tuonut tuotantoon TS5510-piirin, joka rikkoo perinteisen audio-etupään jaottelun mikrofonille ja linjatasolle. Uusi kaksikanavainen AFE on suunniteltu käsittelemään molemmat signaalit yhdellä sisääntulolla ilman ulkoisia padeja tai erillisiä tulopolkuja.

Anglia tuo STMicroelectronicsin design-in-tuen takaisin Suomeen

Englantilainen Anglia Components laajentaa STMicroelectronicsin virallista jakelutoimintaansa Pohjoismaihin ja Baltiaan. Uusi sopimus kattaa myös Suomen ja tuo alueelle vahvemman paikallisen design-in-tuen, kenttäsovellusinsinöörit sekä laajemman teknisen ja kaupallisen palvelumallin. Haastattelussa Anglian markkinointijohtaja John Bowman avaa, miksi Suomi on keskeinen markkina-alue ja miten Anglia aikoo erottua globaaleista broadline-jakelijoista.

Moderni avaruuslento vaatii uudenlaista prosessoritekniikkaa

ETN - Technical articlePerinteisillä avaruuslennoilla on aiemmin suoritettu laskentaa yli 20 vuotta vanhalla prosessoritekniikalla, jonka avulla on selvitty sekä Maan kiertoradan että syvän avaruuden laskentatehtävistä. Viime aikoina Maata kiertävät matalan kiertoradan lennot ovat yleistyneet nopeasti, ja niihin riittää säteilynsiedoltaan ja kustannuksiltaan kevyempikin prosessoriratkaisu. Microchip on kehittänyt piirikolmikon, joka täyttää kaikki modernien avaruuslentojen vaatimukset.

Uusi tekniikka sulattaa tuulilasin 60 sekunnissa

Tuulilasin huurtuminen ja jäätyminen on sähköautoille selvä ongelma. Perinteinen lämmitykseen perustuva sulatus kuluttaa paljon energiaa ja toimii hitaasti kovassa pakkasessa. Nyt markkinoille on tulossa tekniikka, joka irrottaa jään tuulilasista jopa minuutissa ja murto-osalla energiankulutuksesta.

Teollinen PC osaa nyt ajaa tekoälyä paikallisesti

Teollisen reunalaskennan tekoäly siirtyy uuteen vaiheeseen. Saksalainen congatec on julkistanut uuden COM Express Compact -moduulin, joka pystyy ajamaan tekoälysovelluksia paikallisesti ilman pilvipalveluja tai erillisiä kiihdytinkortteja.

Tekoäly tuli Raspberry Pi -kortille

Raspberry Pi on ottanut merkittävän askeleen kohti paikallista, laitepohjaista tekoälyä. Yhtiö on julkistanut Raspberry Pi AI HAT+ 2 -lisäkortin, joka tuo generatiivisen tekoälyn tuen suoraan Raspberry Pi 5 -kortille ilman pilvipalveluita.

Helvarille yhtiön 100-vuotisen historian suurin sopimus

Suomalainen valaistuksenohjauksen ja älykkäiden rakennusratkaisujen toimittaja Helvar on solminut historiansa suurimman sopimuksen Turkin valtionhallinnon mittavaan rakennushankkeeseen. Kyseessä on yli sadan vuoden aikana merkittävin yksittäinen kauppa yhtiölle, joka vahvistaa Helvarin asemaa kansainvälisten, korkean turvallisuustason julkisten kohteiden teknologiapartnerina.

Pikalataus rasittaa akustoa selvästi enemmän

Geotabin laaja telematiikka-analyysi osoittaa, että sähköautojen pikalataus kuluttaa akustoa selvästi nopeammin kuin hidas lataus. Aineisto perustuu yli 22 000 ajoneuvoon ja 21 eri automalliin. Tulokset koskevat todellista käyttöä, eivät laboratoriotestejä.

RECOM avaa tuotekehityskeskuksen tuotannon viereen

RECOM Power GmbH avaa uuden tuotekehityskeskuksen ja SMT-prototypointilinjan Xiameniin. Yhtiön mukaan ratkaisu ei ole pelkkä kapasiteettilaajennus, vaan strateginen muutos, jossa tuotekehitys tuodaan fyysisesti lähelle valmistusta.

Suomalaiset Ruotsia edellä tekoälyn käytössä

Suomalaiset tietotyöntekijät hyödyntävät tekoälyä työssään selvästi enemmän kuin ruotsalaiset. Ero näkyy sekä käytön yleisyydessä että säännöllisyydessä. Tämä käy ilmi HP:n teettämästä Suomea ja Ruotsia vertailevasta tutkimuksesta.

EU kieltämässä Huawein ja ZTE:n laitteet kriittisistä verkoista

Euroopan unioni valmistelee uutta kyberturvallisuussääntelyä, joka käytännössä kieltäisi kiinalaisten laitevalmistajien Huawein ja ZTEn laitteiden käytön EU:n kriittisessä infrastruktuurissa. Asiasta kertoo Mobile World Live, joka viittaa Financial Timesin tietoihin.

Toimitusajat pidentyvät, osa tuoteperheistä siirtynyt allokaatioon

Vuosi sitten komponenttien toimitusajat oli Sourceabilityn mukaan keskimäärin 8–12 viikkoa. Nyt toimitusaikojen pituus on venynyt 26–40 viikkoon tai jopa pidemmiksi useilla toimittajilla. Useat valmistajat ovat siirtäneet keskeisiä tuoteperheitä pelkän allokaation piiriin eli täysiä tilausmääriä ei saada toimitettua.

v4 # recom webb mobox
2025  # mobox för wallpaper
2026  # mobox för wallpaper
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Moderni avaruuslento vaatii uudenlaista prosessoritekniikkaa

ETN - Technical articlePerinteisillä avaruuslennoilla on aiemmin suoritettu laskentaa yli 20 vuotta vanhalla prosessoritekniikalla, jonka avulla on selvitty sekä Maan kiertoradan että syvän avaruuden laskentatehtävistä. Viime aikoina Maata kiertävät matalan kiertoradan lennot ovat yleistyneet nopeasti, ja niihin riittää säteilynsiedoltaan ja kustannuksiltaan kevyempikin prosessoriratkaisu. Microchip on kehittänyt piirikolmikon, joka täyttää kaikki modernien avaruuslentojen vaatimukset.

Lue lisää...

OPINION

Miksi Suomi jää jälkeen sähköautoissa?

Suomessa sähköauto yleistyy, mutta se tekee sen varovasti ja viiveellä. Sama kuvio toistuu tilasto toisensa jälkeen. Suunta on oikea, mutta vauhti jää jälkeen muista Pohjoismaista. Kyse ei ole tekniikasta, eikä latausinfrastruktuurista. Ne eivät enää ole este.

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • Rakettitiede laajensi Tampereelle
  • Iridiumin satelliitit keskustelevat kännyköiden kanssa softapäivityksen jälkeen
  • Suomalaisen QMillin algoritmeilla kvanttietu saavutetaan jo 48 kubitilla
  • EU:n uusi verkkoasetus pakottaa operaattorit investoimaan
  • Kuparin aika loppuu – DNA sammutti viimeisen lankapuhelinkeskuksen

NEW PRODUCTS

  • Terävä vaste pienessä kotelossa
  • Click-kortilla voidaan ohjata 15 ampeerin teollisuusmoottoreita
  • Pian kännykkäsi erottaa avaimen 11 metrin päästä
  • Lataa laitteet auringon- tai sisävalosta
  • DigiKeyn uutuus: nyt voit konfiguroida teholähteen vapaasti verkossa
 
 

Section Tapet