of 58 /58
© 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 1 MASTERS Brasil 2018 Aula Obrigatória para reduzir o número de componentes e custos do seu projeto utilizando CIP’s

MASTERS Brasil 2018in ≤ 10V →OPAMP based • 3 resistors + OPAMP = precision rectifier • 5 resistors + OPAMP CIP = precision rectifier with Gain > 1! • ≤100Hz, PIC OPAMP

  • Author
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of MASTERS Brasil 2018in ≤ 10V →OPAMP based • 3 resistors + OPAMP = precision rectifier • 5...

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 1

    MASTERS Brasil 2018

    Aula Obrigatória para reduzir o número de componentes e custos do seu projeto utilizando CIP’s

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 2

    Objetivos da Aula

    Ao final desta aula você poderá…

    • Identificar aonde CIPs podem ser utilizados em seus projetos

    • Ter tranquilidade ao utilizar CIPs.

    • Tomar proveito da ferramenta MCC para configurar CIPs.

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 3

    Agenda

    • CIPs, por que utiliza-los?

    • CIPs disponíveis.

    • Utilizando CIPs em aplicações reais.

    • Como configurar CIPs utilizando MCC.

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 4

    CIPs?

    • Os CIPs, ou Core Independent Peripheralsforam criados com o objetivo de:• Acelerar o desenvolvimentos de aplicações

    embarcadas.

    • Integrar funções antes implementadas em componentes discretos (redução de custos!)

    • Desonerar a CPU dos MCUs, criando automatização de processos.

    • Integrar Periféricos do MCU.

    • Melhorar a performance de funcionalidades analógicas e/ou time-sensitive.

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 5

    CIPs?

    • CIPs podem ser utilizados para acelerar o desenvolvimento de funções autônomas, não necessitando firmware para que operem.• Exemplo: Como implementar um LED em modo

    heartbeat sem CIPs?

    Exemplo

    • Periféricos?• PWM

    • Timer

    • GPIO

    Decrementar

    Contador

    Incrementar

    Contador

    tabela

    TMRxIF

    TMRxIF

    Limites da

    Tabela

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 6

    CIPs?

    • Exemplo: Como implementar um LED em modo heartbeat utilizando CIPs?

    • Usando apenas os seguintes CIPs (nenhum código!)• PWM

    • NCO – Numerically Controlled Oscillator

    • CLC – Configurable Logic Cell

    Exemplo

    • O Objetivo neste caso será construir duas ondas quadradas com frequências diferentes e modular as duas utilizando uma porta AND do CLC.

    Fpwm – Fnco = Fbeat

    (488.28Hz – 488Hz = 0.28Hz)

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 7

    CIPs?

    • Exemplo: Como implementar um LED em modo heartbeat utilizando CIPs?

    Exemplo

    PWM

    NCO

    PWM & NCO

    AND (&)

    =

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 8

    CIPs?Exemplo

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 9

    CIPs?Exemplo

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 10

    CIPs?Exemplo

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 11

    CIPs?Exemplo

    PPS para obter resultado em 8 saídas

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 12

    16-bit PWM

    Tipos de CIPs

    • Nós já exploramos alguns CIPs no exemplo anterior, mas a lista é bem maior...

    CLC

    CWG/COG

    PPS

    NCO

    f x n/mSMT

    PSMC

    CRC-WWDT

    HLT

    ZCD

    Angular Tmr

    100mA

    MACC

    ADC2

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 13

    Tipos de CIPs

    • Vamos agora abrir o datasheet da família PIC16 e explorar cada um destes periféricos!

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 14

    Tipos de CIPs

    • Que tal conversarmos sobre aplicações reais aonde CIPs são usados na indústria para resolver os seus problemas?

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 15

    Multiplicador Analógico / Retificador de precisão

    Y=A×|Uin|+C (usando CIPs)

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 16

    Calculo de Potencia

    • Formula para potencia: P(t) = V(t) × I(t) (com sinal)• MCUs 8bit MCU não são otimizados para cálculos com sinal

    • ADCs medem apenas tensão → V(t) e I(t)• P(t) = | V(t) |×| I(t) | → apenas cálculos sem sinal ✔

    • P(t) ∝ ADC(|V(t)|) × ADC(|I (t)|)• P(t)[ponto fixo] = ADC(|AU×V (t)|) × ADC(|AI×I (t)|) ✔

    • Resultando em apenas uma multiplicação sem sinal (8,10 ou 12 bit) ✔

    • Como solucionar |AU×V (t)| utilizando CIPs???• O CIP Amplificador operacional realiza cálculos analógicos!

    • V (t) → Retificado em onda completa → | V (t) |

    • | V (t) | → amplificado → | AU×V (t) | ✔ Igual para UI(t)

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 17

    CIP como Retificador de Precisão

    • Um retificador não ideal: Vout=Vin – (2×Vdiode )

    • Vdiodo ≈ 0.6V

    • Para um MCU 3V3: 2×Vdiodo ≈VDD/2

    • Vin ≤ 10V → OPAMP based• 3 resistors + OPAMP = precision rectifier

    • 5 resistors + OPAMP CIP = precision rectifier with Gain > 1!

    • ≤100Hz, PIC OPAMP delivers ideal rectifier characteristics

    • High frequency, very low voltages saturates OPAMP

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 18

    Retificador Ideal

    -

    +

    ADC12bit

    -

    +

    ~R

    PIC16F17xx

    R = 35kΩ

    ganho = 1

    FIR

    Ta

    be

    la d

    e

    Co

    nve

    rsã

    o

    Dete

    ão

    cli

    pp

    ing

    IIR

    Dete

    ão

    de

    pic

    os

    1VPP

    0.5VPP

    0.5VPP

    R

    R

    Input

    CMP

    CMP

    DACs8-bit

    ISR

    Usu

    ari

    o

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 19

    Visualização no Scope

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 20

    Melhorando a resolução do PWM utilizando CLC e NCO para dimerização da LEDs

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 21

    Resolução de um PWM

    • A resolução de um PWM é dada pelo numero de ticksdentro de um período

    • Resolução normalmente é medida em bits

    • E pode ser calculada a partir do logaritmo base 2 da máxima contagem para o pulso do PWM

    • Resolução PWM = log2(N)

    1 2 3 4 N

    Numero de ticks em um pulso PWM (N)

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 22

    PWM ConvencionalResolução

    • A resolução PWM é dada por

    • log2(TPWM/TOSC) ou

    • log2(FOSC/FPWM)

    Resolução PWM = log2((PR2+1)x4)

    • Supondo FOSC constante, quanto maior a frequência PWM, menor a resolução. Sendo a reciproca também verdadeira.

    • Mantendo a frequência PWM constante, e aumentando FOSC a resolução também é incrementada.

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 23

    Curva de Dimmer para Iluminação LED com PWM

    • O olho humano percebe intensidade de luz de maneira exponencial.

    • Em baixas porcentagens, maior resolução do PWM é necessária para o dimmer do LED.

    PW

    M D

    uty

    Cycle

    %

    Intensidade luminosa perceptível

    0%

    20%

    40%

    60%

    80%

    100%

    Alta resolução do PWM

    necessária

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 24

    Aumentando a resolução do PWM

    • O menor ajuste que pode ser feito com o PWM convencional é determinado pelo TMR2

    Menor ajuste = TOSC x (TMR2 Prescale)

    • Usando o overflow do Numerically Controlled Oscillator (NCO), pode-se obter um ajuste muito fino do pulso PWM vindo do TMR2

    NCO

    f x n/m

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 25

    Usando NCO para aumentar a Resolução do PWM

    • O NCO não é capaz de produzir um sinal PWM por si próprio, portanto necessita de logica adicional com o CLC para produzir a saída PWM.

    • Neste caso o NCO apenas determina a largura do pulso (dutycycle) PWM

    • Um clock chaveado ira determinar o período do PWM• Este clock pode inclusive ser uma saída PWM convencional, que pode ser

    conectada a um CLC

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 26

    Diagrama

    Clock

    Conexões com o CLC

    NCORegistrador de

    IncrementoFosc

    Ajuste do duty cycle

    Ajuste da freq.

    Controle do Duty cycle

    Controle do clock

    PWM de alta Resolução

    PWM convencionalDetermina o

    Período

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 27

    Diagrama Temporal

    NCO_OUT

    PWM_OUTConvencional

    PWM_OUT& Fosc

    (NCO_CLK)

    NCO_OUT & FOSC

    (NCO_CLK)

    Overflow do NCO,Saída do NCO com logica

    negativa

    TPULSE = (220 x Tosc)/(Increment Value)

    Próximo overflow

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 28

    Configuração do CLC

    Fosc

    Fosc

    PWM4_OUT

    NCO_OUT

    NCO_CLK

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 29

    Resultado

    • Mais detalhes no Application Note AN1476

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 30

    LEDs RGB

    Protocolo PWM 800 Khz para LEDs WS2812S

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 31

    Por que o LED WS2812 é tão Popular?

    • Pequeno form-factor

    • Driver interno para os LEDs

    • Não há necessidade de componentes externos

    • Baixo custo

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 32

    Diagrama de Tempos

    T0H

    T1H

    T0L

    T1L

    0 code, High voltage Time

    1 code, High voltage Time

    0 code, Low voltage Time

    1 code, Low voltage Time

    0.4µs ±150ns

    0.8µs ±150ns

    0.85µs ±150ns

    0.45µs ±150ns

    Data Transfer Time ( TH + TL = 1.25µs ±600ns )

    RES Low Voltage Time > 50µs

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 33

    Pacotes de 24 bits

    D1 D2 D3MCU

    24 bits Data 24 bits Data 24 bits Data

    24 bits Data 24 bits Data

    24 bits Data

    24 bits Data 24 bits Data 24 bits Data

    24 bits Data 24 bits Data

    24 bits Data

    MCU Output

    D1 Output

    D2 Output

    Reset Interval

    Data used by D1

    Data used by D2Data used by D1

    Data used by D1

    Data used by D2Data used by D1

    Red Data[7:0] Blue Data[7:0]Green Data[7:0]24-bit Data Format

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 34

    Diversas soluções Disponíveis

    • E duas soluções documentadas em Application Notes

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 35

    Solução com CLC+UART+PWM

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 36

    Medidor de Distancia Ultrassônico

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 37

    Ultrassom

    • Um transmissor ultrassônico para detecção de distancia envia pulsos de 40KHz

    • Velocidade do som pelo ar:

    V m/sec = 331.5m+0.60714t (343 m/sec @20℃)

    20Hz 20kHz 20MHz

    Infrasound Acoustic Ultrasound

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 38

    Onde Ultrassônica O

    bje

    to

    Tx

    Rx

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 39

    Logica do circuito TX

    PWM 40kHz

    NCO 1kHz

    COG

    Half

    Bridge

    AND

    Timeroption

    RR

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 40

    Logica do Circuito RX

    • Iniciando pela Distancia (20℃)

    • O sinal RX é muito pequeno, por isso o circuito de pre-amplificação (também é um CIP)

    Distancia (um) = 𝑇𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑐𝑜𝑢𝑛𝑡 𝑢𝑠 ∗343

    2(m/s)

    Input

    Capture

    Timer 1us

    R1

    R1

    R2

    R2

    FVR

    DACVdd/2

    -

    +

    -

    +OP

    CMPR

    C

    : CIP function

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 41

    Onda a 1 metro

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 42

    Outras Soluções

    • O AN1536 faz a solução utilizando o PIC16F1769.

    • No AN2548, uma solução também é realizada utilizando os CIPs dos produtos AVR.

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 43

    Nebulizador utilizando VibratingMesh

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 44

    Reservatório

    do liquido

    Malha

    piezo

    Como esta Tecnologia Funciona?

    • A técnica vibrating mesh é uma das mais recente implementações para dispersão de medicamentos via nebulizadores.

    • O sistema é geralmente composto de um reservatório para o medicamento líquido com uma malha piezoeléctrica que possui furos a laser.

    • Um circuito eletrônico ativa o elemento piezo na malha para que vibre e o liquido atravesse os furos em forma de vapor.

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 45

    Requisitos do Sistema

    110-150 KHz

    35-60 Vp-pGerador de

    onda senoidalCircuito

    Boost

    Bateria

    4.5v nom

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 46

    Implementação

    • PIC16 de baixo consumo

    • Core Independent Peripherals• Não há necessidade de interação com o SW após a

    inicialização dos periféricos

    • Boost de tensão• Pulse Width Modulators (PWM)

    • Configurable Logic Cell (CLC)

    • Op Amp/Comparadores

    • Fixed Voltage Reference (FVR)

    • Digital to Analog Converters (DAC)

    • Gerador de onda Senoidal• Numerically Controlled Oscillator (NCO)

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 47

    Circuito Boost

    • Controlador Boost em histerese

    • Usando PWMs para geração dos pulsos

    • Pulsos são cortados quando tensão alcança o limite definido

    • Corte de segurança em caso de sobrecorrente

    • Limites de tensão e corrente são definidos pelos DACs internos.

    *

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 48

    Forma de Onda do Boost

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 49

    Forma de Onda do Boost

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 50

    Gerador da Onda Senoidal

    • Circuito• NCO gera uma onda de

    frequência variável com 50% de duty cycle.

    • Q2 abaixa a tensão do piezo.

    • L2 (boost) aumenta a tensão do piezo.

    • L3 como ressonante com o piezo, causa a tensão no piezo a ser senoidal.

    • ADC monitora a corrente de saída

    • Circuito de detecção de picos possibilita o monitoramento da tensão no elemento piezo.

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 51

    Output Waveform

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 52

    Monitoramento de Potencia

    • Bateria (3x AAA)

    • Proteção de polaridade invertida

    • Fusível de sobrecorrente

    • Output Enable para o Boost

    • Botão• PIC® MCU acorda e ativa a

    saída boost

    • Segundo clique disabilita o boost e o PIC volta ao Sleep

    • LED• Verde Durante operação

    • Vermelho para bateria baixa*

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 53

    Diagrama de Blocos

    PIC16F1713

    CLC

    NCO

    ADC

    First Boost Stage (10-20V)

    Piezo Output Stage (30-60V,

    90-150 KHz Sine Wave)

    Piezo Mesh Disk

    MCP2221USB-to-UART Converter

    USB

    CMP2

    DAC1

    CMP1

    +

    -

    -

    +

    PWM3

    PWM4

    OPA2+

    -

    3 Cell AAA Batteries

    I/Os

    EUSART

    Button

    LEDs

    Output Current

    Output Voltage

    Boost Current

    VDD

    Boost Voltage

    DAC2

    Boost Gate

    Output Frequency

    OPA1+

    -

    R

    R R

    R.

    .

    .

    .

    .

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 54

    App Note

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 55

    Utilizando o MCC para configuração dos CIPs

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 56

    DEMO - Heartbeat

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 57

    Resumo

    • Hoje nós...

    • Conhecemos as opções disponíveis para o uso de CIPs.

    • Conversamos sobre aplicações reais utilizando CIPs.

    • Vimos exemplos detalhados de como os CIPs podem acelerar o desempenho de sistemas embarcados.

    • Conhecemos o ambiente de desenvolvimento MCC e como ele pode ser utilizado para implementar os CIPs em sua aplicação. Especialmente CLCs.

  • © 2018 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. CIP Slide 58

    Obrigado!