Cortex-M0-basierte Mikrocontroller

32-Bit-Leistung zum 8-Bit-Preis

04.02.13 | Autor / Redakteur: Dirk Heinen, Arno Rabenstein * / Holger Heller

32-Bit-Leistung zum 8-Bit-Preis: Die XMC1000-Mikrocontroller von Infineon bieten mit ARMs Cortex-M0-Prozessorkern eine Alternative für 8-Bit-Produkte
32-Bit-Leistung zum 8-Bit-Preis: Die XMC1000-Mikrocontroller von Infineon bieten mit ARMs Cortex-M0-Prozessorkern eine Alternative für 8-Bit-Produkte (Infineon)

Mit den XMC1000-MCUs steht eine 32-Bit-Alternative für bisherige 8-Bit-Produkte mit mehr Leistung, aber zu 8-Bit-Preisen bereit. Die Controller basieren auf dem Standard-Core Cortex-M0 von ARM, der speziell für Applikationen im 8-Bit-Markt entwickelt wurde.

Durch die Kombination des Cortex-M0-Rechenkerns mit dedizierter Peripherie, Tools mit hoher Design-Produktivität und der Fertigung in einer modernen kosteneffizienten Prozesstechnologie, eröffnet Infineon bisherigen 8-Bit-Anwendern eine echte Alternative. Peripherieblöcke wie Timer, A/D-Wandler oder serielle Kommunikationsschnittstellen der XMC1000-Reihe sind baugleich mit denen der XMC4000 Cortex M4-Produkte. Für die Softwareentwicklung steht ebenfalls die Entwicklungsumgebung DAVE kostenlos zur Verfügung.

Neben einiger bereits von der XMC4000-Familie bekannten Peripherie bieten die XMC1000-Derivate Funktionen, die bisher bei 8-Bit-MCUs nicht zu finden waren (Bild 1). Neu für dieses Marktsegment ist die Bandbreite an Flash-Speicher, die von 8 bis 200 KByte reicht. Spezielle Peripherie ermöglicht die einfache Implementierung von LED-Beleuchtungen und energieeffizienten Motorregelungen. Mit einem Lösungskonzept zum IP-Schutz von Embedded-Software greift Infineon außerdem einen immer wichtiger werden Trend im MCU-Markt auf.

Die XMC1000-Reihe adressiert mit ihrem Funktionsumfang das weite Feld der bisherigen 8-Bit-Applikationen. Hierzu gehören Anwendungen wie Motorsteuerungen, LED-Beleuchtungen, digitale Leistungswandlung, intelligente Sensoren, kapazitive Bedienelemente, LED-Anzeigen etc. Dafür bieten die XMC1000-Derivate neben dem 32-Bit-Cortex-M0 mit 32 MHz neue Funktionen wie bis zu 200 KByte Flash, Mixed-Signal-Peripherie, Module für Touch Control und LED-Displays, eine von Infineon patentierte Peripherieeinheit für das Dimmen und die Farbsteuerung von LEDs, einen Flash-Loader mit 128-Bit-AES-Verschlüsselung für den Software-IP-Schutz und einen Math-Coprozessor mit 64 MHz für effiziente Motorregelungen. Die Bausteine unterstützen auch eine Hardware-Fehlerkorrektur (ECC) oder Speichertests und somit die Anforderungen gemäß IEC60730-Class-B-Standard, wie er für die Sicherheit von Haushaltsgeräten vorgeschrieben ist, die in Europa verkauft werden.

Drei Produktserien für verschiedene Anwendungsbereiche

Die XMC1000-Familie bedient mit drei Produktserien (Bild 2) und mehr als 20 Produkten unterschiedliche Anwendungsbereiche. So bietet die XMC1100-Entry-Serie einen Basis-Funktionsumfang für einen möglichst einfachen Einstieg in die XMC-Welt. Die Funktionsmerkmale sind trotzdem auf dem Stand der Technik, z.B. 12-Bit-A/D-Wandler oder 16-Bit-Timer, mit denen sich vielfältige PWM-Muster erzeugen lassen.

Die XMC1200-Feature-Serie bietet zusätzliche applikationsspezifische Funktionen, wie den Peripherieblock für die LED-Farbsteuerung oder Schaltungen für kapazitive Touch-Steuerung und LED-Displays. Außerdem stehen Versionen für den erweiterten Temperaturbereich von -40 bis zu 105 °C zur Verfügung.

Die XMC1300-Control-Serie ist für Anwendungen im Bereich Motorsteuerung oder digitale Leistungswandlung ausgelegt. Dafür bietet sie neben der Capture/Compare-Unit 8 (CCU8) ein Position Interface (POSIF) für die Erfassung der Motor-Position sowie einen Math-Coprozessor, der sensorlose FOC-Lösungen (feldorientierte Regelung) von Elektromotoren ermöglicht. Letztere ist einzigartig für Cortex-M0-basierte Produkte. Auch die XMC1300-Reihe bietet Varianten für den Temperaturbereich bis zu 105 °C.

Peripherie für Industrieanwendungen

Eine wesentliche Funktion der XMC1000-Reihe sind die Timer-Einheiten CCU4 und CCU8. Die Capture/Compare-Unit 4 (CCU4) ist wichtig für Systeme, die Timer für Signal-Monitoring bzw. -Verarbeitung sowie PWM-Signalgenerierung benötigen. Damit können z.B. Schaltnetzteile oder eine USV einfach implementiert werden. Die 16-Bit-Timer-Module bestehen aus vier identischen, kaskadierbaren „Timer-Slices”. Diese interne Modularität der Timer-Einheit ermöglicht software-freundliche Systeme für eine schnelle Code-Entwicklung und einfache Portierung. Jedes CCU4-Timer-Slice kann im Compare- (ein Compare Kanal) oder im Capture-Modus (mit bis zu vier Capture-Registern) arbeiten. Außerdem wird die Erzeugung von bis zu vier unabhängigen PWM-Signalen unterstützt.

Die CCU8 unterstützt die komplexere PWM-Signalerzeugung mit komplementären Schaltern in Halbbrücken-Konfiguration, mehrphasiger Regelung und Parity-Check. Diese Funktion in Kombination mit einem flexiblen und programmierbaren Schema für die Signalaufbereitung machen die CCU8 für leistungsfähige Motorsteuerungen, Mehrpasen- und Multi-Level-Systeme tauglich. Im Compare-Modus stehen für jeden Timer-Slice zwei Compare-Kanäle zur Verfügung.

Damit können bis zu vier PWM-Signale per Timer-Slice (bis zu 16 je CCU8-Einheit) mit Totzeit generiert werden, um Kurzschlüsse in den Schaltern zu vermeiden. Jedes CCU8-Modul verfügt über vier Service-Request-Leitungen, die so programmiert werden können, dass der Timer als synchronisierter Trigger zwischen der PWM-Signalerzeugung und der AD-Wandlung fungiert.

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