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低耗能MCU于云端智能化的嵌入式应用

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恩智浦半导体(NXP)技术行销经理刘俊宏
恩智浦半导体(NXP)技术行销经理刘俊宏

NXP公司推出了一系列采用ARM Cortex-M0/M3/M4处理器架构的LPC MCU,以低功耗、低脚位数、低成本的系统简化设计,提供完整的开发工具、评估工程板与软件函式库,加上丰富的第三方软件开发╱除错工具与社群支持,以协助业者快速的开发像是工厂自动化设备、HMI人机界面、电梯╱升降梯控制、触控应用产品、智能网格╱电表、室内╱户外智能照明等智能化的应用…

云端平台的成熟化 建构无所不在的智能生活

NXP恩智浦半导体技术行销经理刘俊宏以「LPC MCU支持智能自动化嵌入系统与应用」为主题,介绍该公司的MCU产品线,以及其应用范围。首先他说明近年来云端的成熟,当今的生活已迈向科技化、自动化,我们生活周遭的许多大大小小的电子科技产品,很多都内含了MCU(微控制器)的产品,例如户外照明设备、工厂自动化设备、HMI人机界面装置、电梯╱升降梯控制、触控应用产品、智能电表、室内智能照明等等。同时藉由各式各样的网络带宽,我们已经可以建构出无所不在的“智能生活”,包含智能城市、智能交通、智能工厂、智能家庭等四个领域,与我们的生活未来息息相关。

在智能城市部份,包含了许多公共领域的智能应用,包含智能路灯(如旧金山以Wi-Fi技术来控制LED路灯)、智能建筑、智能电网、NFC近场通讯应用(如2014年美国CES期间的NFC展览参观证)。

在智能交通部份,例如悠游卡、GPS公车(如大台北公车,可查询公车位置与预估到站时间) 、由台北市交通局与捷安特合办的「台北市公共自行车租赁系统」─U bike(微笑单车)、ETC(高速公路电子收费)等。未来则将延伸到航空、海运等领域。

在智能工厂的应用部份,不外乎就是大量生产、最有效率的流程管理、快速分类、库存/仓储管理等等。他以洗衣工厂为例,目前已可做到每件送洗衣物就有一个小标签,透过RFID读取机,便可快速找到该衣物。此外像是植物工厂,透过智能LED照明,让植物的生长更加茁壮。

至于智能家庭部份,像是电子门锁(透过NFC手机的开门,并能将出入纪录下来)、DALI Lighting(智能LED照明控制,可透过手机来调光、调定时开关)、HMI/网络广播(居家自动化或中控音箱等)、智能电视等等。此外在厨房部份,也有咖啡机、面包机,以上产品就有运用MCU来做烹煮的时间调控。

他表示,包含POS机、AFC(自动收费)、存取、电子化政府、机顶盒等领域,皆已透过NFC技术,来应用在电脑、电子量测、工业/运输、白色家电、医疗/教育、游戏、车载电子、自动化/付费等科技产品上,让智能生活无所不在。

建构智能生活的必备核心—LPC MCU家族

NXP针对工控╱嵌入式应用所推出LPC系列的MCU (Micro Controller Unit, 微控制器),皆采用32位元ARM处理器架构来设计。依照产品等级,分成了LPC Go、LPC Connect、LPC Turbo、LPC Command等四大系列产品线。

入门款的LPC Go系列,脚位从8pin至64pin都有,快闪存储器从4KB?128KB,主要应用在传统简易需求的领域,以取代早期8位元MCU产品。具备超低耗电、成本最低、简单易用等特性,可协助工程师快速设计产品实时上市。LPC Go能应用在序列I/O、UART、I2C等领域。

中端款的LPC Connect系列,采24pin至208pin设计,快闪存储器从16KB?512KB,可应用在中端需求的领域,取代早期16位元MCU的产品。具备多种周边连接特性,从基本到进阶应用,包含高精度与类比需求等等。LPC Connect可应用在连接周边上,例如USB、CAN(Controller Area Network, 控制器区域网络)、Ethernet(以太网络)、LCD等等。

至于高端款的LPC Turbo系列,效能最高且具备多连接能力,采双至三核心设计,适合高端的周边产品,并支持显示功能。脚位包含80pin到256pin,快闪存储器从256KB?1MB以上,可应用在双埠高速USB + LCD + CAN + Ethernet + DSP指令等等。

简言之,LPC Go、LPC Connect能应用运用在电池供电、感应器、电源控制、人机界面等领域。而LPC Turbo(还有支持Linux的LPC Command)则可应用在高速通讯、马达控制、工业控制、各式连接、智能控制等领域。

入门首选的LPC Go系列

LPC Go系列涵盖了LPC800、LPC1100、LPC11E00、LPC11A00、LPC11D00、LPC1200等产品,采ARM Cortex-M0 & M0+核心,运作时脉从30MHz到50MHz都有,皆提供2x32-bit timers、2x16-bit timers、电源控制、时脉产生器、高速GPIO、WDT(看门狗计时器)、UART、I2C、SPI等功能。

以LPC800 Go为例,采Cortex-M0+核心,30MHz时脉,采DIP8、TSSOP16/20、SO20等小型封装设计,其超低的耗电量(每MHz小于100微安培),对于手持装置或需要低耗电的产品应用中,LPC800 Go是不错的选项。而LPC1100 Go则是50MHz的产品,采超小WLCSP20模块封装(2mm x 2mm),甚至可以塞入排线的连接头里面,做为主动式连接排线(Active cable)的应用。目前像是智能传感器、iPod周边、咖啡机,都有使用到LPC1100。

中端款、多功能的LPC Connect系列

LPC Connect系列涵盖LPC11U00、LPC11C00、LPC1300、LPC1700、LPC2100、LPC2300、LPC2400、LPC4000等产品,采ARM Cortex-M0/M3/M4,或ARM7/ARM7TDMI等核心,运作时脉从50MHz到120MHz都有,皆提供2x32-bit timers、2x16-bit timers、电源控制、时脉产生器、高速GPIO、WDT、Systick Timer、UART、I2C、SPI等功能。

以LPC1700/4000 Connect系列为例,采Cortex M3或M4核心,快闪存储器高达512kB,具备LCD输出(分辨率高达1024x768),可应用到自动贩卖机、智能电表、车载电子等产品的设计规划。

此外,他也以LED灯光控制的DALI通讯协定控制板为例,就可采用LPC1100(被控板)、LPC11U00(主控板),便可处理好每一颗LED灯的开闭与调光控制。而DMX512 (一种灯光控制协定,主要应用在建筑光雕、舞台灯等等),也可以采用LPC1114、LPC11U14等MCU来设计。

针对高端嵌入式应用产品的LPC Turbo系列

LPC Turbo系列涵盖LPC18x0(无Flash版)、LPC1800、LPC43x0(无Flash版)、LPC4300、LPC2900等产品,采ARM Cortex-M3、Cortex-M4/M0(双核)或ARM968E-S等核心,运作时脉从125MHz到204MHz都有,皆提供外接汇界面、高速USB/OTG、CAN、电源控制、时脉产生器、高速GPIO、WDT、Systick Timer、UART、I2C、SPI等功能。

以LPC1800/4300 Turbo系列为例,分别采Cortex M3(单核)或M4+M0(双核)设计,快闪存储器高达1MB,加上多种周边连接能力,可应用到POS(收银机)、手持装置、工控PLC(电力线通讯)装置、电梯内信息显示等产品上。

此外,他表示网络广播、MP3播放机等产品,可选择采用LPC4357JET256 MCU来设计;而市面上许多变形的Dock(底座)产品,其内建的双USB插槽(可Host主控端或Device装置端),亦可选择LPC1837JET100 MCU来设计。

完整软件工具支持 建构完善开发生态系统

除完整的硬件产品线,NXP也提供完整的软件开发工具、函式库,让工程师们可以加速开发各种多功能产品。其开放性的LPCOpen平台,在ARM CMSIS DSP函式库、emWin、SWIM、LWIP、LPCUSBlib、FreeRTOS等支持度上也非常丰富。在开发工具上,NXP提供了LPCXpresso IDE(整合开发环境),可编译出容量最高到256KB的韧体码,此外也支持业界常用的IDE(如Keil、IAR等等)。

最后,在除错工具部份,NXP提供了LPC-Link2标准除错卡,以协助工程师除错之用。在技术支持部份,NXP设立的LPCware.com网站,提供教学、软件与驱动程序包、Schematics(工程电路图)、工具、FAQ以及设计技巧讨论等信息,透过社群的互动,让工程师们在开发嵌入式产品时,能够互相交流、讨论,切磋产品设计功力,以加速各式智能生活产品的上市时程。


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