NE_4_2011.pdf

СОДЕРЖАНИЕ

№4 (96), 2011 г.

БРЕНД НОМЕРА: TEXAS INSTRUMENTS

Информационно-технический

журнал

Texas Instruments – каждую неделю что-то новое!

Александр Григорьев ........................................................................................................3

Учредитель – ООО «КОмпэл»

Датчик движения на MSP430G2131 – средство экономии электроэнергии

в освещении

Алексей Пантелейчук ........................................................................................................4

Издается с 2005 г.

MSP430 Value Line – 16 бит по цене 8 бит

Роман Иванов ....................................................................................................................7

Свидетельство о регистрации:

пИ № ФС77-43993

Беспроводные приложения: план действий, компоненты Texas Instruments –

и вперед!

Александр Калачев ..........................................................................................................12

Редактор:

Геннадий Каневский

vesti@compel.ru

Выпускающий редактор:

Анна Заславская

Беспроводное управление LED-освещением? – простое решение на CC1110

и CC2510

Михаил Чигарев ............................................................................................................20

Редакционная коллегия:

Андрей Агеноров

Евгений Звонарев

Сергей Кривандин

Александр маргелов

Николай паничкин

Борис Рудяк

Илья Фурман

Гальваническая развязка – новые рецепты от Texas Instruments

Сергей Игнатов ........................................................................................................25

SWIFT – управляем питанием по-новому

Михаил Чигарев ......................................................................................................29

Дизайн, графика, верстка:

Елена Георгадзе

Евгений Торочков

Распространение:

Анна Заславская

Электронная подписка:

www.compeljournal.ru

Отпечатано:

«Гран при»

г. Рыбинск

ВСЕ О СЧЕТЧИКАХ – В НОМЕРЕ 5:

Специализированные микроконтроллеры для счетчиков;

Элементная база;

Практические решения;

Организация беспроводного обмена данными в сети счетчиков;

и другие материалы.

Тираж – 1500 экз.

Подписано в печать:

28 апреля 2011 г.

Если вы хотите предложить интересную тему для статьи в следующий номер журнала –

пишите на адрес vesti@compel.ru c пометкой «Тема в номер» или в рубрику «Я – автор»

раздела «Разработчикам» сайта www.compel.ru.

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 4, 2011

ОТ РЕДАКТОРА

Уважаемые

читатели!

Вряд ли среди вас есть тот,

кто не помнит с детства англий-

скую детскую песенку в перево-

де маршака про дом, который

построил Джек. И все помнят

цепочку событий, началом кото-

рой послужила постройка этого

самого дома.

На здании исследователь-

ского центра компании Texas

Instruments, носящего имя Дже-

ка Килби (фото здания – на об-

ложке этого номера), висит бан-

нер со словами “The Chip that

Jack Built Changed the World”

(«микросхема, которую по-

строил Джек, изменила мир»).

Отсылка к известной песенке

налицо. В 1958 году инженер-

исследователь Texas Instruments

Джек Килби представил руковод-

ству компании первый образец

интегральной микросхемы. Сна-

чала идея монолитного полупро-

водника активно критиковалась,

но ситуация быстро изменилась

благодаря двум приоритетным

военным программам 1960-х го-

дов – подготовке полета корабля

«Аполлон» на луну и разработ-

ке ракеты «минитмен». (Сыгра-

ла свою роль давняя связь Texas

Instruments с американским обо-

ронным ведомством – во время

войны компания, которая тогда

занималась сейсмографией и ра-

диофизикой, была крупным раз-

работчиком радаров для авиации

и флота). Но в то время Джек

Килби, скорее всего, и сам не

предполагал, какими быстрыми

темпами начнет развиваться его

изобретение. И одним из глав-

ных инноваторов в области полу-

проводников стала именно ком-

пания TI, предоставившая свою

исследовательскую базу для изо-

бретения Килби.

В 1974 году Texas Instruments

представила первый в мире од-

нокристальный микрокомпьютер

TMS1000.

В 1982 году – первый одно-

кристальный цифровой сигналь-

ный процессор TMS320.

В 1991 году – первый оптрон

с использованием кремния и ар-

сенида галлия.

В 1999 году – самый мало-

потребляющий 16-разрядный

RISC-контроллер MSP430.

А в 2000 году изобретатель

микросхемы Джек Килби был

удостоен Нобелевской премии

по физике. И хоть к этому вре-

мени он уже не работал в компа-

нии Texas Instruments (оставаясь

почетным консультантом ее Со-

вета директоров), в своей нобе-

левской речи он отдал должное

компании, которая единственная

из всех в 1958 году предоставила

ему свободу для исследований

на условиях полной занятости.

Не забыл он упомянуть и своего

тогдашнего начальника Уиллиса

Адкока, первым оценившего пер-

спективы изобретения и способ-

ствовавшего его продвижению.

Компания Texas Instruments

остается крупнейшей иннова-

ционной компанией в полу-

проводниковой отрасли. этот

номер журнала целиком посвя-

щен новинкам TI и их практи-

ческому применению. Обзор

основных новинок вы найдете

в статье Александра Григорье-

ва. А бизнес-команда КОмпэл

по продукции TI готова ответить

на любые ваши вопросы. (Ком-

пания КОмпэл – официаль-

ный дистрибьютор продукции

Texas Instruments с 2001 года).

призываем вас также следить

за рекламой встреч и семина-

ров, организуемых TI совместно

с КОмпэл – Texas Instruments

славится интересными инженер-

ными мероприятиями и Road

Show.

С уважением,

Геннадий Каневский

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 4, 2011

КОМПАНИЯ

Александр Григорьев (КОМПЭЛ)

Texas InsTrumenTs –

каждую неделю что-то новое!

Со времени выпуска первого в мире промышленного образца микросхемы

компания Texas Instruments имеет стабильную репутацию крупнейшего ин-

новатора в полупроводниковой отрасли. Новинки 2010 и 2011 годов под-

тверждают этот статус.

шинами питания 12, 24 и 48 В. Бук-

вально накануне выхода этого номера

появился новый линейный регулятор

с входным напряжением до 100 В –

TPS7A4001.

Традиционно сильной стороной яв-

ляются решения для аналоговых сиг-

нальных цепей. Причем даже в популяр-

ной и устойчивой группе операционных

усилителей появляются новинки, на-

пример, сверхмалошумящий OPA2209.

Постоянно развивается направление

сигма-дельта АЦП. Из новинок наибо-

лее запрашиваемые позиции – ADS1115

для мостовых датчиков температуры,

ADS1248 и ADS1278 для систем много-

канального мониторинга.

Отдельно следует отметить интер-

фейсы. В линейке TI представлены ре-

шения для реализации всех популярных

промышленных интерфейсов: RS-485,

RS-232, CAN, Ethernet и др. Развива-

ется направления цифровых изоляторов

интерфейсов, появились первые микро-

схемы гальванической развязки интер-

фейсов с изоляцией 5 кВ – ISO7520 и

ISO7521.

TI не перестает совершенствовать

свое семейство процессов DaVinci

для систем видеонаблюдения, в

этом году вышла очередная новинка

TMS320DM8168.

Для пожарно-охранных систем, раз-

личного рода датчиков весьма кстати

придется бюджетное семейство микро-

контроллеров MSP430G2xx.

Одними из самых массовых устройств

в навигационной тематике, безусловно,

являются различные трекеры. Посколь-

ку это устройства с батарейным питани-

ем, то малопотребляющие решения TI и

решения для управления питанием как

нельзя кстати придутся и здесь.

Все перечисленное выше будет раз-

виваться, в том числе, и с примене-

нием беспроводных технологий, и

гарантия этого – беспроводные транс-

иверы и системы-на-кристалле от Texas

Instruments.

Вывод прост – если ваша разработка

претендует на то, чтобы быть действи-

тельно инновационной, вам следует об-

ратить самое пристальное внимание на

продукцию Texas Instruments.

2010 года в то, что рынок

микроэлектроники сможет

восстановиться достаточ-

но быстро. Мировой финансовый кри-

зис 2009 года, и, в частности, кризис в

электронной индустрии вынуждали нас

быть сдержанными в прогнозах. И толь-

ко компания Texas Instruments смотрела

вперед с оптимизмом. 2009 год компа-

ния закончила с прибылью. Были сдела-

ны стратегические инвестиции в области

микроконтроллеров и МОSFET – при-

обретение компаний Luminary Micro и

CICLON Semiconductor Device. Пер-

вые результаты 2010 года уже показа-

ли правильность этого подхода. В част-

ности, именно в микроконтроллерах и

MOSFET был зафиксирован значитель-

ный рост.

Для бизнес-команды TI в КОМПЭЛ

2010 год стал самым успешным и самым

трудным одновременно. Особый прио-

ритет был отдан микроконтроллерам.

Была значительно расширена продукто-

вая линейка. Улучшилась доступность

бесплатных образцов и отладочных на-

боров. В пяти российских городах были

проведены уже знаменитые Road Show

«От аналога к цифре с TI», позволив-

шие нам лучше понять потребности раз-

работчиков.

Не забывали мы и об аналоговой

продукции, и начало 2011 года при-

несло новости именно из этой области.

В конце марта Texas Instruments объя-

вил о приобретении компании National

Semiconductor. И несмотря на то, что

на юридическое оформление сделки по-

надобится еще значительное время, со-

мневаться в правильности этого шага не

приходиться. Теперь мало кто сможет

сравниться с TI в аналоговой продук-

ции и Power Management. Линейка про-

дукции TI настолько широка, что на ее

основе можно полностью создать прак-

тически любое устройство.

2011 год группа КОМПЭЛ по про-

дукции Texas Instruments объявляет

годом инноваций. Мы ожидаем в этом

году появление еще большего коли-

чества устройств, ориентированных

на российский рынок, таких, как ми-

кроконтроллеры MSP430G2xx. Они

станут хорошей альтернативой столь

популярным в России дешевым 8-бит-

ным контроллерам, так как сравнимы

с ними по цене, но при этом имеют

16-битную производительность. Так-

же мы возлагаем большие надежды

на скорый выход семейства микрокон-

троллеров MSP430F51xx с выводами,

толерантными 5 В, что весьма востре-

бовано российскими разработчиками.

Прошедший 2010 год ознаменовался

ростом направления полупроводниковой

светотехники. Настало время увеличе-

ния эффективности и интеллектуально-

го управления освещением. О том, как с

помощью компонентов TI организовать

беспроводное управление светодиодным

светильником, и об экономии электроэ-

нергии при освещении с помощью дат-

чика присутствия читайте в материалах

этого номера.

TI традиционно имеет сильные пози-

ции в изделиях для учета ресурсов, та-

ких как счетчики электроэнергии, газа,

воды и тепла. Во многом это обеспечено

самыми малопотребляющими микрокон-

троллерами MSP430, а также аналого-

вой продукцией с микропотреблением.

На момент выхода журнала появилось

новое решение для счетчиков элек-

троэнергии – MSP430AFE2xx, новый

микроконтроллер с 24-битным АЦП,

способный вытеснить традиционные

аналоговые фронт-энды.

Для систем промышленной автома-

тики мы предлагаем уникальные реше-

ния управления питанием, такие, как

семейство DC/DC-преобразователей

TPS54x60 с входным напряжением до

60 В, что позволяет использовать их с

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 4, 2011

М ало кто верил в начале

ОБЗОРЫ

Алексей Пантелейчук (Texas Instruments)

Датчик Движения на MSP430G2131 –

среДство экономии электроэнергии

в освещении

«Кнопки коснется рукой – сам зажигается свет,» – фантазировали участ-

ники петербургского «Цеха поэтов» в 20-е годы прошлого века в коллективной

пародии на античные переводы. Технический прогресс и требования экономии

электроэнергии привели к распространению датчиков движения – отныне,

чтобы свет зажигался, достаточно было войти в комнату. В статье рас-

сматриваются принципы построения датчика движения/присутствия с

использованием микроконтроллеров семейства MSP430G2xx компании

Texas Instruments. Такой датчик отличается низкой ценой и энергопотре-

блением, в результате чего может быть использован в системах освеще-

ния и безопасности вместо решений на базе дискретных компонентов. При

этом увеличивается функциональность и интеллектуальность системы.

призывами погасить свет при выходе из

помещения. Опять же, мы часто можем

увидеть горящий свет в пустом помеще-

нии с такими предупреждениями. Как

быть? Идеальным решением было бы

использование таких интеллектуальных

систем освещения, которые были бы по-

строены на энергоэффективных компо-

нентах, регулировали бы свою яркость

в зависимости от внешней освещенно-

сти, включались бы только при необхо-

димости и при всем этом имели бы низ-

кую стоимость. С развитием технологий

производства светодиодов, увеличени-

ем объемов их производства, а также за

счет интеграции микроконтроллеров в

системы освещения, все это становится

реальным.

В статье мы рассмотрим пример по-

строения датчика движения/присут-

ствия для систем освещения с исполь-

зованием микроконтроллеров семейства

тенденции сокращения энерго-

потребления во многих сферах

жизнедеятельности. Вопросы

экономии энергии все чаще поднимают-

ся на уровне правительства и нередко

решаются путем наложения санкций на

энергозатратные устройства и приняти-

ем законов, обязывающих использовать

системы учета энергии ресурсов. Таким

образом, при выборе элементной базы

для разрабатываемого устройства энер-

гоэкономичность все чаще становится

определяющим фактором. Все это как

нельзя лучше проявляется в системах

освещения.

Снизить затраты на освещение мож-

но различными способами. Первое, что

как раз сейчас у всех на слуху – пере-

ход на летнее/зимнее время. К момен-

ту выхода этой статьи в России стрелки

часов в последний раз будут переведены

на час вперед. Об эффективности таких

переходов с точки зрения энергопотре-

бления и здоровья населения в этой ста-

тье мы распространяться не будем. Вто-

рой способ – переход на светодиодное

освещение. То, что светодиоды значи-

тельно экономичнее по энергопотребле-

нию и безопаснее для окружающей сре-

ды, ни для кого не секрет. Но массовый

переход пока сдерживает фактор стои-

мости, несмотря на то, что вложения в

конечном итоге себя оправдают. Сни-

жать затраты на освещение можно так-

же административно. Например, выкру-

тив в офисе каждую вторую лампочку.

Некоторое время назад автор сам побы-

вал в такой ситуации. Несмотря на то,

что такой подход позволяет очень бы-

стро и без особых усилий снизить затра-

ты вдвое, актуальным становится вопрос

здоровья и лояльности сотрудников.

Третий способ – воспитание культур-

ных качеств человека за счет расклеива-

ния рядом с выключателями бумажек с

Рис. 1. Принцип действия пироэлектрического датчика

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 4, 2011

В настоящее время мы наблюдаем

ОБЗОРЫ

Таблица 1. варианты микроконтроллеров MSP430 для датчика движения

Микроконтроллер

Flash

АЦП

Цена на сайте

габаритные размеры устройства. Одна-

ко, с точки зрения цены, для рассматри-

ваемого приложения выгоднее использо-

вать микроконтроллеры MSP430G2xx в

паре с операционным усилителем. В та-

блице 1 приведены варианты микрокон-

троллеров MSP430 для использования в

датчике движения/присутствия.

Пироэлектрические датчики могут

содержать сразу две чувствительные об-

ласти, причем при воздействии на одну

из областей напряжение на выходе дат-

чика увеличивается, а при воздействии

на вторую – уменьшается (рисунок 1).

Применение сдвоенного пироэлектри-

ческого датчика предоставляет возмож-

ность не только детектировать появле-

ние объекта инфракрасного излучения,

но также и определять направление его

движения. Кроме этого, при воздей-

ствии на обе области одновременно,

выходной сигнал пироэлектрического

датчика не меняется, то есть снижает-

ся вероятность ложных срабатываний

(появление солнца из-за туч, изменение

температуры в помещении). В свою оче-

редь, применение датчика с одной чув-

ствительной зоной позволяет по измене-

нию среднего уровня выходного сигнала

косвенно определить уровень освещен-

ности в помещении, избавившись, таким

образом, от дополнительного фотодиода

или фоторезистора в приложении.

В этой статье в качестве примера

мы рассмотрим применение сдвоенного

пироэлектрического датчика, хотя схе-

ма может быть легко адаптирована под

другой тип. Принципиальная схема под-

ключения показана на рисунке 2. Выход-

ной сигнал пироэлектрического датчика

усиливается с помощью двух каскадов

операционных усилителей. Для умень-

шения стоимости и занимаемого места

на плате лучше использовать сдвоенный

усилитель, например, LM358, LM2904

или OPA2348 (таблица 2). При этом,

если необходимо оптимизировать ре-

шение по цене, и энергопотребление не

критично, преимущество имеют LM358

и LM2904. Но если датчик движения

имеет батарейное питание, следует об-

ратить внимание на OPA2348.

Пироэлектрический датчик долго

стабилизируется (типичное значение –

около 5 с), поэтому он остается вклю-

ченным все время, в то время как на

операционные усилители питание может

быть подано (с вывода микроконтрол-

лера) непосредственно перед запуском

АЦП микроконтроллера.

Блок-схема алгоритма работы микро-

контроллера в датчике движения при-

ведена на рисунке 3. Микроконтрол-

лер большую часть времени находится

в режиме сниженного энергопотребле-

ния LPM3, время от времени «просы-

паясь» для осуществления аналогово-

цифрового преобразования выходного

сигнала пироэлектрического датчика,

MSP430F2003

1 кбайт

16 бит

от $1,50

MSP430G2131

1 кбайт

10 бит

от $0,70

MSP430G2001

0,5 кбайт

компаратор

от $0,45

Таблица 2. варианты операционных усилителей для пироэлектрического датчика движения

ОУ

Число каналов

Iq для одного

канала, мкА

Напряжение

питания, В

Цена на 1 тыс.

штук, USD

LM358

600

от 3 до 32

от 0,13

LM2904

600

от 3 до 26

от 0,13

OPA2348

от 2,1 до 5,5

от 0,60

MSP430G2xx. О самом семействе

MSP430G2xx, отличительных особен-

ностях его представителей, уникально-

сти средств разработки можно узнать

из других статей этого номера. Здесь

же следует отметить, что за счет очень

низкой цены, но при этом – высокой

функциональности и экономичности,

эти микроконтроллеры позволяют за-

менить решения на основе дискретных

компонентов, что интересно не толь-

ко для систем освещения, но и других

приложении с использованием датчиков

движения, например, для систем безо-

пасности.

Датчик движения/присутствия мо-

жет строиться на различных принци-

пах. Самое простое – определять при-

сутствие человека (либо другого живого

существа) по звуку. Для этого использу-

ется микрофон, выходной сигнал кото-

рого сравнивается с заданным уровнем,

при превышении которого принимается

решение о наличии человека в помеще-

нии. На этом принципе работает боль-

шинство датчиков присутствия систем

освещения ЖКХ, которые мы уже часто

можем увидеть на лестничных площад-

ках новых домов. За счет того, что звук,

переотражаясь от стен, легко достигает

датчика, такие решения не критичны к

месту установки и их монтаж не требу-

ет высокой квалификации персонала.

Но для офисных светильников, а также

для коридоров гостиниц, где пол обит

ковролином, «звуковой» датчик присут-

ствия – не самый лучший выбор. Чтобы

не вынуждать присутствующих в этом

случае специально шуметь перед лам-

пой, дабы она включилась, для таких

систем освещения целесообразно ис-

пользовать датчик движения, основан-

ный на другом принципе – пироэлек-

трическом.

Датчик движения/присутствия, осно-

ванный на пироэлектрическом принципе,

отслеживает уровень инфракрасного из-

лучения в поле зрения датчика. Сигнал

на выходе пироэлектрического датчика

зависит от уровня ИК-излучения. При

появлении человека или другого объек-

та с температурой большей, чем темпе-

ратура фона, на выходе пироэлектриче-

ского датчика повышается напряжение.

Для того чтобы определить, движется

ли объект, в датчике используется линза

Френеля, фокусирующая ИК-излучение

на область чувствительности. При пере-

мещении объекта, инфракрасное излу-

чение от него улавливается и фокуси-

руется разными сегментами линзы, что

формирует несколько последовательных

импульсов на выходе пироэлектрическо-

го датчика. Выходной сигнал пироэлек-

трического датчика имеет уровень не-

скольких милливольт, следовательно,

для его последующей обработки потре-

буется микроконтроллер с АЦП высокой

точности, либо использование предва-

рительного каскада усиления. Микро-

контроллер MSP430F2013, применение

которого в датчике движения подробно

описывается в документе SLAA273A (до-

ступен на сайте Texas Instruments), име-

ет встроенный 16-битный сигма-дельта

АЦП, что позволяет подключать пироэ-

лектрический датчик непосредственно к

микроконтроллеру, уменьшив тем самым

Рис. 2. Принципиальная схема датчика движения

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 4, 2011

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: