Aplicaţiile industriale: Puterea de procesare a nucleelor SH-2 şi SH-2A pusă în

23 MARTIE 2009

Un control avansat în timp real este necesar pentru acţionări servo AC, invertoare de uz general şi alte aplicaţii industriale unde sunt solicitate viteză ridicată, precizie înaltă şi acţionări fără vibraţii. Cerinţele dificile ale acestor aplicaţii de control al motoarelor pot fi satisfăcute numai cu MCU de înaltă performanţă. Soluţia cea mai convenabilă ca preţ este familia de 32-biţi SuperH din gama de vârf a produselor Renesas. SH7211, spre exemplu, foloseşte un nucleu SH-2A şi are până la 512Kbytes de memorie flash on-chip.

Acţionările servo AC precum şi invertoarele de uz general sunt folosite pentru a pune în mişcare motoare AC trifazate puternice destinate aplicaţiilor industriale

Sistemele industriale ca de exemplu echipamentele de fabricaţie a dispozitivelor semiconductoare, centre de prelucrare de mare viteză sau roboţi industriali cu motoare AC trifazice puternice şi rapide au nevoie de un control rapid, precis şi care să nu genereze vibraţii. Aceste cerinţe pot fi îndeplinite de dispozitive precum acţionările servo AC sau invertoarele de uz general. Ultimile acţionări servo AC au atins un înalt nivel de precizie la o viteză mărită, în timp ce dimensiunile şi costul au scăzut considerabil. Funcţiile de comunicaţie pentru sisteme interconectate au devenit şi ele mai rapide şi mai sofisticate. Implementarea unui sistem de control care poate face faţă performanţelor motoarelor trifazice AC necesită nu numai un nivel ridicat de performanţă din partea CPU cât şi alte îmbunătăţiri inclusiv o mai bună modulaţie în frecvenţă a impulsurilor şi o interfaţă rapidă de memorie.
Proiectele de top pentru controlul motoarelor AC trifazice în aplicaţii industriale necesită un MCU care operează în gama 100 – 200MHz sau mai sus cu performanţe care depăşesc în anumite cazuri performanţa DSPurilor. Chiar şi proiectele de nivel mediu sau mai scăzut necesită MCU care lucrează la frecvenţe de 50 – 80MHz sau chiar mai mari. Intrările mai rapide de clock asigură o mai bună rezoluţie pentru timeri şi îmbunătăţeşte acurateţea PWM. Printre alte cerinţe ale caracteristicilor MCU se numără adesea suport USB intern şi un port de cuplare pentru ASIC extern de 16/32-biţi. MCU care oferă suport USB integrat fac mai uşoară proiectarea şi mentenanţa sistemului prin conectarea la un PC.
La fel ca şi acţionările servo AC, invertoarele de uz general ating viteze din ce în ce mai mari în timp ce dimensiunile scad. De altfel, trendul de promovare a produselor low-cost din China şi alte ţări asiatice aduce controlul costurilor la un nivel critic pentru a rămâne competitive. Invertoarele necesită performanţe şi viteze ridicate din partea MCU. Echipamentele high-end solicită viteze de 100MHz sau mai mult, echipamentele de nivel mediu necesită între 60 şi 80MHz, iar acţionările low-end AC servo au nevoie de 30 – 50MHz. Alte cerinţe includ convertoare A/D rapide şi precise şi suport USB intern. Pentru aplicaţiile top-end AC servo control MCU trebuie sa fie dotat cu o magistrală de 16 biţi pentru extinderea la un ASIC extern.

Caracteristici principale ale SH7211
Capsulă: LQFP2020-144 (0.5mm pitch)
Nucleu CPU: SH-2A
Frecvenţă maximă de lucru: 160MHz
Tensiune de alimentare: 1.5V±0.1V (CPU) / 3.3V±0.3V (I/O) / 5.0V±0.5V (A/D)
Memorie internă: 512KB-1MB flash memory, 32-64KB RAM
BSC: Bus 8/16-biţi
Suportă o gamă de interfeţe de memorie inclusiv SDRAM, SRAM, burst ROM, şi I/O multiplexate
Moduri de lucru pentru consum redus: Sleep, standby, module standby
Funcţii periferice: MTU2 (16-biţi x 6ch) / MTU2S (16-biţi x 3ch) [versiunea MTU2 fără canalele 3 şi 4] / CMT (16-biţi x 2ch) / DMAC (8ch)
Convertor A/D (12-biţi x 8ch)
Convertor D/A (8-biţi x 2ch)
SCI (4ch) cu FIFO
I2C-Bus (1ch)
Soluţia Renesas de control al motoarelor prin acţionări servo AC, invertoare de uz general şi aplicaţii similare este familia de 32 biţi SuperH, proiectată pentru uzul în sisteme integrate. Modelele principale au nucleu SH-2 sau SH-2A CPU după cum se poate vedea şi în figură. Nucleul CPU SH-2 are o arhitectură Harvard operează între 20 şi 100MHz. Cel mai puternic nucleu CPU SH-2A are o configuraţie superscalară bazată pe nucleul CPU SH-2 şi lucrează la viteze până la 200MHz. Foloseşte accesul paralel la memoria flash pentru a dezvolta un înalt nivel de performanţă în procesare: 480 MIPS când rulează la 200MHz.

Avantajele familiei SH-2A
– Arhitectură superscalară: execuţia simultană a 2 instrucţiuni
– Arhitectura Harvard cu magistrale separate pentru instrucţiuni şi date fac posibilă execuţia instrucţiunii şi accesul la date
– Două fluxuri cu 5-stadii
– 15 bancuri de regiştri
– FloatingPointUnit ( SH7201, SH7203 şi SH7671)
– Table Base Register şi instrucţiuni pe 32 biţi
– Superpreţ: între 5-10EURO la 5000 buc. în funcţie de diferitele periferii conţinute

Gama de vârf soluţiilor SuperH pentru cele mai solicitate aplicaţii industriale de control al motoarelor este recent anunţatul SH2A-Dual. Acest single-chip, MCU multi-core de 32-biţi foloseşte două nuclee SH-2A pentru a atinge o performanţă impresionantă: 960MIPS. Fiecare nucleu conţine CPU, FPU, instruction cache, data cache, şi user RAM (URAM). Acestea validează execuţia proceselor în fiecare nucleu cu acces minim la resursele de memorie externă pentru maxim de eficienţă.
Tehnologia avansată Renesas înglobată în aceste dispozitive vor duce aplicaţiile de control al motoarelor la rezultate fără precedent.
Momentan, cel mai cunoscut dispozitiv din familia SH-2A pentru aplicaţii industriale de control al motoarelor este SH7211, primul MCU cu nucleu SH-2A care oferă memorie flash on-chip. Operează la 160MHz şi realizează 320 MIPS folosind 512Kbytes de memorie internă flash memory şi 32Kbytes de RAM intern. Funcţiunile periferice integrate includ un PWM pe 16-biţi (MTU2 sau MTU2S), un convertor A/D pe 12 biţi şi un convertor pe 8-biţi.
Pentru aplicaţiile industriale de nivel mediu, alegerea optimă sunt dispozitivele din seria SH7080. Acestea folosesc nucleul SH-2, pot accesa până la 512Kbytes de memorie flash internă de mare viteză la un singur ciclu de ceas la o frecvenţă maximă de lucru de 80MHz, putând atinge la 104 MIPS la această viteză.
Soluţiile de control al motoarelor electrice cu nuclee CPU SH-2 includ şi MCU din grupa SH7147, care încorporează o interfaţă CAN internă (Controller Area Network) şi au o frecvenţă maximă de operare de 64 sau 80MHz. Oferă până la 256K bytes de memorie flash cu acces single-cycle şi un timer PWM tip MTU2 sau MTU2S de 16-biţi. Interfeţele analogice de intrare includ un convertor A/D de 16 canale cu rezoluţia de 12 biţi împreună cu şase circuite sample-and-hold.
Pentru aplicaţii mai puţin pretenţioase, dispozitivele din seria economică SH7125 – primul membru al liniei de produse SH/Tiny – au un SH-2 CPU care rulează viteze de până la 50MHz şi încorporează funcţiuni special proiectate pentru control al motoarelor. Caracteristicile lor includ 128Kbytes sau 64Kbytes de memorie flash, timer PWM tip MTU2 16-biţi şi un convertor A/D pe 10 biţi. O versiune cu număr redus de pini, are o capsulă LQFP cu 48-pini cu latura de 10 mm.
Privind în viitor, soluţiile pe care Renesas urmează să le lanseze în domeniul aplicaţiilor industriale de control al motoarelor au în vedere un MCU single-chip care combină nucleul SH2A-Dual cu memorie internă flash.

Dr.ing. Alexandru Bălănescu
abal@msc-ge.com
Mobil +40 (723) 569406

MSC-Mibatron s.r.l.
O firmă a grupului MSC Vertriebs GmbH
Tel +40 (21) 2302521
Tel./Fax +40 (21) 2302530
bucuresti@msc-ge.com
www.msc-ge.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre