DIGITAL
LOW POWER MCU
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- ELETTRONICA OGGI 439 - SETTEMBRE 2014
Anche se le modalità di basso consumo Sleep, Deep Sle-
ep e Software Standby offerte dalla famiglia Renesas
RX100 sono molto utili per ridurre il consumo di corren-
te, i progettisti possono utilizzare anche altre tecniche
per migliorare ulteriormente l’efficienza del sistema. Per
esempio, possono utilizzare la funzione di selezione indi-
viduale della riduzione della frequenza di clock. Questa
possibilità può essere applicata al clock di sistema, al
clock delle periferiche, al clock del convertitore Analogi-
co Digitale (ADC) e al clock della FLASH.
Questa è un’importante opzione che consente di variare
il consumo di ogni singolo blocco del microcontrollore a
seconda delle prestazioni richieste. Ogni periferica pos-
siede inoltre un bit di Stop individuale che ne consente il
completo spegnimento. Questa caratteristica consente di
esercitare il controllo individuale di ogni singola periferi-
ca in modo da ridurre il consumo dinamicamente.
Progetto di un misuratore di flusso
Di seguito è riportato l’utilizzo di un microcontrollore a 32
bit a basso consumo, come quelli della famiglia Renesas
RX100, in una applicazione reale, in questo caso un mi-
suratore di flusso. Questa applicazione risulta molto utile
per esplorare e mostrare varie tecniche di progettazione
di sistemi Ultra Low Power.
Questa applicazione evidenzia sia le tecniche sia le opzio-
ni per ottenere il minore consumo e mostra come queste
possano essere “esaltate” dall’utilizzo delle principali ca-
ratteristiche dei microcontrollori della serie RX100. I dati
sulle prestazioni sono utilizzati per calcolare il consumo
medio di corrente richiesto dall’applicazione e per mo-
strare la risultante durata della batteria.
I moderni contatori di flusso sono il risultato di una no-
tevole evoluzione partita da semplici contatori meccanici
dove era richiesta una lettura manuale, fino ad arrivare
agli attuali contatori elettronici gestiti da un microcon-
trollore e con versioni provviste di connettività wireless.
I modelli più avanzati offrono una gestione flessibile e la
comunicazione dei dati, per consentire il controllo remoto
da parte della centrale operativa del fornitore dei servizi.
Queste funzioni avanzate devono essere implementate
anche se la funzione di metrologia deve rimanere co-
stantemente attiva. Il funzionamento a batteria è la norma
dato che la disponibilità di alimentazione di rete risulta
essere alquanto rara in questo tipo di prodotti. Per queste
applicazioni la richiesta è quella di consentire una vita
della batteria superiore ai 20 anni.
Le richieste di basso consumo di un misuratore di flusso
possono essere classificate in base alle funzioni richie-
ste da questo tipo di prodotto. Per la maggior parte del
tempo il microcontrollore lavora nella modalità di con-
sumo più bassa, le uniche periferiche attive sono il Real
Time Clock (RTC) e il Low Voltage Detector (LVD). Inoltre
è solitamente richiesta la possibilità di mantenere i dati
in RAM dove vengono memorizzati i risultati intermedi,
in modo da eliminare la necessità di memorizzare ogni
singola nuova informazione direttamente nella FLASH del
microcontrollore.
Il contatore si risveglia periodicamente ed esegue le mi-
sure relative al flusso. I parametri principali (utilizzati per
la fatturazione dei consumi) sono salvati nella memoria
non volatile così che non possano essere persi anche in
caso di mancanza dell’alimentazione. La comunicazione
con il sistema di controllo centrale viene eseguita attra-
verso delle interfacce seriali ogni volta che è necessario
fornire i dati di fatturazione oppure in caso di aggiorna-
menti. Un’altra importante procedura periodica è la ve-
rifica del livello di carica delle batterie, in modo da assi-
curare il corretto funzionamento del sistema. Di seguito
l’articolo entrerà nel dettaglio di un tipico progetto di un
misuratore di flusso, analizzando gli aspetti primari del-
le sue operazioni per ottenere una stima della vita del-
le batterie. Per questo esempio sono stati utilizzati i dati
ottenuti da un sistema basato su un dispositivo RX111
(Fig. 2). La memoria e le periferiche del microcontrollore
RX111 integrano la maggior parte delle funzioni richie-
ste da un misuratore di flusso. Le principali periferiche
utilizzate sono: il convertitore Analogico – Digitale (ADC)
che si occupa della misura in uscita dal sensore di flusso;
l’interfaccia seriale sincrona verso le periferiche esterne
(SPI) che consente il collegamento verso il controllore
centrale, che si occupa di raccogliere i dati provenienti
da più di un misuratore di flusso; un’altra interfaccia se-
riale sincrona che pilota il display a cristalli liquidi (LCD),
