Micro interfacce e motori video per applicazioni portatili

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Le connessioni USB sono diventate un punto di riferimento stabile per qualsivoglia apparecchio elettronico e a maggior ragione per quelli portatili perché consentono di avere in un’unica interfaccia a basso costo la versatilità di interconnessione che tempo fa richiedeva almeno una manciata di interfacce insieme alle loro problematiche di implementazione circuitale, consumi di potenza e occupazione di spazio sulle schede.

Le porte USB semplificano la progettazione dei sistemi compatti in tutti i settori applicativi e a maggior ragione dei prodotti portatili, palmari e mobili migliorandone nel contempo la competitività sul mercato. D’altro canto, in molti casi occorre anche realizzare dei bridge, o ponti, capaci di consentire alle connessioni USB di interoperare con gli altri tipi di interfacce tutt’oggi diffusissime come RS232, Uart, FIFO, I2C, SPI, PWM e GPIO.

Figura di apertura – Le soluzioni FTDI semplificano il progetto dei circuiti e la messa a punto delle interfacce in tutte le moderne applicazioni portatili e palmari

FTDI è specializzata nel realizzare soluzioni che consentono d’implementare le porte USB insieme alle altre interfacce rapidamente ed efficacemente garantendo l’affidabilità delle prestazioni, i bassi consumi e un costo contenuto. Sono numerosi i chip che FTDI propone per agevolare i progettisti nel realizzare moduli d’interfaccia basati sui bus seriali USB capaci d’interoperare insieme ad altri tipi d’interfacce e di recente ne sono stati introdotti due nuovi. Inoltre, la società propone anche un nuovo chip basato sull’innovativa tecnologia proprietaria EVE concepita per realizzare interfacce uomo/macchina per applicazioni portatili e palmari.

Fig. 1 – FTDI produce piccoli microcontrollori “USB Made Easy” che agevolano l’interoperabilità fra i bus USB e le altre interfacce tipicamente presenti nei sistemi embedded

USB semplice e versatile

Specificatamente per la categoria “USB Made Easy” FTDI ha recentemente rilasciato i due microcontrollori FT90X e FT51A pensati per semplificare l’integrazione delle porte USB nei sistemi di piccole dimensioni. Questi chip sono definiti come soluzioni bridge avanzate e caratterizzate da un’ampia versatilità d’implementazione.

La serie FT90X ha un’architettura RISC a 32 bit che può funzionare senza tempi di attesa, o Zero Wait States (0WS), fino a 100 MHz offrendo prestazioni valutate in 310 DMIPS (Dhrystone Million Instruction Per Second) ovvero 3,1 DMIPS/MHz. A bordo ha anche 256 kByte di memoria istruzioni e 64 kByte di memoria dati, un PLL, un temporizzatore RTC da 32,768 kHz, un regolatore di tensione da 1,2V e un circuito di power-on-reset.

È proposto in una quindicina di modelli nei package Qfn a 100 o 76 pin oppure Lqfp a 100 o 80 pin, tutti alimentabili a 3,3V con dotazioni differenti a seconda dell’applicazione cui sono destinati. A bordo, infatti, trovano posto in diverse configurazioni una memoria Flash da 256 kByte, un controller USB 2.0 da 480 Mbps, un MAC 10/100 Ethernet, due controller CAN 2.0, un’interfaccia master/slave I2S da 24,57/22,57 MHz, un’interfaccia Uart configurabile come singola Full Uart oppure doppia Basic Uart, due I2C con velocità fino a 3,4 Mbps e otto canali PWM indipendenti.

Fig. 2 – Schema a blocchi dei microcontrollori FT90X con architettura RISC 0WS a 32 bit proposti in numerose versioni contemporaneamente a un modello FT51A con core 8051 a 8 bit più mirato alle applicazioni a basso costo

In tutti i modelli ci sono sette canali per l’acquisizione dei segnali analogici direttamente collegati ad altrettanti ADC con risoluzione di 10 bit e due DAC ugualmente da 10 bit. Essendo compatibile con i compilatori standard GCC e con gli ambienti di sviluppo IDE Eclipse, questo chip può essere programmato con un’ampia varietà di software sia open-source sia di fornitori terzi.

Il modello FT51A ha un’architettura 8051-compatibile a 8 bit con clock di 48 MHz capace di una potenza di calcolo di 48 MIPS senza tempi di attesa, Zero Wait States (0WS), e integra a bordo 16 kByte di memoria istruzioni e 8 kByte di memoria dati, oltre a un regolatore a basso dropout LDO 3,3V/1,8V. Nella dotazione troviamo i controller per le interfacce USB 2.0, Uart, I2C e SPI, un PWM e uno stadio ADC/DAC a sedici canali che ne semplifica l’uso nelle applicazioni di acquisizione segnali tramite USB.

I package sono Wqfn a 48 o 32 pin, Lqfp a 44 pin e Ssop a 28 pin che misurano 6×6 mm, 7×7 mm o 10×10 mm e si possono alimentare a 5V. Questo chip viene proposto insieme all’Evaluation Module (EVM) pre-impostato per realizzare rapidamente un sistema di acquisizione DAQ completo e adattabile alle applicazioni.

Fig. 3 – La serie FT81X implementa la tecnologia proprietaria Embedded Video Engine che consente di realizzare Human Machine Interface con elevate prestazioni grafiche a costi contenuti

Motori video alla portata di tutti

Un concetto interamente sviluppato nei laboratori scozzesi di FTDI è la tecnologia Embedded Video Engine, EVE, che consente di amalgamare i motori di visualizzazione su display ad alta definizione, i codec audio e le tecnologie di touch-screen in un’unica piattaforma di risorse con cui realizzare Human Machine Interface, HMI, a elevate prestazioni adattabili a tutti i prodotti compatti dove massimizzano il rapporto fra la pregevole qualità percepita dall’utente e il costo competitivo a cui viene rilasciata.

Nella famiglia FT-X che già comprende i modelli FT800 e FT801 della serie FT80X è stata da poco affiancata la nuova serie FT81X composta dai modelli FT810/1/2/3 che ora offrono significativi miglioramenti nella definizione delle immagini che sale da 512×512 pixel a 800×600 pixel nonché nella velocità di elaborazione e nella dotazione di memoria che passa da 256 kByte a 1 MByte. In effetti, è la risoluzione a livello di bitmap che è stata potenziata dai 18 bit precedenti agli attuali 24 bit e ciò consente prestazioni nettamente superiori con una gestione dei colori che avviene a 16/32 bit.

La maggior velocità consente, inoltre, di visualizzare le immagini in tempi fino a mille volte inferiori grazie alla possibilità di caricare a ogni colpo di clock ben sedici pixel invece dei precedenti quattro. Ciò consente d’implementare facilmente e a basso costo funzioni come la rotazione immediata di 90° dell’immagine e la copia di parti ritagliate (“snapshot”, o istantanee) per l’uso nei programmi applicativi. Il primo modello FT810 ha un’interfaccia RGB da 18 bit per touchscreen resistivi, mentre nel secondo FT811 è sempre da 18 bit ma per touchscreen capacitivi.

Ugualmente nel terzo FT812 c’è un’interfaccia RGB per touchscreen resistivi e nel quarto FT813 è per touchscreen capacitivi ma in questi due chip la risoluzione è di 24 bit. Il package dei primi due è Vqfn a 48 pin mentre negli altri due è Vqfn a 56 pin con a bordo di tutti quattro seriali SPI ad alta velocità che supportano la tensione da 1,8 a 3,3V sugli I/O. Con questi chip si possono realizzare interfacce HMI per il comando di tutti gli apparecchi consumer e professionali dai PoS agli strumenti medicali palmari, dagli smartphone alle Home Appliance.

Lucio Pellizzari

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