Microchip

Microchip Technology Inc.

8位单片机产品部
Grace San Giacomo

对现代农场而言,技术的进步利弊皆存。利用现代农业和园艺技术,可以在更小的耕种面积上实现更多的作物产量,从而满足日益增长的人口需求。然而,如今农场产出的新鲜食品的品质在不断下滑,而数量仍然不足以让农场主保持盈利。

农业本身非常不稳定。原因在于,每年的产量很大程度上受到外部环境的影响。为了满足提高农业一致性和可持续性的需求,需要将另一种现代技术应用到农业中(图1)。我们先来了解智能农场。

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1. 农场主可以远程监控作物和畜牧的健康状况,提供有价值的信息,确保农业的一致性

强大的联网畜牧监控系统有助于增加健康动物的数量,从而提高食品质量。利用土壤和植物健康监控系统,农场主能够在前所未有的细节水平上监控作物的健康状况。借助当今的嵌入式联网传感器系统,未来的智能农场将拥有提高产量和利润所需的各种工具和能力,同时仍然能够满足挑剔客户的质量要求。

这些传感器收集的信息可帮助指导农场主针对其农场制定最佳决策,从而在减少水、农药和肥料用量的同时,提高作物和畜牧的生产率。这不但有助于降低农场对自然环境的影响,还能改良土地质量,确保子孙后代的可持续发展。

嵌入式和无线技术的关键推动者

简单地说,确保现代农场可持续发展的主要解决方案是向农场主提供有用的信息。由于当今嵌入式和无线技术的创新,可通过采用大量低成本联网传感器阵列来实现这一目标。这些传感器通常监控农田或畜牧的各种现场状况,包括温度、pH值、湿度、活动数据和GPS坐标。接下来,这些传感器通过4G/5G蜂窝和LoRa等无线通信网络将上述数据传输到通常基于云的集中式数据库。

之后,可以通过任意联网设备在线访问这些数据,并对其进行快速分析以确定是否需要采取纠正措施。这样,农场主便可从世界任何地方访问农场的分析结果。

联网传感器节点并非新概念;但是,为了确保在这种独特的严苛环境下保持足够的性能和可靠性,必须满足一些关键要求。首先,需要可靠的电源,这个挑战很难解决,因为农场一般不会配备长达1000英尺的延长线。

节点需采用电池供电,并且能效必须足够高,可以在不更换电池的情况下使用数月甚至数年。为应对这一挑战,需要利用基于单片机(MCU)的系统来实现极高的系统效率,这种系统只需较低的核心CPU使用率即可管理各种复杂任务,而且在系统不工作时不会断电。

其次,智能农场中的传感器节点需要在恶劣的偏远地区保持可操作性,甚至会安装到动物身上。就整个系统而言,需要采用既实用又创新的解决方案才能确保稳定性和功能性。节点需要长时间保留在现场,并且需要极少的硬件维护。所有软件更新都需要以远程方式安全完成。为满足这种需求,需要在农场现场通过最常见的广域网(WAN)基础设施提供可靠的远程连接。

在设计用于智能农场应用的联网系统时,工程师必须考虑到受监控植物和动物的多样性。植物健康监控系统可以测量各种环境条件,包括水位、土壤条件、pH值和光照水平,而畜牧跟踪系统则需要包含GPS坐标、步态监视器、脉搏血氧仪和监控关键健康数据点的其他传感器。

针对任意一种情况,理想的商用解决方案都是通用的基础节点设计,直接购买采用这种设计的产品即可满足个别农场的需求。为实现此目标,基础节点必须足够灵活,以便与各种模拟和数字传感器接口。

不过,还有另一个更困难的设计挑战,涉及到需要在此类系统中应用的各种工程学科。对于智能农场组件设计人员或工程团队来说,除了精通云基础设施外,他们还需要在传统嵌入式设计技术、射频通信(包括LoRaWi-Fi和蜂窝拓扑的全部细节)以及网络安全方面拥有专家级经验。

8MCU登场

要扩展智能农场的基础设施,首先从探讨前沿应用时考虑不到的方面开始。由于智能农场里的绝大多数传感器节点都采用电池供电、支持远程定位且偶尔需要维护,因此要实现最佳的控制解决方案,必须采用全球最节能的单片机。

8MCU拥有50余年的历史,虽然它们一直是大多数低功耗嵌入式任务的选择,但最新款器件已加入许多现代特性,可以直接满足智能农业和园艺系统的需求。在许多新功能中,PIC®AVR®单片机上独立于内核的外设(CIP)是嵌入式设计的增强器

CIP可以独立于芯片的CPU工作,这样一来,设计人员便可将它们设置为在最低功耗模式下处理常见的重复性任务。在低维护环境下,CIP还能提供另一项优势,即帮助设计人员提高系统可靠性。由于经过编程后,CIP可以起到类似于MCU中的微型FPGA的作用,因此能够有效避免堆栈上溢或下溢等软件偏差。

使用同一个联网基础节点控制器与各种数字和模拟传感器接口可能颇具挑战。幸运的是,有一些现代MCU可满足这类特殊应用的需求,同时最大限度地减少外部组件。此类MCU提供用于数字传感器连接的SPII2C接口,以及带可编程增益放大器(PGA)的差分模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC),可实现极高的传感器灵活性(图2)。利用这些特性,设计人员能够针对智能农场应用自由构建高度可定制的模块化传感器节点。

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2. 体积小、效率高的MCU是确保智能农业可持续发展的关键

随着MCU架构的现代化,其配套开发硬件和软件环境也逐渐发展成熟。对于小型公司的工程团队而言,嵌入式系统、射频天线设计和云连接并非核心竞争力,快速原型设计板才是灵丹妙药。原型设计板为设计人员提供了简单的参考示例,甚至包括可与最常见的云提供商连接的GitHub资源库和固件。

远程传感器技术

当今的农业和园艺业正在经历一场技术革命。通过互联网实时访问植物和动物健康数据正在变革农场的运营方式,带来的结果是提高了产量并增强了土地的活力(图3)。

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3. 利用采用8MCU的远程传感器技术监控农场健康状况,确保作物获得必要的照料以茁壮成长

这场革命的前沿是随处可用的云连接,但其基础仍然是使用成熟的8位单片机构建的。无论现在还是未来,对于可持续性增强型产品的开发人员而言,现代化MCU架构(如具有CIPAVRPIC)都将是在传感器和云之间架起桥梁的关键组件。

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航天工业正将其连接接口从传统专用网络转向以太网解决方案,以提供更多灵活性并简化设计流程。为了简化航空航天和国防客户的以太网部署,Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)今日宣布推出全新的VSC8574RT PHY,进一步扩展其耐辐射(RT)以太网PHY产品阵容。VSC8574RT PHY支持串行千兆位媒体独立接口(SGMII)和四通道串行千兆位媒体独立接口(QSGMII),可减少设计中的总信号引脚数,降低主机器件所需空间。

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航天应用的运行环境需要增强型辐射技术,以承受极端温度和电磁事件。这些事件会降低天基系统性能并扰乱运行。VSC8574RT以太网PHY基于Microchip广泛的商用现货(COTS)技术器件,允许客户使用COTS版本开发应用,并在最终环节使用RT器件进行替代。 

VSC8574RT PHY同时兼容铜缆和光纤接口,提供了更多可能的新应用用例。尽管目前主流设计仍然使用铜缆,但随着行业对1千兆以上数据速率的需求不断增长,光纤接口是未来航天应用的必然趋势。

 VSC8574RT PHY配备了一个四通道端口,支持10、100和1000BASE-T以太网连接,可根据器件要求实现最佳速度和覆盖范围。高可靠性的VSC8574RT PHY拥有丰富的高级功能,如同步以太网(SyncE)和IEEE® 1588v2精确时间协议(PTP),支持用于高度精确计时应用的网络计时和同步。 

Microchip航空航天和国防业务部副总裁Bob Vampola表示:“VSC8574RT PHY器件具有先进的计时功能,能为客户提供确定性实时应用的连接解决方案。航天应用对以太网解决方案的需求很大,我们的COTS-to-RT器件具备多端口、SGMII和光纤接口,可提供更多功能。” 

VSC8574RT的规格参数包括78 MeV.cm²/mg以上的单事件锁存抗扰度以及高达100 krad的总电离剂量测试。这种多功能的解决方案可以满足从低地轨道(LEO)到深空的广泛应用。 

Microchip基于COTS的千兆位以太网PHY产品系列目前包含新推出的VSC8574RT,以及VSC8541RT和VSC8540RT。

开发工具

VSC8574RT可由VSC8574-EV评估板支持。该评估板使用户能以多种配置对器件进行评估,并提供诸多其他功能。

供货与定价

VSC8574RT以太网PHY器件可根据需求限量提供样片。如需了解其他相关信息,请联系Microchip销售代表。

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EQCO510EQCO5X31器件为双向发送高速数据信号提供了可靠的双通道解决方案,支持双向最远距离15

标准通用串行总线或USB连接是在两个设备之间传输数据的行业主流方式。汽车、工业和消费行业应用中大量加入电子元件,刺激了对远距离USB布线产品的需求。为了向市场提供远距离和可靠的USB解决方案,Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)今日宣布推出两款全新时钟恢复器/信号中继器器件。汽车用EQCO510和工业用EQCO5X31时钟恢复器/信号中继器器件可将USB覆盖范围扩大到15米,实现最大限度覆盖,并兼容USB 3.2第一代超高速协议。

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EQCO510EQCO5X31USB时钟恢复器/信号中继器器件,可双向发送速率为5 Gbps的高速数据信号。时钟恢复功能包括一个比特级时钟数据恢复(CDR),用于恢复信号时序和防止抖动积累。中继功能可恢复被传送到下一段(如电缆或印刷电路板(PCB)走线)的信号电平和形状,从而补偿了由于电缆退化造成的信号衰减。

Microchip汽车信息娱乐系统业务部企业副总裁Matthias Kaestner表示:我们的客户现在有能力实现快速、可靠和长距离的USB连接解决方案,最长支持15米,将3米标准延长到了五倍。这些器件还为客户提供了更全面的选择,由于采用了片上时钟和小外形尺寸,从而减少了电路板占用空间。

这些USB器件在接收器上配备了EyeOpen™电缆补偿,可自动调整电缆中频率损耗,并以1分贝为单位在024分贝之间调整信号强度。这些器件还具有MarginLink™信号完整性测试功能,可对整个信号路径的完整性进行实时评估。

EQCO510EQCO5X31集成电路支持屏蔽的双绞线和同轴电缆。这两款器件包括一个集成的无晶体CDR,从而减少了对额外元件和整体电路板空间的需求。这两款USB器件均采用20引脚、4毫米QFN可润湿侧翼封装。汽车用EQCO510符合汽车可靠性标准AEC-Q100 2级,工作温度范围为-40℃105℃

MicrochipUSB器件可用于广泛的汽车应用,如信息娱乐系统、数据通信模块和实时视频系统。工业应用和消费产品中的其他用例包括机器视觉、游戏配件和智能电缆。

开发工具

EQCO5X31由两款评估板支持,包括EVB-EQCO5X31 USB Type-C® 电缆延长器)和EVB-EQCO5X31 USB Type-C电缆中继器。这两款评估板支持使用较长电缆。

供货与定价

汽车用EQCO510单价为4.82美元,每1000件起售。工业用EQCO5X31单价为4.38美元,每1000件起售。如需了解更多信息和购买事宜,请联系Microchip销售代表、全球授权分销商或访问Microchip直销网站:www.microchipdirect.com

Microchip Technology Inc. 简介

Microchip Technology Inc.是致力于智能、互联和安全的嵌入式控制解决方案的领先供应商。其易于使用的开发工具和丰富的产品组合让客户能够创建最佳设计,从而在降低风险的同时减少系统总成本,缩短上市时间。Microchip的解决方案为工业、汽车、消费、航天和国防、通信以及计算市场中12万多家客户提供服务。Microchip总部位于美国亚利桑那州Chandler市,提供出色的技术支持、可靠的产品交付和卓越的质量。详情请访问公司网站www.microchip.com

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提供超丰富半导体和电子元器件™的业界知名新品引入 (NPI) 代理商贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起开售Microchip TechnologyAVR64EA 8位AVR® MCU。AVR64EA MCU为工程师提供基于硬件的高速低功耗集成式模拟核心独立外设 (CIP),适用于工业消费汽车应用的各种实时控制、传感器节点和辅助安全监测。 

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贸泽供应的AVR64EA MCU搭载带有硬件乘法器的AVR CPU,时钟速度最高可达20MHz。这些器件提供64KB的闪存、6KB的SRAM和512KB的EEPROM,并配备12位差分模数转换器 (ADC) 和高达16倍增益的可编程增益放大器 (PGA)。AVR64EA 8位AVR MCU可测量较小振幅的信号、在嘈杂环境中采集信号,并在严苛环境中执行快速转换以实现快速准确的信号测量,并且所有这些都以低功耗完成。 

AVR64EA MCU具有精准且温度稳定的内部20 MHz RC振荡器、可配置自定义逻辑 (CCL)、事件系统和CIP,可大幅减少对外部组件的需求。这些器件采用引脚数从28到48的SPDIP、SSOP、TQFP和VQFN封装,工作温度范围-40°C到+85°C。 

贸泽还提供与AVR64EA 8位AVR MCU配套的Microchip Technology AVR64EA48 Curiosity Nano评估套件 (EV66E56A)。AVR64EA48 Curiosity Nano评估套件包含预装的AVR64EA48 MCU。在MPLAB® X 集成开发环境 (IDE) 和Microchip Studio的支持下,该评估板可以轻松访问AVR64EA48的功能,以探索如何将器件集成到自定义设计中。Curiosity Nano系列评估板拥有板载调试器,无需外部工具即可对AVR64EA48进行编程和调试。 

要进一步了解AVR64EA 8-Bit AVR MCU,请访问https://www.mouser.cn/new/microchip/microchip-avr64ea-mcus/。 

要进一步了解可供订购的AVR64EA48 Curiosity Nano评估套件,请访问

https://www.mouser.cn/new/microchip/microchip-avr64ea48-evaluation-kit/

作为全球授权代理商,贸泽电子库存有极其丰富的半导体和电子元器件并支持随时发货™。贸泽旨在为客户供应全面认证的原厂产品,并提供全方位的制造商可追溯性。为帮助客户加速设计,贸泽网站提供了丰富的技术资源库,包括技术资源中心、产品数据手册、供应商特定参考设计、应用笔记、技术设计信息、设计工具以及其他有用的信息。 

工程师还可以一键订阅免费的贸泽电子报,及时了解业界新品动态和资讯。在订阅贸泽的电子报时,我们可以根据您不断变化的具体项目需求来提供相关的新闻报道和参考信息。贸泽充分尊重用户的权利,让您能自由掌控想要接收的内容。欢迎登陆https://sub.info.mouser.com/subscriber-sc 注册,及时掌握新兴技术、行业趋势及更多资讯。

关于贸泽电子 (Mouser Electronics)

贸泽电子隶属于伯克希尔哈撒韦集团 (Berkshire Hathaway) 公司旗下,是一家授权电子元器件代理商,专门致力于向设计工程师和采购人员提供各产品线制造商的新产品。作为一家全球代理商,我们的网站mouser.cn能够提供多语言和多货币交易支持,提供超过1200家品牌制造商的680多万种产品。我们通过遍布全球的27个客户支持中心,为客户提供无时差的本地化贴心服务,并支持使用当地货币结算。我们从占地9.3万平方米的全球配送中心,将产品运送至全球223个国家/地区、超过65万个顾客的手中。更多信息,敬请访问:http://www.mouser.cn。 

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近些年的MCU市场,8位单片机一直是这个领域的主力军之一,尽管随着物联网的发展,特别是近年来对智能化、高安全性、高可靠度等性能需求的提高, 32位MCU的占比有着些许的攀升。但8位单片机凭借其应用的简单灵活、安全稳定、成本优势等特点,在诸如手环、蓝牙耳机、校园卡等低功耗场景下都占据着绝对的使用比例;另外,在较复杂的白电场景中,例如电视机、空调、洗衣机,以及冰箱等一系列应用,也都有8位MCU的身影;并且在对速率要求较高,安全性要求有需求的场景下,比如医疗保健、数据处理、工业控制、通信等产业场景下,大量的数据也需要越来越多IO处理工作,这无形中也增加了对8位MCU的需求。

Microchip的8位单片机作为这个领域的翘楚,其PIC与AVR系列 MCU 作为这个区间的两种行业领先架构,有哪些技术上的独到技术和过人之处?本期视频,就请Microchip市场推广经理张荣宝 (Paul Zhang)老师带着大家一探究竟。

访谈嘉宾

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张荣宝 (Paul Zhang),MCU8产品部市场推广经理

现于 MicrochipTechnology Inc.(美国微芯科技公司)上海分公司任市场推广经理,负责公司8位单片机产品的营销。他拥有10多年的嵌入式应用的研发经验和单片机 产品的推广经验。张荣宝于1996年毕业于山东科技大学,获得机械电子工程专业学士学位;于2007年获得复旦大学电子与通信工程专业的硕士学位。

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(图片来源:Microchip Technology Inc.)

更多相关设计资源,归纳如下

关于Microchip Technology

Microchip Technology Inc. 是领先的微控制器和模拟半导体提供商,为全球范围内数以千计的各类客户应用提供低风险产品开发、更低的总系统成本和更快的面市速度。Microchip 的总部位于亚利桑那州钱德勒市,提供杰出的技术支持,交付及时可靠,产品品质优异。

小编的话

作为全球最大的8位单片机供应商,Microchip致力于推动8位单片机的发展和应用。通过张荣宝先生的介绍和分析,想必大家对8位单片机何以仍然能够快速发展有了更为清晰的了解。您正在使用8位单片机开发哪些产品?您在应用AVR 和 PIC MCU 产品系列过程中有哪些心得和经验?欢迎分享和讨论。

来源:得捷电子DigiKey

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本应用笔记介绍如何使用 tinyAVR® 2 系列单片机内置的 12 位差分 ADC 与 PGA,以及如何在使用无源红外(PIR)传感器收集测量结果的同时最大限度地降低电流消耗。 

详阅请点击下载《采用 tinyAVR® 2 系列实现高性价比的低功耗 PIR 运动检测》

来源:Microchip微芯

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