Преобразователь интерфейса USB в RS-232/485/422 и USB в I/O, обзор микросхем для его создания

В предлагаемой статье будут рассмотрены 12 вариантов микросхем с USB интерфейсом. Обозначены основные критерии выбора. По результатам анализа и выбора предполагается выбранную микросхему использовать для создания конвертера интерфейсов. Основным элементом такого устройства является микросхема, которая должна сочетать в себе требуемый функционал и быть относительно дешевой, например не многим больше 3$.

Основной же целью данного обзора является выбор оптимального соотношения технических характеристик и стоимости выбираемого МК или аппаратного USB моста.

Исходя из перечисленных в предыдущей статье характеристик, попробую сформулировать основные критерии выбора микросхемы, которые приведены ниже:
– потенциал развития с учетом будущих разработок, так например, в будущем может понадобиться USB High Speed (USB HS) для подключения к компьютеру более высокоскоростной и экзотической периферии, поэтому хотелось бы предусмотреть преемственность в проектировании схемотехники и программного обеспечения при переходе от микросхем с USB FS к микросхемам с USB HS;
– требуемый функционал для создания преобразователя интерфейсов (USB 2.0 минимум Full Speed, 2×UART, минимум 33×I/O), более подробно требования приведены в предыдущей статье;
– стоимость микросхемы ~ 3$.

Наконец-то перейдем непосредственно к обзору микроконтроллеров и аппаратных USB мостов, которые приведены в таблицах 1–3.

Таблица 1 – Обзор микроконтроллеровТаблица 1

Таблица 2 – Обзор микроконтроллеровТаблица 2

Таблица 3 – Обзор аппаратных USB мостовТаблица 3

Результаты обзора

Первым в рассмотрение попадает МК отечественной фирмы «Миландр» (см. Таблица 1), который имеет лучшую периферию из приведенных в данном обзоре. Однако в нем отсутствует перспектива развития USB интерфейса до скорости High Speed. Несмотря на это отечественный МК обладает наивысшей производительностью (100 DMIPS) из всех приведенных в обзоре. Нельзя обойти вниманием цену, она крайне разочаровывающая 8$ за корпус для отечества это очень дорого (проработана с производителем возможность по снижению цены только от партии 10000 шт.), из всех микросхем, приведенных в данном обзоре это самая дорогая микросхема даже при курсе 52 рубля за 1$.

Следующими рассмотренными образцами являются МК фирмы «Atmel» (см. Таблица 1) в частности ATSAMD21J15A, имеет очень развитую периферию, но не-много уступающую 1986ВЕ92QJ из-за отсутствия CAN интерфейса. Данный МК по-строен на процессорном ядре Cortex-M0+ работающем на тактовой частоте 48 МГц и как следствие уступает по производительности своим собратьям на процессорных ядрах Cortex-M3. Таким образом, микроконтроллер ATSAMD21J15A проигрывает нашему кристаллу 1986ВЕ92QJ по производительности аж более чем 2 раза. Также отсутствие USB HS в данной серии МК снижает их привлекательность.
Третей микросхемой обзора является МК фирмы «Texas Instruments» (см. Таблица 1) имеют не очень богатую периферию и крайне низкую производительность (самая низкая производительность из всех приведенных в данном обзоре) из-за своей 16-ти разрядной архитектуры, а цена относительно других МК завышенная.

Более тщательно нужно присмотреться к МК фирмы «STMicroelectronics» (см. Таблица 1), которые по развитости периферии идут вторыми после 1986ВЕ92QJ, а МК STM32F302R6T6 (процессорное ядро Cortex-M4) также занимает вторую строчку по производительности, уступая лишь отечественной микросхеме. STM32F302R6T6 имеет интерфейс USB FS, но на этом, же процессорном ядре у STM имеются (серия МК STM32F4) образцы с USB HS, что крайне важно для нас. Второй представитель от STM это STM32F072R8T6 на процессорном ядре Cortex-M0 проигрывает своему собрату по производительности более чем в 2 раза, но имеет колоссальное преимущество по объему Flash памяти в 4 раза, 128 КБ против 32 КБ. Все же самым большим минусом STM32F072R8T6 и этой серии является отсутствие USB HS. Таким образом, из двух рассмотренных выше образцов МК STM32F302R6T6 лидирует с точки зрения наращивания потенциала. А его цена просто завораживает, всего 2,8$ в РФ. Берет своей производительностью, гармоничным сочетанием функционала и цены.

Следующим образцом является МК фирмы «Renesas» (см. Таблица 2), который обладает не плохой производительностью и периферией, а также предлагаемое семейство имеет микроконтроллеры с поддержкой USB HS и другой высокоскоростной популярной периферией. Однако недостатком является малая популярность в РФ и как следствие труднодоступность в продаже. Минимальная стоимость за партию в 100 штук составляет чуть более 2,8$.
Следующая фирма производитель МК «NXP» (см. Таблица 2), микроконтроллеры которой также очень дороги 3,6$, поэтому подробно не рассматриваются.

Еще одним популярным производителем МК является фирма «Freescale» (см. Таблица 2). МК MKL26Z32VLH4 обладает низкой производительностью и не плохой периферией, а также обладает самой низкой стоимостью из всех рассмотренных микроконтроллеров в обзоре. Следующим представителем этой же фирмы является микросхема MK20DN32VLH5 на основе процессорного ядра Cortex-M4, но не выдерживает конкуренции ни по периферии, ни по производительности, да и цена не радует 2,86$ при заказе 100 штук.

Микроконтроллер фирмы «Microchip» (см. Таблица 2) рассмотрено 3 микро-схемы (2 других не попали в обзор), наиболее подходящим является PIC32MX230F128H, имеет огромный объем памяти 128 КБ сравнимый лишь с отечественным 1986ВЕ92QJ. Он же является ближайшим конкурентом STM32F302R6T6 по функционалу и даже опережает его по соотношению DMIPS/МГц 1,5 против 1,25 у STM32F302R6T6, но значительно проигрывает ему по стоимости, так как стоимость в 2,4$ достижима лишь при заказе 5000 штук. Также не значительный проигрыш по производительности 75 DMIPS против 90 DMIPS у STM32F302R6T6.

Отдельно стоит обратить внимание на аппаратные USB мосты фирмы «Silabs» (см. Таблица 3). В обзоре рассмотрено 2 микросхемы, самый подходящий из них CP2108, ее можно применить с небольшими схемотехническими доработками, однако по заявлению производителя интерфейс I/O не может использоваться в приложениях реального времени. Таким образом, основным преимуществом этого варианта является наличие уже готового драйвера USB, что в принципе позволяет закрыть глаза на стоимость данной микросхемы в 4,35$ и забыть о проблеме написания собственного драйвера. Но все, же очень значительным не достатком такого подхода является жесткая структура (предопределенность) аппаратного функционала.

Аппаратный мост фирмы «FTDI» (см. Таблица 3) FT4232H, который имеет преимущества и недостатки предыдущего варианта, за исключением возможности работы USB интерфейса на скорости High Speed. Однако имеет разочаровывающую стоимость, самую высокую из всех аппаратных USB мостов.

Ну и напоследок аппаратный мост фирмы «CYPRESS» (см. Таблица 3) CY7C65215, который имеет выше перечисленные недостатки и преимущества, но в отличие от приведенных выше данная микросхема имеет самую привлекательную стоимость.

В качестве выводов

Первое место занимает МК фирмы «STMicroelectronics» STM32F302R6T6. Он полностью удовлетворяет и даже превосходит требования, предъявляемые к разрабатываемому устройству, тем самым создается запас по производительности и функционалу для предполагаемого увеличения технических характеристик устройства в будущем. Особенно стоит отметить гармоничное сочетание технических характеристик и стоимости STM32F302R6T6.

Второе место уверенно занимает МК фирмы «Microchip» PIC32MX230F128H. Немного отставая по производительности от STM (а по такому параметру как производительность на МГц значительно превосходит STM) и отличается чуть большей стоимостью.

Таким образом, проведенный обзор позволяет сделать выбор в пользу микро-контроллера STM32F302R6T6, как самого сбалансированного по цене, функционалу так и по потенциальным характеристикам. А также стоит отметить крайне положительный момент наличия на процессорном ядре Cortex-M4 (серия STM32F4) микроконтроллеров с поддержкой интерфейса USB 2.0 HS. Решение в пользу STM32F302R6T6 позволит при необходимости в будущем, практически безболезнен-но перейти на другую, более высокопроизводительную серию микроконтроллеров, для решения более ресурсоемких задач. Также на этапе проектирования схемотехники необходимо проработать возможность применения МК серии STM32F302 в 32-х выводном корпусе.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *