Microchip – Outils de développement et microcontrôleurs

Microchip Technology Inc. est certainement plus connue sur le marché pour sa gamme de microcontrôleurs PIC® et tout particulièrement sur le marché des 8 bits mais aussi de plus en plus sur les applications avancées de 32 bits. Grâce à l'étendue de la gamme de produits Microchip et à son grand nombre d'utilisateurs, la marque se positionne parmi les leaders sur les marchés internationaux de microcontrôleurs intégrés. En plus de ses microcontrôleurs 8, 16 et 32 bits et des contrôleurs de signaux numériques (DSC), la compagnie fabrique aussi des semi-conducteurs analogiques, des mémoires et des produits sans fil.

Le microcontrôleur PIC est extrêmement populaire, que ce soit auprès des ingénieurs chargés de la conception dans le milieu de l'industrie et de la consommation, des électroniciens amateurs mais aussi des étudiants. Cette popularité s'appuie sur son prix modique et sa disponibilité. Des microcontrôleurs 16 bits et des contrôleurs de signaux numériques dsPIC®  (DSC) font également partie de la gamme. Ils permettent un traitement numérique des images (DSP) complet.

La large gamme de microcontrôleurs offre des performances répondant aux applications cibles aussi bien pour les dispositifs à bas prix et à faible puissance que pour les dispositifs offrant des niveaux de performance de 330 DMIPS (Dhrystone, millions d'instructions par seconde). La mémoire du programme se situe entre 375 octets et 2 Mo  en fonction des exigences de code et offre une architecture ascendante compatible permettant de préserver l'investissement dans le développement de code. La compatibilité du brochage en plusieurs boîtiers facilite également le remplacement direct des pièces ayant de 6 à 144 broches.

En plus de la large gamme silicone de Microchip, une assistance est proposée aux ingénieurs concepteurs par le biais d'un important écosystème de développement avec notamment des kits de démarrage complet, des cartes de développement, des outils de développement logiciel gratuit ou à prix modique, des notes d'application et des conceptions de référence d'application.

 

Microcontrôleurs PIC 8 bits

Les microcontrôleurs 8 bits de Microchip offrent une mémoire Flash de 375 octets à 128 Ko, une mémoire RAM de 16 octets à 4 Ko et une mémoire EEPROM intégrée. Le fonctionnement est aussi possible sur une plage de 1,8 à 5,5 V. La gamme propose une compatibilité de code et de broche sur l'ensemble des familles avec des boîtiers allant des DFN à 6 broches aux TQFP à 100 broches. Autres fonctions clés de la gamme : PWM haute résolution, ADC et DAC ainsi que la connectivité comme les interfaces I2C, SPI, UART, USB et Ethernet ; également, un courant actif descendant à 35 uA/MHz, un courant de veille descendant à 20 nA et une durée de vie de la batterie supérieure à 20 ans.

Ce que Microchip appelle les « périphériques conducteurs indépendants » est une des options clés des nouveaux dispositifs PIC 8 bits. Ces derniers sont conçus pour gérer leurs tâches sans code ou supervision du microprocesseur pour continuer à fonctionner. Résultat, ils simplifient l'intégration des systèmes de contrôle complexe et offrent aux concepteurs un haut niveau de flexibilité. Après avoir initialisé un système, les périphériques offrent une commande intégrée en boucle fermée permanente sans aucune intervention sur le cœur. Le microprocesseur peut alors être ralenti ou mis en veille pour limiter la consommation d'énergie. L'interconnexion intelligente des périphériques permet de minimaliser la latence pendant le partage de données, des entrées, des données logiques ou des signaux analogiques sans code supplémentaire ou interruption de microprocesseur. Le microprocesseur peut ainsi exécuter d'autres tâches et réduire la consommation de la mémoire Flash. En déchargeant le microprocesseur, les périphériques permettent aux microcontrôleurs PIC de faible puissance d'exécuter des tâches extrêmement complexes, comme la communication et la commande d'éclairage haute puissance. De plus, des économies réelles peuvent être réalisées sur la nomenclature en remplaçant les composants discrets hors carte par ces périphériques intégrés.

La gamme PIC 8 bits propose quatre types, chacun ayant des niveaux élevés de performance : Baseline ; Mid-Range ; Enhanced Mid-Range et PIC18. Points forts de l'architecture PIC 8 bits :

• Instructions et données sur bus distincts
• Accès simultané aux instructions et données sur bus
• Bus de mémoire large programme (12, 14 et 16 bits)
• Plus grande efficacité des instructions du cycle unique
• Données EEPROM disponibles
• Jeu d'outils commun à tous les cœurs

 

Figure 1 : Architectures de microcontrôleur PIC 8 bits

 

Les microcontrôleurs « Baseline » utilisent un mot d'instruction de 12 bits et proposent une large sélection d'options et de fonctionnalités pour limiter les dépenses. Parmi les fonctionnalités types : un comparateur ADC 8 bits, une mémoire de données et un oscillateur interne. Un exemple dans cette gamme : PIC10F.

La gamme « Mid-Range » correspond au niveau au-dessus de la gamme Baseline en matière de performance et de fonctionnalités. Avec un mot d'instruction de 14 bits et plus de périphériques, la gamme vise un niveau plus élevé de commande intégrée. Les ingénieurs n'ont à apprendre que 35 instructions ce qui signifie qu'il est facile d'atteindre les performances maximales du système. Elle renforce la gamme Baseline en ajoutant les interfaces SPI/I2C, UART, PWM, LCD et un DAC de 10 bits. Un exemple de cette gamme : PIC12F.

La gamme « Enhanced Mid-Range » est encore plus performante et renforce la gamme Mid-Range avec des périphériques de communication multiple, un espace de programmation linéaire et des PWM avec une base temps indépendante. Un exemple dans cette gamme : PIC16F1XXX.

Le PIC18 combine le niveau maximal de performance et d'intégration avec une architecture 8 bits facile à utiliser. Avec une puissance de traitement allant jusqu'à 16 MIPS, le PIC18 possède en plus un ADC de 12 bits et des périphériques avancés comme les périphériques CAN, USB, Ethernet, LCD et CTMU. La série K est également comprise dans la gamme. Celle-ci offre la plus haute performance avec une consommation extrêmement faible XLP. Un exemple dans cette gamme : PIC18F87KXX.

Une large gamme de kits de développement de démarrage PIC 8 bits est disponible pour permettre aux ingénieurs de rapidement commencer à utiliser et à programmer les microcontrôleurs PIC 8 bits. Les kits de démarrage sont des solutions clés en main rentables se composant du matériel et du logiciel permettant d'explorer une nouvelle famille de dispositifs, notamment un débogueur séparé ou hors ligne, un environnement de développement intégré (IDE) MPLAB® de Microchip et bien d'autres outils logiciels. Parmi les kits de démarrage les plus connus :

Le kit de développement de laboratoire PICDEM est conçu pour fournir une plate-forme complète de développement et d'apprentissage à la mémoire Flash basée sur microcontrôleurs PIC 8 bits Baseline et Mid-Range 6, 8, 14, 18 et 20 broches de Microchip. Conçu pour les débutants et étudiants des microcontrôleurs PIC, le kit est fourni avec cinq des microcontrôleurs PIC 8 bits les plus populaires et un grand nombre de composants discrets. Les entêtes d'expansion offrent l'accès et la connexion complète à toutes les broches des microcontrôleurs PIC connectés et à tous les composants montés.

La plate-forme d'évaluation F1 est un outil de développement simple pour les microcontrôleurs PIC Enhanced Mid-range. Elle fournit une plate-forme pour le développement courant et a la capacité de développer le code des microcontrôleurs PIC12F1 ou PIC16F1. La fonctionnalité intégrée comprend : une zone de prototypage, une commande LCD, le contrôle du courant du système, la détection de température, l'horloge en temps réel, le driver de LED, la commande par bouton et l'automatisme BLDC.

Le kit de démarrage PIC18 fonctionne comme une souris USB, une manette ou un périphérique de stockage de masse utilisant les pavés tactiles intégrés. Il comprend une carte mémoire MicroSD, un potentiomètre, un capteur d'accélération et un afficheur OLED, ainsi qu'une alimentation USB.

Également disponible dans une gamme de cartes d'évaluation et de développement ayant une grande flexibilité et capacité d'extension pour proposer des conceptions, mais aussi pour ajouter différents processeurs et cartes filles d'application.

La carte démo à bas prix PIC18 Explorer est parfaite pour évaluer des familles de microprocesseurs PIC18 : série standard PIC18, PIC18 J et série PIC18 K. La carte de développement simple prend en charge des douzaines de familles PIC18 courantes utilisant divers modules enfichables de processeur (PIM), notamment par exemple le PIC18F87K22 PIM et le PIC18LF45K22 PIM, et bien d'autres. De plus, une large gamme de cartes filles PICtail permettent à différentes cartes accessoires de se connecter à la carte PIC18 Explorer, comme par exemple, les cartes d'évaluation RN-131-PICtail et RN-171-PICtail qui ajoutent la fonctionnalité sans fil aux conceptions de microcontrôleurs basés sur PIC18.

 

Microcontrôleurs PIC 16 bits

Les microcontrôleurs PIC24 16 bits de Microchip et les contrôleurs de signaux numériques (DSC) facilitent la mise à niveau à partir des microcontrôleurs PIC 8 bits. Il s'agit aussi d'une option rentable par rapport aux microcontrôleurs 32 bits. La ligne de produits propose des microcontrôleurs à faible consommation mais aussi des contrôleurs de signaux numériques haute performance. Avec une exécution sur un seul cycle, une réponse d'interruption déterministe, un bouclage de largeur nulle et un DMA rapide, la famille dsPIC ajoute également un cycle unique 16x16 MAC et des accumulateurs 40 bits. Cette solution est donc idéale pour les applications largement mathématiques comme la commande de moteur et l'alimentation numérique. La performance se situe entre 16 et 70 MIPS, DSP, avec une mémoire Flash de 4 Ko à 512 Ko et des boîtiers composés de 14 à 144 broches. Le PIC24F et le dsPIC33F font partie des familles types dans le microcontrôleur PIC 16 bits et les gammes DSC.

Il existe une large gamme de kits de démarrage PIC 16 bits disponibles comme le kit de démarrage PIC24F, qui permet l'enregistrement des données, des graphiques et l'insertion d'une clé USB ; le kit PIC24H, qui prend en charge l'interaction de l'accéléromètre, la lecture vocale et l'afficheur OLED ; la carte de développement dsPIC33F et PIC24H, qui offre un environnement de développement facile à utiliser et économique pour les microcontrôleurs 16 bits et les DSC, ainsi que la carte de développement Explorer 16, qui représente la première plate-forme de développement pour les produits PIC 16 bits et à laquelle s'ajoute une large gamme de cartes de développement spécifique aux applications notamment un grand nombre de cartes d'extension PICTail™.

Une gamme de cartes de développement est également disponible pour les applications d'alimentation numérique et de commande de moteur. Elle propose des kits de démarrage simple allant des simples kits de démarrage aux plate-formes de développement complet, notamment le kit de commande de moteur, doté de la technologie tactile et la commande de moteur BLDC, ainsi que le kit dsPIC DSP pour la lecture et l'échantillonnage audio.

 

Microcontrôleurs PIC 32 bits

Les microcontrôleurs PIC 32 bits intègrent le MIPS M4K ou les cœurs de microprocesseur microAptiv avec une ligne d'instructions en cinq étapes. Le PIC32MX intègre le cœur MIPS M4K allant jusqu'à 100 MHz 1,65 DMIPS/MHz, et jusqu'à  512 Ko de mémoire Flash et 128 Ko de mémoire statique. Le plus puissant de la gamme, le PIC32MZ EC (connectivité intégrée) intègre le cœur MIPS microAptiv et offre une performance allant jusqu'à 200 MHz 330 DMIPS, ainsi qu'une mémoire Flash de 2 Mo et une mémoire statique de 512 Ko. Conçue pour les applications avancées, la gamme comprend : les interfaces utilisateurs et les graphiques à impact élevé, la connectivité Ethernet, USB et CAN, la commande intégrée multitâches et l'option audio haute performance.

Encore une nouvelle gamme prestigieuse de kits de démarrage pour les microcontrôleurs 32 bits comprenant le kit de démarrage PIC32, le kit PIC32MX1/MX2, le kit PIC32 USB et le kit PIC32 Ethernet. Une large gamme de cartes d'extension est aussi disponible notamment la  carte d'évaluation PIC32 CTMU qui est conçue pour faciliter le développement des applications tactiles et une carte d'extension multimédia pour les options audio, tactiles et graphiques.

De plus, la famille PIC32MZ EC est prise en charge grâce à la disponibilité du kit de démarrage PIC32MZ EC, avec son kit PIC32MZ EC  (avec moteur crypto), ainsi que la carte de l'adaptateur d'évaluation PIC32MZ et la carte fille LAN8720A PHY pour les applications de commande Ethernet.

 

Large gamme d'outils de développement logiciel

Microchip a développé une large gamme d'outils de développement notamment le MPLAB IDE – environnement de développement puissant, gratuit et simple qui prend en charge tous les produits DSC et microcontrôleurs Microchip – et les compilateurs C gratuits, les bibliothèques logicielles, les conceptions de référence d'application et un grand nombre de notes d'application.

Le MPLAB® X IDE correspond à la dernière génération d'environnement de développement intégré gratuit de Microchip. Avec un jeu d'options fonctionnelles et puissantes, cet environnement permet de développer des applications pour les microcontrôleurs PIC et les contrôleurs de signaux numériques dsPIC. Fonctionnant sous Windows, Linux et Mac OS X, l'interface utilisateur graphique unifiée de l'outil permet l'intégration d'outils de développement de matériel et de logiciel provenant de Microchip et de sources tiers. Elle est dotée de capacité étendue de débogage et du développement d'application haute performance. MPLAB X IDE est téléchargeable à partir de Microchip ici.

MPLAB Harmony est une plate-forme de développement micrologiciel entièrement intégrée, extraite et flexible destinée aux microcontrôleurs PIC32. L'outil prend les éléments clés de la conception modulaire et orientée objet et optimise la flexibilité pour utiliser un système d'exploitation en temps réel (RTOS) ou pour travailler sans système. Il offre un cadre de modules logiciels faciles à utiliser et à configurer selon les besoins. L'outil comprend un jeu de bibliothèques périphériques, de pilotes et de services de système qui sont immédiatement accessibles pour le développement de l'application. Le format de développement du code permet une réutilisation maximale et accélère la mise sur le marché. MPLAB Harmony est téléchargeable sur Microchip ici.

Le dernier compilateur MPLAB XC de Microchip prend en charge tous les microcontrôleurs PIC 8, 16 et 32 bits et les dsPIC DSC. Fonctionnant sous Windows, Linux et Mac OS X avec un intégration dans le MPLAB X IDE pour obtenir une interface graphique complète, les compilateurs comprennent : l'édition des erreurs et des points d'interruption correspondant aux lignes dans le code source ; le code source C et C++ via une étape unique pour vérifier les variables et les structures aux points critiques ; les structures de données avec les types de données définis, notamment le point flottant, l'affichage sous Windows et différents niveaux d'optimisation pour répondre aux exigences de l'utilisateur. Les compilateurs sont téléchargeables sur Microchip ici.

Compatibles avec tous les éléments ci-dessus, les programmateurs et les débogueurs Microchip fonctionnent sur toutes les plate-formes de microcontrôleur PIC. Ils ont une alimentation USB et sont entièrement intégrés avec MPLAB IDE proposant les options allant du débogage de base à la capacité d'émulation avancé. Les produits types comprennent : l'émulateur intégré haut de gamme MPLAB REAL ICE pour une programmation et un débogage ultra-rapide ; le programmateur et le débogueur moyenne gamme MPLAB ICD 3 et le programmateur/débogueur intégré PICkit.