Za stále se zvyšující automatizací zařízení a rozkvětem robotizace stojí mimo jiné i rostoucí počet různých motorů, které za člověka elektricky realizují výsledný mechanický pohyb. S nimi se samozřejmě zvyšuje i potřeba sofistikovanějšího, ale zároveň na realizaci snadnějšího řízení. Nejen proto, aby výsledný pohyb byl přesnější a hladší, ale aby se i minimalizovala spotřeba drahé elektrické energie optimalizací výkonu motoru pro právě vyžadovaný úkon. Trendem do budoucna je integrace prostředků pro regulaci motorů přímo na jeden chip s procesory. Právě touto cestou se vydala i společnost Luminary Micro, která pro tyto účely vyvinula a nabízí řadu velmi výkonných 32bitových mikrokontrolérů Stellaris s procesorem ARM Cortex-M3.

32bitové CPU jádro a obecné periferie

Integrované obvody Stellaris představují 32bitové mikrokontroléry s novým výkonným 50 MHz jádrem ARM Cortex-M3, doplněné až o 64 kB SRAM a 256 kB Flash paměti a mnoho různých periférií. Mezi ty nejvýznamnější patří na chipu plně implementovaná fyzická a MAC vrstva 10/100 Mbit. Ethernetu a sběrnice CAN. Podle toho, zda MCU obsahuje jedno nebo druhé ze zmíněných rozhraní, je velmi široká nabídka rozdělena na řady 2000 (obsahuje mj. CAN) a 6000 (obsahuje Ethernet). Pro aplikace v tomto směru méně náročné, které si z pohledu komunikace vystačí „jen“ s I2C, UART, či SSI/SPI, pak slouží řady 100, 300, 600 a 800, kde uvolněný prostor na chipu je využit k implementaci dalších, neméně důležitých jednotek a modulů, jako například PWM, kvadraturní enkodér či Dead-Band generátor.

Jak již bylo zmíněno, v centru všech MCU stojí 32bitové procesorové jádro ARM Cortex-M3 s harvardskou architekturou a třístavovým pipelinem, nástupce populárního ARM7TDMI-S. Proti němu přináší nejen významné snížení zabírané plochy na chipu, ale také výrazné zvýšení výkonu na 1.25 DMIPS/MHz, snížení spotřeby na 0.19 mW/MHz a různé podpůrné a ochranné funkce. Například lze jmenovat jednotku ochrany přístupu do paměti MPU (Memory Protection Unit) nebo integrovaný sleep mód. Nový je také dekodér určený pro zpracování nových efektivnějších 32bitových Thumb-2 instrukcí a ALU jednotka obsahující hardwarovou jednocyklovou 32bitovou násobičku a děličku.

S pohledu komplexní využitelnosti MCU je důležitý velký počet periférií, hlavně těch, které zprostředkovávají propojení s okolním světem. Mimo již zmíněný CAN a Ethernet může být dle typu obvodu přítomen i velmi rychlý až 8kanálový 10bitový A/D převodník, analogové komparátory, až 60 víceúčelových vstupů/výstupů (GPIO), teplotní senzor, bateriově zálohovaný hibernační modul, a další. Součástí obvodů všech řad jsou pak takové základní věci, jako JTAG, 32bitové časovače, obvod reálných hodin RTC, watchdog nebo stabilizátor napětí. Dostatečně široký pracovní teplotní rozsah -40 až 85 °C umožňuje nasazení i v průmyslu a provedení v pouzdrech SOIC (řada 100) a LQFP (ostatní řady) minimalizuje velikost DPS i celého zařízení. Vše podtrhuje nízká cena, srovnatelná snad pouze s 8 a 16bitovými mikrokontroléry.

Například pro účely řízení motorů nejlépe vybavený typ LM3S8962 obsahuje šest bloků PWM výstupů pro regulaci výkonu (otáček a momentu), každý složený z 16bitového časovače, časového komparátoru, PWM generátoru, bloku uvolnění/přerušení PWM výstupu a tzv. Dead-band delay generátoru. Zvláště poslední dva bloky, které se běžně u MCU jiných výrobců neobjevují, dovolují okamžité zastavení motoru například v případě poruchy, resp. automatické hardwarové generování tzv. mrtvé doby požadované například u řízení BLDC motorů polovičními H-můstky. Zde je totiž nutné realizovat stav, kdy po nějaký čas nesmí být otevřen ani jeden spínací tranzistor můstku budiče motoru. Pro realizaci zpětné vazby pro zjištění reálného natočení motoru či rychlosti jeho otáčení jsou k dispozici dva hardwarové kvadraturní enkodéry pro přímé připojení dvoukanálových inkrementálních snímačů otáčení, či 8kanálový 10bitový A/D převodník pro připojení Hallových snímačů pro měření proudu vinutím motoru nebo realizaci bezsenzorového snímání EMF.