8-Bit-MCU-Kommunikationsschnittstellen für das IoT

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Gesten-, Näherungserkennung und Umgebungslichtsensor: Näherungssensorik ist in vielen IoT-Anwendungen und tragbaren Geräten äußerst wünschenswert, zum Beispiel in der Medizintechnik und bei mobilen Rechnern, die eine Gestensteuerung erfordern. Silicon Labs bietet eine Reihe von 8-Bit-MCUs, die Infrarot-(IR-)basierte Näherungssteuerung und Sensorik für Umgebungs- und Ultraviolett-(UV-)Licht unterstützen.

Die Serie Si114x bietet zum Beispiel Näherungserkennung mit einer, zwei oder drei LEDs in einem Bereich bis zu 50 cm für die mehrdimensionale Bewegungserkennung, Herzfrequenzmessung und für Pulsoximeter. Die Sensorik funktioniert auch bei direkter Sonneneinstrahlung und enthält einen Lichtsensor, der Lichtstärken bis zu 128 kLux erfasst. Lichtmesstechnik erfordert meist spezielle Gehäuse mit durchsichtigen Fenstern rund um die Lichtsensoren. Schaubild 2 zeigt ein Beispiel einer MCU mit Näherungssensorik.

MCU-Schnittstellen für das Internet der Dinge

Vernetzte IoT-Umgebungen benötigen ICs mit einer Vielzahl von Schnittstellen, da der Embedded-Markt von diesen Einrichtungen erwartet, dass sie sich an alle Datenkommunikationsarten anpassen lassen.

Eine Reihe von IoT-Anwendungen sind von Natur aus ein „Thin Client“. Eine 8-Bit-MCU mit begrenztem Flash und RAM eignet sich dafür ideal. Die meisten Sensoranwendungen, in denen Spannungen/Ströme gemessen werden und deren Werte dann übertragen werden, sind für eine 8-Bit-MCU geeignet. Dazu zählen zum Beispiel Gas- und Sauerstoffsensoren in Connected-Home-Anwendungen, sowie Drucksensoren in kommerziellen bzw. industriellen Anwendungen.

Einfache Steuerungen kommen ebenfalls besser mit 8-Bit- anstelle von 32-Bit-MCUs aus, vor allem wenn eine komplexe I/O-Manipulation in Echtzeit erforderlich ist. Vor allem die 8051-Architektur erlaubt eine schnelle I/O-Bit-Manipulation mit gleichzeitig stattfindenden Logikoperationen, was sich in Steuerungen als nützlich erweist. Diese Anwendungen sind meist sehr platz- und stromsparend, was ebenfalls für eine 8-Bit-Lösung wie den Highspeed-8051-MCUs von Silicon Labs spricht.

Dabei ist zu beachten, dass auch verschiedene Cortex-M-Serien von ARM in diesen Anwendungen zum Einsatz kommen können. Die Einschränkungen bezüglich der Platinenfläche, des Stromverbrauchs und der Echtzeit-Funktionen machen eine 8-Bit-MCU mit einer mehr deterministischen Ausführung dennoch tauglicher.

Heutige vernetzte Anwendungen im Internet der Dinge erfordern vielseitige MCUs, die komplexe Kommunikationsanforderungen in einer Multiprotokoll-Umgebung adressieren können. Zahlreiche MCU-Schnittstellen und Datenanbindungstechniken müssen nebeneinander auf einem Die existieren, da das IoT-Ecosystem so vielfältig ist.

Vor allem die HF-Integration hat die Vereinigung zweier wesentlicher IoT-Funktionen vorangetrieben: stromsparender Betrieb und Wireless-Kommunikation. Das Hinzufügen von hochleistungsfähigen Analogfunktionen ermöglicht Funksensorknoten, die nur sehr wenige externe Schaltkreise benötigen.

8-Bit-MCUs sind vielleicht nicht für jede vernetzte IoT-Einrichtung die passende Lösung; sie sind allerdings eine gute Wahl für kostengünstige Anwendungen, die kleine Gehäuse, wenig Speicherbedarf, eine hohe Funktionsdichte, Determinismus und schnelle Reaktionsfähigkeit erfordern. Die hochleistungsfähige 8051 8-Bit-Architektur bietet zusammen mit einer Vielzahl von Schnittstellen die ideale Lösung für viele IoT-Anwendungen.

* Tom David ist Principal Design Engineer bei Silicon Labs.

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