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Kann ich meinen Microcontroller durch einen SoC von Espressif ersetzen?

In dieser, für die weltweiten Halbleiterunternehmen schwierigen Zeit, hält Espressif gesunde Lieferzeiten aufrecht – insbesondere für seine SoCs, die nicht auf externe Speicher-ICs angewiesen sind.


Bei den SoCs von Espressif handelt es sich um MCUs mit Standard-Peripherie und Peripherien für Kommunikation, so dass ihre Verwendung als Allzweck-MCUs keine Hacks oder Tricks nach sich zieht. Sie sind mit verschiedenen digitalen Standardschnittstellen wie UART/SPI/I2C, 64-Bit-Timern und vielen weiteren Peripherien ausgestattet. In der folgenden Q&A finden Sie dazu mehr Details.

Was muss ich prüfen?

Um Ihnen bei der Beurteilung zu helfen, ob die SoCs von Espressif ein geeigneter Ersatz sein können, haben wir die folgende Liste von Fragen vorbereitet:

Die Espressif-Bibliotheken (IDF) basieren auf FreeRTOS (dem Echtzeit-Betriebssystem) und daher wird Ihr gesamter Code als FreeRTOS-Task ausgeführt. Wenn Sie sehr schnelle Reaktionen benötigen, z. B. in einem digitalen Regelkreis (z. B. Motorsteuerung, Gleichstromwandlersteuerung usw.), dann sind die SoCs von Espressif keine praktikable Lösung für Sie.

Die SoCs von Espressif haben in der Regel eine geringe Pin-Anzahl. Das SoC mit der höchsten Anzahl an GPIOs, das derzeit verfügbar ist, ist das ESP32-S2 mit 43 GPIOs. Wenn Sie eine 64- oder 100-Pin-MCU haben, müssen Sie einen anderen Weg finden.
Die Geräte von Espressif haben die LED-PWM Peripherie, diese hat 8-Kanäle und kann eine Genauigkeit von bis zu 18 Bits innerhalb einer 1 Millisekunde erreichen. Damit können Sie auch einen sehr langsamen Anstieg und Abfall der Einschaltzeit einstellen, dies ist für LED-Farbverläufe sehr nützlich – daher der Name.
Moderne SoCs von Espressif haben 2 x 13bit SAR ADC. SAR-ADCs sind nicht schnell, daher können Sie sich – wie in der ersten Frage erwähnt – nicht auf den internen ADC verlassen, wenn Sie schnelle Reaktionen benötigen.
Der ESP32-S2 hat 2x8bit DAC, was für die meisten Anwendungen ausreichen sollte.
Der ESP32-S2 hat einen on-board USB-PHY. Die Firmware im IDF ist aktuell nur für Device-USB-Anwendungen verfügbar, jedoch werden der ESP32-S2 und der ESP32-C3 in naher Zukunft auch als Host arbeiten können.
ESP32-S2 und ESP32-C3 haben die sogenannte TWAI-Peripherie, die vollständig kompatibel mit dem ISO 11898-1 Protokoll (CAN Spezifikation 2.0) ist.
Auch ohne Bluetooth gibt es viele Anwendungen, die ein Audiomanagement benötigen. Die Espressif-SoCs verfügen über eine I2S-Peripherie, die sowohl im Master- als auch im Slave-Modus und sowohl im Halb- als auch im Vollduplex-Betrieb arbeiten kann.
Der ESP32-S2 verfügt über eine LCD-Peripherie, die sowohl die seriellen 8-Bit RGB-, 8080- und 6800-Modi als auch die parallele 8/16/24-Bit-Schnittstelle (8080) unterstützt.
Die ESP32-S2-Familie verfügt über 14 kapazitive GPIOs und eine recht robuste digitale filterbasierte Touch-Peripherie. Wenn Sie weniger als 15 kapazitive Touch-Tasten benötigen, dann kann der ESP32-S2 Ihre Lösung sein.

Welchen Espressif SoC sollte ich wählen?

Wenn Sie bei den obigen Fragen keinen Aspekt entdecken konnten der gegen den Einsatz spricht, dann ist es an der Zeit, den am besten passenden SoC für Ihre Anwendung auszuwählen. Zurzeit gibt es zwei Haupt-SoCs Familien

  • ESP32-S2
  • ESP32-C3

Der erste hat 44 GPIOs, das LCD-Interfache und die Touch-Peripherie. Wenn Sie mehr GPIOs benötigen oder Ihre Anwendung auch eine HMI beinhaltet, dann wählen Sie den ESP32-S2. Wenn Sie alles in 22 GPIOs unterbringen können, dann ist der ESP32-C3 eine gute Wahl.

Espressifs SoCs gibt es in verschiedenen Derivaten, je nachdem, wie viel Embedded Flash oder PSRAM Sie benötigen. Ursprünglich hatten die Espressif-SoCs keinen integrierten Flash und benötigten einen externen Flash-Chip. Mittlerweile sind Derivate mit integriertem Flash und sogar PSRAM verfügbar. Das folgende Bild stammt aus dem Datenblatt des ESP32-S2.


Das gleiche gilt für den ESP32-C3.


Referenz:

Gern unterstützt Sie unser Team bei der Integration eines Espressif SoCs in Ihre bestehenden Produkte als Ersatz für schwer beschaffbare Microcontroller oder bei der Realisierung neuer Ideen – Sprechen Sie uns an!

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