Како одабрати прави микроконтролер за своју уграђену апликацију

Микроконтролер је у основи мали рачунар на чипу, као и сваки рачунар, има меморију и обично је програмиран у уграђеним системима да прима улазе, врши прорачуне и генерише излаз. За разлику од процесора, он укључује меморију, ЦПУ, И / О и остале периферне уређаје на једном чипу као што је приказано на доњем распореду.

Избор правог микроконтролера за пројекат увек је сложена одлука, јер је то срце пројекта и од тога зависи успех или неуспех система.

Постоји хиљаду различитих типова микроконтролера, сваки са јединственом карактеристиком или конкурентском предношћу од фактора облика, до величине пакета, до капацитета РАМ-а и РОМ-а што их чини погодним за одређене апликације и неподобним за одређене апликације. Тако се често пута, да би избегли главобољу која долази с избором правог, дизајнери опредељују за микроконтролере које су им познати, а који понекад чак и не испуњавају захтеве пројекта. Данашњи чланак ће погледати неке од важних фактора на које треба обратити пажњу приликом одабира микроконтролера, укључујући архитектуру, меморију, интерфејсе и И / О некретнине.

Важни фактори које треба узети у обзир приликом избора МЦУ-а

Следе неки од важних фактора које треба имати на уму приликом одабира микроконтролера, укључујући архитектуру, меморију, интерфејсе и И / О некретнине.

1. Примена

Прва ствар коју треба урадити пре избора микроконтролера за било који пројекат је развити дубоко разумевање задатка за који ће се применити решење засновано на микроконтролеру. Током овог процеса увек се израђује техничка спецификација која ће помоћи да се утврде специфичне карактеристике микроконтролера који ће се користити за пројекат. Добар пример како апликација / употреба уређаја одређује микроконтролер који ће се користити је изложен када се микроконтролер са јединицом са покретном тачком усвоји за дизајн уређаја који ће се користити за извршавање операција које укључују пуно децималних бројева.

2. Изаберите Архитектура микроконтролера

Архитектура микроконтролера односи се на то како је микроконтролер унутрашње структуриран. Постоје две главне архитектуре које се користе за дизајн микроконтролера;

Вон Неуманн Арцхитецтуре
Харвард Арцхитецтуре

Вон Неуманнова архитектура одликује се употребом исте магистрале за пренос података и преузимање скупова инструкција из меморије. Због тога се пренос података и преузимање инструкција не могу изводити истовремено и обично су заказани. Харвардска архитектура, с друге стране, садржи употребу одвојених сабирница за пренос података и преузимање упутстава.

Свака од ових архитектура долази са својом предношћу и недостатком. На пример, архитектура Харварда су рачунари РИСЦ (редуковани скуп инструкција) и тако су у стању да изврше више инструкција са нижим циклусима од рачунара ЦИСЦ (сложени низ инструкција) који су засновани на вон Неуманновој архитектури. Једна важна предност микроконтролера заснованих на Харварду (РИСЦ) је чињеница да постојање различитих сабирница за скуп података и инструкција омогућава одвајање приступа меморији и рад аритметичке и логичке јединице (АЛУ). То смањује количину рачунске снаге потребне микроконтролеру и доводи до смањених трошкова, мале потрошње енергије и одвођења топлоте што их чини идеалним за дизајн уређаја на батерије. Многи АРМ,Микроконтролери АВР и ПИЦ засновани су на архитектури Харварда. Примери микроконтролера који користе Вон Неуманн архитектуру укључују 8051, зилог З80, између осталих.

3. Бит величина

Микроконтролер може бити 8-битни, 16-битни, 32-битни и 64-битни, што је тренутна максимална битна величина коју поседује микроконтролер. Битна величина микроконтролера представља величину „речи“ која се користи у скупу инструкција микроконтролера. То значи да у 8-битном микроконтролеру представљање сваке инструкције, адресе, променљиве или регистра траје 8-бит. Једна од кључних импликација величине бита је капацитет меморије микроконтролера. На пример, у 8-битном микроконтролеру постоји 255 јединствених меморијских локација које одређује величина бита, док у 32-битном микроконтролеру постоји 4.294.967.295 јединствених меморијских локација, што значи да је већа битна величина, већи је број јединствених меморијских локација меморијске локације доступне за употребу на микроконтролеру. Произвођачи ових дана,развијају начине за омогућавање приступа више меморијске локације микроконтролерима мањег бита путем пејџинга и адресирања, тако да 8-битни микроконтролер постаје 16-битни адресибилни, али то тежи да компликује програмирање за уграђеног програмера софтвера.

Учинак величине битова вероватно се значајније доживљава при развоју фирмвера за микроконтролер, посебно за аритметичке операције. Различити типови података имају различиту величину меморије за различиту величину бита микроконтролера. На пример, употреба променљиве декларисане као непотписани цели број који ће због типа података захтевати 16-битну меморију, у кодовима који се извршавају на 8-битном микроконтролеру ће довести до губитка најзначајнијег бајта у подацима који понекад може бити веома важно за постизање задатка за који је дизајниран уређај на коме ће се користити микроконтролер.

Стога је важно одабрати микроконтролер чија бит величина одговара величини података који се обрађују.

Вероватно је важно напоменути да је већина примена ових дана између 32-битних и 16-битних микроконтролера због технолошког напретка уграђеног у ове чипове.

4. Интерфејси за комуникацију

Комуникација између микроконтролера и неких сензора и актуатора који ће се користити за пројекат може захтевати употребу интерфејса између микроконтролера и сензора или актуатора како би се олакшала комуникација. Узмимо за пример повезивање аналогног сензора са микроконтролером захтеваће да микроконтролер има довољно АДЦ (аналогних у дигиталне претвараче) или, као што сам раније поменуо, варирање брзине једносмерног мотора може захтевати употребу ПВМ интерфејса на микроконтролеру. Стога ће бити важно потврдити да микроконтролер који се бира има довољно потребних интерфејса, укључујући УАРТ, СПИ, И2Ц између осталог.

5. Радни напон

Радни напон је ниво напона на којем је систем дизајниран за рад. То је такође ниво напона на који су повезане одређене карактеристике система. У хардверском дизајну, радни напон с времена на време одређује логички ниво на којем микроконтролер комуницира са другим компонентама које чине систем.

Напон од 5 В и 3,3 В најпопуларнији је радни напон који се користи за микроконтролере и требало би донети одлуку о томе који од ових нивоа напона ће се користити током процеса израде техничке спецификације уређаја. Коришћење микроконтролера са радним напоном од 3,3 В у дизајну уређаја где ће већина спољних компонената, сензора и актуатора радити на напонском нивоу од 5 В неће бити врло паметна одлука јер ће бити потребно применити логички ниво мењачи или претварачи који омогућавају размену података између микроконтролера и осталих компоненти, а то ће непотребно повећати трошкове производње и укупне трошкове уређаја.

6. Број И / О пинова

Број улаза / излаза опште или посебне намене и (или) пинова које поседује микроконтролер један је од најважнијих фактора који утиче на избор микроконтролера.

Ако би микроконтролер имао све остале функције поменуте у овом чланку, али нема довољно ИО пинова како захтева пројекат, не може се користити. Важно је да микроконтролер има довољно ПВМ пинова, на пример, за контролу броја једносмерних мотора чију ће брзину уређај мењати. Иако се број И / О портова на микроконтролеру може проширити употребом смена регистара, он се не може користити за све врсте апликација и повећава трошкове уређаја у којима се користи. Због тога је боље осигурати да микроконтролер који буде одабран за дизајн има потребан број У / И портова опште и посебне намене за пројекат.

Још једна кључна ствар коју треба имати на уму приликом одређивања количине И / О пинова опште или посебне намене потребне за пројекат је будуће побољшање које се може извршити на уређају и како та побољшања могу утицати на број И / О пинова потребан.

7. Захтеви за меморију

Постоји неколико врста меморије повезане са микроконтролером на које дизајнер треба пазити приликом одабира. Најважнији су РАМ, РОМ и ЕЕПРОМ. Количину сваке од ових потребних меморија можда ће бити тешко проценити док се не користи, али судећи по обиму посла који захтева микроконтролер, могу се направити предвиђања. Ови горе поменути меморијски уређаји чине податке и програмску меморију микроконтролера.

Програмска меморија микроконтролера чува фирмвер за микроконтролер, тако да када се искључи напајање са микроконтролера, фирмвер се не губи. Количина потребне програмске меморије зависи од количине података попут библиотека, табела, бинарних датотека за слике итд. Које су потребне да би фирмвер исправно радио.

С друге стране, меморија података се користи током времена извођења. Све променљиве и подаци генерисани као резултат обраде међу осталим активностима током времена извршавања чувају се у овој меморији. Дакле, сложеност израчунавања која ће се десити током времена извођења може се користити за процену количине меморије података која је потребна за микроконтролер.

8. Величина пакета

Величина пакета односи се на фактор облика микроконтролера. Микроконтролери углавном долазе у пакетима који се крећу од КФП, ТССОП, СОИЦ до ССОП и редовног ДИП пакета који олакшава постављање на плочу за прототипирање. Важно је планирати унапред производњу и предвидети који ће пакет бити најбољи.

9. Потрошња енергије

Ово је један од најважнијих фактора који треба узети у обзир при одабиру микроконтролера, посебно када треба да се примени у апликацији на батерије, попут ИоТ уређаја, где се жели да микроконтролер има што мање снаге. Табела података већине микроконтролера садржи информације о неколико техника заснованих на хардверу и (или) софтверу које се могу користити за минимизирање количине енергије коју микроконтролер троши у различитим режимима. Уверите се да микроконтролер који одабирете испуњава захтеве за снагом за ваш пројекат.

10. Подршка за микроконтролер

Важно је да микроконтролер са којим одлучите да радите има довољно подршке, укључујући; узорци кода, референтни дизајни и ако је могуће велика заједница на мрежи. Први рад са микроконтролером може довести до различитих изазова, а приступ тим ресурсима помоћи ће вам да их брзо превазиђете. Иако је добра употреба најновијих микроконтролера због оних кул нових функција које је испоручио, препоручљиво је осигурати да микроконтролер постоји најмање 3-4 месеца како би се осигурала већина раних проблема који могу бити повезани са микроконтролером. би био решен јер би разни купци обавили доста тестирања микроконтролера са различитим апликацијама.

Такође је важно одабрати микроконтролер са добрим комплетом за процену, тако да можете брзо започети израду прототипа и лако тестирати функције. Комплети за процену су добар начин за стицање искуства, упознавање ланца алата који се користи за развој и уштеду времена током развоја уређаја.

Избор правог микроконтролера за пројекат и даље ће представљати проблем, сваки дизајнер хардвера ће морати да реши и иако постоји још неколико фактора који могу утицати на избор микроконтролера, ови горе наведени фактори су најважнији.