Știți cum să selectați cel mai bun microcontroler pentru proiecte bazate pe microcontroler? Selectarea microcontrolerului adecvat pentru o anumită aplicație este una dintre cele mai critice decizii, care controlează succesul sau eșecul sarcinii.
Sunt diferite tipuri de microcontrolere disponibil și dacă ați decis ce serie urmează să utilizați, puteți începe cu ușurință propriul design de sistem încorporat. Inginerii trebuie să aibă propriile criterii pentru a face selecția corectă.
Aici, în acest articol, vom discuta considerațiile de bază în selectarea unui microcontroler.
Microcontrolere pentru proiectarea sistemului încorporat
În multe cazuri, în loc să aibă cunoștințe detaliate despre un microcontroler adecvat proiectului, oamenii aleg adesea în mod aleatoriu un microcontroler. Aceasta este totuși o idee proastă.
Prioritatea cea mai importantă pentru a alege un microcontroler este de a avea informații despre sistem, cum ar fi diagrama bloc, diagrama de flux și perifericele de intrare / ieșire.
Iată primele 7 căi care ar trebui urmate pentru a vă asigura că este selectat microcontrolerul potrivit.
Selecția de biți a microcontrolerului
Microcontrolerele sunt disponibile în rate de biți diferite, cum ar fi rate de 8 biți, 16 biți și 32 biți. Numărul de biți se referă la dimensiunea liniilor de date care limitează datele. Alegerea celui mai bun microcontroler pentru proiectarea sistemului încorporat este importantă în ceea ce privește selectarea biților. Performanța microcontrolerului crește odată cu dimensiunea biților.
Microcontrolere pe 8 biți :
Microcontrolere pe 8 biți
Microcontrolerele pe 8 biți au 8 linii de date care pot trimite și primi date pe 8 biți odată. Nu are funcții suplimentare, cum ar fi comunicarea serială de citire / scriere etc. Acestea sunt construite cu mai puține memorii pe cip și, prin urmare, sunt utilizate pentru aplicații mai mici. Sunt disponibile la un cost mai mic. Cu toate acestea, în cazul în care complexitatea proiectului dvs. crește, atunci alegeți un alt microcontroler de biți mai mare.
Microcontroler pe 16 biți:
Microcontroler pe 16 biți
Controlerele pe 16 biți au linii de 16 date care pot trimite și primi date pe 16 biți odată. Nu are funcții suplimentare în comparație cu controlerele pe 32 de biți. Este la fel ca microcontrolerul pe 8 biți, dar este adăugat cu puține caracteristici suplimentare.
Performanța unui microcontroler de 16 biți este mai rapidă decât a controlerelor de 8 biți și este rentabilă. Este aplicabil pentru aplicații mai mici. Este o versiune avansată a microcontrolerelor pe 8 biți.
Microcontroler pe 32 de biți :
Microcontroler pe 32 biți
Microcontrolerele pe 32 de biți au linii de 32 de date, care sunt utilizate pentru a trimite și primi date pe 32 de biți la un moment dat. Microcontrolerele 32 au unele futures suplimentare, cum ar fi SPI, I2C, unități în virgulă mobilă și funcții legate de proces.
Microcontrolerele pe 32 de biți sunt construite cu o gamă maximă de memorii On-chip și, prin urmare, sunt utilizate pentru aplicații mai mari. Performanța este foarte rapidă și rentabilă. Sunt o versiune avansată a microcontrolerelor pe 16 biți.
Selectarea familiei de microcontroler
Există mai mulți furnizori care produc diferite arhitecturi de microcontroler. Prin urmare, fiecare microcontroler are un set unic de instrucțiuni și registre și nu există două microcontrolere similare.
Un program sau un cod scris pentru un microcontroler nu va rula pe celălalt microcontroler. Diferite proiecte bazate pe microcontrolere necesită familii diferite de microcontrolere.
Diferite familii de microcontrolere sunt familia 8051, familia AVR, familia ARM, familia PIC și multe altele.
Familia de microcontrolere AVR
Familia de microcontrolere AVR
Un microcontroler AVR acceptă dimensiunea instrucțiunii de 16 biți sau 2 octeți. Este format din memorie flash care conține adresa pe 16 biți. Aici instrucțiunile sunt stocate direct.
Microcontrolere AVR-ATMega8, ATMega32 sunt utilizate pe scară largă.
Familia de microcontrolere PIC
Familia de microcontrolere PIC
Un microcontroler PIC, fiecare instrucțiune acceptă instrucțiuni de 14 biți. Memoria flash poate stoca adresa de 16 biți. Dacă primii 7 biți sunt trecuți în memoria flash, biții rămași pot fi stocați ulterior.
Cu toate acestea, dacă sunt trecuți 8 biți, restul de 6 biți sunt irosiți. Pe o notă ușoară, acest lucru depinde de fapt de furnizorii de producție.
Prin urmare, selectarea unei familii adecvate de microcontroler pentru proiectarea sistemului încorporat este foarte importantă în proces.
Arhitectura Selectarea microcontrolerului
Termenul „arhitectură” definește o combinație de periferice care sunt utilizate pentru îndeplinirea sarcinilor. Există două tipuri de arhitectură de microcontroler pentru proiecte bazate pe microcontroler.
De la Neumann Architecture
Arhitectura Von Neumann este cunoscută și sub numele de Princeton Architecture. În această arhitectură CPU comunică cu o singură magistrală de date și adrese, către RAM și ROM. CPU preia instrucțiunile din RAM și ROM simultan.
Arhitectura Von-Neumann
Aceste instrucțiuni sunt executate secvențial printr-o singură magistrală și, prin urmare, este nevoie de mai mult timp pentru a executa fiecare instrucțiune. Astfel putem spune că procesul arhitecturii Von Newman este foarte lent.
Harvard Architecture
În arhitectura Harvard, CPU are două magistrale separate, care sunt magistrala de adrese și magistrala de date pentru a comunica cu RAM și ROM. Procesorul preia și execută instrucțiunile din memoria RAM și ROM printr-o magistrală separată de date și o magistrală de adrese. Prin urmare, este nevoie de mai puțin timp pentru a executa fiecare instrucțiune, făcând această arhitectură extrem de populară.
Harvard Architecture
Astfel, pentru orice proiectare de sistem încorporat, cel mai bun microcontroler este cel mai mult cel cu arhitectură Harvard.
Instrucțiuni Selectați setul de microcontroler
Setul de instrucțiuni este un set de instrucțiuni de bază, cum ar fi aritmetica, condițională, logică etc., care sunt utilizate pentru a efectua operațiuni de bază în microcontroler. Arhitectura microcontrolerului funcționează pe baza setului de instrucțiuni.
Pentru toate proiectele bazate pe microcontrolere, sunt disponibile microcontrolere bazate pe set de instrucțiuni RISC sau CISC.
Arhitectură bazată pe RISC
RISC înseamnă computer cu set de instrucțiuni redus. Un set de instrucțiuni RISC efectuează toate operațiile aritmetice, logice, condiționate, booleene într-unul sau două cicluri de instrucțiuni. Gama setului de instrucțiuni RISC este<100.
Arhitectură bazată pe RISC
O mașină bazată pe RISC execută instrucțiuni mai repede, deoarece nu există un strat de microcod. Arhitectura RISC conține operațiuni speciale de stocare a încărcării care sunt utilizate pentru a muta datele din registrele interne și din memorie.
Un cip RISC este realizat cu un număr mai mic de tranzistoare, prin urmare costul este redus. Pentru orice proiectare de sistem încorporat, este preferat în principal un cip RISC.
Arhitectură bazată pe CISC
CISC înseamnă computer complex set de instrucțiuni. Setul de instrucțiuni CISC durează patru sau mai multe cicluri de instrucțiuni pentru a executa toate instrucțiunile aritmetice, logice, condiționate, booleene. Gama unui set de instrucțiuni CISC este> 150.
Arhitectură bazată pe CISC
O mașină bazată pe CISC execută instrucțiunile într-un ritm mai lent comparativ cu arhitectura RISC, deoarece aici instrucțiunile sunt convertite în dimensiuni mici de cod înainte de a fi executate.
Selectarea memoriei microcontrolerului
Selecția memoriei este foarte importantă în alegerea celui mai bun microcontroler, deoarece performanța sistemului depinde de amintiri.
Fiecare microcontroler poate conține orice tip de memorie, care sunt:
Memory Memorie On-Chip
Memory Memorie off-chip
Memorie on-chip și Off-chip
Memorie on-chip
Memoria on-chip se referă la orice memorie precum RAM, ROM care este încorporată pe cipul microcontrolerului în sine. Un ROM este un tip de dispozitiv de stocare care poate stoca permanent datele și aplicația în interiorul acestuia.
O memorie RAM este un tip de memorie care este utilizată pentru stocarea temporară a datelor și programelor. Microcontrolerele cu memorie on-chip oferă procesare de date de mare viteză, dar memoria de stocare este limitată. Deci, microcontrolerele cu cip sunt utilizate pentru a obține capacități ridicate de stocare a memoriei.
Memorie Off-Chip
Memoria off-chip se referă la orice memorie precum ROM, RAM și EEPROM care sunt conectate extern. Memoriile externe sunt uneori numite memorii secundare care sunt utilizate pentru a stoca o cantitate mare de date.
Datorită acestui controlor de memorie externă viteza este redusă în timp ce preluați și stocați datele. Această memorie externă are nevoie de conexiuni externe, astfel complexitatea sistemului crește.
Selectarea cipului microcontrolerului
Selectarea cipurilor este foarte importantă în dezvoltarea unui proiect bazat pe microcontroler . IC pur și simplu se numește pachet. Circuitele integrate sunt ecranate pentru a permite o manipulare ușoară și pentru a proteja dispozitivele de avarii. Circuitele integrate sunt alcătuite din mii de componente de bază în electronică cum ar fi tranzistoare, diode, rezistențe, condensatori.
Microcontrolerele sunt disponibile în multe tipuri diferite de pachete IC și fiecare are propriul avantaj și dezavantaj. Cel mai popular IC este Pachet dual în linie (DIP), utilizat mai ales în orice proiectare de sistem încorporat.
Microcontroler DIP (dual in line)
1. DIP (pachet dual in-line)
2. SIP (pachet unic în linie)
3. SOP (pachet Small Outline)
4. QFP (pachet quad plat)
5. PGA (Pin Grid Array)
6. BGA (Ball Grid Array)
7. TQFP (pachet plat Tin Quad)
Selecția IDE a microcontrolerului
IDE înseamnă mediu de dezvoltare integrat și este o aplicație software utilizată în majoritatea proiectelor bazate pe microcontroler. IDE constă în mod normal dintr-un editor de cod sursă, compilator, interpret și depanator. Este folosit pentru a dezvolta aplicațiile încorporate. IDE este folosit pentru a programa un microcontroler.
Selecția IDE a microcontrolerelor
Un IDE constă din următoarele componente: -
Editor cod sursă
Compilator
Depanator
Link-uri
Interpret
Convertor de fișiere hexagonale
Editor
Editorul de cod sursă este un editor de text special conceput pentru ca programatorii să scrie codul sursă al aplicațiilor.
Compilator
Un compilator este un program care traduce limbajul de nivel înalt (C, C încorporat) în limbajul de nivel al mașinii (formatul 0 ’și 1). Compilatorul scanează mai întâi întregul program și apoi traduce programul în codul mașinii care va fi executat de computer.
Există două tipuri de compilatoare: -
Compilator nativ
Când programul de aplicație este dezvoltat și compilat pe același sistem, este cunoscut ca un compilator nativ. EX: C, JAVA, Oracle.
Compilator încrucișat
Când programul de aplicație este dezvoltat pe un sistem gazdă și compilat pe sistemul țintă, acesta se numește un compilator încrucișat. Toate proiectele bazate pe microcontroler sunt dezvoltate de compilatorul încrucișat. Ex Embedded C, asamblare, microcontrolere.
Depanator
Un depanator este un program care este utilizat pentru a testa și depana celelalte programe, cum ar fi programul țintă. Depanarea este un proces de găsire și reducere a numărului de erori sau defecte din program.
Link-uri
Linker-ul este un program care preia unul sau mai multe fișiere obiective de la compilator și le combină într-un singur program executabil.
Interpret
Un interpret este o parte a software-ului care convertește limbajul de nivel înalt în limbaj lizibil de mașină într-o manieră rând cu rând. Fiecare instrucțiune a codului este interpretată și executată separat în mod secvențial. Dacă se găsește o eroare într-o parte a instrucțiunii, aceasta va opri interpretarea codului.
Microcontroler diferit cu aplicații
Iată un rezumat al unui tabel care oferă informații despre diferitele microcontrolere și proiectele în care pot fi utilizate.
Microcontrolere diferite pentru diferite aplicații
Ești pregătit să alegi cel mai bun microcontroler pentru proiectul tău? Sperăm că acum trebuie să aveți o imagine clară în mintea dvs. cu privire la ce microcontroler va fi cel mai potrivit pentru sistemul dvs. încorporat. Pentru referință, o varietate de proiecte încorporate poate fi găsit pe site-ul edgefxkits.
Iată o întrebare de bază pentru dvs. - Pentru majoritatea proiectelor bazate pe microcontroler, combinând toate cele mai bune caracteristici pe care le-am menționat mai sus, ce familie de microcontroler este preferată în mare parte și de ce?
Vă rugăm să oferiți răspunsurile dvs. împreună cu feedback-ul dvs. în secțiunea de comentarii de mai jos.
Credite foto:
Microcontrolere pe 8 biți de rapidonline
Microcontroler de 16 biți de directindustry
Microcontroler pe 32 de biți de rapidonline
Familia de microcontrolere AVR de electrolină
Familia de microcontrolere PIC de către ingineri garaj
Harvard Architecture de eecatalog.com
Arhitectură bazată pe RISC de către electronicweekly.com
Arhitectură bazată pe CISC de către studydroid.com
Microcontroler DIP (dual in line) de t2.gstatic.com
