- Tärkeitä tekijöitä, jotka on otettava huomioon MCU: ta valittaessa
- 1. Soveltaminen
- 2. Valitse Microcontroller Architecture
- 3. Bittikoko
- 4. Liitännät viestintään
- 5. Käyttöjännite
- 6. I / O-nastojen lukumäärä
- 7. Muistivaatimukset
- 8. Pakkauskoko
- 9. Virrankulutus
- 10. Tuki mikrokontrollerille
Mikrokontrolleri on pohjimmiltaan pieni sirulla oleva tietokone, kuten kaikilla tietokoneilla, sillä on muistia ja se on yleensä ohjelmoitu sulautettuihin järjestelmiin vastaanottamaan syötteitä, suorittamaan laskelmia ja tuottamaan lähtöä. Toisin kuin prosessori, se yhdistää muistin, suorittimen, I / O: n ja muut oheislaitteet yhdelle sirulle, kuten alla olevassa taulukossa on esitetty.
Oikean mikrokontrollerin valitseminen projektille on aina monimutkainen päätös, koska se on projektin ydin ja järjestelmän menestys tai epäonnistuminen riippuu siitä.
On olemassa tuhat erityyppistä mikro-ohjainta, joista jokaisella on ainutlaatuinen ominaisuus tai kilpailuetu muodoltaan pakkauskokoon, RAM-muistin ja ROM-levyn kapasiteettiin asti, mikä tekee niistä sopivia tiettyihin sovelluksiin ja sopimattomiin tiettyihin sovelluksiin. Suunnittelijat valitsevat usein usein oikean valitsemiseen liittyvän päänsäryn välttämiseksi tutut mikro-ohjaimet, jotka eivät toisinaan edes täytä projektin vaatimuksia. Tämän päivän artikkelissa tarkastellaan joitain tärkeitä tekijöitä, jotka on otettava huomioon valittaessa mikro-ohjainta, mukaan lukien arkkitehtuuri, muisti, liitännät ja I / O-kiinteistöt.
Tärkeitä tekijöitä, jotka on otettava huomioon MCU: ta valittaessa
Seuraavassa on joitain tärkeitä tekijöitä, jotka on otettava huomioon valittaessa mikro-ohjainta, mukaan lukien arkkitehtuuri, muisti, liitännät ja I / O-kiinteistöt.
1. Soveltaminen
Ensimmäinen tehtävä ennen mikrokontrollerin valitsemista mihinkään projektiin on kehittää syvä ymmärrys tehtävästä, johon mikrokontrolleripohjainen ratkaisu on tarkoitus ottaa käyttöön. Tämän prosessin aikana kehitetään aina tekninen eritelmälomake, joka auttaa määrittämään erityisominaisuudet, joita projektissa käytettävä mikro-ohjain. Hyvä esimerkki siitä, kuinka laitteen sovellus / käyttö määrittää käytettävän mikro-ohjaimen, näytetään, kun mikro-ohjain, jossa on liukulukuyksikkö, hyväksytään sellaisen laitteen suunnitteluun, jota käytetään suorittamaan operaatioita, joihin liittyy paljon desimaalilukuja.
2. Valitse Microcontroller Architecture
Mikrokontrollerin arkkitehtuuri viittaa siihen, miten mikrokontrolleri on rakennettu sisäisesti. Mikrokontrollereiden suunnittelussa käytetään kahta pääarkkitehtuuria;
- Von Neumannin arkkitehtuuri
- Harvardin arkkitehtuuri
Von Neumannin arkkitehtuurissa on saman väylän käyttö tietojen lähettämiseen ja käskyjoukkojen hakemiseen muistista. Siksi tiedonsiirtoa ja käskyjen hakua ei voida suorittaa samanaikaisesti, ja ne ajoitetaan yleensä. Toisaalta Harvardin arkkitehtuurissa on erillisten väylien käyttö tiedonsiirtoon ja ohjeiden hakemiseen.
Jokaisella näistä arkkitehtuureista on omat etunsa ja haittansa. Esimerkiksi Harvardin arkkitehtuuri on RISC (Reduced command Set) -tietokoneita ja pystyy siten suorittamaan enemmän käskyjä pienemmillä jaksoilla kuin von Neumannin arkkitehtuuriin perustuvat CISC (Complex command Set) -tietokoneet. Yksi Harvardin (RISC) pohjaisten mikro-ohjainten merkittävä etu on se, että erilaisten väylien olemassaolo tiedoille ja käskyjoukolle mahdollistaa muistipääsyn ja aritmeettisen ja logiikkayksikön (ALU) toiminnan erottamisen. Tämä vähentää mikrokontrollerin tarvitseman laskentatehon määrää ja vähentää kustannuksia, alentaa virrankulutusta ja lämmöntuottoa, mikä tekee niistä ihanteellisia paristokäyttöisten laitteiden suunnittelussa. Monet ARM,AVR- ja PIC-mikrokontrollerit perustuvat Harvardin arkkitehtuuriin. Esimerkki Von Neumannin arkkitehtuuria käyttävistä mikro-ohjaimista ovat muun muassa 8051, zilog Z80.
3. Bittikoko
Mikrokontrolleri voi olla joko 8-, 16-, 32- ja 64-bittinen, mikä on mikrokontrollerin nykyinen maksimibittikoko. Mikrokontrollerin bittikoko edustaa "sanan" kokoa, jota käytetään mikrokontrollerin käskyjoukossa. Tämä tarkoittaa, että 8-bittisessä mikro-ohjaimessa jokaisen käskyn, osoitteen, muuttujan tai rekisterin edustus kestää 8-bittistä. Yksi bittikoon keskeisistä vaikutuksista on mikro-ohjaimen muistikapasiteetti. Esimerkiksi 8-bittisessä mikro-ohjaimessa on 255 yksilöllistä muistipaikkaa bittikoon sanelemana, kun taas 32-bittisessä mikro-ohjaimessa on 4 294 967 295 yksilöllistä muistipaikkaa, mikä tarkoittaa mitä suurempi bittikoko, sitä suurempi yksilöllisten muistien määrä mikro-ohjaimessa käytettävissä olevat muistipaikat. Valmistajat kuitenkin näinä päivinäkehitetään tapoja tarjota pääsy suurempaan muistipaikkaan pienemmille bittikokoisille mikro-ohjaimille henkilöhakemisen ja osoitteen avulla siten, että 8-bittisestä mikrokontrollerista tulee 16-bittinen osoitettavissa, mutta tämä vaikeuttaa ohjelmointia sulautetun ohjelmiston kehittäjälle.
Bittikoon vaikutus koetaan todennäköisesti merkittävämmin kehitettäessä mikrokontrollerin laiteohjelmistoa erityisesti aritmeettisia operaatioita varten. Eri tietotyypeillä on erilainen muistikoko mikrokontrollerin eri bittikoolle. Esimerkiksi allekirjoittamattomana kokonaislukuna ilmoitetun muuttujan käyttö, joka tietotyypin takia vaatii 16 bittiä muistia, 8-bittisellä mikro-ohjaimella suoritettavissa koodeissa johtaa datan merkittävimmän tavun menetykseen, joka toisinaan voi olla erittäin tärkeä sen tehtävän saavuttamiseksi, johon laite, jolla mikrokontrolleria käytetään, on suunniteltu.
Siksi on tärkeää valita mikro-ohjain, jonka bittikoko vastaa käsiteltävien tietojen kokoa.
On luultavasti tärkeää huomata, että suurin osa sovelluksista on nykyään 32--16 bittiä mikrokontrollereita näihin siruihin sisältyvän teknisen kehityksen vuoksi.
4. Liitännät viestintään
Mikrokontrollerin ja joidenkin projektissa käytettävien anturien ja toimilaitteiden välinen tiedonsiirto saattaa edellyttää yhteyden käyttöä mikrokontrollerin ja anturin tai toimilaitteen välillä. Otetaan esimerkiksi analogisen anturin kytkeminen mikrokontrolleriin edellyttäen, että mikrokontrollerissa on tarpeeksi ADC: tä (analogisesta digitaaliseen muuntimeen) tai kuten aiemmin mainitsin, tasavirtamoottorin nopeuden vaihtelu voi edellyttää PWM-liitännän käyttöä mikro-ohjaimessa. Joten on tärkeää vahvistaa, että valitulla mikrokontrollerilla on tarpeeksi tarvittavia rajapintoja, muun muassa UART, SPI, I2C.
5. Käyttöjännite
Käyttöjännite on jännitetaso, jolla järjestelmä on suunniteltu toimimaan. Se on myös jännitetaso, johon järjestelmän tietyt ominaisuudet liittyvät. Laitteistosuunnittelussa käyttöjännite määrittää ajoittain logiikkatason, jolla mikro-ohjain on yhteydessä muihin järjestelmän muodostaviin komponentteihin.
5 V: n ja 3,3 V: n jännitetasot ovat suosituimpia mikro-ohjaimille käytettyjä käyttöjännitteitä, ja olisi päätettävä, mitä näistä jännitetasoista käytetään laitteen teknisen erittelyn kehittämisprosessin aikana. 3,3 V: n käyttöjännitteellä varustetun mikro-ohjaimen käyttäminen sellaisen laitteen suunnittelussa, jossa suurin osa ulkoisista komponenteista, antureista ja toimilaitteista toimii 5 V: n jännitetasolla, ei ole kovin älykäs päätös, koska on tarpeen toteuttaa logiikkataso vaihtimien tai muuntimien avulla tiedonvaihdon mahdollistamiseksi mikro-ohjaimen ja muiden komponenttien välillä, mikä lisää tarpeettomasti valmistuskustannuksia ja laitteen kokonaiskustannuksia.
6. I / O-nastojen lukumäärä
Mikrokontrollerin hallussa olevien yleisten tai erikoiskäyttöisten tulo- / lähtöporttien ja (tai) nastojen määrä on yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka vaikuttavat mikro-ohjaimen valintaan.
Jos mikrokontrollerilla olisi kaikki muut tässä artikkelissa mainitut ominaisuudet, mutta sillä ei ole tarpeeksi IO-nastoja projektin vaatimalla tavalla, sitä ei voida käyttää. On tärkeää, että mikrokontrollerissa on tarpeeksi PWM-nastoja esimerkiksi DC-moottoreiden ohjaamiseksi, joiden nopeutta laite muuttaa. Vaikka mikrokontrollerin I / O-porttien määrää voidaan lisätä siirtorekistereiden avulla, sitä ei voida käyttää kaikenlaisiin sovelluksiin ja se lisää niiden laitteiden kustannuksia, joissa sitä käytetään. Siksi on parempi varmistaa, että suunnittelua varten valitulla mikrokontrollerilla on tarvittava määrä yleisiä ja erityisiä I / O-portteja projektiin.
Toinen tärkeä asia, joka on pidettävä mielessä määritettäessä projektille tarvittavien yleisten tai erityisten I / O-nastojen määrää, on laitteeseen mahdollisesti tehtävä parannus ja miten nämä parannukset voivat vaikuttaa I / O-nastojen määrään vaaditaan.
7. Muistivaatimukset
Mikrokontrolleriin liittyy useita muistityyppejä, jotka suunnittelijan tulisi varoa valintaa tehdessään. Tärkeimmät ovat RAM, ROM ja EEPROM. Kunkin tarvittavan muistin määrää voi olla vaikea arvioida, kunnes sitä käytetään, mutta mikro-ohjaimelta vaadittavan työn määrän perusteella voidaan tehdä ennusteita. Nämä edellä mainitut muistilaitteet muodostavat mikro-ohjaimen data- ja ohjelmamuistin.
Mikrokontrollerin ohjelmamuisti tallentaa mikrokontrollerin laiteohjelmiston, joten kun virta katkaistaan mikrokontrollerista, laiteohjelmisto ei häviä. Tarvittavan ohjelmamuistin määrä riippuu sellaisten tietojen määrästä, kuten kirjastot, taulukot, kuvien binaaritiedostot jne., Joita tarvitaan laiteohjelmiston moitteettomaan toimintaan.
Toisaalta datamuistia käytetään ajon aikana. Kaikki muut muuttujat ja tiedot, jotka syntyvät käsittelyn aikana muiden toimintojen aikana ajon aikana, tallennetaan tähän muistiin. Täten ajon aikana tapahtuvien laskelmien monimutkaisuutta voidaan käyttää arvioimaan mikro-ohjaimelle tarvittavan datamuistin määrä.
8. Pakkauskoko
Pakkauskoko viittaa mikrokontrollerin muodon tekijään. Mikrokontrollereita on yleensä saatavana paketteina, jotka vaihtelevat QFP: stä, TSSOP: sta, SOIC: stä SSOP: iin ja tavalliseen DIP-pakettiin, joka tekee asennuksen leipälautalle prototyyppien tekemistä varten. On tärkeää suunnitella ennen valmistusta ja kuvitella, mikä paketti on paras.
9. Virrankulutus
Tämä on yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka on otettava huomioon mikrokontrolleria valittaessa, varsinkin kun se on tarkoitus ottaa käyttöön akkukäyttöisissä sovelluksissa, kuten IoT-laitteissa, missä halutaan, että mikro-ohjain on mahdollisimman alhainen. Useimpien mikro-ohjainten tietolomake sisältää tietoa useista laitteisto- ja (tai) ohjelmistopohjaisista tekniikoista, joita voidaan käyttää minimoimaan mikro-ohjaimen kuluttama teho eri moodeissa. Varmista, että valitsemasi mikro-ohjain täyttää projektisi tehovaatimukset.
10. Tuki mikrokontrollerille
On tärkeää, että valitsemallasi mikrokontrollerilla on tarpeeksi tukea, mukaan lukien; koodinäytteet, viitemallit ja mahdollisuuksien mukaan suuri yhteisö verkossa. Ensimmäisen kerran työskentely mikrokontrollerin kanssa voi aiheuttaa erilaisia haasteita, ja pääsy näihin resursseihin auttaa sinua voittamaan ne nopeasti. Vaikka uusimpien mikrokontrollerien käyttö niiden mukana tulleiden hienojen uusien ominaisuuksien takia on hyvä asia, on suositeltavaa varmistaa, että mikrokontrolleri on ollut käytössä vähintään 3-4 kuukautta, jotta voidaan varmistaa suurin osa mikrokontrolleriin mahdollisesti liittyvistä varhaisista ongelmista olisi ratkaistu, koska useat asiakkaat olisivat testanneet paljon mikrokontrolleria eri sovelluksilla.
On myös tärkeää valita mikro-ohjain, jolla on hyvä arviointipakkaus, jotta voit nopeasti aloittaa prototyypin rakentamisen ja testata ominaisuuksia helposti. Arviointipaketit ovat hyvä tapa hankkia kokemusta, tutustua kehitykseen käytettävään työkaluketjuun ja säästää aikaa laitteen kehityksen aikana.
Oikean mikro-ohjaimen valitseminen projektille on edelleen ongelma, jokaisen laitteistosuunnittelijan on ratkaistava, ja vaikka on olemassa muutamia muita tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa mikro-ohjaimen valintaan, nämä edellä mainitut tekijät ovat tärkeimmät.