- Svarīgi faktori, kas jāņem vērā, izvēloties MCU
- 1. Pieteikums
- 2. Atlasiet Mikrokontrolleru arhitektūra
- 3. Bitu lielums
- 4. Saskarnes saskarnes
- 5. Darba spriegums
- 6. I / O tapu skaits
- 7. Atmiņas prasības
- 8. Iepakojuma lielums
- 9. Enerģijas patēriņš
- 10. Atbalsts mikrokontrollerim
Mikrokontrolleris būtībā ir mazs mikroshēmas dators, tāpat kā jebkuram datoram, tam ir atmiņa un tas parasti ir ieprogrammēts iegultās sistēmās, lai saņemtu ievadi, veiktu aprēķinus un ģenerētu izvadi. Atšķirībā no procesora tas vienā atmiņā iekļauj atmiņu, procesoru, I / O un citas perifērijas ierīces, kā parādīts zemāk redzamajā izkārtojumā.
Pareiza mikrokontrollera izvēle projektam vienmēr ir sarežģīts lēmums, jo tas ir projekta pamats, un no tā ir atkarīga sistēmas veiksme vai neveiksme.
Ir tūkstoš dažādu mikrokontrolleru, no kuriem katram ir unikāla iezīme vai konkurences priekšrocības, sākot no formas faktora, līdz iepakojuma lielumam, līdz RAM un ROM ietilpībai, kas padara tos piemērotus noteiktām lietojumprogrammām un nederīgiem noteiktām lietojumprogrammām. Bieži vien, lai izvairītos no galvassāpēm, kas rodas, izvēloties pareizo, dizaineri izvēlas sev pazīstamus mikrokontrollerus, kas pat dažkārt pat neatbilst projekta prasībām. Šodienas rakstā tiks aplūkoti daži svarīgi faktori, kas jāņem vērā, izvēloties mikrokontrolleru, tostarp arhitektūru, atmiņu, saskarnes un I / O nekustamo īpašumu.
Svarīgi faktori, kas jāņem vērā, izvēloties MCU
Tālāk ir minēti daži svarīgi faktori, kas jāņem vērā, izvēloties mikrokontrolleru, tostarp arhitektūru, atmiņu, saskarnes un I / O nekustamo īpašumu.
1. Pieteikums
Pirmais, kas jādara pirms mikrokontrollera izvēles jebkuram projektam, ir padziļināti izprast uzdevumu, kuram jāizvieto uz mikrokontrolleru balstīts risinājums. Šajā procesā vienmēr tiek izstrādāta tehnisko specifikāciju lapa, kas palīdzēs noteikt īpašās īpašības, kuras mikrokontrolleris tiks izmantots projektā. Labs piemērs tam, kā ierīces lietojums / izmantošana nosaka izmantojamo mikrokontrolleru, tiek parādīts, kad ierīces projektēšanai tiek izmantots mikrokontrolleris ar peldošā komata vienību, kuru izmantos, lai veiktu darbības, kurās ir daudz decimāldaļu.
2. Atlasiet Mikrokontrolleru arhitektūra
Mikrokontrollera arhitektūra attiecas uz to, kā mikrokontrolleris tiek strukturēts iekšēji. Mikrokontrolleru projektēšanai tiek izmantotas divas galvenās arhitektūras;
- Fon Neimaņa arhitektūra
- Hārvardas arhitektūra
Fon Neimaņa arhitektūrā ir izmantota tā pati kopne datu pārsūtīšanai un instrukciju kopu ienešanai no atmiņas. Tāpēc datu pārsūtīšanu un instrukciju ielādi nevar veikt vienlaicīgi, un tie parasti tiek plānoti. No otras puses, Hārvardas arhitektūrā ir raksturīga atsevišķu kopņu izmantošana datu pārsūtīšanai un instrukciju iegūšanai.
Katrai no šīm arhitektūrām ir savas priekšrocības un trūkumi. Piemēram, Hārvardas arhitektūra ir RISC (samazināts instrukciju komplekts) datori, un tādējādi tie spēj izpildīt vairāk instrukciju ar zemākiem cikliem nekā CISC (kompleksais instrukciju komplekts) datori, kuru pamatā ir fon Neimaņa arhitektūra. Viena no Hārvardas (RISC) balstīto mikrokontrolleru priekšrocībām ir fakts, ka dažādu datu un instrukciju kopu kopņu esamība ļauj atdalīt piekļuvi atmiņai un aritmētiskās un loģiskās vienības (ALU) darbības. Tas samazina mikrokontrolleram nepieciešamās skaitļošanas jaudas daudzumu un samazina izmaksas, zemu enerģijas patēriņu un siltuma izkliedi, kas padara tos ideāli piemērotus ar akumulatoru darbināmu ierīču projektēšanai. Daudzi ARM,AVR un PIC mikrokontrolleru pamatā ir Hārvardas arhitektūra. Mikrokontrolleru piemērs, kas izmanto Von Neumann arhitektūru, ietver 8051, zilog Z80.
3. Bitu lielums
Mikrokontrolleris var būt 8 biti, 16 biti, 32 biti un 64 biti, kas ir pašreizējais mikrokontrollera maksimālais bitu lielums. Mikrokontrollera bitu lielums apzīmē “vārda” lielumu, kas tiek izmantots mikrokontrollera instrukciju komplektā. Tas nozīmē, ka 8 bitu mikrokontrollerā katras instrukcijas, adreses, mainīgā vai reģistra attēlojums aizņem 8 bitus. Viena no bitu lieluma galvenajām sekām ir mikrokontrollera atmiņas ietilpība. Piemēram, 8 bitu mikrokontrollerā ir 255 unikālas atmiņas vietas, ko nosaka bitu izmērs, savukārt 32 bitu mikrokontrollerā ir 4 294 967 295 unikālas atmiņas vietas, kas nozīmē, ka jo lielāks ir bitu lielums, jo lielāks ir unikālo skaits atmiņas vietas, kas pieejamas lietošanai mikrokontrollerī. Ražotāji mūsdienās tomērizstrādā veidus, kā nodrošināt mazāku bitu izmēru mikrokontrolleriem piekļuvi lielākai atmiņas vietai, izmantojot peidžeru un adresēšanu, lai 8 bitu mikrokontrolleris kļūtu par 16 bitu adresējams, taču tas mēdz sarežģīt iegultās programmatūras izstrādātāja programmēšanu.
Bitu lieluma ietekme, iespējams, ir daudz nozīmīgāka, izstrādājot mikrokontrollera programmaparatūru, īpaši aritmētiskām darbībām. Dažādiem datu tipiem ir atšķirīgs atmiņas lielums dažādiem mikrokontrolleru bitu izmēriem. Piemēram, izmantojot mainīgo, kas deklarēts kā neparakstīts vesels skaitlis, kuram datu veida dēļ būs nepieciešama 16 bitu atmiņa, kodos, kas jāizpilda 8 bitu mikrokontrollerī, datos tiks zaudēts vissvarīgākais baits, kas dažkārt var būt ir ļoti svarīgi, lai sasniegtu uzdevumu, kuram paredzēta ierīce, kurā paredzēts izmantot mikrokontrolleru.
Tāpēc ir svarīgi izvēlēties mikrokontrolleru ar tādu bitu izmēru, kas atbilst apstrādājamo datu lielumam.
Iespējams, ir svarīgi atzīmēt, ka mūsdienās lielākā daļa lietojumprogrammu ir starp 32 un 16 bitu mikrokontrolleriem, pateicoties tehnoloģiskajiem sasniegumiem, kas iestrādāti šajās mikroshēmās.
4. Saskarnes saskarnes
Saziņai starp mikrokontrolleru un dažiem sensoriem un izpildmehānismiem, kas tiks izmantoti projektā, komunikācijas atvieglošanai var būt nepieciešama saskarnes izmantošana starp mikrokontrolleru un sensoru vai izpildmehānismu. Piemēram, lai pievienotu analogo sensoru mikrokontrollerim, būs nepieciešams, lai mikrokontrolierim būtu pietiekami daudz ADC (analogo ciparu pārveidotāju), vai, kā jau minēju iepriekš, mainot līdzstrāvas motora ātrumu, var būt nepieciešams izmantot PWM saskarni mikrokontrollerī. Tāpēc būs svarīgi apstiprināt, ka izvēlētajam mikrokontrollerim ir pietiekami daudz nepieciešamo saskarņu, tostarp UART, SPI, I2C.
5. Darba spriegums
Darbības spriegums ir sprieguma līmenis, pie kura sistēma ir paredzēta darbībai. Tas ir arī sprieguma līmenis, ar kuru ir saistītas noteiktas sistēmas īpašības. Aparatūras projektēšanā darba spriegums reizēm nosaka loģisko līmeni, kurā mikrokontrolleris sazinās ar citiem komponentiem, kas veido sistēmu.
5V un 3.3V sprieguma līmenis ir vispopulārākais darba spriegums, ko lieto mikrokontrolleriem, un jāpieņem lēmums par to, kurš no šiem sprieguma līmeņiem tiks izmantots ierīces tehniskās specifikācijas izstrādes procesā. Mikrokontrollera izmantošana ar 3,3 V darba spriegumu ierīces projektēšanā, kur lielākā daļa ārējo komponentu, sensoru un izpildmehānismu darbosies 5 V sprieguma līmenī, nebūs ļoti gudrs lēmums, jo būs jāievieš loģikas līmenis pārslēdzējus vai pārveidotājus, lai nodrošinātu datu apmaiņu starp mikrokontrolleru un pārējiem komponentiem, un tas nevajadzīgi palielinās ierīces ražošanas un kopējās izmaksas.
6. I / O tapu skaits
Mikrokontrollera rīcībā esošo vispārīgo vai īpašo mērķu ievades / izvades portu un (vai) tapu skaits ir viens no vissvarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē mikrokontrollera izvēli.
Ja mikrokontrollerim būtu visas citas šajā rakstā minētās funkcijas, bet tam nebūtu pietiekami daudz IO tapu, kā to prasa projekts, to nevar izmantot. Ir svarīgi, lai mikrokontrollerā būtu pietiekami daudz PWM tapu, piemēram, lai kontrolētu līdzstrāvas motoru skaitu, kuru ātrumu ierīce mainīs. Kaut arī mikrokontrollera I / O pieslēgvietu skaitu var palielināt, izmantojot maiņu reģistrus, to nevar izmantot visu veidu lietojumiem un tas palielina to ierīču izmaksas, kurās tas tiek izmantots. Tāpēc labāk ir nodrošināt, lai projektēšanai izvēlētajam mikrokontrollerim būtu nepieciešamais projekta vispārīgo un īpašo I / O pieslēgvietu skaits.
Vēl viena svarīga lieta, kas jāpatur prātā, nosakot projektam nepieciešamo vispārējo vai īpašo I / O tapu daudzumu, ir turpmākie ierīces uzlabojumi un kā šie uzlabojumi var ietekmēt I / O tapu skaitu nepieciešama.
7. Atmiņas prasības
Ar mikrokontrolleru ir saistīti vairāki atmiņas veidi, uz kuriem dizainerim vajadzētu pievērst uzmanību, veicot atlasi. Vissvarīgākie ir RAM, ROM un EEPROM. Katras šīs nepieciešamās atmiņas apjomu varētu būt grūti noteikt, līdz tā tiek izmantota, taču, spriežot pēc mikrokontrolleram nepieciešamā darba apjoma, var prognozēt. Šīs iepriekš minētās atmiņas ierīces veido mikrokontrollera datu un programmu atmiņu.
Mikrokontrollera programmas atmiņā tiek saglabāta mikrokontrollera programmaparatūra, tāpēc, atvienojot strāvu no mikrokontrollera, programmaparatūra nezaudē. Nepieciešamās programmas atmiņas apjoms ir atkarīgs no datu apjoma, piemēram, bibliotēkas, tabulas, attēlu bināros failus utt., Kas nepieciešami, lai programmaparatūra darbotos pareizi.
No otras puses, datu atmiņa tiek izmantota darbības laikā. Visi mainīgie un dati, kas ģenerēti apstrādes rezultātā starp citām darbībām izpildes laikā, tiek saglabāti šajā atmiņā. Tādējādi aprēķinu sarežģītību, kas notiks izpildlaika laikā, var izmantot, lai novērtētu mikrokontrolleram nepieciešamo datu atmiņas apjomu.
8. Iepakojuma lielums
Iepakojuma lielums attiecas uz mikrokontrollera formas koeficientu. Mikrokontrolleri parasti tiek piegādāti no QFP, TSSOP, SOIC līdz SSOP un parastā DIP pakete, kas atvieglo montāžu uz maizes dēļa, lai izveidotu prototipus. Ir svarīgi plānot pirms ražošanas un paredzēt, kura pakete būs vislabākā.
9. Enerģijas patēriņš
Tas ir viens no vissvarīgākajiem faktoriem, kas jāņem vērā, izvēloties mikrokontrolleru, īpaši, ja tas ir jāizvieto ar akumulatoru darbināmā lietojumprogrammā, piemēram, IoT ierīcēs, kur ir vēlams, lai mikrokontrolleris būtu pēc iespējas mazāks. Lielākās daļas mikrokontrolleru datu lapā ir informācija par vairākām aparatūras un (vai) programmatūras balstītām metodēm, kuras var izmantot, lai samazinātu mikrokontrollera patērēto enerģijas daudzumu dažādos režīmos. Pārliecinieties, ka atlasītais mikrokontrolleris atbilst jūsu projekta jaudas prasībām.
10. Atbalsts mikrokontrollerim
Ir svarīgi, lai mikrokontrollerim, ar kuru izvēlaties strādāt, ir pietiekami daudz atbalsta, tostarp; kodu paraugus, atsauces dizainus un, ja iespējams, lielu kopienu tiešsaistē. Pirmo reizi strādājot ar mikrokontrolleru, var rasties dažādas problēmas, un piekļuve šiem resursiem palīdzēs tos ātri pārvarēt. Lai gan jaunāko mikrokontrolleru izmantošana ir laba lieta, pateicoties tām atdzistajām jaunajām funkcijām, ieteicams nodrošināt, ka mikrokontrolleris darbojas vismaz 3-4 mēnešus, lai nodrošinātu lielāko daļu agrīno problēmu, kas var būt saistītas ar mikrokontrolleru būtu atrisināts, jo dažādi klienti būtu daudz pārbaudījuši mikrokontrolleru ar dažādām lietojumprogrammām.
Ir arī svarīgi izvēlēties mikrokontrolleru ar labu novērtēšanas komplektu, lai jūs varētu ātri sākt veidot prototipu un viegli pārbaudīt funkcijas. Novērtēšanas komplekti ir labs veids, kā iegūt pieredzi, iepazīties ar izstrādei izmantoto rīku ķēdi un ietaupīt laiku ierīces izstrādes laikā.
Pareiza mikrokontrollera izvēle projektam joprojām būs problēma, tā būs jāatrisina katram aparatūras dizaineram, un, lai gan ir vēl daži faktori, kas var ietekmēt mikrokontrollera izvēli, šie iepriekš minētie faktori ir vissvarīgākie.