Krótki opis technologii IC dla mikrokontrolerów i systemów wbudowanych

Każde urządzenie elektroniczne, którego używamy w życiu codziennym, jest zaprojektowane z myślą o urządzeniach elektrycznych i projekty elektroniczne obwody. Te elektryczne ielektronikaobwody mogą być projektowane przy użyciu różnych technologii, takich jak próżniarurytechnologia, technologia tranzystorowa, układ scalony lub technologia IC, technologia mikroprocesorowa imikrokontrolertechnologia. Technologie te można wdrażać przy użyciu dyskretnych elementów elektrycznych i elektronicznych, układów scalonych, mikroprocesorów i mikrokontrolerów. W tym artykule omówimy najlepszą technologię dla systemów wbudowanych spośród technologii IC i zaawansowanej technologii IC, takiej jak technologia IC mikrokontrolera. Ale przede wszystkim, zanim przejdziemy dalej, musimy wiedzieć, czym jest technologia IC imikrokontrolerTechnologia IC.

Technologie systemów wbudowanych

Technologia IC

Wcześniej projektowano wbudowane urządzenia systemowe z lampami próżniowymi, które byłyby znacznie większe i droższe. Pierwszy tranzystor z kontaktem punktowym został opracowany przez Johna Bardeena i Waltera Brattaina w Bell Labs w 1947 roku. Następnie wynalezienie tranzystorów zmniejszyło i zastąpiłonieporęczne drogierury próżniowe wkomputeryprojekty. Następnietranzystoryużycie zmniejszyło rozmiar obwodów, ponieważ te tranzystory są mniejsze, ekonomiczne, szybsze w działaniu, niezawodne i zużywają bardzo mniej energii. Obwodybudowaćza pomocą tranzystorów i innych dyskretne komponenty elektroniczne nazywane są obwodami dyskretnymi.

Technologia IC

W projektowaniu nastąpiła rewolucyjna zmiana elektryczne ielektronikaobwody i komputery z wynalezieniem układów scalonych lub technologii IC. Układy scalone są bardzo małe, bardzo niezawodne, najbardziej ekonomiczne i bardzo proste w użyciu. Ta koncepcja technologii IC została wprowadzona w 1958 roku i ta technologia IC zminiaturyzowała wiele gadżetów elektrycznych i elektronicznych, takich jak telefony komórkowe, laptopy, komputery i wiele innych urządzeń. Układ scalony można zdefiniować jako azestawobwodów elektronicznych zintegrowanych na małej płytce z materiału półprzewodnikowego, zwykle nazywanej chipem krzemowym. Każdy układ scalony może być bardzo zwarty, zawierający wiele miliardów tranzystorów i innych komponentów na bardzo małej powierzchni.

Generacje technologii IC

Istnieją różne generacje układów scalonych, sklasyfikowane na podstawienumertranzystorów stosowany w układach scalonych. Są to: Small Scale Integration (SSI), układy scalone zawierające kilka liczb dziesiątek tranzystorów. W latach sześćdziesiątych XX wieku nastąpiła integracja w średniej skali (MSI), układy scalone zawierające setki tranzystorów. WLata siedemdziesiąte były dużeScale Integration (LSI), w której na każdym chipie są zintegrowane dziesiątki tysięcy tranzystorów. XX wieku nastąpiła integracja na bardzo dużą skalę (VLSI), w której na każdym chipie zintegrowano setki tysięcy tranzystorów. Ponadto trwają prace nad integracją na bardzo dużą skalę (ULSI), integracją ponad miliona tranzystorów na chip, integracją waflową (WSI), systemem na chipie (SOC) i trójwymiarowymi układami scalonymi (3D-IC). Układy scalone, takie jak 555timer IC, wzmacniacze operacyjne 741, CMOS, NMOS, Technologia BICMOS itd. są uważane za praktyczne przykłady technologii układów scalonych.

Rodzaje układów scalonych

Są różne rodzaje układów scalonych takie jak ADC, DAC, wzmacniacze, układy scalone zarządzania energią, układy scalone zegara i timera oraz używane układy scalone interfejsówdlaróżne aplikacje systemów wbudowanych.

Zastosowanie technologii IC

Kontroler ładowania słonecznego wykorzystujący technologię IC firmy Edgefxkits.com

Nie-mikrokontrolerna podstawie kontroler ładowania słonecznego Projekt jest prostym zastosowaniem technologii IC. W tym projekcie osiągnięto kontrolowany mechanizm ładowania, aby uniknąć niedopłaty,ponad opłatęi warunki głębokiego rozładowania bez użyciamikrokontroler. Zestaw wzmacniacze operacyjne są używanejako komparatory do monitorowania napięcia panelu i prądu obciążeniabez przerwy. Do wskazania służą zielone i czerwone diody LED. Zielone diody LED wskazują stan w pełni naładowanego akumulatora, a stan naładowania, przeciążenia lub głębokiego rozładowania są wskazywane czerwonymi diodami LED.

Obwód kontrolera ładowania słonecznego wykorzystujący technologię IC firmy Edgefxkits.com

Półprzewodnikowy przełącznik mocy MOSFETsłuży do odcięciaZaładuj, jeśli czerwone diody LED wskazują stan rozładowania baterii lub przeciążenia. Jeśli zielone diody LEDwskazaćw pełni naładowany stanbateria, następnie energia słoneczna jest przepuszczana do pozornego obciążenia w obwodzie za pomocą tranzystora. W ten sposób bateria jest chronionaFormularznadmierne ładowanie. Ten projekt można dodatkowo ulepszyć za pomocą pliku Modem GSM imikrokontroleraby uzyskać komunikację z systemem słonecznym i sterownią do monitorowania stanusystem.

MikrokontrolerIC

Mikrokontroler to zaawansowany układ scalony lub układ scalony, który zawiera dodatkowe urządzenia peryferyjne. Rozwój i wykorzystanie systemy wbudowane ” Aplikacje wzrastawraz z postępem w technologiach układów scalonych, takich jak technologia mikroprocesorowa, orazmikrokontrolertechnologia. Wady technologii tranzystorowej, technologii układów scalonych zostały zmniejszone dzięki zaawansowanej technologii mikroprocesorowej i mikrokontrolerowej. Mikroprocesor integruje funkcje jednostki centralnej komputera (CPU) na jednym lub kilku układach scalonych. Jestemicrocontrollerjednostka może być traktowana jakomały komputerna pojedynczym układzie scalonym, który składa się z małej jednostki centralnej, oscylatora kwarcowego, timerów, watchdoga i analogowych wejść / wyjść. Istnieją różne typy rejestrów, przerwań, które są używane do określonych zadań.Mikrokontrolerysą różnych typów, takich jak mikrokontroler AVR, mikrokontroler PIC i tak dalej. Ale zazwyczaj 8051mikrokontroler Układ scalony jest używany w większości aplikacji systemów wbudowanych.

8051 Mikrokontroler

Jeśli używamy technologii IC, to do wykonywania niektórych zadań w systemach wbudowanych potrzeba wielu elementów dyskretnych. Jeśli korzystamy z zaawansowanej technologii IC, takiej jakmikrokontrolertechnologii, wystarczy napisać kilka prostych linii programowania, aby wykonać wiele zadań. Więcnumerdyskretnych komponentów, rozmiar obwodów, złożoność i koszt można zmniejszyć w systemach wbudowanych za pomocąmikrokontrolertechnologia.

Zastosowanie technologii mikrokontrolera

Kontroler ładowania słonecznego wykorzystujący mikrokontroler to typowe zastosowanie mikrokontroler zaawansowany układ scalonytechnologia. Aby efektywnie wykorzystać energię słoneczną, oświetlenie zasilane energią słonecznąsystemy, w tymlatarnie słoneczne, lampy uliczne i systemy oświetlenia słonecznego do domów i ogrodów są używane zarówno na obszarach wiejskich, jak i miejskich. System energii słonecznej składa się głównie z czterech głównychskładniki: fotowoltaikamoduł, akumulator, obciążenie i regulator ładowania słonecznego.

Kontroler ładowania słonecznego wykorzystujący technologię mikrokontrolera

Schemat blokowy systemu energii słonecznej z czterema głównymi blokami wykorzystującymimikrokontrolertechnologię przedstawiono na rysunku. Wśród tych czterech komponentów rozważ kontroler ładowania słonecznego wykorzystujący mikrokontroler, który odgrywa główną rolę w zwiększaniu ogólnej wydajności systemu energii słonecznej. Komponenty sprzętowe używane doobwód kontrolera ładowania słonecznegosą AT89C2051mikrokontrolerszeregowy ADC0831, regulator napięcia IC7805 , półprzewodnikowy przełącznik mocy MOSFET, wyświetlacz LCD, akumulator, kontrola ładowania, czujnik zmierzchu do świtu i kontrola obciążenia.

Bateriasłuży do zapewnienia regulowanego zasilania 5 V DC do zasilaniamikrokontrolerktóry służy do monitorowania napięcia akumulatora za pomocą ADC.Napięcie0V-20V jest skalowane w dół do V-5V za pomocą dzielnika potencjału z układem rezystorów wykonanym na pinie 2 ADC i te wartości są wyświetlane na wyświetlaczu LCD. Stosując technikę regulacji równoległej, prąd ładowania może wpływać dobateriai przerywa ładowanie baterii, jeśli bateria jest w pełni naładowana. Na podstawie sygnałów wejściowych otrzymywanych z czujnika zmierzchu do świtu, modułmikrokontrolerprzełącza przekaźnik ładowania lub obciążenia. Plikwyświetlacz LCDjest napędzany przezmikrokontroleraby wyświetlić komunikat ładowania.

Obwód kontrolera ładowania słonecznego wykorzystujący technologię mikrokontrolera

Jeślibateriajest w pełni naładowany (do14 V)przekaźnikjest zasilany przez MOSFET, aby przerwać ładowanie. Następnie zostanie uruchomiony minutnik 5 minutprzez mikrokontrolera wyświetlacz LCD wyświetla komunikat jako naładowany akumulator. Jeśli ten czas upłynął, plikbateriajest ponownie połączony z panelem słonecznym przez przekaźnik, dzięki czemu prąd ładowania słonecznego pulsuje tak długo, jak długonapięcie słonecznejest obecny. Jeślinapięcie panelu słonecznegospada poniżej napięcie diody Zeneraczujnika zmierzchu do świtu , a późniejmikrokontrolerodbiera sygnał z czujnika zmierzchu do świtu, następnie aktywuje obciążenie poprzez tranzystor MOSFET, a na wyświetlaczu LCD pojawia się komunikat Load ON. GdybyNapięciespadnie poniżej 10V czujnika zmierzchu do świtu, a następniemikrokontrolerwyłącza obciążenie przezMOSFET.

Najlepsza technologia dla systemów wbudowanych

W tym artykule wcześniej technologia IC imikrokontrolerTechnologia IC wraz z ich przykładami,rodzajei praktyczne stosowaniemikrokontroler i technologia IC w aplikacje systemów wbudowanych zostały pokrótce omówione. Omawiany powyżej kontroler ładowania słonecznego z dawną technologią IC i zaawansowaną technologią IC, taką jakmikrokontrolerTechnologia IC pokazuje różnice między obiema technologiami. Pokazuje również, że obie technologie są nadal używane w oparciu o wymagania. Obie technologie mają pewne zalety i wady, gdy są używane w systemach wbudowanych.

Technologia IC zmniejszyła rozmiar obwodów w porównaniu do obwodu zbudowanego przy użyciu dyskretnych komponentów. ZaawansowanymikrokontrolerTechnologia IC zmniejsza rozmiary obwodów, zastępując wiele układów scalonych w układzie jednymmikrokontroler IC. Zatem koszt obwodów z technologią IC jest niższy niż w przypadku technologii dyskretnej lub tranzystorowej.MikrokontrolerKoszt obwodów w technologii IC jest niższy w porównaniu z kosztem obwodów zaprojektowanych w technologii IC. Podobnie w przypadku kilku liczb parametrówmikrokontrolertechnologia jest preferowana w przypadku systemów wbudowanych w porównaniu z technologią IC i technologią elementów dyskretnych lub tranzystorowych.

Aplikacje systemów wbudowanych wykorzystujące różne technologie

Postaćprzedstawia aplikacje systemów wbudowanych zaprojektowane przy użyciu różnych technologii. W przypadku niektórych zastosowań systemów wbudowanych preferowana jest technologia IC niżmikrokontrolertechnologia. Ale większość aplikacji systemów wbudowanych wykorzystujemikrokontrolerTechnologia, ponieważ jest bardziej zaawansowana i ma więcej zalet w porównaniu z technologią IC. Ponadto w wyborze technologii Edgefx zapewni pomoc technicznąokreślonej technologiidla Twojego praca nad projektem akademickim w oparciu o Twoje zainteresowanie systemami wbudowanymi.