Czy wiesz, jak wybrać najlepszy mikrokontroler do projektów opartych na mikrokontrolerach? Wybór odpowiedniego mikrokontrolera do danej aplikacji jest jedną z najważniejszych decyzji, od której zależy powodzenie lub niepowodzenie zadania.
Są różne rodzaje mikrokontrolerów dostępne i jeśli zdecydowałeś, której serii użyć, możesz łatwo rozpocząć projektowanie własnego systemu wbudowanego. Inżynierowie muszą mieć własne kryteria, aby dokonać właściwego wyboru.
W tym artykule omówimy podstawowe kwestie związane z wyborem mikrokontrolera.
Mikrokontrolery do projektowania systemów wbudowanych
W wielu przypadkach, zamiast posiadania szczegółowej wiedzy na temat odpowiedniego mikrokontrolera do projektu, ludzie często wybierają mikrokontroler losowo. To jednak zły pomysł.
Najważniejszym priorytetem przy wyborze mikrokontrolera jest posiadanie informacji o systemie, takich jak schemat blokowy, schemat blokowy i urządzenia peryferyjne wejścia / wyjścia.
Oto 7 najważniejszych sposobów, których należy przestrzegać, aby wybrać właściwy mikrokontroler.
Wybór bitu mikrokontrolera
Mikrokontrolery są dostępne w różnych szybkościach transmisji, takich jak 8-bitowe, 16-bitowe i 32-bitowe szybkości. Liczba bitów odnosi się do rozmiaru linii danych, które ograniczają dane. Wybór najlepszego mikrokontrolera do projektowania systemów wbudowanych jest ważny z punktu widzenia doboru bitów. Wydajność mikrokontrolera rośnie wraz z rozmiarem bitu.
8-bitowe mikrokontrolery :
8-bitowe mikrokontrolery
8-bitowe mikrokontrolery mają 8-bitowe linie danych, które mogą jednocześnie wysyłać i odbierać 8-bitowe dane. Nie ma dodatkowych funkcji, takich jak komunikacja szeregowa odczytu / zapisu itp. Są one zbudowane z mniejszą ilością pamięci wbudowanej w chip i dlatego są używane w mniejszych aplikacjach. Są dostępne po niższej cenie. Jeśli jednak złożoność projektu wzrośnie, wybierz inny mikrokontroler o większej liczbie bitów.
16-bitowy mikrokontroler:
16-bitowy mikrokontroler
Sterowniki 16-bitowe mają 16-bitowe linie danych, które mogą jednocześnie wysyłać i odbierać dane 16-bitowe. Nie ma żadnych dodatkowych funkcji w porównaniu do kontrolerów 32-bitowych. Podobnie jak 8-bitowy mikrokontroler, ale jest dodany z kilkoma dodatkowymi funkcjami.
Wydajność 16-bitowego mikrokontrolera jest szybsza niż 8-bitowych kontrolerów i jest opłacalna. Ma zastosowanie do mniejszych aplikacji. Jest to zaawansowana wersja 8-bitowych mikrokontrolerów.
32-bitowy mikrokontroler :
32-bitowy mikrokontroler
32-bitowe mikrokontrolery mają 32-bitowe linie danych, które są używane do wysyłania i odbierania 32-bitowych danych jednocześnie. 32-mikrokontrolery mają dodatkowe futures, takie jak SPI, I2C, jednostki zmiennoprzecinkowe i funkcje związane z procesami.
32-bitowe mikrokontrolery są zbudowane z maksymalnym zakresem pamięci On-chip i dlatego są używane w większych aplikacjach. Wydajność jest bardzo szybka i ekonomiczna. Stanowią zaawansowaną wersję 16-bitowych mikrokontrolerów.
Wybór rodziny mikrokontrolerów
Istnieje kilku dostawców produkujących różne architektury mikrokontrolerów. Dlatego każdy mikrokontroler ma unikalną instrukcję i zestaw rejestrów, a żadne dwa mikrokontrolery nie są do siebie podobne.
Program lub kod napisany dla jednego mikrokontrolera nie będzie działać na drugim mikrokontrolerze. Różne projekty oparte na mikrokontrolerach wymagają różnych rodzin mikrokontrolerów.
Różne rodziny mikrokontrolerów to rodzina 8051, rodzina AVR, rodzina ARM, rodzina PIC i wiele innych.
Rodzina mikrokontrolerów AVR
Rodzina mikrokontrolerów AVR
Mikrokontroler AVR akceptuje rozmiar instrukcji 16 bitów lub 2 bajty. Składa się z pamięci flash, która zawiera 16-bitowy adres. Tutaj instrukcje są przechowywane bezpośrednio.
Mikrokontrolery AVR-ATMega8, ATMega32 są szeroko stosowane.
Rodzina mikrokontrolerów PIC
Rodzina mikrokontrolerów PIC
Mikrokontroler PIC akceptuje instrukcje 14-bitowe. Pamięć flash może przechowywać 16-bitowy adres. Jeśli do pamięci flash zostanie przekazanych pierwszych 7 bitów, pozostałe bity mogą być przechowywane później.
Jeśli jednak przepuszczonych jest 8 bitów, pozostałe 6 bitów jest marnowanych. W rzeczywistości zależy to od dostawców produkcji.
Dlatego bardzo ważny w tym procesie jest dobór odpowiedniej rodziny mikrokontrolerów do projektowania systemów wbudowanych.
Wybór architektury mikrokontrolera
Termin „architektura” definiuje kombinację urządzeń peryferyjnych, które są używane do wykonywania zadań. Istnieją dwa typy architektury mikrokontrolerów dla projektów opartych na mikrokontrolerach.
Z architektury Neumann
Architektura von Neumanna jest również znana jako architektura Princeton. W tej architekturze CPU komunikuje się za pomocą pojedynczej magistrali danych i adresów, do pamięci RAM i ROM. CPU jednocześnie pobiera instrukcje z pamięci RAM i ROM.
Architektura von Neumanna
Te instrukcje są wykonywane sekwencyjnie przez pojedynczą magistralę, dlatego wykonanie każdej instrukcji zajmuje więcej czasu. Możemy zatem powiedzieć, że proces tworzenia architektury Von Newman jest bardzo powolny.
Architektura Harvardu
W architekturze Harvard CPU ma dwie oddzielne magistrale, są to magistrala adresowa i magistrala danych do komunikacji z pamięcią RAM i ROM. Procesor pobiera i wykonuje instrukcje z pamięci RAM i ROM poprzez oddzielną magistralę danych i magistralę adresową, dlatego wykonanie każdej instrukcji zajmuje mniej czasu, co czyni tę architekturę bardzo popularną.
Architektura Harvardu
Zatem w przypadku każdego projektu systemu wbudowanego najlepszym mikrokontrolerem jest przeważnie ten z architekturą Harvardu.
Wybór zestawu instrukcji mikrokontrolera
Zestaw instrukcji to zestaw podstawowych instrukcji, takich jak arytmetyczne, warunkowe, logiczne itp., Które są używane do wykonywania podstawowych operacji w mikrokontrolerze. Architektura mikrokontrolera działa w oparciu o zestaw instrukcji.
Dla wszystkich projektów opartych na mikrokontrolerach dostępne są mikrokontrolery oparte na zestawie instrukcji RISC lub CISC.
Architektura oparta na RISC
RISC oznacza komputer ze zredukowanym zestawem instrukcji. Zestaw instrukcji RISC wykonuje wszystkie operacje arytmetyczne, logiczne, warunkowe, boolowskie w jednym lub dwóch cyklach instrukcji. Zakres zestawu instrukcji RISC wynosi<100.
Architektura oparta na RISC
Maszyna oparta na RISC wykonuje instrukcje szybciej, ponieważ nie ma warstwy mikrokodu. Architektura RISC zawiera specjalne operacje ładowania, które służą do przenoszenia danych z wewnętrznych rejestrów i pamięci.
Chip RISC jest wykonany z mniejszą liczbą tranzystorów, stąd koszt jest niski. W przypadku każdego projektu systemu wbudowanego najczęściej preferowany jest układ RISC.
Architektura oparta na CISC
CISC oznacza komputer ze złożonymi instrukcjami. Zestaw instrukcji CISC wymaga czterech lub więcej cykli instrukcji, aby wykonać wszystkie instrukcje arytmetyczne, logiczne, warunkowe i boolowskie. Zakres zestawu instrukcji CISC wynosi> 150.
Architektura oparta na CISC
Maszyna oparta na CISC wykonuje instrukcje wolniej niż w architekturze RISC, ponieważ tutaj instrukcje są konwertowane na kod o małym rozmiarze przed wykonaniem.
Wybór pamięci mikrokontrolera
Dobór pamięci jest bardzo ważny przy wyborze najlepszego mikrokontrolera, ponieważ wydajność systemu zależy od pamięci.
Każdy mikrokontroler może zawierać dowolny typ pamięci, którymi są:
Pamięć On-Chip
Pamięć poza chipem
Pamięć w układzie i poza chipem
Pamięć wbudowana
Pamięć wbudowana odnosi się do dowolnej pamięci, takiej jak RAM, ROM, która jest osadzona w samym chipie mikrokontrolera. ROM to rodzaj urządzenia pamięci masowej, które może trwale przechowywać w nim dane i aplikacje.
Pamięć RAM to rodzaj pamięci używanej do tymczasowego przechowywania danych i programów. Mikrokontrolery z wbudowaną pamięcią zapewniają szybkie przetwarzanie danych, ale pamięć masowa jest ograniczona. Tak więc mikrokontrolery poza chipem są używane do osiągnięcia wysokiej pojemności pamięci.
Pamięć poza chipem
Pamięć zewnętrzna odnosi się do dowolnej pamięci, takiej jak ROM, RAM i EEPROM, które są podłączone zewnętrznie. Pamięci zewnętrzne są czasami nazywane pamięciami wtórnymi, które są używane do przechowywania dużej ilości danych.
Z tego powodu prędkość kontrolerów pamięci zewnętrznej jest zmniejszona podczas pobierania i przechowywania danych. Ta pamięć zewnętrzna wymaga połączeń zewnętrznych, co zwiększa złożoność systemu.
Wybór chipa mikrokontrolera
Wybór chipów jest bardzo ważny przy tworzeniu pliku projekt oparty na mikrokontrolerze . Układ scalony nazywany jest po prostu pakietem. Układy scalone są ekranowane, aby ułatwić obsługę i chronić urządzenia przed uszkodzeniami. Układy scalone składają się z tysięcy podstawowe elementy w elektronice takie jak tranzystory, diody, rezystory, kondensatory.
Mikrokontrolery są dostępne w wielu różnych typach pakietów układów scalonych, a każdy z nich ma swoje zalety i wady. Najpopularniejszym układem scalonym jest Podwójny pakiet (DIP), używany głównie w każdym projekcie systemu wbudowanego.
Mikrokontroler DIP (Dual in line)
1. DIP (pakiet podwójny w linii)
2. SIP (pojedynczy pakiet w linii)
3. SOP (pakiet Small Outline)
4. QFP (poczwórny płaski pakiet)
5. PGA (Pin Grid Array)
6. BGA (Ball Grid Array)
7. TQFP (pakiet blaszany Quad płaski)
Wybór IDE mikrokontrolera
IDE oznacza zintegrowane środowisko programistyczne i jest to aplikacja używana w większości projektów opartych na mikrokontrolerach. IDE zwykle składa się z edytora kodu źródłowego, kompilatora, interpretera i debuggera. Służy do tworzenia aplikacji wbudowanych. IDE służy do programowania mikrokontrolera.
Wybór IDE mikrokontrolerów
IDE składa się z następujących elementów: -
Edytor kodu źródłowego
Kompilator
Debugger
Spinki do mankietów
Interpretator
Konwerter plików szesnastkowych
Redaktor
Edytor kodu źródłowego to edytor tekstu, który jest specjalnie zaprojektowany dla programistów do pisania kodu źródłowego aplikacji.
Kompilator
Kompilator to program, który tłumaczy język wysokiego poziomu (C, Embedded C) na język poziomu maszynowego (format 0 ’i 1). Kompilator najpierw skanuje cały program, a następnie tłumaczy program na kod maszynowy, który będzie wykonywany przez komputer.
Istnieją dwa typy kompilatorów: -
Kompilator natywny
Gdy aplikacja jest tworzona i kompilowana w tym samym systemie, jest nazywana kompilatorem natywnym. Np .: C, JAVA, Oracle.
Kompilator krzyżowy
Gdy aplikacja jest tworzona w systemie hosta i kompilowana w systemie docelowym, nazywana jest kompilatorem krzyżowym. Wszystkie projekty oparte na mikrokontrolerach są tworzone przez kompilator krzyżowy. Ex Embedded C, montaż, mikrokontrolery.
Debugger
Debuger to program używany do testowania i debugowania innych programów, takich jak program docelowy. Debugowanie to proces znajdowania i zmniejszania liczby błędów lub defektów w programie.
Spinki do mankietów
Konsolidator to program, który pobiera jeden lub więcej plików docelowych z kompilatora i łączy je w jeden program wykonywalny.
Interpretator
Interpreter jest częścią oprogramowania, która konwertuje język wysokiego poziomu na język czytelny maszynowo, wiersz po wierszu. Każda instrukcja kodu jest interpretowana i wykonywana oddzielnie w sposób sekwencyjny. Jeśli w części instrukcji zostanie znaleziony błąd, przerwie to interpretację kodu.
Różne mikrokontrolery z aplikacjami
Oto podsumowanie tabeli zawierającej informacje o różnych mikrokontrolerach i projektach, w których można je wykorzystać.
Różne mikrokontrolery do różnych zastosowań
Wszystko gotowe, aby wybrać najlepszy mikrokontroler do swojego projektu? Mamy nadzieję, że już teraz musisz mieć w głowie jasny obraz tego, który mikrokontroler będzie najlepiej pasował do Twojego systemu wbudowanego. W celach informacyjnych różne pliki projekty osadzone można znaleźć na stronie edgefxkits.
Oto podstawowe pytanie dla Ciebie - dla większości projektów opartych na mikrokontrolerach, łączących wszystkie najlepsze cechy, o których wspomnieliśmy powyżej, która rodzina mikrokontrolerów jest najbardziej preferowana i dlaczego?
Prosimy o udzielenie odpowiedzi wraz z opiniami w sekcji komentarzy podanej poniżej.
Zdjęcia:
8-bitowe mikrokontrolery wg rapidonline
16-bitowy mikrokontroler wg directindustry
32-bitowy mikrokontroler wg rapidonline
Rodzina mikrokontrolerów AVR wg elektrolina
Rodzina mikrokontrolerów PIC wg garaż inżynieryjny
Architektura Harvardu wg eecatalog.com
Architektura oparta na RISC autorstwa electronicsweekly.com
Architektura oparta na CISC autorstwa studydroid.com
Mikrokontroler DIP (Dual in line) wg t2.gstatic.com
