- Factors importants a tenir en compte a l’hora de seleccionar una MCU
- 1. Sol·licitud
- 2. Seleccioneu Arquitectura de microcontroladors
- 3. Mida de bits
- 4. Interfícies per a la comunicació
- 5. Voltatge de funcionament
- 6. Nombre de pins d'E / S
- 7. Requisits de memòria
- 8. Mida del paquet
- 9. Consum d'energia
- 10. Suport per a microcontroladors
Un microcontrolador és essencialment un ordinador petit en un xip, com qualsevol ordinador, té memòria i normalment està programat en sistemes incrustats per rebre entrades, realitzar càlculs i generar sortida. A diferència d’un processador, incorpora la memòria, la CPU, E / S i altres perifèrics en un sol xip com es mostra a la disposició següent.
Triar el microcontrolador adequat per a un projecte és sempre una decisió complexa, ja que és el centre del projecte i depèn d’ell l’èxit o el fracàs del sistema.
Hi ha mil tipus de microcontroladors diferents, cadascun d’ells amb una característica única o un avantatge competitiu des del factor de forma, fins a la mida del paquet, fins a la capacitat de la memòria RAM i la ROM que els fa aptes per a determinades aplicacions i no aptes per a determinades aplicacions. Per tant, sovint, per evitar el mal de cap que comporta la selecció de l’adequat, els dissenyadors opten per microcontroladors que els són familiars, que de vegades, fins i tot no compleixen realment els requisits del projecte. L’article d’avui farà una ullada a alguns dels factors importants a tenir en compte a l’hora de seleccionar un microcontrolador, inclosos els immobles d’Arquitectura, memòria, interfícies i E / S, entre d’altres.
Factors importants a tenir en compte a l’hora de seleccionar una MCU
Els següents són alguns dels factors importants que cal tenir en compte a l'hora de seleccionar un microcontrolador, inclosos l'arquitectura, la memòria, les interfícies i les propietats immobiliàries d'E / S, entre d'altres.
1. Sol·licitud
El primer que cal fer abans de seleccionar un microcontrolador per a qualsevol projecte és desenvolupar una comprensió profunda de la tasca per a la qual s'ha de desplegar la solució basada en microcontroladors. Durant aquest procés, sempre es desenvolupa una fulla d’especificacions tècniques que ajudarà a determinar les característiques específiques del microcontrolador que s’utilitzarà per al projecte. Un bon exemple de com l’aplicació / ús del dispositiu determina el microcontrolador a utilitzar s’exhibeix quan s’adopta un microcontrolador amb una unitat de coma flotant per al disseny d’un dispositiu que s’utilitzarà per realitzar operacions que impliquin molts nombres decimals.
2. Seleccioneu Arquitectura de microcontroladors
L’arquitectura d’un microcontrolador fa referència a com s’estructura internament el microcontrolador. Hi ha dues arquitectures principals utilitzades per al disseny de microcontroladors;
- Arquitectura Von Neumann
- Harvard Architecture
L’arquitectura von Neumann presenta l’ús del mateix bus per transmetre dades i obtenir conjunts d’instruccions de la memòria. Per tant, la transferència de dades i la recuperació d'instruccions no es poden realitzar al mateix temps i normalment es programen. L'arquitectura de Harvard, d'altra banda, ofereix l'ús de busos separats per a la transmissió de dades i l'obtenció d'instruccions.
Cadascuna d’aquestes arquitectures té el seu propi avantatge i desavantatge. Per exemple, l'arquitectura de Harvard són equips RISC (Reduced instruction Set) i, per tant, poden realitzar més instruccions amb cicles inferiors als ordinadors CISC (Complex instruction set) que es basen en l'arquitectura de von Neumann. Un avantatge important dels microcontroladors basats en Harvard (RISC) és el fet que l’existència de diferents busos per al conjunt de dades i instruccions permet separar l’accés a la memòria i les operacions de la unitat lítica i aritmètica (ALU). D’aquesta manera es redueix la quantitat de potència de càlcul necessària pel microcontrolador i es redueix el cost, el baix consum d’energia i la dissipació de calor, cosa que els fa ideals per al disseny de dispositius amb bateria. Molts ARM,Els microcontroladors AVR i PIC es basen en l’arquitectura de Harvard. Exemple de microcontroladors que utilitzen l'arquitectura Von Neumann inclouen 8051, zilog Z80 entre d'altres.
3. Mida de bits
Un microcontrolador pot ser de 8 bits, 16 bits, 32 bits i 64 bits, que és la mida màxima de bits actual que posseeix un microcontrolador. La mida de bits d'un microcontrolador representa la mida d'una "paraula" utilitzada en el conjunt d'instruccions del microcontrolador. Això significa que en un microcontrolador de 8 bits, la representació de totes les instruccions, adreces, variables o registres dura 8 bits. Una de les implicacions clau de la mida de bits és la capacitat de memòria del microcontrolador. Per exemple, en un microcontrolador de 8 bits, hi ha 255 ubicacions de memòria úniques segons la dictada per la mida de bits, mentre que en un microcontrolador de 32 bits hi ha 4.294.967.295 ubicacions de memòria úniques, el que significa que com més gran sigui la mida de bit, més gran serà el nombre de bitllets únics ubicacions de memòria disponibles per al microcontrolador. Els fabricants actuals, però,estan desenvolupant maneres de proporcionar accés a més ubicació de memòria als microcontroladors de mida de bits més petita mitjançant paginació i adreçament, de manera que el microcontrolador de 8 bits es pot direccionar de 16 bits, però això tendeix a complicar la programació per al desenvolupador de programari incrustat.
L'efecte de la mida de bits és probablement més significatiu quan es desenvolupa el firmware per al microcontrolador, especialment per a operacions aritmètiques. Els diversos tipus de dades tenen una mida de memòria diferent per a una mida de bit de microcontrolador diferent. Per exemple, l’ús d’una variable declarada com a enter enter sense signar que a causa del tipus de dades requerirà 16 bits de memòria, en codis que s’executaran en un microcontrolador de 8 bits comportarà la pèrdua del byte més significatiu de les dades que de vegades pot ser molt important per a la realització de la tasca per a la qual s'ha dissenyat el dispositiu en què s'ha d'utilitzar el microcontrolador.
Per tant, és important seleccionar un microcontrolador amb una mida de bits que coincideixi amb la de les dades a processar.
Probablement és important tenir en compte que la majoria d’aplicacions actuals es troben entre els microcontroladors de 32 bits i 16 bits a causa dels avenços tecnològics incorporats en aquests xips.
4. Interfícies per a la comunicació
La comunicació entre el microcontrolador i alguns dels sensors i actuadors que s’utilitzaran per al projecte pot requerir l’ús d’una interfície entre el microcontrolador i el sensor o actuador per facilitar les comunicacions. Per exemple, per connectar un sensor analògic a un microcontrolador, caldrà que el microcontrolador tingui prou ADC (convertidors analògics a digitals) o, com he esmentat anteriorment, per variar la velocitat d’un motor de corrent continu es pot requerir l’ús de la interfície PWM al microcontrolador. Per tant, serà important confirmar que el microcontrolador a seleccionar té prou de les interfícies necessàries, incloses UART, SPI, I2C, entre d’altres.
5. Voltatge de funcionament
La tensió de funcionament és el nivell de tensió al qual està dissenyat un sistema per funcionar. També és el nivell de tensió al qual es relacionen certes característiques del sistema. En el disseny de maquinari, la tensió de funcionament determina de vegades el nivell lògic en què el microcontrolador es comunica amb altres components que componen el sistema.
El nivell de voltatge de 5V i 3,3V és el voltatge de funcionament més popular que s’utilitza per als microcontroladors i s’hauria de decidir sobre quin d’aquest nivell de voltatge s’utilitzarà durant el procés de desenvolupament de les especificacions tècniques del dispositiu. L’ús d’un microcontrolador amb una tensió de funcionament de 3,3 V en el disseny d’un dispositiu on la majoria dels components externs, sensors i actuadors funcionaran a un nivell de voltatge de 5 V no serà una decisió molt intel·ligent, ja que caldrà implementar un nivell lògic canvis o convertidors per permetre l'intercanvi de dades entre el microcontrolador i els altres components, cosa que augmentarà innecessàriament el cost de fabricació i el cost global del dispositiu.
6. Nombre de pins d'E / S
El nombre de ports d’entrada / sortida amb propòsit general o especial i (o) pins que posseeix un microcontrolador és un dels factors més importants que influeixen en l’elecció del microcontrolador.
Si un microcontrolador tingués totes les altres funcions esmentades en aquest article, però no tingués prou pins d'E / S com ho requereix el projecte, no es podrà utilitzar. És important que, per exemple, el microcontrolador tingui prou pins PWM per controlar el nombre de motors de CC la velocitat dels quals variarà segons el dispositiu. Tot i que el nombre de ports d'E / S d'un microcontrolador es pot ampliar mitjançant l'ús de registres de desplaçament, no es pot utilitzar per a tot tipus d'aplicacions i augmenta el cost dels dispositius en què s'utilitza. Per tant, és millor assegurar-se que el microcontrolador que s'ha de seleccionar per al disseny tingui el nombre requerit de ports d'E / S per a usos generals i especials per al projecte.
Una altra cosa clau que cal tenir en compte a l’hora de determinar la quantitat de pins d’E / S d’ús general o especial necessaris per a un projecte, és la futura millora que es pot fer al dispositiu i com aquestes millores poden afectar el nombre de pins d’E / S. obligatori.
7. Requisits de memòria
Hi ha diversos tipus de memòria associada amb un microcontrolador que els dissenyadors han de tenir en compte a l’hora de fer una selecció. Els més importants són la RAM, la ROM i l’EEPROM. La quantitat de cadascuna d’aquestes memòries necessàries pot ser difícil d’estimar fins que no s’utilitzi, però, a jutjar per la quantitat de treball que requereix el microcontrolador, es poden fer prediccions. Aquests dispositius de memòria esmentats anteriorment formen la memòria de dades i programes del microcontrolador.
La memòria del programa del microcontrolador emmagatzema el firmware del microcontrolador, de manera que quan es desconnecta l’alimentació del microcontrolador, no es perd el firmware. La quantitat de memòria del programa necessària depèn de la quantitat de dades, com ara biblioteques, taules, fitxers binaris per a imatges, etc. necessàries perquè el firmware funcioni correctament.
La memòria de dades, d'altra banda, s'utilitza durant el temps d'execució. Totes les variables i dades generades com a resultat del processament entre altres activitats durant el temps d'execució s'emmagatzemen en aquesta memòria. Per tant, la complexitat dels càlculs que es produiran durant el temps d'execució es pot utilitzar per estimar la quantitat de memòria de dades necessària per al microcontrolador.
8. Mida del paquet
La mida del paquet fa referència al factor de forma del microcontrolador. Els microcontroladors generalment es presenten en paquets que van des de QFP, TSSOP, SOIC fins a SSOP i el paquet DIP normal que facilita el muntatge a la placa de protecció. És important planificar amb anterioritat a la fabricació i preveure quin paquet serà el millor.
9. Consum d'energia
Aquest és un dels factors més importants a tenir en compte a l’hora de seleccionar un microcontrolador, especialment quan s’ha de desplegar en una aplicació alimentada per bateria, com ara dispositius IoT, on es vol que el microcontrolador tingui la menor potència possible. El full de dades de la majoria dels microcontroladors conté informació sobre diverses tècniques basades en maquinari i (o) programari que es poden utilitzar per minimitzar la quantitat de potència consumida pel microcontrolador en diferents modes. Assegureu-vos que el microcontrolador que seleccioneu compleixi els requisits d’alimentació del vostre projecte.
10. Suport per a microcontroladors
És important que el microcontrolador amb què escolliu treballar tingui prou suport, inclòs; mostres de codis, dissenys de referència i, si és possible, una gran comunitat en línia. Treballar amb un microcontrolador per primera vegada pot comportar diferents reptes i tenir accés a aquests recursos us ajudarà a superar-los ràpidament. Tot i que és bo utilitzar els últims microcontroladors a causa d’aquestes noves funcions interessants, és recomanable assegurar-se que el microcontrolador ha estat durant almenys 3-4 mesos per assegurar la majoria dels primers problemes que poden estar associats al microcontrolador. s'hauria resolt ja que diversos clients haurien fet moltes proves del microcontrolador amb diferents aplicacions.
També és important seleccionar un microcontrolador amb un bon kit d'avaluació, de manera que pugueu començar ràpidament a construir prototips i provar fàcilment les funcions. Els kits d’avaluació són una bona manera d’adquirir experiència, familiaritzar-se amb la cadena d’eines que s’utilitza per al desenvolupament i estalviar temps durant el desenvolupament del dispositiu.
La selecció del microcontrolador adequat per a un projecte continuarà essent un problema, tots els dissenyadors de maquinari hauran de resoldre i, tot i que hi ha pocs factors que puguin influir en l’elecció del microcontrolador, aquests factors esmentats anteriorment són els més importants.