Maneres de seleccionar un millor microcontrolador per a projectes basats en microcontroladors

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes





Sabeu seleccionar el millor microcontrolador per a projectes basats en microcontroladors? Seleccionar el microcontrolador adequat per a una aplicació determinada és una de les decisions més importants, que controla l’èxit o el fracàs de la tasca.

Hi ha diferents tipus de microcontroladors disponible i si heu decidit quina sèrie voleu utilitzar, podeu iniciar fàcilment el vostre propi disseny de sistema incrustat. Els enginyers han de tenir els seus propis criteris per fer la selecció correcta.




En aquest article, analitzarem les consideracions bàsiques a l’hora de seleccionar un microcontrolador.

Microcontroladors per al disseny de sistemes incrustats

Microcontroladors per al disseny de sistemes incrustats



En molts casos, en lloc de tenir un coneixement detallat sobre un microcontrolador adequat per al projecte, sovint la gent selecciona a l'atzar un microcontrolador. No obstant això, aquesta és una mala idea.

La prioritat principal per triar un microcontrolador és tenir informació del sistema, com ara diagrama de blocs, diagrama de flux i perifèrics d’entrada / sortida.

A continuació, es mostren les 7 maneres principals que cal seguir per assegurar-se que es selecciona el microcontrolador adequat.


Selecció de bits del microcontrolador

Els microcontroladors estan disponibles en diferents velocitats de bits, com ara velocitats de 8 bits, 16 bits i 32 bits. El nombre de bits fa referència a la mida de les línies de dades que limiten les dades. Triar el millor microcontrolador per al disseny de sistemes incrustats és important pel que fa a la selecció de bits. El rendiment del microcontrolador augmenta amb la mida del bit.

Microcontroladors de 8 bits :

Microcontroladors de 8 bits

Microcontroladors de 8 bits

Els microcontroladors de 8 bits tenen línies de dades de 8 que poden enviar i rebre dades de 8 bits alhora. No té funcions addicionals com la comunicació en sèrie de lectura / escriptura, etc. Aquestes estan construïdes amb menys memòries integrades en el xip i, per tant, s’utilitzen per a aplicacions més petites. Estan disponibles a un cost més econòmic. Tanmateix, en cas que la complexitat del projecte augmenti, opteu per un altre microcontrolador de bits superior.

Microcontrolador de 16 bits:

Microcontrolador de 16 bits

Microcontrolador de 16 bits

Els controladors de 16 bits tenen línies de 16 dades que poden enviar i rebre dades de 16 bits alhora. No té cap funció addicional en comparació amb els controladors de 32 bits. És igual que el microcontrolador de 8 bits, però s’afegeix amb poques funcions addicionals.

El rendiment d'un microcontrolador de 16 bits és més ràpid que els controladors de 8 bits i és rendible. És aplicable per a aplicacions més petites. És una versió avançada de microcontroladors de 8 bits.

Microcontrolador de 32 bits :

Microcontrolador de 32 bits

Microcontrolador de 32 bits

Els microcontroladors de 32 bits tenen línies de dades de 32 que s’utilitzen per enviar i rebre dades de 32 bits alhora. Els microcontroladors de 32 tenen alguns futurs addicionals com SPI, I2C, unitats de coma flotant i funcions relacionades amb el procés.

Els microcontroladors de 32 bits estan construïts amb la màxima gamma de memòries on-chip i, per tant, s’utilitzen per a aplicacions més grans. El rendiment és molt ràpid i rendible. Són una versió avançada de microcontroladors de 16 bits.

Selecció familiar de microcontrolador

Hi ha diversos proveïdors que fabriquen diferents arquitectures de microcontrolador. Per tant, cada microcontrolador té un conjunt d'instruccions i registres únics i no hi ha dos microcontroladors similars entre si.

Un programa o codi escrit per a un microcontrolador no s’executarà a l’altre microcontrolador. Els diferents projectes basats en microcontroladors requereixen diferents famílies de microcontroladors.

Les diferents famílies de microcontroladors són la família 8051, la família AVR, la família ARM, la família PIC i molts més.

Família de microcontroladors AVR

Família de microcontroladors AVR

Família de microcontroladors AVR

Un microcontrolador AVR accepta la mida de la instrucció de 16 bits o 2 bytes. Consisteix en memòria flash que conté l'adreça de 16 bits. Aquí les instruccions s’emmagatzemen directament.

Microcontroladors AVR-ATMega8, ATMega32 s’utilitzen àmpliament.

Família de microcontroladors PIC

Família de microcontroladors PIC

Família de microcontroladors PIC

Un microcontrolador PIC cada instrucció accepta instruccions de 14 bits. La memòria flash pot emmagatzemar l'adreça de 16 bits. Si els primers 7 bits es passen a la memòria flash, els bits restants es poden emmagatzemar més tard.

Tanmateix, si es passen 8 bits, els 6 bits restants es malgasten. En una nota lleugera, això depèn en realitat dels fabricants de fabricants.

Per tant, seleccionar una família adequada de microcontroladors per al disseny de sistemes incrustats és molt important en el procés.

Selecció d'arquitectura de microcontrolador

El terme ‘arquitectura’ defineix una combinació de perifèrics que s’utilitzen per realitzar les tasques. Hi ha dos tipus d’arquitectura de microcontroladors per a projectes basats en microcontroladors.

De Neumann Architecture

L’arquitectura Von Neumann també es coneix com Princeton Architecture. En aquesta arquitectura la CPU es comunica amb un únic bus de dades i adreces, a RAM i ROM. La CPU obté les instruccions de RAM i ROM simultàniament.

Arquitectura Von-Neumann

Arquitectura Von-Neumann

Aquestes instruccions s'executen seqüencialment a través d'un sol bus i, per tant, es necessita més temps per executar cada instrucció. Per tant, podem dir que el procés de l'arquitectura Von Newman és molt lent.

Harvard Architecture

En l'arquitectura de Harvard, la CPU té dos busos separats, que són bus d'adreces i bus de dades per comunicar-se amb la memòria RAM i la ROM. La CPU obté i executa les instruccions de la memòria RAM i ROM mitjançant un bus de dades i un bus d’adreces separats, de manera que es necessita menys temps per executar cada instrucció, cosa que fa que aquesta arquitectura sigui molt popular.

Harvard Architecture

Harvard Architecture

Per tant, per a qualsevol disseny de sistema incrustat, el millor microcontrolador és principalment el que té arquitectura Harvard.

Instruccions Selecció del conjunt de microcontroladors

El conjunt d'instruccions és un conjunt d'instruccions bàsiques com ara l'aritmètica, la condicional, la lògica, etc. que s'utilitzen per realitzar operacions bàsiques al microcontrolador. L’arquitectura del microcontrolador funciona sobre la base del conjunt d’instruccions.

Per a tots els projectes basats en microcontroladors, hi ha disponibles microcontroladors basats en el conjunt d’instruccions RISC o CISC.

Arquitectura basada en RISC

RISC significa ordinador de joc d’instruccions reduït. Un conjunt d'instruccions RISC realitza totes les operacions aritmètiques, lògiques, condicionals i booleanes en un o dos cicles d'instruccions. L'interval del conjunt d'instruccions RISC és<100.

Arquitectura basada en RISC

Arquitectura basada en RISC

Una màquina basada en RISC executa les instruccions més ràpidament perquè no hi ha cap capa de microcodi. L'arquitectura RISC conté operacions de magatzem de càrrega especials que s'utilitzen per moure les dades dels registres interns i de la memòria.

Un xip RISC es fabrica amb un nombre menor de transistors, de manera que el cost és baix. Per a qualsevol disseny de sistemes incrustats, es prefereix sobretot un xip RISC.

Arquitectura basada en CISC

CISC significa ordinador complex d’instruccions. El conjunt d’instruccions CISC necessita quatre o més cicles d’instruccions per executar totes les instruccions aritmètiques, lògiques, condicionals i booleens. L'interval d'un conjunt d'instruccions CISC és> 150.

Arquitectura basada en CISC

Arquitectura basada en CISC

Una màquina basada en CISC executa les instruccions a un ritme més lent en comparació amb l'arquitectura RISC, perquè aquí les instruccions es converteixen en petites dimensions de codi abans de ser executades.

Selecció de memòria del microcontrolador

La selecció de memòria és molt important per triar el millor microcontrolador, perquè el rendiment del sistema depèn de les memòries.

Cada microcontrolador pot contenir qualsevol tipus de memòria, que són:
 Memòria on-Chip
 Memòria fora de xip

Memòria on-chip i Off-chip

Memòria on-chip i Off-chip

Memòria on-chip

La memòria on-chip es refereix a qualsevol memòria com RAM, ROM que està incrustada al propi xip de microcontrolador. Una ROM és un tipus de dispositiu d'emmagatzematge que pot emmagatzemar permanentment les dades i l'aplicació.

Una memòria RAM és un tipus de memòria que s’utilitza per emmagatzemar temporalment les dades i els programes. Els microcontroladors amb memòria on-chip ofereixen processament de dades d’alta velocitat, però la memòria d’emmagatzematge és limitada. Així doncs, s’utilitzen microcontroladors fora de xip per aconseguir altes capacitats d’emmagatzematge de memòria.

Memòria fora de xip

La memòria fora de xip es refereix a qualsevol memòria com ROM, RAM i EEPROM connectades externament. Les memòries externes són algunes vegades anomenades memòries secundàries que s'utilitzen per emmagatzemar una gran quantitat de dades.

A causa d'això, la velocitat dels controladors de memòria externa es redueix mentre es recuperen i s'emmagatzemen les dades. Aquesta memòria externa necessita connexions externes, de manera que augmenta la complexitat del sistema.

Selecció de xips de microcontrolador

La selecció de xips és molt important per desenvolupar un projecte basat en microcontroladors . L'IC simplement s'anomena paquet. Els circuits integrats estan protegits per permetre una fàcil manipulació i protegir els dispositius dels danys. Els circuits integrats estan formats per milers de circuits components bàsics en electrònica com transistors, díodes, resistències, condensadors.

Els microcontroladors estan disponibles en molts tipus diferents de paquets d’IC i cadascun té el seu propi avantatge i desavantatge. El CI més popular és el Paquet dual en línia (DIP), que s’utilitza principalment en qualsevol disseny de sistemes incrustats.

Microcontrolador DIP (dual en línia)

Microcontrolador DIP (dual en línia)

1. DIP (paquet dual en línia)
2. SIP (paquet únic en línia)
3. SOP (paquet d'esquema petit)
4. QFP (paquet quad pla)
5. PGA (Pin Grid Array)
6. BGA (Ball Grid Array)
7. TQFP (paquet pla de llauna quad)

Selecció IDE del microcontrolador

IDE significa entorn de desenvolupament integrat i és una aplicació de programari utilitzada en la majoria dels projectes basats en microcontroladors. L'IDE consisteix normalment en un editor de codi font, compilador, intèrpret i depurador. S'utilitza per desenvolupar aplicacions incrustades. IDE s’utilitza per programar un microcontrolador.

Selecció IDE de microcontroladors

Selecció IDE de microcontroladors

Un IDE consta dels components següents: -

Editor de codi font
Compilador
Depurador
Enllaços
Intèrpret
Convertidor de fitxers hexadecimals

editor

L'editor de codi font és un editor de text especialment dissenyat perquè els programadors puguin escriure el codi font de les aplicacions.

Compilador

Un compilador és un programa que tradueix el llenguatge d’alt nivell (C, C incrustat) a un llenguatge de màquina (format de 0 ’i 1). El compilador primer escaneja tot el programa i després el tradueix al codi de la màquina que executarà l’ordinador.

Hi ha dos tipus de compiladors: -

Compilador nadiu

Quan el programa d'aplicació es desenvolupa i es compila al mateix sistema, es coneix com a compilador natiu. EX: C, JAVA, Oracle.

Compilador creuat

Quan el programa d'aplicació es desenvolupa en un sistema amfitrió i es compila al sistema de destinació, s'anomena compilador creuat. Tots els projectes basats en microcontroladors són desenvolupats pel compilador creuat. Ex Embedded C, assemblatge, microcontroladors.

Depurador

Un depurador és un programa que s'utilitza per provar i depurar altres programes, com ara el programa de destinació. La depuració és un procés de cerca i reducció de la quantitat d'errors o defectes del programa.

Enllaços

L'enllaçador és un programa que pren un o més fitxers objectius del compilador i els combina en el programa executable únic.

Intèrpret

Un intèrpret és una part del programari que converteix el llenguatge d’alt nivell en un llenguatge llegible per màquina d’una manera per línia. Cada instrucció del codi s'interpreta i s'executa per separat de manera seqüencial. Si es troba algun error en una part de la instrucció, deixarà la interpretació del codi.

Diferents microcontroladors amb aplicacions

Aquí teniu un resum d’una taula que proporciona informació sobre diferents microcontroladors i els projectes en què es poden utilitzar.

Diferents microcontroladors per a diferents aplicacions

Diferents microcontroladors per a diferents aplicacions

Tot a punt per triar el millor microcontrolador per al vostre projecte? Esperem que ja tingueu una imatge clara sobre quin microcontrolador serà el més adequat per al vostre sistema incrustat. Per a la vostra referència, una varietat de projectes incrustats es pot trobar al lloc web de edgefxkits.

Aquí teniu una pregunta bàsica: per a la majoria de projectes basats en microcontroladors, combinant totes les millors funcions que hem esmentat anteriorment, quina família de microcontroladors és la més preferida i per què?

Si us plau, doneu les vostres respostes juntament amb els vostres comentaris a la secció de comentaris que es mostra a continuació.

Crèdits fotogràfics:

Microcontroladors de 8 bits per rapidonline
Microcontrolador de 16 bits de directindustry
Microcontrolador de 32 bits de rapidonline
Família de microcontroladors AVR de electrolina
Família de microcontroladors PIC de enginyersgarage
Harvard Architecture de eecatalog.com
Arquitectura basada en RISC per electronicsweekly.com
Arquitectura basada en CISC per studydroid.com
Microcontrolador DIP (dual en línia) de t2.gstatic.com