Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

12 особенностей, которые следует учитывать при выборе микроконтроллера для вашего продукта

Подавляющему большинству электронных продуктов для работы мозга необходим микроконтроллер или микропроцессор. Для продвинутых продуктов, требующих возможности высокоскоростной обработки (например, смартфон или планшет), необходим микропроцессор, в противном случае микроконтроллер обычно является лучшим решением. Например, Arduino основан на микроконтроллере, а Raspberry Pi - на микропроцессоре.

Скорее всего, для вашей электроники понадобится микроконтроллер. Обычно микроконтроллер можно рассматривать как компьютер, встроенный в единую интегральную схему, которая содержит процессор, память и различные периферийные устройства. Есть много вариантов для микроконтроллеров, возможно, подавляющее количество вариантов.

Хотя поиск в Google может направить вас в правильном направлении, я рекомендую поискать микроконтроллеры на основных дистрибьюторах электронных компонентов, таких как Digikey, Arrow и Mouser. Это позволит вам сузить область поиска только до тех микроконтроллеров, которые активно доступны. Это также позволяет быстро сравнить цены.

В начале проекта рекомендуется нарисовать блок-схему системы, которую вы себе представляете. Какие вещи вы собираетесь подключить к микроконтроллеру?

Системная блок-схема неоценима для этого раннего планирования и может сказать вам, сколько входов и выходов (I / O) и последовательных портов связи необходимо для проекта.

Микроконтроллеры могут включать в себя широкий спектр периферийных устройств. В следующем списке перечислены некоторые функции современных микроконтроллеров.

Память: большинство микроконтроллеров, доступных сегодня, включают встроенную флэш-память и оперативную память. FLASH - это энергонезависимая память, используемая для хранения программ, а RAM - это энергозависимая память, используемая для временного хранения. Некоторые микроконтроллеры также содержат память EEPROM для постоянного хранения данных.

Цифровой универсальный вход и выход (GPIO): это выводы логического уровня, используемые для ввода и вывода. Обычно они могут опускаться или истощаться до нескольких десятков миллиампер и могут быть настроены как открытый слив или двухтактный.

Аналоговый вход: большинство микроконтроллеров обладают способностью точно считывать аналоговое напряжение. Аналоговые сигналы дискретизируются микроконтроллером через аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

Аналоговый выход: аналоговые сигналы могут генерироваться микроконтроллером через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) или генератор широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Не все микроконтроллеры имеют ЦАП, но они предлагают возможности ШИМ.

В схемотехническом программировании (ISP): ISP позволяет программировать микроконтроллер, пока он установлен в прикладной схеме, вместо того, чтобы удалять его для программирования. Двумя наиболее распространенными протоколами ISP являются JTAG и SWD.

Беспроводная связь: если вашему продукту нужны беспроводные возможности, то существуют специальные микроконтроллеры, которые предлагают Bluetooth, WiFi, ZigBee и другие беспроводные стандарты.

Последовательная связь

Все микроконтроллеры обеспечивают некоторый тип последовательной связи. Различные протоколы последовательной связи, обычно предлагаемые с микроконтроллерами, описаны ниже:

Универсальный асинхронный приемник-передатчик (UART) - это последовательный порт, который передает цифровые слова, обычно длиной от 7 до 8 бит, между начальным битом и необязательным битом четности и одним или двумя стоповыми битами. UART обычно используется вместе с другими стандартами, такими как RS-232 или RS-485.

UART - самый старый тип последовательной связи. UART - это асинхронный протокол, который означает отсутствие тактового сигнала. Многие микроконтроллеры также включают в себя синхронную версию UART, которая называется USART.

Последовательный периферийный интерфейс (SPI): SPI используется для последовательной связи на коротком расстоянии между микроконтроллером и периферийными устройствами. SPI - это синхронный протокол, который означает, что он включает тактовый сигнал для синхронизации. SPI - это 4-х проводный стандарт, который включает в себя сигналы ввода, вывода данных, синхронизации и выбора микросхемы.

Inter Integrated circuit (I2C): I2C, также записанный как I2C, представляет собой 2-проводную последовательную шину, используемую для связи между микроконтроллером и другими микросхемами на плате. Как и SPI, I2C также является синхронным протоколом. Однако, в отличие от SPI, I2C использует одну строку для ввода и вывода данных. Кроме того, вместо сигнала выбора микросхемы I2C использует уникальный адрес для каждого периферийного устройства. Преимущество I2C заключается в использовании только двух проводов, но оно медленнее, чем SPI.

Универсальная последовательная шина (USB) - это стандарт, который знаком большинству людей. USB является одним из самых быстрых последовательных протоколов связи. Обычно он используется для подключения периферийных устройств, которые требуют больших объемов передачи данных.

Controller Area Network (CAN) - это стандарт последовательной связи, разработанный специально для использования в автомобильных приложениях.

Известные ядра микроконтроллера

Есть несколько ядер микроконтроллеров, которые имеют некоторую известность и заслуживают описания. Ниже приведены четыре наиболее распространенных из них:

АРМ Кортекс-М

32-разрядная серия ARM Cortex M является одним из наиболее часто используемых ядер микроконтроллеров. ARM фактически не производит и не продает микроконтроллеры, вместо этого они лицензируют свою архитектуру другим производителям микросхем.

Многие компании предлагают микроконтроллеры Cortex-M, включая ST Microelectronics, Freescale Semiconductor, Silicon Labs, Texas Instruments и Atmel.

Микроконтроллеры серии Cortex M - мой любимый выбор для продуктов, которые будут представлены на рынке. Они недорогие, мощные и широко используются.

8051

8-битный микроконтроллер 8051 был разработан Intel еще в 1980 году. Это самое старое ядро ​​микроконтроллера, которое до сих пор используется до сих пор. В настоящее время модель 8051 доступна в усовершенствованных современных версиях, продаваемых по меньшей мере 8 различными производителями полупроводников. Например, популярный чип Bluetooth Low-Energy от CSR (CSR101x) использует ядро ​​8051.

PIC

PIC - это семейство микроконтроллеров от Microchip. Они очень популярны и доступны в самых разных вариантах. Количество выводов, стиль упаковки и выбор встроенных периферийных устройств предлагаются в практически бесконечном множестве комбинаций.

Atmel AVR

Линия микроконтроллеров, известная как AVR от Atmel, наиболее известна тем, что она является мозгом в большинстве версий Arduino. Так что для многих производителей это простой переход с Arduino на микроконтроллер Atmel AVR. Однако я обнаружил, что обычно можно получить одно из других ядер с аналогичной или лучшей производительностью на несколько долларов дешевле.

Заключение

После того, как вы выбрали микроконтроллер, следующим шагом будет разработка схемы микроконтроллера и подключение всех периферийных устройств. Я буду обсуждать эту тему для моей следующей статьи в этой серии.

Хотите узнать больше о разработке электронного продукта? Затем ознакомьтесь с моим подробным руководством из двух частей «Как разработать и создать прототип нового электронного продукта».

Поделиться

Оставить комментарий