- Pomembni dejavniki, ki jih je treba upoštevati pri izbiri MCU
- 1. Uporaba
- 2. Izberite Arhitektura mikrokrmilnika
- 3. Velikost bitov
- 4. Vmesniki za komunikacijo
- 5. Delovna napetost
- 6. Število V / I zatičev
- 7. Zahteve glede pomnilnika
- 8. Velikost paketa
- 9. Poraba energije
- 10. Podpora za mikrokrmilnik
Mikrokrmilnik je v bistvu majhen računalnik na čipu, tako kot vsak računalnik, ima pomnilnik in je ponavadi programiran v vdelanih sistemih za sprejemanje vhodnih podatkov, izvajanje izračunov in ustvarjanje izhodnih podatkov. Za razliko od procesorja vključuje pomnilnik, CPU, V / I in drugo zunanjo opremo na enem čipu, kot je prikazano na spodnji postavitvi.
Izbira pravega mikrokrmilnika za projekt je vedno zapletena odločitev, saj je to bistvo projekta in od tega je odvisen uspeh ali neuspeh sistema.
Obstaja tisoč različnih vrst mikrokrmilnikov, od katerih ima vsak svojo edinstveno lastnost ali konkurenčno prednost od faktorja oblike, velikosti paketa do zmogljivosti RAM-a in ROM-a, zaradi česar so primerni za določene aplikacije in neprimerni za nekatere aplikacije. Tako se pogosto oblikovalci, da bi se izognili preglavicam, ki nastanejo pri izbiri pravega, odločijo za mikrokrmilnike, ki jih poznajo, včasih pa tudi v resnici ne izpolnjujejo zahtev projekta. V današnjem članku si bomo ogledali nekatere pomembne dejavnike, ki jih je treba upoštevati pri izbiri mikrokrmilnika, med drugim tudi arhitekturo, pomnilnik, vmesnike in I / O nepremičnine.
Pomembni dejavniki, ki jih je treba upoštevati pri izbiri MCU
Sledi nekaj pomembnih dejavnikov, ki jih je treba upoštevati pri izbiri mikrokrmilnika, vključno z arhitekturo, pomnilnikom, vmesniki in nepremičninami V / I.
1. Uporaba
Prva stvar, ki jo morate storiti, preden izberete mikrokrmilnik za kateri koli projekt, je razviti poglobljeno razumevanje naloge, za katero bo uvedena rešitev, ki temelji na mikrokrmilniku. Med tem postopkom se vedno razvije tehnična specifikacija, ki bo pomagala določiti posebne značilnosti mikrokrmilnika, ki bo uporabljen za projekt. Dober primer, kako aplikacija / uporaba naprave določa, kateri mikrokrmilnik bo uporabljen, je prikazan, ko je mikrokontroler z enoto s plavajočo vejico sprejet za zasnovo naprave, ki bo uporabljena za izvajanje operacij, ki vključujejo veliko decimalnih števil.
2. Izberite Arhitektura mikrokrmilnika
Arhitektura mikrokrmilnika se nanaša na njegovo notranjo strukturo. Za načrtovanje mikrokrmilnikov se uporabljata dve glavni arhitekturi;
- Von Neumannova arhitektura
- Harvardska arhitektura
V arhitekturi von Neumann je značilna uporaba istega vodila za prenos podatkov in pridobivanje naborov ukazov iz pomnilnika. Zato prenosa podatkov in pridobivanja navodil ni mogoče izvesti hkrati in sta običajno načrtovana. Harvardska arhitektura pa uporablja ločene vodile za prenos podatkov in pridobivanje navodil.
Vsaka od teh arhitektur ima svojo prednost in slabost. Harvardska arhitektura je na primer računalnik RISC (zmanjšani nabor ukazov) in tako lahko izvaja več navodil z nižjimi cikli kot računalniki CISC (kompleksni nabor ukazov), ki temeljijo na von Neumannovi arhitekturi. Pomembna prednost mikrokrmilnikov na Harvardu (RISC) je dejstvo, da obstoj različnih vodilov za nabor podatkov in ukazov omogoča ločevanje dostopa do pomnilnika in delovanja aritmetične in logične enote (ALU). To zmanjša količino računske moči, ki jo zahteva mikrokrmilnik, in vodi do nižjih stroškov, nizke porabe energije in odvajanja toplote, zaradi česar so idealni za zasnovo baterijskih naprav. Veliko ARM,Mikrokrmilniki AVR in PIC temeljijo na harvardski arhitekturi. Primer mikrokrmilnikov, ki uporabljajo arhitekturo Von Neumann, med drugim vključuje 8051 in zilog Z80.
3. Velikost bitov
Mikrokrmilnik je lahko 8-bitni, 16-bitni, 32-bitni in 64-bitni, kar je trenutna največja bitna velikost mikrokrmilnika. Bitna velikost mikrokrmilnika predstavlja velikost "besede", uporabljene v naboru navodil mikrokrmilnika. To pomeni, da v 8-bitnem mikrokrmilniku zastopanje vseh navodil, naslovov, spremenljivk ali registrov traja 8-bit. Ena ključnih posledic velikosti bitov je pomnilniška zmogljivost mikrokrmilnika. V 8-bitnem mikrokrmilniku je na primer 255 edinstvenih pomnilniških lokacij, ki jih narekuje bitna velikost, medtem ko je v 32-bitnem mikrokrmilniku 4.294.967.295 edinstvenih pomnilniških lokacij, kar pomeni, da večja je bitna velikost, večje je število unikatnih pomnilniška mesta, ki so na voljo za uporabo na mikrokrmilniku. Proizvajalci danes,razvijajo načine za zagotavljanje dostopa do več pomnilniškega prostora za manjše bitne mikrokrmilnike prek ostranjevanja in naslavljanja, tako da 8-bitni mikrokrmilnik postane 16-bitni naslovljiv, kar pa otežuje programiranje vgrajenega razvijalca programske opreme.
Učinek velikosti bitov je verjetno bolj pomemben pri razvoju vdelane programske opreme za mikrokrmilnik, zlasti za aritmetične operacije. Različni tipi podatkov imajo različno velikost pomnilnika za različne velikosti bitov mikrokrmilnika. Na primer, uporaba spremenljivke, ki je deklarirana kot nepodpisano celo število, ki zaradi podatkovnega tipa zahteva 16 bitov pomnilnika, v kodah, ki se izvajajo na 8-bitnem mikrokrmilniku, povzroči izgubo najpomembnejšega bajta v podatkih, ki je včasih lahko zelo pomembno za dosego naloge, za katero je bila zasnovana naprava, na kateri naj bi se uporabljal mikrokrmilnik.
Zato je pomembno, da izberete mikrokrmilnik z bitno velikostjo, ki ustreza velikosti podatkov, ki jih je treba obdelati.
Verjetno je pomembno omeniti, da je danes večina aplikacij med 32-bitnimi in 16-bitnimi mikrokrmilniki zaradi tehnološkega napredka, vgrajenega v te čipe.
4. Vmesniki za komunikacijo
Za komunikacijo med mikrokrmilnikom in nekaterimi senzorji in aktuatorji, ki bodo uporabljeni za projekt, bo za lažjo komunikacijo morda potrebna uporaba vmesnika med mikrokrmilnikom in senzorjem ali aktuatorjem. Na primer, če želite analogni senzor priključiti na mikrokrmilnik, bo zahtevalo, da ima mikrokrmilnik dovolj ADC (analogno-digitalnih pretvornikov) ali, kot sem že omenil, bo zaradi spreminjanja hitrosti enosmernega motorja morda potrebna uporaba vmesnika PWM na mikrokrmilniku. Pomembno je torej potrditi, da ima izbrani mikrokrmilnik dovolj zahtevanih vmesnikov, med drugim tudi UART, SPI, I2C.
5. Delovna napetost
Delovna napetost je raven napetosti, pri kateri je sistem zasnovan za delovanje. To je tudi raven napetosti, na katero so povezane nekatere značilnosti sistema. Pri zasnovi strojne opreme delovna napetost včasih določa logično raven, na kateri mikrokrmilnik komunicira z drugimi komponentami, ki sestavljajo sistem.
Napetostna stopnja 5V in 3,3V je najbolj priljubljena delovna napetost, ki se uporablja za mikrokrmilnike, zato je treba sprejeti odločitev o tem, kateri od teh nivojev napetosti bo uporabljen med postopkom razvoja tehnične specifikacije naprave. Uporaba mikrokrmilnika z delovno napetostjo 3,3 V pri zasnovi naprave, kjer bo večina zunanjih komponent, senzorjev in aktuatorjev delovala na napetosti 5 V, ne bo zelo pametna odločitev, saj bo treba uvesti logični nivo preklopniki ali pretvorniki, ki omogočajo izmenjavo podatkov med mikrokrmilnikom in drugimi komponentami, kar bo po nepotrebnem povečalo stroške izdelave in skupne stroške naprave.
6. Število V / I zatičev
Število vhodov / izhodov za splošni ali posebni namen in (ali) zatičev, ki jih ima mikrokrmilnik, je eden najpomembnejših dejavnikov, ki vpliva na izbiro mikrokrmilnika.
Če bi imel mikrokrmilnik vse druge funkcije, omenjene v tem članku, vendar nima dovolj IO zatičev, kot to zahteva projekt, ga ni mogoče uporabiti. Pomembno je, da ima mikrokrmilnik na primer dovolj PWM nožic za nadzor števila enosmernih motorjev, katerih hitrost bo naprava spreminjala. Število vhodno / izhodnih vrat na mikrokrmilniku je sicer mogoče razširiti z uporabo pomičnih registrov, vendar ga ni mogoče uporabiti za vse vrste aplikacij in poveča stroške naprav, v katerih se uporablja. Zato je bolje zagotoviti, da ima mikrokrmilnik, ki bo izbran za zasnovo, potrebno število vhodno / izhodnih vrat splošnega in posebnega namena za projekt.
Še ena ključna stvar, ki jo je treba upoštevati pri določanju količine splošnih ali posebnih vhodno / izhodnih zatičev, potrebnih za projekt, je prihodnja izboljšava, ki jo je mogoče narediti na napravi, in kako lahko te izboljšave vplivajo na število I / O zatičev zahteva.
7. Zahteve glede pomnilnika
Z mikrokrmilnikom je povezanih več vrst pomnilnika, na katere morate biti pozorni pri izbiri. Najpomembnejši so RAM, ROM in EEPROM. Količino vsakega od teh potrebnih spominov bo morda težko oceniti, dokler se ne uporabi, vendar lahko glede na količino dela, ki ga zahteva mikrokrmilnik, napovedujemo. Te zgoraj omenjene pomnilniške naprave tvorijo podatkovni in programski pomnilnik mikrokrmilnika.
Programski pomnilnik mikrokrmilnika shranjuje vdelano programsko opremo za mikrokrmilnik, tako da se ob izklopu napajanja mikrokrmilnika vdelana programska oprema ne izgubi. Količina potrebnega programskega pomnilnika je odvisna od količine podatkov, kot so knjižnice, tabele, binarne datoteke za slike itd., Ki so potrebne za pravilno delovanje vdelane programske opreme.
Podatkovni pomnilnik pa se uporablja med izvajanjem. V tem pomnilniku so shranjene vse spremenljivke in podatki, ki nastanejo kot rezultat obdelave med drugimi dejavnostmi med izvajanjem. Tako lahko zapletenost izračunov, ki se pojavijo med izvajanjem, uporabimo za oceno količine podatkovnega pomnilnika, potrebnega za mikrokrmilnik.
8. Velikost paketa
Velikost paketa se nanaša na faktor oblike mikrokrmilnika. Mikrokrmilniki so običajno na voljo v paketih od QFP, TSSOP, SOIC do SSOP in običajnem paketu DIP, ki olajša namestitev na ploščo za izdelavo prototipov. Pomembno je načrtovati pred proizvodnjo in predvideti, kateri paket bo najboljši.
9. Poraba energije
To je eden najpomembnejših dejavnikov, ki ga je treba upoštevati pri izbiri mikrokrmilnika, zlasti kadar ga je treba namestiti v baterijski program, kot so naprave IoT, kjer je zaželeno, da ima mikrokrmilnik čim manjšo moč. Podatkovni list večine mikrokrmilnikov vsebuje informacije o več tehnikah, ki temeljijo na strojni in (ali) programski opremi, s katerimi je mogoče zmanjšati količino energije, ki jo porabi mikrokrmilnik v različnih načinih. Prepričajte se, da izbrani mikrokrmilnik izpolnjuje zahteve po moči za vaš projekt.
10. Podpora za mikrokrmilnik
Pomembno je, da ima mikrokrmilnik, za katerega se odločite, dovolj podpore, vključno; vzorci kod, referenčni modeli in po možnosti velika spletna skupnost. Prvo delo z mikrokrmilnikom ima lahko različne izzive in dostop do teh virov vam bo pomagal hitro premagati. Medtem ko je uporaba najnovejših mikrokrmilnikov zaradi teh novih novih funkcij dobra stvar, je priporočljivo zagotoviti, da mikrokrmilnik deluje vsaj 3-4 mesece, da se zagotovi večina zgodnjih težav, povezanih z mikrokrmilnikom bi bilo rešeno, saj bi različne stranke opravile veliko testiranj mikrokrmilnika z različnimi aplikacijami.
Pomembno je tudi, da izberete mikrokrmilnik z dobrim kompletom za ocenjevanje, tako da lahko hitro začnete z izdelavo prototipa in enostavno preizkusite funkcije. Ocenjevalni kompleti so dober način za pridobivanje izkušenj, spoznavanje verige orodij, ki se uporablja za razvoj, in prihranek časa med razvojem naprave.
Izbira ustreznega mikrokrmilnika za projekt bo še naprej problem, kar bo moral rešiti vsak oblikovalec strojne opreme, in čeprav je malo več dejavnikov, ki bi lahko vplivali na izbiro mikrokrmilnika, so zgoraj omenjeni dejavniki najpomembnejši.