- Faktor penting yang perlu dipertimbangkan semasa memilih MCU
- 1. Permohonan
- 2. Pilih Senibina Mikrokontroler
- 3. Saiz Bit
- 4. Antara muka untuk Komunikasi
- 5. Voltan Operasi
- 6. Bilangan Pin I / O
- 7. Keperluan Memori
- 8. Saiz Pakej
- 9. Penggunaan Kuasa
- 10. Sokongan untuk Mikrokontroler
Mikrokontroler pada dasarnya adalah komputer kecil pada cip, seperti komputer mana pun, ia mempunyai memori dan biasanya diprogram dalam sistem tertanam untuk menerima input, melakukan pengiraan dan menghasilkan output. Tidak seperti pemproses, ia menggabungkan memori, CPU, I / O dan periferal lain pada satu cip seperti yang ditunjukkan dalam susun atur di bawah.
Memilih mikrokontroler yang tepat untuk projek selalu merupakan keputusan yang rumit untuk dibuat kerana ia adalah nadi projek dan kejayaan atau kegagalan sistem bergantung padanya.
Terdapat seribu jenis mikrokontroler yang berbeza, masing-masing mempunyai ciri unik atau kelebihan daya saing dari faktor bentuk, hingga ukuran pakej, hingga kapasiti RAM dan ROM yang membuatnya sesuai untuk aplikasi tertentu dan tidak sesuai untuk aplikasi tertentu. Sering kali, untuk mengelakkan sakit kepala dengan memilih yang betul, pereka memilih mikrokontroler yang mereka kenal yang kadang-kadang, walaupun mereka tidak benar-benar memenuhi kehendak projek. Artikel hari ini akan melihat beberapa faktor penting yang perlu diperhatikan ketika memilih mikrokontroler termasuk Senibina, memori, Antaramuka dan harta tanah I / O antara lain.
Faktor penting yang perlu dipertimbangkan semasa memilih MCU
Berikut adalah beberapa faktor penting yang perlu diperhatikan semasa memilih mikrokontroler termasuk Senibina, memori, Antara muka dan harta tanah I / O antara lain.
1. Permohonan
Perkara pertama yang perlu dilakukan sebelum memilih mikrokontroler untuk sebarang projek adalah mengembangkan pemahaman yang mendalam mengenai tugas yang harus digunakan penyelesaian berasaskan mikrokontroler. Lembaran spesifikasi teknikal selalu dikembangkan selama proses ini dan akan membantu menentukan ciri-ciri khusus yang dikendalikan oleh mikrokontroler untuk projek ini. Contoh yang baik tentang bagaimana aplikasi / penggunaan peranti menentukan mikrokontroler yang akan digunakan ditunjukkan ketika mikrokontroler dengan unit titik terapung diadopsi untuk reka bentuk peranti yang akan digunakan untuk melakukan operasi yang melibatkan banyak nombor perpuluhan.
2. Pilih Senibina Mikrokontroler
Senibina mikrokontroler merujuk kepada bagaimana mikrokontroler disusun secara dalaman. Terdapat dua seni bina utama yang digunakan untuk reka bentuk mikrokontroler;
- Senibina Von Neumann
- Senibina Harvard
Senibina von Neumann menampilkan penggunaan bas yang sama untuk menghantar data dan mengambil set arahan dari memori. Oleh itu pemindahan data dan pengambilan arahan tidak dapat dilakukan pada masa yang sama dan biasanya dijadualkan. Senibina Harvard di sisi lain menampilkan penggunaan bas berasingan untuk penghantaran data dan pengambilan arahan.
Setiap seni bina ini mempunyai kelebihan dan kekurangannya sendiri. Senibina Harvard misalnya adalah komputer RISC (Set instruksi yang dikurangkan) dan dengan demikian dapat melakukan lebih banyak arahan dengan kitaran yang lebih rendah daripada komputer CISC (Set instruksi yang kompleks) yang didasarkan pada seni bina von Neumann. Satu kelebihan penting dari pengawal mikro berdasarkan Harvard (RISC) adalah hakikat bahawa kewujudan bas yang berlainan untuk set data dan arahan memungkinkan pemisahan akses memori dan operasi unit Aritmetik dan logik (ALU). Ini mengurangkan jumlah kuasa pengiraan yang diperlukan oleh mikrokontroler dan menyebabkan pengurangan kos, penggunaan kuasa rendah dan pelesapan haba yang menjadikannya sesuai untuk reka bentuk peranti yang dikendalikan oleh bateri. Banyak ARM,Mikrokontroler AVR dan PIC berdasarkan seni bina Harvard. Contoh mikrokontroler yang menggunakan seni bina Von Neumann termasuk 8051, zilog Z80 antara lain.
3. Saiz Bit
Pengawal mikro boleh berupa 8 bit, 16 bit, 32 bit dan 64 bit yang merupakan ukuran bit maksimum semasa yang dimiliki oleh mikrokontroler. Ukuran bit mikrokontroler mewakili ukuran "kata" yang digunakan dalam set arahan mikrokontroler. Ini bermaksud dalam mikrokontroler 8-bit, perwakilan setiap arahan, alamat, pemboleh ubah atau daftar memerlukan 8-bit. Salah satu implikasi utama ukuran bit adalah kapasiti memori mikrokontroler. Dalam mikrokontroler 8-bit misalnya, terdapat 255 lokasi memori unik seperti yang ditentukan oleh ukuran bit sementara di mikrokontroler 32-bit, terdapat 4,294,967,295 lokasi memori unik, yang bermaksud semakin tinggi ukuran bit, semakin tinggi bilangan unik lokasi memori tersedia untuk digunakan pada mikrokontroler. Pengilang hari ini,sedang mengembangkan cara untuk menyediakan akses ke lebih banyak lokasi memori ke mikrokontroler ukuran bit yang lebih kecil melalui paging dan pengalamatan, sehingga mikrokontroler 8bits menjadi 16bits yang dapat diatasi tetapi ini cenderung menyulitkan pengaturcaraan untuk pembangun perisian terbenam.
Kesan ukuran bit mungkin lebih ketara dialami ketika membangunkan firmware untuk mikrokontroler terutamanya untuk operasi aritmetik. Pelbagai jenis data mempunyai ukuran memori yang berbeza untuk ukuran bit mikrokontroler yang berbeza. Sebagai contoh, menggunakan pemboleh ubah yang diisytiharkan sebagai bilangan bulat tanpa tanda yang disebabkan oleh jenis data akan memerlukan memori 16 bit, dalam kod yang akan dilaksanakan pada mikrokontroler 8bit akan menyebabkan kehilangan bait yang paling signifikan dalam data yang kadang-kadang mungkin sangat penting bagi pencapaian tugas di mana peranti di mana mikrokontroler hendak digunakan, dirancang.
Oleh itu, penting untuk memilih mikrokontroler dengan ukuran bit yang sepadan dengan data yang akan diproses.
Mungkin penting untuk diperhatikan bahawa kebanyakan aplikasi pada masa ini adalah antara mikrokontroler 32 bit dan 16 bit kerana kemajuan teknologi yang terdapat pada cip ini.
4. Antara muka untuk Komunikasi
Komunikasi antara mikrokontroler dan beberapa sensor dan penggerak yang akan digunakan untuk projek ini mungkin memerlukan penggunaan antara muka antara mikrokontroler dan sensor atau penggerak untuk memudahkan komunikasi. Contohnya, untuk menyambungkan sensor analog ke mikrokontroler memerlukan mikrokontroler mempunyai ADC yang cukup (penukar analog ke digital) atau seperti yang saya sebutkan sebelumnya, kelajuan motor DC yang berbeza mungkin memerlukan penggunaan antara muka PWM pada mikrokontroler. Oleh itu, penting untuk mengesahkan bahawa mikrokontroler yang akan dipilih mempunyai cukup antara muka yang diperlukan termasuk UART, SPI, I2C antara lain.
5. Voltan Operasi
Voltan Operasi adalah tahap voltan di mana sistem dirancang untuk beroperasi. Ini juga merupakan tahap voltan yang berkaitan dengan ciri-ciri tertentu sistem. Dalam reka bentuk perkakasan voltan operasi kadang-kadang menentukan tahap logik di mana mikrokontroler berkomunikasi dengan komponen lain yang membentuk sistem.
Paras voltan 5V dan 3.3V adalah voltan operasi paling popular yang digunakan untuk pengawal mikro dan keputusan harus dibuat mengenai tahap voltan mana yang akan digunakan semasa proses pengembangan spesifikasi teknikal peranti. Menggunakan mikrokontroler dengan voltan operasi 3.3V dalam reka bentuk peranti di mana sebahagian besar komponen luaran, sensor dan penggerak akan beroperasi pada tahap voltan 5V tidak akan menjadi keputusan yang sangat bijak kerana akan ada keperluan untuk melaksanakan tahap logik shifter atau penukar untuk membolehkan pertukaran data antara mikrokontroler dan komponen lain dan ini akan meningkatkan kos pembuatan dan kos keseluruhan peranti tanpa perlu.
6. Bilangan Pin I / O
Bilangan port input / output tujuan umum atau khas dan (atau) pin yang dimiliki oleh mikrokontroler adalah salah satu faktor terpenting yang mempengaruhi pilihan mikrokontroler.
Sekiranya pengawal mikro mempunyai semua ciri lain yang disebutkan dalam artikel ini tetapi tidak mempunyai pin IO yang mencukupi seperti yang dikehendaki oleh projek, ia tidak dapat digunakan. Penting agar mikrokontroler mempunyai pin PWM yang mencukupi misalnya, untuk mengawal bilangan motor DC yang kelajuannya akan berubah mengikut peranti. Walaupun jumlah port I / O pada mikrokontroler dapat diperluas dengan penggunaan register shift, ia tidak dapat digunakan untuk semua jenis aplikasi dan meningkatkan biaya perangkat di mana ia digunakan. Oleh itu, lebih baik memastikan mikrokontroler yang akan dipilih untuk reka bentuk mempunyai bilangan port I / O tujuan umum dan khas yang diperlukan untuk projek tersebut.
Satu perkara penting lain yang perlu diingat semasa menentukan jumlah pin I / O tujuan umum atau khas yang diperlukan untuk projek, adalah penambahbaikan masa depan yang mungkin dilakukan pada peranti dan bagaimana penambahbaikan tersebut dapat mempengaruhi jumlah pin I / O diperlukan.
7. Keperluan Memori
Terdapat beberapa jenis memori yang berkaitan dengan mikrokontroler yang harus dicari oleh pereka ketika membuat pilihan. Yang paling penting ialah RAM, ROM dan EEPROM. Jumlah setiap kenangan yang diperlukan mungkin sukar untuk dianggarkan sehingga digunakan tetapi berdasarkan jumlah kerja yang diperlukan mikrokontroler, ramalan dapat dibuat. Peranti memori yang disebutkan di atas membentuk data dan memori program mikrokontroler.
Memori program mikrokontroler menyimpan firmware untuk mikrokontroler sehingga apabila daya terputus dari mikrokontroler, firmware tidak akan hilang. Jumlah memori program yang diperlukan bergantung pada jumlah data seperti perpustakaan, jadual, fail binari untuk gambar dan lain-lain yang diperlukan agar firmware berfungsi dengan betul.
Memori data di sisi lain digunakan semasa masa berjalan. Semua pemboleh ubah dan data yang dihasilkan sebagai hasil pemprosesan antara aktiviti lain semasa jangka masa disimpan dalam memori ini. Oleh itu, kerumitan pengiraan yang akan berlaku semasa jangka masa dapat digunakan untuk menganggarkan jumlah memori data yang diperlukan untuk mikrokontroler.
8. Saiz Pakej
Ukuran bungkusan merujuk kepada faktor bentuk mikrokontroler. Mikrokontroler biasanya terdapat dalam pakej mulai dari QFP, TSSOP, SOIC hingga SSOP dan paket DIP biasa yang memudahkan pemasangan papan roti untuk membuat prototaip. Penting untuk merancang lebih awal dari pembuatan dan memikirkan pakej mana yang terbaik.
9. Penggunaan Kuasa
Ini adalah salah satu faktor yang paling penting untuk dipertimbangkan ketika memilih mikrokontroler terutama ketika hendak digunakan dalam aplikasi bertenaga bateri seperti peranti IoT di mana mikrokontroler diinginkan dengan kekuatan serendah mungkin. Lembar data kebanyakan mikrokontroler mengandungi maklumat mengenai beberapa perkakasan dan (atau) teknik berasaskan perisian yang dapat digunakan untuk meminimumkan jumlah daya yang digunakan oleh mikrokontroler dalam mod yang berbeza. Pastikan pengawal mikro yang anda pilih memenuhi keperluan kuasa untuk projek anda.
10. Sokongan untuk Mikrokontroler
Penting bagi pengawal mikro yang anda pilih untuk bekerja dengan sokongan yang mencukupi termasuk; contoh kod, reka bentuk rujukan dan jika boleh komuniti besar dalam talian. Bekerja dengan pengawal mikro untuk pertama kalinya mungkin menghadapi pelbagai cabaran dan mempunyai akses ke sumber ini akan membantu anda mengatasinya dengan cepat. Walaupun menggunakan mikrokontroler terkini kerana ciri-ciri baru yang keren yang disertakan adalah perkara yang baik, disarankan untuk memastikan bahawa mikrokontroler telah ada selama sekurang-kurangnya 3-4 bulan untuk memastikan sebahagian besar masalah awal yang mungkin berkaitan dengan mikrokontroler akan dapat diselesaikan kerana pelbagai pelanggan akan melakukan banyak pengujian mikrokontroler dengan aplikasi yang berbeza.
Penting untuk memilih mikrokontroler dengan kit penilaian yang baik, supaya anda dapat dengan cepat membina prototaip dan menguji ciri dengan mudah. Kit penilaian adalah kaedah yang baik untuk memperoleh pengalaman, membiasakan diri dengan rantai alat yang digunakan untuk pembangunan, dan menjimatkan masa semasa pengembangan peranti.
Memilih mikrokontroler yang tepat untuk sesuatu projek, akan terus menjadi masalah, setiap pereka perkakasan harus diselesaikan dan walaupun terdapat beberapa faktor yang boleh mempengaruhi pilihan mikrokontroler, faktor-faktor yang disebutkan di atas adalah yang paling penting.