Gömülü uygulamanız için doğru mikro denetleyiciyi seçme

Mikrodenetleyici, esasen herhangi bir bilgisayar gibi bir çip üzerindeki küçük bir bilgisayardır, hafızası vardır ve genellikle girdileri almak, hesaplamalar yapmak ve çıktı üretmek için gömülü sistemlerde programlanmıştır. Bir işlemcinin aksine, bellek, CPU, G / Ç ve diğer çevre birimlerini aşağıdaki düzende gösterildiği gibi tek bir yonga üzerinde birleştirir.

Bir proje için doğru mikro denetleyiciyi seçmek, her zaman alınması gereken karmaşık bir karardır çünkü bu, projenin kalbidir ve sistemin başarısı veya başarısızlığı buna bağlıdır.

Her biri biçim faktöründen paket boyutuna, belirli uygulamalara uygun ve belirli uygulamalar için uygun olmayan RAM ve ROM kapasitesine kadar her biri benzersiz bir özelliğe veya rekabet avantajına sahip bin farklı mikro denetleyici türü vardır. Bu nedenle çoğu zaman, doğru olanı seçmenin getirdiği baş ağrısından kaçınmak için, tasarımcılar aşina oldukları mikro denetleyicileri tercih ederler, bu da bazen projenin gereksinimlerini gerçekten karşılamıyorlar. Bugünün makalesi, diğerleri arasında Mimari, bellek, Arayüzler ve I / O gayrimenkulü dahil olmak üzere bir mikro denetleyici seçerken bakılması gereken önemli faktörlerden bazılarına bir göz atacak.

Bir MCU seçerken dikkate alınması gereken önemli faktörler

Aşağıdakiler, diğerleri arasında Mimari, bellek, Arayüzler ve I / O gayrimenkulü dahil olmak üzere bir mikro denetleyici seçerken bakılması gereken önemli faktörlerden bazılarıdır.

1. Uygulama

Herhangi bir proje için bir mikro denetleyici seçmeden önce yapılacak ilk şey, mikro denetleyici tabanlı çözümün uygulanacağı görevi derinlemesine anlamaktır. Bu süreçte daima bir teknik şartname sayfası geliştirilir ve proje için kullanılacak mikrodenetleyicinin belirli özelliklerinin belirlenmesine yardımcı olur. Cihazın uygulanmasının / kullanımının, kullanılacak mikro denetleyiciyi nasıl belirlediğine dair güzel bir örnek, çok sayıda ondalık sayı içeren işlemleri gerçekleştirmek için kullanılacak bir aygıtın tasarımı için bir kayan nokta birimine sahip bir mikro denetleyici benimsendiğinde sergilenir.

2. Mikrodenetleyici Mimarisini seçin

Bir mikro denetleyicinin Mimarisi, mikro denetleyicinin dahili olarak nasıl yapılandırıldığını ifade eder. Mikrodenetleyicilerin tasarımında kullanılan iki ana mimari vardır;

1. Von Neumann Mimarlık
2. Harvard Mimarlık

Von Neumann mimarisi, verileri iletmek ve bellekten komut setlerini almak için aynı veri yolunun kullanılmasını sağlar. Bu nedenle, veri aktarımı ve talimat getirme aynı anda gerçekleştirilemez ve genellikle planlanır. Öte yandan Harvard mimarisi, verilerin iletimi ve talimatların getirilmesi için ayrı veri yollarının kullanılmasını içerir.

Bu mimarilerin her birinin kendi avantajı ve dezavantajı vardır. Örneğin Harvard mimarisi, RISC (Azaltılmış Komut Seti) bilgisayarlarıdır ve bu nedenle, von Neumann mimarisine dayanan CISC (Karmaşık Komut Seti) bilgisayarlarından daha düşük döngülerde daha fazla komut gerçekleştirebilir. Harvard (RISC) tabanlı mikrodenetleyicilerin önemli bir avantajı, veri ve komut seti için farklı veri yollarının varlığının, bellek erişimi ile Aritmetik ve mantık biriminin (ALU) işlemlerinin ayrılmasına olanak sağlamasıdır. Bu, mikro denetleyicinin ihtiyaç duyduğu hesaplama gücü miktarını azaltır ve maliyeti düşürür, güç tüketimini azaltır ve ısı dağılımını pille çalışan cihazların tasarımı için ideal kılar. Birçok ARM,AVR ve PIC Mikrodenetleyiciler, Harvard mimarisine dayanmaktadır. Von Neumann mimarisini kullanan mikrodenetleyici örnekleri arasında 8051, zilog Z80 ve diğerleri bulunur.

3. Bit Boyutu

Bir mikro denetleyici, bir mikro denetleyicinin sahip olduğu mevcut maksimum bit boyutu olan 8 bit, 16 bit, 32 bit ve 64 bit olabilir. Bir mikro denetleyicinin bit boyutu, mikro denetleyicinin komut setinde kullanılan bir "kelimenin" boyutunu temsil eder. Bu, 8 bitlik bir mikro denetleyicide, her komutun, adresin, değişkenin veya kaydın temsilinin 8 bit sürdüğü anlamına gelir. Bit boyutunun temel etkilerinden biri, mikro denetleyicinin bellek kapasitesidir. Örneğin, 8 bitlik bir mikro denetleyicide, bit boyutunun belirlediği 255 benzersiz bellek konumu varken, 32 bitlik bir mikro denetleyicide 4,294,967,295 benzersiz bellek konumu vardır; bu, bit boyutu ne kadar yüksekse, benzersiz sayısı o kadar yüksek olduğu anlamına gelir. mikro denetleyicide kullanılabilen bellek konumları. Ancak bugünlerde üreticiler,sayfalama ve adresleme yoluyla daha küçük bit boyutlu mikro denetleyicilere daha fazla bellek konumuna erişim sağlamanın yollarını geliştiriyor, böylece 8 bitlik mikro denetleyici 16 bit adreslenebilir hale geliyor, ancak bu, gömülü yazılım geliştiricisi için programlamayı karmaşıklaştırma eğiliminde.

Bit boyutunun etkisi, özellikle aritmetik işlemler için mikro denetleyici için ürün yazılımı geliştirilirken muhtemelen daha önemli ölçüde deneyimlenir. Çeşitli veri türleri, farklı mikro denetleyici bit boyutu için farklı bellek boyutuna sahiptir. Örneğin, 8 bitlik bir mikro denetleyicide yürütülecek kodlarda, veri türü nedeniyle 16 bit bellek gerektiren işaretsiz bir tamsayı olarak tanımlanan bir değişkenin kullanılması, verilerdeki en önemli bayt kaybına yol açacaktır. Mikrodenetleyicinin kullanılacağı cihazın tasarlandığı görevin başarılması için çok önemlidir.

Bu nedenle , işlenecek verilerinkiyle eşleşen bit boyutuna sahip bir mikro denetleyici seçmek önemlidir.

Bu günlerde çoğu uygulamanın, bu yongalarda bulunan teknolojik gelişmeler nedeniyle 32 bit ile 16 bit arasında mikro denetleyiciler olduğunu belirtmek muhtemelen önemlidir.

4. İletişim Arayüzleri

Mikro denetleyici ile proje için kullanılacak bazı algılayıcılar ve çalıştırıcılar arasındaki iletişim, iletişimi kolaylaştırmak için mikro denetleyici ile algılayıcı veya çalıştırıcı arasında bir arayüzün kullanılmasını gerektirebilir. Örneğin bir mikrodenetleyiciye bir analog sensör bağlamak, mikro denetleyicinin yeterli ADC'ye (analogdan dijitale dönüştürücüler) sahip olmasını gerektirecektir veya daha önce bahsettiğim gibi, bir DC motorun hızını değiştirmek, mikro denetleyicide PWM arayüzünün kullanılmasını gerektirebilir. Bu nedenle, seçilecek mikrodenetleyicinin diğerlerinin yanı sıra UART, SPI, I2C dahil olmak üzere gereken arabirimlere yeterince sahip olduğunun doğrulanması önemli olacaktır.

5. Çalışma Gerilimi

Çalışma voltajı, bir sistemin çalışmak üzere tasarlandığı voltaj seviyesidir. Aynı zamanda, sistemin belirli özelliklerinin ilişkili olduğu voltaj seviyesidir. Donanım tasarımında çalışma voltajı zaman zaman mikro denetleyicinin sistemi oluşturan diğer bileşenlerle iletişim kurduğu mantık seviyesini belirler.

5V ve 3.3V voltaj seviyesi, mikrodenetleyiciler için kullanılan en popüler çalışma voltajıdır ve cihazın teknik özelliklerini geliştirme sürecinde bu voltaj seviyelerinden hangisinin kullanılacağına karar verilmelidir. Harici bileşenlerin, sensörlerin ve aktüatörlerin çoğunun 5V gerilim seviyesinde çalışacağı bir cihazın tasarımında 3.3V çalışma voltajına sahip bir mikrodenetleyici kullanmak, mantık seviyesini uygulama ihtiyacı olacağından çok akıllıca bir karar olmayacaktır mikrodenetleyici ve diğer bileşenler arasında veri alışverişini sağlamak için değiştiriciler veya dönüştürücüler ve bu, üretim maliyetini ve cihazın toplam maliyetini gereksiz yere artıracaktır.

6. G / Ç Pimleri Sayısı

Bir mikro denetleyicinin sahip olduğu genel veya özel amaçlı giriş / çıkış bağlantı noktaları ve (veya) pimlerinin sayısı, mikro denetleyici seçimini etkileyen en önemli faktörlerden biridir.

Bir mikro denetleyici, bu makalede bahsedilen diğer tüm özelliklere sahipse ancak projenin gerektirdiği kadar yeterli IO pinine sahip değilse, kullanılamaz. Mikro denetleyicinin, örneğin hızı cihaz tarafından değiştirilecek DC motorların sayısını kontrol etmek için yeterli PWM pinine sahip olması önemlidir. Bir mikrodenetleyici üzerindeki I / O portlarının sayısı, kaydırmalı yazmaçlar kullanılarak genişletilebilirken, her türlü uygulama için kullanılamaz ve kullanıldığı cihazların maliyetini artırır. Bu nedenle tasarım için seçilecek mikrodenetleyicinin proje için gerekli sayıda genel ve özel amaçlı I / O portuna sahip olmasını sağlamak daha iyidir.

Bir proje için gerekli olan genel veya özel amaçlı I / O pinlerinin miktarını belirlerken akılda tutulması gereken bir diğer önemli nokta, cihazda yapılabilecek gelecekteki iyileştirmeler ve bu iyileştirmelerin I / O pinlerinin sayısını nasıl etkileyebileceğidir. gereklidir.

7. Bellek Gereksinimleri

Tasarımcının bir seçim yaparken dikkat etmesi gereken bir mikro denetleyici ile ilişkili birkaç bellek türü vardır. En önemlileri RAM, ROM ve EEPROM'dur. Bu anıların her birinin ihtiyaç duyulan miktarını, kullanılıncaya kadar tahmin etmek zor olabilir, ancak mikrodenetleyicinin ihtiyaç duyduğu işin miktarına göre tahminler yapılabilir. Yukarıda bahsedilen bu bellek cihazları, mikro denetleyicinin verilerini ve program belleğini oluşturur.

Mikrodenetleyicinin program belleği, mikro denetleyicinin aygıt yazılımını depolar, böylece mikro denetleyiciden güç kesildiğinde aygıt yazılımı kaybolmaz. Gerekli program belleği miktarı, bellenimin düzgün çalışması için gereken kitaplıklar, tablolar, görüntüler için ikili dosyalar vb. Gibi veri miktarına bağlıdır.

Veri belleği ise çalışma süresi sırasında kullanılır. Çalışma zamanı sırasında diğer etkinlikler arasında işlemenin bir sonucu olarak üretilen tüm değişkenler ve veriler bu bellekte saklanır. Bu nedenle, çalışma zamanı sırasında ortaya çıkacak hesaplamaların karmaşıklığı, mikro denetleyici için gereken veri belleği miktarını tahmin etmek için kullanılabilir.

8. Paket Boyutu

Paket boyutu, mikro denetleyicinin form faktörünü ifade eder. Mikrodenetleyiciler genellikle QFP, TSSOP, SOIC'den SSOP'ye ve prototipleme için devre tahtasına montajı kolaylaştıran normal DIP paketine kadar değişen paketler halinde gelir. Üretimin öncesinde plan yapmak ve hangi paketin en iyi olacağını öngörmek önemlidir.

9. Güç Tüketimi

Bu, bir mikro denetleyiciyi seçerken, özellikle mikro denetleyicinin mümkün olduğunca düşük güçte olmasının istendiği IoT cihazları gibi pille çalışan bir uygulamada konuşlandırılması gerektiğinde dikkate alınması gereken en önemli faktörlerden biridir. Çoğu mikro denetleyicinin veri sayfası, farklı modlarda mikro denetleyici tarafından tüketilen güç miktarını en aza indirmek için kullanılabilecek çeşitli donanım ve (veya) yazılım tabanlı teknikler hakkında bilgi içerir. Seçtiğiniz mikrodenetleyicinin projeniz için güç gereksinimlerini karşıladığından emin olun.

10. Mikrodenetleyici Desteği

Birlikte çalışmayı seçtiğiniz mikro denetleyicinin aşağıdakiler dahil yeterli desteğe sahip olması önemlidir; kod örnekleri, referans tasarımları ve mümkünse çevrimiçi olarak büyük bir topluluk. Bir mikrodenetleyici ile ilk kez çalışmak farklı zorluklar doğurabilir ve bu kaynaklara erişim, bunların hızlı bir şekilde üstesinden gelmenize yardımcı olacaktır. Geldiği bu harika yeni özellikler nedeniyle en son mikro denetleyicileri kullanmak iyi bir şey olsa da, mikro denetleyiciyle ilişkili olabilecek erken sorunların çoğunu sağlamak için mikro denetleyicinin en az 3-4 aydır ortalıkta olduğundan emin olmanız önerilir. çeşitli müşteriler mikrodenetleyiciyi farklı uygulamalarla bolca test edeceği için çözülmüş olurdu.

İyi bir değerlendirme kitine sahip bir mikro denetleyici seçmek de önemlidir, böylece hızlı bir şekilde prototip oluşturmaya başlayabilir ve özellikleri kolayca test edebilirsiniz. Değerlendirme kitleri, deneyim kazanmanın, geliştirme için kullanılan araç zincirine aşina olmanın ve cihazın geliştirilmesi sırasında zamandan tasarruf etmenin iyi bir yoludur.

Bir proje için doğru mikrodenetleyiciyi seçmek bir problem olmaya devam edecek, her donanım tasarımcısının çözmesi gerekecek ve mikrodenetleyici seçimini etkileyebilecek birkaç faktör daha varken, yukarıda bahsedilen bu faktörler en önemlileridir.