Ξέρετε πώς να επιλέξετε τον καλύτερο μικροελεγκτή για έργα με βάση μικροελεγκτή; Η επιλογή του κατάλληλου μικροελεγκτή για μια δεδομένη εφαρμογή είναι μια από τις πιο κρίσιμες αποφάσεις, οι οποίες ελέγχουν την επιτυχία ή την αποτυχία της εργασίας.
Υπάρχουν διαφορετικά τύποι μικροελεγκτών διαθέσιμο και εάν έχετε αποφασίσει ποια σειρά θα χρησιμοποιήσετε, μπορείτε εύκολα να ξεκινήσετε το δικό σας ενσωματωμένο σχεδιασμό συστήματος. Οι μηχανικοί πρέπει να έχουν τα δικά τους κριτήρια για να κάνουν τη σωστή επιλογή.
Εδώ σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε τις βασικές σκέψεις για την επιλογή ενός μικροελεγκτή.
Μικροελεγκτές για σχεδιασμό ενσωματωμένου συστήματος
Σε πολλές περιπτώσεις, αντί να έχουν λεπτομερείς γνώσεις σχετικά με έναν κατάλληλο μικροελεγκτή για το έργο, οι άνθρωποι συχνά επιλέγουν τυχαία έναν μικροελεγκτή. Ωστόσο, αυτή είναι μια κακή ιδέα.
Η κύρια προτεραιότητα για την επιλογή ενός μικροελεγκτή είναι να έχουμε πληροφορίες του συστήματος όπως διάγραμμα μπλοκ, διάγραμμα ροής και περιφερειακά εισόδου / εξόδου.
Εδώ είναι οι κορυφαίοι 7 τρόποι που πρέπει να ακολουθηθούν για να διασφαλιστεί ότι έχει επιλεγεί ο σωστός μικροελεγκτής.
Επιλογή bit μικροελεγκτή
Οι μικροελεγκτές διατίθενται σε διαφορετικούς ρυθμούς bit, όπως οι ρυθμοί 8-bit, 16-bit και 32-bit. Ο αριθμός των bit αναφέρεται στο μέγεθος των γραμμών δεδομένων που περιορίζουν τα δεδομένα. Η επιλογή ενός καλύτερου μικροελεγκτή για σχεδιασμό ενσωματωμένου συστήματος είναι σημαντική όσον αφορά την επιλογή bit. Η απόδοση του μικροελεγκτή αυξάνεται με το μέγεθος bit.
Μικροελεγκτές 8-bit :
Μικροελεγκτές 8 bit
Οι μικροελεγκτές 8-bit έχουν 8- γραμμές δεδομένων που μπορούν να στέλνουν και να λαμβάνουν δεδομένα 8-bit κάθε φορά. Δεν έχει πρόσθετες λειτουργίες, όπως σειριακή επικοινωνία ανάγνωσης / εγγραφής κ.λπ. Αυτές είναι κατασκευασμένες με λιγότερες μνήμες on-chip και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται για μικρότερες εφαρμογές. Διατίθενται με φθηνότερο κόστος. Ωστόσο, σε περίπτωση που η πολυπλοκότητα του έργου σας αυξηθεί, αναζητήστε έναν άλλο μικροελεγκτή υψηλότερου bit.
Μικροελεγκτής 16-bit:
Μικροελεγκτής 16 bit
Οι ελεγκτές 16-bit έχουν γραμμές 16-δεδομένων που μπορούν να στέλνουν και να λαμβάνουν δεδομένα 16-bit κάθε φορά. Δεν έχει πρόσθετες λειτουργίες σε σύγκριση με τους ελεγκτές 32-bit. Είναι ίδιο με τον μικροελεγκτή 8-bit, αλλά προστίθεται με λίγα πρόσθετα χαρακτηριστικά.
Η απόδοση ενός μικροελεγκτή 16 bit είναι ταχύτερη από τους ελεγκτές 8 bit και είναι οικονομικά αποδοτική. Ισχύει για μικρότερες εφαρμογές. Είναι μια προηγμένη έκδοση μικροελεγκτών 8-bit.
Μικροελεγκτής 32-bit :
Μικροελεγκτής 32 bit
Οι μικροελεγκτές 32-bit έχουν γραμμές 32-δεδομένων που χρησιμοποιούνται για την αποστολή και λήψη δεδομένων 32-bit κάθε φορά. Οι 32 μικροελεγκτές έχουν κάποια πρόσθετα συμβόλαια μελλοντικής εκπλήρωσης όπως SPI, I2C, μονάδες κινητής υποδιαστολής και συναφείς λειτουργίες.
Οι μικροελεγκτές 32-bit είναι κατασκευασμένοι με μέγιστο εύρος μνήμης On-chip και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται για μεγαλύτερες εφαρμογές. Η απόδοση είναι πολύ γρήγορη και οικονομικά αποδοτική. Είναι μια προηγμένη έκδοση μικροελεγκτών 16-bit.
Οικογενειακή επιλογή μικροελεγκτή
Υπάρχουν αρκετοί προμηθευτές που κατασκευάζουν διαφορετικές αρχιτεκτονικές μικροελεγκτή. Ως εκ τούτου, κάθε μικροελεγκτής έχει ένα μοναδικό σύνολο εντολών και μητρώου και κανένας δύο μικροελεγκτής δεν είναι παρόμοιος μεταξύ τους.
Ένα πρόγραμμα ή κωδικός γραμμένος για έναν μικροελεγκτή δεν θα εκτελεστεί στον άλλο μικροελεγκτή. Διαφορετικά έργα που βασίζονται σε μικροελεγκτές απαιτούν διαφορετικές οικογένειες μικροελεγκτών.
Διαφορετικές οικογένειες μικροελεγκτών είναι οικογένεια 8051, οικογένεια AVR, οικογένεια ARM, οικογένεια PIC και πολλά άλλα.
AVR Οικογένεια μικροελεγκτών
Οικογένεια μικροελεγκτών AVR
Ένας μικροελεγκτής AVR δέχεται μέγεθος εντολής 16 bit ή 2 byte. Αποτελείται από μνήμη flash που περιέχει τη διεύθυνση 16 bit. Εδώ οι οδηγίες αποθηκεύονται απευθείας.
Μικροελεγκτές AVR-ATMega8, ATMega32 χρησιμοποιούνται ευρέως.
Οικογένεια μικροελεγκτών PIC
Οικογένεια μικροελεγκτών PIC
Ένας μικροελεγκτής PIC κάθε εντολή δέχεται οδηγίες 14 bit. Η μνήμη flash μπορεί να αποθηκεύσει διεύθυνση 16 bit. Εάν τα πρώτα 7 bit περάσουν στη μνήμη flash, τα υπόλοιπα bit μπορούν να αποθηκευτούν αργότερα.
Ωστόσο, εάν περάσουν 8 bits, τα υπόλοιπα 6 bits θα χαθούν. Εν συντομία, αυτό εξαρτάται πραγματικά από τους κατασκευαστές.
Έτσι, η επιλογή μιας κατάλληλης οικογένειας μικροελεγκτή για σχεδιασμό ενσωματωμένου συστήματος είναι πολύ σημαντική στη διαδικασία.
Αρχιτεκτονική Επιλογή Μικροελεγκτή
Ο όρος «αρχιτεκτονική» ορίζει έναν συνδυασμό περιφερειακών που χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση των εργασιών. Υπάρχουν δύο τύποι αρχιτεκτονικής μικροελεγκτών για έργα που βασίζονται σε μικροελεγκτές.
Από την Αρχιτεκτονική Neumann
Η αρχιτεκτονική Von Neumann είναι επίσης γνωστή ως Princeton Architecture. Σε αυτήν την αρχιτεκτονική η CPU επικοινωνεί με ένα μόνο λεωφορείο δεδομένων και διευθύνσεων, στη μνήμη RAM και ROM. Η CPU παίρνει τις οδηγίες από τη μνήμη RAM και ROM ταυτόχρονα.
Αρχιτεκτονική Von-Neumann
Αυτές οι οδηγίες εκτελούνται διαδοχικά μέσω ενός μόνο διαύλου και ως εκ τούτου απαιτείται περισσότερος χρόνος για την εκτέλεση κάθε εντολής. Έτσι μπορούμε να πούμε ότι η διαδικασία της αρχιτεκτονικής Von Newman είναι πολύ αργή.
Αρχιτεκτονική του Χάρβαρντ
Στην αρχιτεκτονική του Χάρβαρντ, η CPU διαθέτει δύο ξεχωριστούς διαύλους που είναι ο δίαυλος διευθύνσεων και ο δίαυλος δεδομένων για επικοινωνία με τη μνήμη RAM και ROM. Η CPU ανακτά και εκτελεί τις οδηγίες από τις μνήμες RAM και ROM μέσω ενός ξεχωριστού διαύλου δεδομένων και διαύλου διευθύνσεων. Ως εκ τούτου, απαιτείται λιγότερος χρόνος για την εκτέλεση κάθε εντολής, καθιστώντας αυτήν την αρχιτεκτονική πολύ δημοφιλή.
Αρχιτεκτονική του Χάρβαρντ
Έτσι, για κάθε σχεδιασμό ενσωματωμένου συστήματος, ο καλύτερος μικροελεγκτής είναι κυρίως αυτός με την αρχιτεκτονική του Χάρβαρντ.
Instruction Set επιλογή μικροελεγκτή
Το σετ εντολών είναι ένα σύνολο βασικών οδηγιών όπως αριθμητικός, υπό όρους, λογικός κ.λπ. που χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση βασικών λειτουργιών στον μικροελεγκτή. Η αρχιτεκτονική του μικροελεγκτή λειτουργεί με βάση το σύνολο οδηγιών.
Για όλα τα έργα που βασίζονται σε μικροελεγκτές, διατίθενται μικροελεγκτές με βάση το σύνολο εντολών RISC ή CISC.
Αρχιτεκτονική βασισμένη σε RISC
Το RISC σημαίνει υπολογιστή με μειωμένες οδηγίες. Ένα σύνολο εντολών RISC εκτελεί όλες τις αριθμητικές, λογικές, υπό όρους, Boolean λειτουργίες σε έναν ή δύο κύκλους εντολών. Το εύρος του συνόλου εντολών RISC είναι<100.
Αρχιτεκτονική βασισμένη σε RISC
Ένα μηχάνημα βασισμένο σε RISC εκτελεί οδηγίες πιο γρήγορα επειδή δεν υπάρχει επίπεδο μικροκώδικα. Η αρχιτεκτονική RISC περιέχει ειδικές λειτουργίες αποθήκευσης φορτίων που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά δεδομένων από εσωτερικούς καταχωρητές και μνήμη.
Ένα τσιπ RISC κατασκευάζεται με μικρότερο αριθμό τρανζίστορ, επομένως το κόστος είναι χαμηλό. Για κάθε σχεδιασμό ενσωματωμένου συστήματος, προτιμάται ένα τσιπ RISC.
Αρχιτεκτονική βασισμένη σε CISC
Το CISC σημαίνει σύνθετο υπολογιστή σετ εντολών. Το σύνολο εντολών CISC διαρκεί τέσσερις ή περισσότερους κύκλους οδηγιών για την εκτέλεση όλων των αριθμητικών, λογικών, υπό όρους, Boolean οδηγιών. Το εύρος ενός συνόλου εντολών CISC είναι> 150.
Αρχιτεκτονική βασισμένη σε CISC
Ένα μηχάνημα που βασίζεται σε CISC εκτελεί τις οδηγίες με βραδύτερο ρυθμό σε σύγκριση με την αρχιτεκτονική RISC, επειδή εδώ οι οδηγίες μετατρέπονται σε μικρό μέγεθος κώδικα πριν εκτελεστούν.
Επιλογή μνήμης του μικροελεγκτή
Η επιλογή μνήμης είναι πολύ σημαντική για την επιλογή του καλύτερου μικροελεγκτή, επειδή η απόδοση του συστήματος εξαρτάται από τις μνήμες.
Κάθε μικροελεγκτής μπορεί να περιέχει οποιονδήποτε τύπο αναμνήσεων, οι οποίες είναι:
Μνήμη On-Chip
Μνήμη εκτός chip
Μνήμη On-chip και Off-chip
Μνήμη on-chip
Η μνήμη on-chip αναφέρεται σε οποιαδήποτε μνήμη όπως RAM, ROM που είναι ενσωματωμένη στο ίδιο το τσιπ μικροελεγκτή. Ένα ROM είναι ένας τύπος συσκευής αποθήκευσης που μπορεί να αποθηκεύσει μόνιμα τα δεδομένα και την εφαρμογή μέσα σε αυτό.
Η μνήμη RAM είναι ένας τύπος μνήμης που χρησιμοποιείται για την αποθήκευση δεδομένων και προγραμμάτων σε προσωρινή βάση. Οι μικροελεγκτές με μνήμη on-chip προσφέρουν επεξεργασία δεδομένων υψηλής ταχύτητας, αλλά η μνήμη αποθήκευσης είναι περιορισμένη. Έτσι, οι μικροελεγκτές off chip χρησιμοποιούνται για την επίτευξη των υψηλών δυνατοτήτων αποθήκευσης μνήμης.
Μνήμη εκτός τσιπ
Η μνήμη off-chip αναφέρεται σε οποιαδήποτε μνήμη όπως ROM, RAM και EEPROM που συνδέονται εξωτερικά. Οι εξωτερικές μνήμες ονομάζονται μερικές φορές δευτερεύουσες μνήμες που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση μεγάλης ποσότητας δεδομένων.
Λόγω αυτού του εξωτερικού ελεγκτή μνήμης η ταχύτητα μειώνεται κατά την ανάκτηση και αποθήκευση των δεδομένων. Αυτή η εξωτερική μνήμη χρειάζεται εξωτερικές συνδέσεις, έτσι αυξάνεται η πολυπλοκότητα του συστήματος.
Επιλογή τσιπ μικροελεγκτή
Η επιλογή τσιπ είναι πολύ σημαντική για την ανάπτυξη α έργο που βασίζεται σε μικροελεγκτή . Το IC απλά ονομάζεται πακέτο. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι θωρακισμένα ώστε να επιτρέπουν τον εύκολο χειρισμό και να προστατεύουν τις συσκευές από ζημιές. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα αποτελούνται από χιλιάδες βασικά εξαρτήματα στην ηλεκτρονική όπως τρανζίστορ, δίοδοι, αντιστάσεις, πυκνωτές.
Οι μικροελεγκτές διατίθενται σε πολλούς διαφορετικούς τύπους πακέτων IC και ο καθένας έχει το δικό του πλεονέκτημα και μειονέκτημα. Το πιο δημοφιλές IC είναι το Διπλό πακέτο In-Line (DIP), χρησιμοποιείται κυρίως σε οποιονδήποτε σχεδιασμό ενσωματωμένου συστήματος.
DIP (Dual in line) Μικροελεγκτής
1. DIP (Dual In-line πακέτο)
2. SIP (Μονό In-Line Πακέτο)
3. SOP (πακέτο Small Outline)
4. QFP (τετραπλή συσκευασία)
5. PGA (Pin Grid Array)
6. BGA (Ball Grid Array)
7. TQFP (πακέτο Tin Quad flat)
Επιλογή IDE του μικροελεγκτή
Το IDE σημαίνει ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης και είναι μια εφαρμογή λογισμικού που χρησιμοποιείται στα περισσότερα έργα με βάση τον μικροελεγκτή. Το IDE αποτελείται συνήθως από έναν επεξεργαστή πηγαίου κώδικα, μεταγλωττιστή, διερμηνέα και εντοπισμό σφαλμάτων. Χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη των ενσωματωμένων εφαρμογών. Το IDE χρησιμοποιείται για τον προγραμματισμό ενός μικροελεγκτή.
Επιλογή IDE μικροελεγκτών
Ένα IDE αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία: -
Επεξεργαστής πηγαίου κώδικα
Μεταγλωττιστής
Εντοπισμός σφαλμάτων
Συνδέσεις
Διερμηνέας
Μετατροπέας αρχείων Hex
Συντάκτης
Ο επεξεργαστής πηγαίου κώδικα είναι ένας επεξεργαστής κειμένου που έχει σχεδιαστεί ειδικά για τους προγραμματιστές να γράφουν τον πηγαίο κώδικα των εφαρμογών.
Μεταγλωττιστής
Ένας μεταγλωττιστής είναι ένα πρόγραμμα που μεταφράζει τη γλώσσα υψηλού επιπέδου (C, Embedded C) σε γλώσσα επιπέδου μηχανήματος (μορφή 0 ’και 1’). Ο μεταγλωττιστής σαρώνει πρώτα ολόκληρο το πρόγραμμα και μετά μεταφράζει το πρόγραμμα στον κωδικό του μηχανήματος που θα εκτελεστεί από τον υπολογιστή.
Υπάρχουν δύο τύποι μεταγλωττιστών: -
Εγγενής μεταγλωττιστής
Όταν το πρόγραμμα εφαρμογής αναπτύσσεται και καταρτίζεται στο ίδιο σύστημα, είναι γνωστό ως εγγενής μεταγλωττιστής. Π.χ .: C, JAVA, Oracle.
Σταυρός μεταγλωττιστής
Όταν το πρόγραμμα εφαρμογής αναπτύσσεται σε ένα σύστημα κεντρικού υπολογιστή και μεταγλωττίζεται στο σύστημα προορισμού, ονομάζεται cross compiler. Όλα τα έργα που βασίζονται σε μικροελεγκτή αναπτύσσονται από τον cross compiler. Ex Embedded C, assemble, μικροελεγκτές.
Εντοπισμός σφαλμάτων
Ένα πρόγραμμα εντοπισμού σφαλμάτων είναι ένα πρόγραμμα που χρησιμοποιείται για τη δοκιμή και τον εντοπισμό σφαλμάτων άλλων προγραμμάτων όπως το πρόγραμμα-στόχος. Ο εντοπισμός σφαλμάτων είναι μια διαδικασία εύρεσης και μείωσης του αριθμού σφαλμάτων ή ελαττωμάτων στο πρόγραμμα.
Συνδέσεις
Ο σύνδεσμος είναι ένα πρόγραμμα που παίρνει ένα ή περισσότερα αντικειμενικά αρχεία από τον μεταγλωττιστή και τα συνδυάζει στο ενιαίο εκτελέσιμο πρόγραμμα.
Διερμηνέας
Ένας διερμηνέας είναι ένα κομμάτι του λογισμικού που μετατρέπει τη γλώσσα υψηλού επιπέδου σε γλώσσα αναγνώσιμη από μηχανή κατά γραμμικό τρόπο. Κάθε οδηγία του κώδικα ερμηνεύεται και εκτελείται ξεχωριστά με διαδοχικό τρόπο. Εάν εντοπιστεί κάποιο σφάλμα σε ένα μέρος της εντολής, θα σταματήσει η ερμηνεία του κώδικα.
Διαφορετικός μικροελεγκτής με εφαρμογές
Ακολουθεί μια σύνοψη ενός πίνακα που παρέχει πληροφορίες σχετικά με διαφορετικούς μικροελεγκτές και τα έργα στα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν.
Διαφορετικοί μικροελεγκτές για διαφορετικές εφαρμογές
Είστε έτοιμοι να επιλέξετε τον καλύτερο μικροελεγκτή για το έργο σας; Ελπίζουμε μέχρι τώρα, να έχετε μια σαφή εικόνα στο μυαλό σας, σχετικά με το ποιος μικροελεγκτής θα είναι ο καλύτερος κατάλληλος για το ενσωματωμένο σύστημά σας. Για αναφορά σας, μια ποικιλία από ενσωματωμένα έργα μπορείτε να βρείτε στον ιστότοπο του edgefxkits.
Εδώ είναι μια βασική ερώτηση για εσάς - Για τα περισσότερα από τα έργα που βασίζονται στον μικροελεγκτή, συνδυάζοντας όλες τις καλύτερες δυνατότητες που αναφέραμε παραπάνω, ποια οικογένεια μικροελεγκτών προτιμάται κυρίως και γιατί;
Παρακαλούμε δώστε τις απαντήσεις σας μαζί με τα σχόλιά σας στην παρακάτω ενότητα σχολίων.
Φωτογραφικές πιστώσεις:
Μικροελεγκτές 8 bit από γρήγορη γραμμή
Μικροελεγκτής 16 bit από άμεση βιομηχανία
Μικροελεγκτής 32 bit από γρήγορη γραμμή
AVR οικογένεια μικροελεγκτών από ηλεκτρολίνη
Οικογένεια μικροελεγκτών PIC από μηχανικός γκαράζ
Αρχιτεκτονική του Χάρβαρντ από eecatalog.com
Αρχιτεκτονική βασισμένη σε RISC από electronicsweekly.com
Αρχιτεκτονική βασισμένη σε CISC από studydroid.com
DIP (Dual in line) Μικροελεγκτής από t2.gstatic.com
