12 Specifiche da considerare quando si sceglie un microcontrollore per il proprio prodotto - 💡 Fix My Ideas

12 Specifiche da considerare quando si sceglie un microcontrollore per il proprio prodotto

12 Specifiche da considerare quando si sceglie un microcontrollore per il proprio prodotto


Autore: Ethan Holmes, 2019

La stragrande maggioranza dei prodotti elettronici richiede un microcontrollore o un microprocessore per fungere da cervello. Per prodotti avanzati che richiedono capacità di elaborazione ad alta velocità (ad esempio uno smartphone o un tablet), è necessario un microprocessore, altrimenti un microcontrollore è solitamente la soluzione migliore. Ad esempio, un Arduino è basato su un microcontrollore e un Raspberry Pi è basato su un microprocessore.

Molto probabilmente la tua progettazione elettronica avrà bisogno di un microcontrollore. Generalmente un microcontrollore può essere pensato come un computer costruito su un singolo circuito integrato che contiene un processore, una memoria e varie periferiche. Ci sono molte scelte per i microcontrollori, forse un numero schiacciante di scelte.

Sebbene una ricerca su Google possa guidarti nella giusta direzione, ti consiglio di cercare microcontrollori sui principali distributori di componenti elettronici come Digikey, Arrow e Mouser. Ciò ti consentirà di restringere la ricerca ai soli microcontrollori che sono attivamente disponibili. Consente inoltre di confrontare rapidamente i prezzi.

All'inizio di un progetto è una buona idea disegnare uno schema a blocchi del sistema che si immagina. Che tipo di cose hai intenzione di connettere al microcontrollore?

Uno schema a blocchi di sistema ha un valore inestimabile per questa pianificazione iniziale e può dirvi quanti pin di input e output (I / O) e porte di comunicazione seriali sono necessari per il progetto.

I microcontrollori possono includere un'ampia varietà di periferiche. Il seguente elenco sono alcune delle funzionalità che si possono trovare sui moderni microcontrollori.

Memoria: la maggior parte dei microcontrollori disponibili oggi include FLASH e memoria RAM incorporati. FLASH è una memoria non volatile utilizzata per l'archiviazione dei programmi e la RAM è una memoria volatile utilizzata per l'archiviazione temporanea. Alcuni microcontrollori includono anche memoria EEPROM per la memorizzazione permanente dei dati.

Ingresso e uscita generici digitali (GPIO): si tratta di pin a livello logico utilizzati per input e output. Generalmente possono affondare o generare fino a qualche decina di millesimi e possono essere configurati come scarico aperto o push pull.

Ingresso analogico: la maggior parte dei microcontrollori ha la capacità di leggere con precisione una tensione analogica. I segnali analogici sono campionati dal microcontrollore tramite un convertitore analogico-digitale (ADC).

Uscita analogica: i segnali analogici possono essere generati dal microcontrollore tramite un convertitore digitale analogico (DAC) o un generatore PWM (Pulse Width Modulation). Non tutti i microcontrollori includono un DAC ma offrono funzionalità PWM.

In Circuit Programming (ISP): ISP consente di programmare un microcontrollore mentre è installato nel circuito dell'applicazione, invece di doverlo rimuovere per la programmazione. I due protocolli ISP più comuni sono JTAG e SWD.

Wireless: se il tuo prodotto necessita di funzionalità wireless, sono disponibili microcontrollori specializzati che offrono Bluetooth, WiFi, ZigBee e altri standard wireless.

Comunicazione seriale

Tutti i microcontrollori forniscono un tipo di comunicazione seriale. I vari protocolli di comunicazione seriale comunemente offerti con microcontrollori sono descritti di seguito:

Il trasmettitore universale asincrono del ricevitore (UART) è una porta seriale che trasmette parole digitali, tipicamente di lunghezza compresa tra 7 e 8 bit, tra un bit di inizio e un bit di parità opzionale e uno o due bit di stop. Un UART è comunemente usato insieme ad altri standard come RS-232 o RS-485.

UART è il tipo più vecchio di comunicazione seriale. UART è un protocollo asincrono che significa che non c'è segnale di clock. Molti microcontrollori includono anche una versione sincrona di una UART chiamata USART.

Serial Peripheral Interface (SPI): SPI viene utilizzato per la comunicazione seriale a breve distanza tra microcontrollore e periferiche. SPI è un protocollo sincrono che significa che include un segnale di clock per la temporizzazione. SPI è uno standard a 4 fili che include i dati in ingresso, uscita dati, orologio e segnali di selezione dei chip.

Inter Integrated Circuit (I2C): I2C ha anche scritto come I2C è un bus seriale a 2 fili utilizzato per le comunicazioni tra il microcontrollore e altri chip sulla scheda. Come SPI, I2C è anche un protocollo sincrono. Tuttavia, a differenza di SPI, I2C utilizza una singola riga per i dati in entrata e in uscita. Inoltre, anziché un segnale di selezione del chip, I2C utilizza un indirizzo univoco per ciascuna periferica. I2C ha il vantaggio di utilizzare solo 2 fili, ma è più lento di SPI.

Universal Serial Bus (USB) è uno standard che è familiare alla maggior parte delle persone. L'USB è uno dei protocolli di comunicazione seriale più veloci. Viene generalmente utilizzato per collegare periferiche che richiedono grandi quantità di trasferimento di dati.

Controller Area Network (CAN) è uno standard di comunicazione seriale sviluppato appositamente per l'uso in applicazioni automobilistiche.

Nucleo di microcontroller notevole

Esistono diversi nuclei di microcontrollori che hanno una certa notorietà e che vale la pena descrivere. Di seguito sono quattro dei più comuni:

ARM Cortex-M

La serie ARM Cortex M a 32 bit è uno dei nuclei di microcontrollori più comunemente usati oggi. ARM non produce e vende microcontrollori, ma concede in licenza la propria architettura ad altri produttori di chip.

Molte aziende offrono microcontrollori Cortex-M tra cui ST Microelectronics, Freescale Semiconductor, Silicon Labs, Texas Instruments e Atmel.

I microcontrollori della serie M Cortex sono la mia scelta preferita per i prodotti che verranno introdotti sul mercato. Sono economici, potenti e ampiamente usati.

8051

Il microcontrollore 8051 a 8 bit è stato sviluppato da Intel nel lontano 1980. È il più vecchio nucleo di microcontrollore comunemente usato ancora oggi. L'8051 è attualmente disponibile in versioni moderne migliorate vendute da almeno 8 diversi produttori di semiconduttori. Ad esempio, il popolare chip Bluetooth Low-Energy di CSR (CSR101x) utilizza un core 8051.

PIC

Il PIC è una famiglia di microcontrollori di Microchip. Sono molto popolari e sono disponibili in un'ampia gamma di opzioni. Il numero di pin, lo stile del pacchetto e la selezione delle periferiche su chip sono offerti in una gamma quasi infinita di combinazioni.

Atmel AVR

La linea di microcontrollori conosciuta come AVR di Atmel è meglio conosciuta per essere il cervello della maggior parte delle versioni di Arduino. Quindi per molti produttori è una facile transizione da un microcontrollore AVR Atmel ad Arduino. Tuttavia, ho scoperto che di solito è possibile ottenere uno degli altri core con prestazioni simili o migliori per diversi dollari in meno.

Conclusione

Una volta selezionato il microcontrollore, il passo successivo è la progettazione del circuito del microcontrollore e il collegamento di tutte le periferiche. Discuterò questo argomento per il mio prossimo articolo di questa serie.

Vuoi saperne di più sulla progettazione di un prodotto elettronico? Quindi consulta la mia guida dettagliata in due parti Come sviluppare e prototipare un nuovo prodotto elettronico.



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