Современные микроконтроллеры: архитектура, программирование и применение

В ходе курса изучается архитектура современных микроконтроллеров, используемых для построения микропроцессорных систем, основные этапы проектирования микропроцессорных систем, особенности разработки и отладки аппаратных и программных средств.

Также рассматриваются вопросы организации обмена данными между микроконтроллерами и объектами управления, использования интерфейсных средств связи с системами верхнего уровня. Теоретическая часть курса сопровождается практическими занятиями для освоения изученного материала.

Программа предназначена

Категория слушателей – ИТР и специалисты с высшим образованием.

Область профессиональной деятельности – проектирование систем управления и контроля; разработка, наладка и эксплуатация систем автоматического управления и технологического оборудования.

Для успешного прохождения курса необходимо знание математики, физики и электроники на уровне выпускника вуза и опыт работы с ПК. Желательно знание основ программирования.

Форма обучения – с отрывом от работы

Учебный план

Контактная информация

Запись на курс

Микроконтроллеры

Микроконтроллеры и их применение. Отладочные наборы, демонстрационные платы и программаторы. Темы с форума «Микроконтроллеры» ждут ответа ↓ Существует ли возможность в Proteus-е моделировать/выполнять отладку TM1638? Заливка стандартной прошивки в ESP32 Raspberry Pi zero и цифровой видоискатель от камеры Подбор и сравнение по параметрам и ценам ↓ Отладочные наборы и демонстрационные платы Программаторы Datasheets Микроконтроллеры Datasheets Микропроцессоры Цены ↓ Отладочные наборы и демонстрационные платы Программаторы и ПО Микроконтроллеры Микропроцессоры Вышла новая книга «Raspberry Pi 4. Официальное руководство для начинающих»01.04.2021 · Книги · Микроконтроллеры Raspberry Pi – точная миниатюрная копия полноценного компьютера, наделенная аналогичными функциями. Вместе с тем Raspberry Pi представляет собой нечто большее, чем современный компьютер… Toshiba расширяет семейство малопотребляющих 32-разрядных микроконтроллеров с ядрами ARM Cortex-M27.01.2021 · Новости · Микроконтроллеры Toshiba Electronics Europe упрочила свои позиции на рынке малопотребляющих микроконтроллеров за счет существенного расширения ассортимента продуктов семейства TXZ+… Низкопотребляющий микроконтроллер, не имеющий аналогов в России, будет разработан в НИИЭТ21.01.2021 · Новости · Микроконтроллеры НИИЭТ приступил к разработке ультранизкопотребляющего универсального микроконтроллера для мобильных и переносных устройств в рамках программы по обеспечению импортозамещения в России… НИИЭТ планирует снизить в два раза цены на микроконтроллеры для гражданского сектора17.12.2020 · Новости · Микроконтроллеры АО «НИИЭТ» планирует изменить ценовую политику в отношении микроконтроллера К1921ВК01Т для гражданского сектора и снизить стоимость продукта более, чем в два раза. .. Конкурентоспособность отечественных микроконтроллеров на российском рынке03.12.2020 · Статьи · Микроконтроллеры Долгосрочная стратегия развития Российской Федерации включает в себя задачу по цифровизации экономики, а одна из важных ее частей – это внедрение умных электрических сетей в жизнь страны… STM32L5 — новый виток развития малопотребляющих микроконтроллеров18.11.2020 · Новости · Электронные компоненты · Микроконтроллеры Семейство STM32L5 – первое на базе ядра ARM Cortex-M33, флагман семейств ST с низким потреблением. Новый МК ориентирован на приложения, в которых требуется повышенный уровень безопасности и защиты данных… Использование экосистемы STMicroelectronics: подключение датчиков к STM32G413.11.2020 · Новости · Микроконтроллеры В статье описаны основные составляющие экосистемы STMicroelectronics для работы с микроконтроллерами STM32, а также приведен пример ее практического применения: создание проекта на базе STM32G4 … Все что вы хотели знать о STM32G4. Периферия и таймеры10.09.2020 · Новости · Микроконтроллеры Цикл статей о новом семействе микроконтроллеров STM32G4 производства STMicroelectronics продолжает обзор периферии и таймеров. Математический сопроцессор CORDIC (Coordinate Rotation Digital Computer) … Вышел электронный журнал «РадиоЛоцман» 2020, 05-06 в обновленном формате12.07.2020 · Книги · Электронные компоненты · Микроконтроллеры · Силовая электроника · Солнечная энергетика · Светотехника · Аудио Ежемесячный электронный журнал в формате PDF для разработчиков электроники. Распространяется бесплатно на сайте РадиоЛоцман … Компания КОМПЭЛ приглашает принять участие в вебинаре «Разбор новых уникальных модулей FMAC и CORDIC в микроконтроллерах общего назначения STM32G4»02.07.2020 · Новости · Микроконтроллеры Компания КОМПЭЛ приглашает вас принять участие в вебинаре, посвященном новому семейству микроконтроллеров общего назначения – STM32G4. Особенностями семейства являются самая высокая производительность . .. Страницы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Все о Микроконтроллерах ↓ Новости — микроконтроллеры Новости — средства разработки Статьи — микроконтроллеры Статьи — средства разработки Схемы — применение МК Книги — микроконтроллеры Сайты — микроконтроллеры Сайты — средства разработки Datasheets — микроконтроллеры Описания — программаторы Описания — демо платы/наборы Цены на микроконтроллеры Цены на средства отладки Форум — цифровая техника и МК Где купить ↓ Терраэлектроника ICdarom Каталог «Электронщик» Ким Комларк Контест LifeElectronics Океан Электроники Полигон ТаймЧипс TradeElectronics ЭлектроПласт Элитан Параметры и цены ↓ Оценочная плата CML Microcircuits EV6550DHAT Плата расширения STMicroelectronics X-NUCLEO-53L1A1 Отладочный набор STMicroelectronics P-NUCLEO-53L1A1 Срезы ↓ Измерения Микроконтроллеры Силовая электроника Электронные компоненты Arduino Автоматизация Безопасность Беспроводные технологии Ветроэнергетика Инструменты и технологии САПР и ПО Светотехника Солнечная энергетика Журналы: РадиоЛоцман Радиоежегодник Авторам Подписка на обновления Реклама на РЛ Размещение прайс листов Сотрудничество Контакты РЛ в социальных сетях: Privacy Policy Change privacy settings

Современные микроконтроллеры.

В книге рассматривается широкий круг вопросов, связанных с применением популярных микроконтроллеров 8051 и их расширений в системах управления и контроля. Основной упор сделан на практические аспекты разработки цифровых и аналоговых интерфейсов, использования таймеров, визуализации результатов измерений в системах сбора информации.

Полная информация о книге

• Вид товара:Книги
• Рубрика:Микроэлектроника. Наноэлектроника
• Целевое назначение:Производств.-практич. изд.,практич.рук-во
• ISBN:978-5-97060-551-6
• Серия:Несерийное издание
• Издательство: ДМК ПРЕСС
• Год издания:2017
• Количество страниц:223
• Тираж:100
• Формат:60х90/16
• УДК:621. 396.6
• Штрихкод:9785970605516
• Переплет:обл.
• Сведения об ответственности:Юрий Магда
• Код товара:3359623

Современные микроконтроллеры и их место в радиоаппаратуре

Там, где прежде были границы науки, теперь ее центр.

Лихтенберг

Сегодня, если мы скажем, что миниатюрный программируемый вычислитель — микропроцессор или микроконтроллер — занимает в современной аппаратуре центральное место, то не слишком отклонимся от истинного положения вещей. Речь идет именно о программируемых вычислителях, а не об устройствах типа электронных калькуляторов. Своему современному виду, структуре и принципам действия компьютерная техника во многом обязана Джону фон Нейману, который разработал концепцию хранения программы, исходных данных, промежуточных и окончательных результатов непосредственно внутри компьютера.

Давайте рассмотрим классическую фон неймановскую структуру, изображенную на рис. 14.43.

Рис. 14.43. Структура классического компьютера

Информация в буквенно-цифровом, графическом, двоичном или ином видах вводится через устройство ввода в память компьютера, специально отведенную для хранения данных. В этой же памяти, но в другом ее месте, хранится программа — последовательность инструкций, предписывающая компьютеру производить определенные действия с данными. Инструкции программы выполняет центральная часть компьютера — микропроцессор. Подчиняясь инструкциям, как раб подчиняется своему хозяину, микропроцессор извлекает данные из памяти, обрабатывает их и вновь возвращает в память.

Специальные инструкции могут предписать микропроцессору отправить данные на устройство вывода. На сегодняшний день имеется столько разнообразных устройств вывода, что всех их упомянуть в книге представляется сложной задачей. Устройства могут быть классическими, хорошо всем известными, например буквенный или графический монитор, принтер, графический плоттер, звуковой порт. Могут быть и другие варианты: цифроаналоговый преобразователь, металлообрабатывающий станок с программным управлением, реле управления мощными электродвигателями, блок активных датчиков. Любой персональный компьютер построен так, что можно, быстро сменив устройство ввода или вывода, перезагрузив программу, изменив объем памяти, настроить вычислитель на решение совершенно другой задачи. Запомните: компьютер — это универсальный гибкий прибор.

А теперь разберемся, может ли существовать микропроцессор отдельно от других частей компьютера? Классический микропроцессор не имеет внутри ни памяти, ни устройств ввода-вывода, называемых по-другому периферийными устройствами. Отдельный микропроцессор, извлеченный из компьютера, — это бесполезная микросхема, которую не удастся использовать ни в каком качестве, разве что подложить ее под ножку неустойчивого стола. Микропроцессор «умеет» только распознавать инструкции программы, работать с данными и пересылать их. Конечно, знатоки компьютеров могут возразить, напомнив, что все современные процессоры имеют так называемую встроенную кэш-память. Однако кэш-память используется только как вспомогательная для ускорения работы процессора и постоянно не хранит результатов вычислительного процесса.

Что процессор делает с данными, например с двумя двоичными числами, извлеченными, из памяти? Как ни странно, но простейшие операции, которые мы рассматривали в этой главе, — сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение, перестановка битов… Есть еще другие простые служебные операции, о которых мы здесь не упоминаем, поскольку в наши планы не входит рассказ о работе конкретных процессоров. Суть в другом: процессор выполняет эти операции намного быстрее, чем человек «вручную», а значит, не приходится тратить время на механическую работу, посвящая высвободившееся время собственно творческим задачам.

Итак, мы разобрались в роли процессора как вычислительного устройства компьютера. И все хорошо, когда мы, сидя дома, в школе, в колледже, в институте, на работе, используем персональный компьютер для расчетов по математическим формулам, для подготовки текстовых документов, для поиска в Интернете, для игр в конце концов. Компьютер никуда не надо передвигать, он стоит себе на столе, жужжит своими вентиляторами, мигает светодиодами, трещит дисководами и радует глаз насыщенными красками монитора. А если компьютер понадобился, например для расшифровки кода автомобильной сигнализации, получаемого от брелка-«лентяйки», и управления замками дверей? Если объемы электронного прибора малы, а его стоимость должна быть на порядки меньше стоимости «персоналки»? Если требуются гораздо более скромные вычислительные способности, немного памяти и элементарные устройства ввода-вывода в виде нескольких цифровых выходов? Классический настольный персональный компьютер окажется здесь слишком расточительным!

К счастью, профессиональные разработчики, которым была поставлена такая задача, предложили очень интересную техническую идею. Они упростили микропроцессор, исключили из него ненужные «куски», но расположили на этом же кристалле и память небольшого объема, и простые периферийные устройства типа задатчиков интервалов времени — таймеров, цифровых линий ввода-вывода — портов, вспомогательных аналоговых устройств типа ЦАПов, АЦП, компараторов. В некоторых случаях была оставлена возможность расширения памяти, в других же такую возможность исключили. Также разработчики отказались от возможности выводить информацию на дисплей, принтер и другие сложные устройства. И компьютер превратился в однокристальный микроконтроллер — самостоятельное устройство в виде отдельной микросхемы, которое уже стало возможным применять в электронных приборах. Перестраивать микроконтроллер на решение другой задачи довольно сложно, так как в нем не предусмотрена оперативная замена программ: Но этого и не нужно — в подавляющем большинстве случаев микроконтроллер устанавливается в прибор раз и навсегда.

Микроконтроллеры — это недорогие электронные компоненты. Их рынок сейчас стремительно развивается. Многие фирмы, в том числе и несколько отечественных, предлагают тысячи разных микросхем с разнообразным внутренним устройством, быстродействием, возможностью многократной перезаписи программ или однократного программирования. Микроконтроллеры сегодня — это не предмет заоблачных радиолюбительских мечтаний, а вполне реальные возможности, доступные по финансовым и техническим соображениям практически всем. Необходимо только приобрести немного практического радиолюбительского опыта в отладке более простых цифровых схем, после чего можно учиться программированию, работать с микроконтроллерами «живьем». Надеемся, что читатели этой книги тоже заинтересуются миром вычислительной техники и попробуют свои силы в разработке радиолюбительских схем с использованием компьютерной техники. Одним из примеров использования микроконтроллеров в радиолюбительском творчестве может служить книга [7].

Современные программные средства связи микроконтроллера с компьютером по интерфейсу RS-232.

Все статьи цикла:

2. Использование нового алгоритма обмена информацией по RS-232 между компьютером и микроконтроллером

2.1. Суть нового алгоритма обмена

Новый алгоритм обмена по интерфейсу RS-232, разработанный автором и опубликованный в работах [2] и [3], заключается в аппаратной синхронизации каждого передаваемого/принимаемого байта линиями данных (TxD и RxD) этого же интерфейса. В этом его существенное отличие от стандартной аппаратной синхронизации линиями квитирования (DTR-DSR или RTS-CTS). Кроме того, от существующей программной синхронизации линиями данных (TxD и RxD), которую принято называть Xon-Xoff, новый алгоритм отличается именно «аппаратностью», то есть синхронизация осуществляется не посылкой информационного байта (например, Xoff) по линиям данных, а изменением их состояния, как это устроено в аппаратной синхронизации линиями квитирования.

Такая аппаратная синхронизация с одной стороны экономит линии, по которым осуществляется обмен данными, а с другой — позволяет использовать выходные линии квитирования компьютера (DTR и RTS) для управления режимами работы микроконтроллера (штатный режим/режим внутрисистемного (ISP) программирования). При этом линия DTR управляет сбросом (вывод RESET микроконтроллера), а линия RTS — переводом его из штатного режима работы в режим программирования. В большинстве случаев (для микроконтроллеров семейств MSC12XX, ADUC8XX, AT89C51ED2/RD2) линия RTS управляет сигналом, подаваемым на вывод PSEN.

Суть аппаратной синхронизации линиями данных заключается в следующем. Предположим, что передается некоторый поток данных от компьютера к микроконтроллеру (например, пакет размером 1000 байт). В обмене в этом случае участвует только одна линия интерфейса. Этo линия ТxD компьютера, которая соединена с линией RxD микроконтроллера. Вторая линия — линия TxD микроконтроллера, соединенная с линией RxD компьютера, в это время не используется (простаивает). В связи со сказанным, основная идея нового алгоритма заключается как раз в том, что «простаивающую» линию можно использовать для аппаратной синхронизации обмена байтами между компьютером и микроконтроллером. Что означает фраза «аппаратная синхронизация»? Она означает, что синхронизация осуществляется не посылкой информационного байта по простаивающей линии (например, Xoff, как это организовано в программной синхронизации), а изменением состояния линии TxD микроконтроллера с «логической 1» на «логический 0» и обратно, как это происходит при аппаратной синхронизации какой-либо линией квитирования (например, линией DTR).

В начале передачи каждого байта компьютер запрашивает у микроконтроллера разрешение на передачу. Для этого он анализирует свою линию данных RxD. Если линия находится в состоянии запрета на передачу (например, на ней установлена «логическая 1»), компьютер не передает байт, а продолжает опрашивать эту линию, пока не получит разрешения (например, пока уровень на линии не будет соответствовать «логическому 0»). Получив разрешение, компьютер передает только один байт, ожидает конца передачи этого байта (то есть ждет, пока не выведется последний бит передаваемого байта) и опять переходит в режим опроса линии для получения разрешения на передачу следующего байта.

Микроконтроллер, принимающий поток байт, выполняет следующие действия. Во-первых, именно он является инициатором начала обмена, поскольку именно он первым дает разрешение компьютеру на передачу очередного (первого) байта. Вспомним, что в начале передачи компьютер ждет разрешения на передачу, то есть находится в режиме ожидания. Переключив свою линию TxD из запрещающего состояния в разрешающее (то есть дав компьютеру разрешение на передачу байта), микроконтроллер ожидает передачи байта от компьютера. В чем суть ожидания передачи байта от компьютера? В том, что в начале поступления байта в микроконтроллер его линия RxD изменяет свое состояние, поскольку передача байта начинается со старт-бита. Поэтому линия RxD микроконтроллера и изменяет свое состояние с «логической 1» на «логический 0». В этот момент с одной стороны старт-бит инициирует UART микроконтроллера на прием байта (и этот прием уже происходит без участия процессора микроконтроллера), с другой, микроконтроллер, определив, что передача началась, должен сбросить разрешение (то есть установить запрещающий потенциал на своей линии TxD).

Момент времени сброса разрешения компьютеру на передачу следующего байта очень важен. Другими словами, требуется определить, когда именно микроконтроллер должен сбросить это разрешение (то есть установить запрет на передачу). С одной стороны, ответ на этот вопрос напрашивается сам собой: именно тогда, когда микроконтроллер определит начало поступления байта (то есть в момент времени начала старт-бита). Но здесь кроется одна «ловушка». Дело в том, что многие современные микроконтроллеры имеют быстродействие намного выше, чем предыдущие поколения. Многие производители предлагают микроконтроллеры с такой архитектурой, в которой большинство команд выполняются не за 12 тактов, как это было ранее. Многие из них выполняют команду процессора всего за один такт (например, микроконтроллеры ADUC8XX, C8051FXXX), некоторые — за два такта (например, P89LPC9XX), некоторые — за 4 такта (MSC12XX), другиеза 6 тактов (например, AT89C51ED2/RD2). Кроме того, быстродействие современных компьютеров также растет весьма быстро. Поэтому сбрасывать разрешение сразу после начала старт-бита нельзя, поскольку время от начала разрешения передачи и началом старт-бита последующего за этим разрешением передачи байта может составлять от нескольких микросекунд до долей микросекунд (в зависимости от скорости микроконтроллера). Такой короткий импульс разрешения просто не пройдет через преобразователи уровней интерфейса RS-232 (например, ADM3202, MAX1406, ADM231). В результате обмен может сорваться.

С другой стороны, ждать, пока байт полностью не поступит в микроконтроллер, и уже после этого сбрасывать разрешение тоже нельзя, поскольку компьютер после окончательного вывода байта сразу же приступает к анализу линии, по которой передается разрешение на передачу следующего байта. Поскольку микроконтроллер все-таки более медленное устройство, чем компьютер, он может не успеть среагировать и сбросить это разрешение немного позже момента начала анализа компьютером линии разрешения. В результате, проанализировав линию разрешения и определив, что она находится в состоянии разрешения передачи, компьютер передаст следующий байт, который микроконтроллер пропустит, что приведет к срыву обмена данными.

В связи со сказанным, с точки зрения автора, идеальным моментом времени сброса разрешения является момент времени, соответствующий передаче половины байта (то есть середина байта). В этом случае потенциалы разрешения и запрета будут чередоваться, и форма сигнала на линии разрешения (на линии TxD микроконтроллера) будет представлять собой что-то похожее на прямоугольный меандр. Причем длительность импульса такого меандра будет приблизительно равна половине длительности передачи одного байта. Такой длинный импульс, с одной стороны, свободно пройдет через преобразователь уровней интерфейса. С другой стороны, сброс разрешения в середине передаваемого байта никак не повлияет на передачу следующего байта компьютером, поскольку в это время он анализирует не линию разрешения, а бит, ответственный за конец вывода последнего бита передаваемого байта. И этим анализом компьютер будет заниматься до окончания вывода байта, прежде чем приступить к анализу линии разрешения. А линия разрешения к этому моменту будет уже давно сброшена, что и требуется.

Подсчитаем длительность времени от момента старт-бита до середины байта при скорости 115 200 бод. Очевидно, что при частоте 115 200 Гц длительность передачи одного бита будет равна: 1/115 200 = 0,00000868 с или около 8,7 мкс.

Передача всех 10 бит (1 старт-бит + 8 бит данных + 1 стоп-бит) будет занимать около 87 мкс. Половина этого времени составляет около 43 мкс. Если сделать некоторый запас по реакции микроконтроллера (5–15 мкс), то после обнаружения старт-бита необходимо сделать задержку в 25–30 мкс и затем сбросить разрешение. О том, как осуществить столь короткую и машинно-независимую задержку в компьютере, уже обсуждалось ранее. В микроконтроллере организовать подобную временную задержку достаточно просто, поскольку программисту всегда известна частота тактового генератора микроконтроллера.

На рис. 1 показана временная диаграмма передачи байта, составленная на основе приведенных выше рассуждений.

Рис. 1. Временная диаграмма аппаратной синхронизации передачи байта

Подведем итоги (рис. 1). Итак, передатчик ожидает разрешения на передачу байта. На временной диаграмме это время от 0 до получения такого разрешения (до перехода RxD с высокого уровня в низкий). Далее приемник посылает разрешение на передачу байта по линии RxD передатчика, устанавливая ее в нулевой уровень. На верхнем графике этот факт отражен тем, что уровень RxD переключается с единичного в нулевое состояние. Получив разрешение на передачу байта, передатчик начинает передавать байт, но не мгновенно, а спустя некоторое время реакции на это разрешение; это время реакции на разрешение передачи обозначено Tpp. Далее приемник ждет начало старт-бита, то есть переключения линии TxD приемника с уровня «логической 1» на «логический 0». После определения факта начала передачи по старт-биту, приемник спустя некоторое время реакции, обозначенное Трн (время реакции на начало передачи), запускает задержку длительностью около 25 мкс.

По прошествии времени задержки (на диаграмме оно обозначено Тз) приемник сбрасывает разрешение, то есть переключает линию RxD передатчика из низкого состояния в высокое. Далее, после окончания передачи байта, передатчик переходит к анализу разрешения передачи следующего байта (состояния линии RxD). В этот момент она достаточно давно находится в единичном состоянии, и передатчик продолжает ожидать разрешение на передачу. Приемник, приняв байт полностью до последнего стоп-бита и записав, например, его в память, спустя некоторое время (назовем его временем реакции на конец приема Трк), когда он полностью готов принять следующий байт, опять выставляет разрешение на передачу (уже следующего) байта. На временной диаграмме этот факт отражен переключением линии RxD с состояния «логической 1» в состояние «логического 0». Далее процесс повторяется.

Необходимо отметить, что достоверность обмена может быть значительно повышена, если передатчик сделает дополнительный анализ линии RxD на сброс разрешения. Как видно из временной диаграммы, сброс разрешения (установка приемником линии RxD передатчика в высокий уровень) происходит по времени где-то в середине передачи байта. Если передатчик проверит линию RxD на предмет сброса разрешения (переключение ее в высокий уровень), то этот факт для передатчика будет означать, что приемник начал принимать передаваемый передатчиком байт и в связи именно с этим сбросил разрешение. Другими словами, дополнительная проверка сброса разрешения позволяет передатчику определить, что приемник работает ожидаемым образом и переключает линию RxD передатчика с высокого уровня в низкий и обратно.

Без такой проверки можно оказаться в следующей ситуации. Предположим, что приемник вообще не работает, и каким-либо образом линия RxD передатчика находится в разрешающем состоянии. В этом случае передатчик будет передавать байт за байтом в «пустоту», поскольку он проверяет линию RxD только на предмет разрешения. Проверив же линию RxD дополнительно на предмет запрета и определив, что приемник такого запрета не выдает, передатчик может сделать вывод, что приемник не работает, что линия RxD не переключается из высокого состояния в низкое и обратно. В связи с этим передатчик может прекратить передачу (и выдать, например, сообщение об ошибке или каким-либо иным способом просигнализировать о сбое обмена).

И еще одно существенное замечание. Во время передачи байта, то есть с начала старт-бита и до конца последнего стоп-бита ни процессор передатчика, ни процессор приемника не принимают никакого участия в обмене, поскольку и в компьютере, и в микроконтроллере этим занимается UART, то есть аппаратные средства. Поэтому все проверки состояния линий, переключения их из одного состояния в другое, организация задержек (например, в 25 мкс) и т. п. не оказывают никакого влияния на скорость передачи. Например, задержка в 25 микросекунд и проверка передатчиком сброса разрешения проводятся во время передачи и приема байта, и никоем образом не «тормозят» обмен. Как будет видно из дальнейшего изложения, реальная скорость обмена при использовании излагаемого алгоритма отличается от идеальной не более, чем на 1–2% и больше зависит от используемой операционной системы и «метода», примененного для обращения к портам ввода/вывода (в частности, к порту RS232). Такое сравнение сделано автором, и его результат будет представлен читателю несколько позднее.

Вернемся к временной диаграмме. Если посмотреть еще раз на временную диаграмму (рис. 1), то можно заметить, что график зависимости напряжения от времени на линии RxD представляет собой почти симметричный прямоугольный меандр. Длительность импульса такого меандра составляет половину времени на передачу одного байта. Такой импульс легко воспринимается преобразователем интерфейса (об этом уже было упомянуто выше).

Теперь несколько слов о том, каким образом компьютер может анализировать линию разрешения. Дело в том, что в интерфейсе RS232 компьютера непосредственное чтение и анализ состояния самой линии RxD (то есть «логическая 1» или «логический 0») невозможен. Но, например, соединив эту линию RxD с какой-либо входной линией квитирования (например, DSR), состояние которой поддается чтению, можно добиться требуемого: прочитав в определенное время состояние линии DSR, можно узнать и состояние линии RxD. Tо есть в то время, когда линия RxD используется как линия разрешения, чтение линии DSR покажет ее состояние. Когда же линия RxD используется как линия данных (при передаче информации из микроконтроллера в компьютер), состояние линии DSR просто не нужно читать и анализировать, так как в таком режиме ее состояние не представляет никакого интереса.

В обратную сторону (при передаче информации от микроконтроллера в компьютер) обмен информацией идет подобным же образом, и логика работы аппаратной синхронизации остается прежней. Есть, правда, некоторые нюансы, на которых мы остановимся несколько позднее.

Резюмируя все вышесказанное, приведем блок-схему сопряжения компьютера и микроконтроллера для целей штатного режима работы при условии аппаратной синхронизации обмена линиями данных. Блок-схема такого сопряжения приведена на рис. 2.

Рис. 2. Логическая блок-схема сопряжения компьютера с микроконтроллером для целей штатного режима работы при аппаратной синхронизации линиями данных с одним передатчиком

Рис. 3. Логическая блок-схема сопряжения компьютера с микроконтроллером для целей штатного режима работы при аппаратной синхронизации линиями данных с двумя передатчиками

Как можно увидеть из приведенной схемы, линия RxD соединена с линией DSR непосредственно в разъеме RS232 компьютера. Такое соединение целесообразно применять, если в использованном преобразователе уровней интерфейса имеется только один передатчик. Если же преобразователь интерфейса имеет два передатчика, то блок-схема может быть представлена следующим образом (рис. 3). Как можно увидеть из блок-схемы, отсутствующее непосредственное соединение линий RxD и DSR (как в блок-схеме рис. 2) заменено соответствующим соединением этих сигналов, когда они имеют еще уровни TTL то есть это соединение организовано на входах двух передатчиков.

Использование двух передатчиков более предпочтительно, чем одного, поскольку в этом случае каждый передатчик работает только на один приемник (на одну нагрузку). При использовании же одного передатчика, как на рис. 2, он работает уже на два приемника, каждый из которых имеет нагрузку в 5 кОм, то есть нагрузка передатчика в этом случае составляет уже 2,5 кОм. Это несколько снижает длительность фронта и спада сигнала передатчика, но, поскольку современные микросхемы передатчиков достаточно мощные, к особым негативным результатам не приводит. Использование двух передатчиков имеет смысл, если они присутствуют в преобразователе уровней интерфейса (почему бы их не использовать, если они уже есть!). По блок-схеме рис. 3 с компьютером сопряжено большинство микроконтроллеров, приведенных в статье по аппаратным средствам, поскольку в схемах их сопряжения используются преобразователи, имеющие два передатчика. Как можно догадаться, применение двух передатчиков вместо одного никоим образом не нарушает логику алгоритма обмена.

Подчеркнем, что, как видно из рис. 2 и рис. 3, линия RxD микроконтроллера не требует «раздвоения», подобного линиям RxD и DSR. Это возможно в связи с тем, что чтение состояния линии RxD микроконтроллером не вызывает никаких трудностей, поскольку эта линия является помимо входа приемника RS232 обычным цифровым входом, то есть портом ввода/вывода.

При аппаратной синхронизации требуется не только читать состояние линии RxD, но еще и устанавливать линию TxD в то или иное состояние, соответствующее разрешению или запрету передачи. Линию TxD компьютера возможно установить программно в произвольное состояние (установив или сбросив бит № 6 регистра управления линиями (адрес 3fbh), то есть бит BREAK [2], [3], [9]). Что касается микроконтроллеров, то большинство из них позволяет устанавливать линию TxD в произвольное состояние, как если бы она являлась обычным выходом цифрового порта ввода/вывода.

Исключением являются микроконтроллеры семейств C8051FXXX производства Silicon Laboratories. В этих микроконтроллерах, если порт ввода/вывода выбран матрицей соединений для передачи информации по интерфейсу RS232 (как линия ТxD), то он уже недоступен как обычный порт вывода, и программным способом его состояние изменять уже невозможно. Тем не менее, решить задачу аппаратной синхронизации для микроконтроллеров этого семейства возможно, но только привлекая дополнительные аппаратные средства. Одно из решений, предложенное автором, заключается в том, что нужно выбрать еще один какой-либо дополнительный цифровой порт ввода/вывода (PX.X), состояние выхода которого можно изменять программным способом (для этого порт требуется освободить от всех альтернативных функций), и объединить его выход с линией TxD по схеме 2И. В этом случае логическая блок-схема сопряжения компьютера с микроконтроллером несколько модифицируется (рис. 4).

Рис. 4. Логическая блок-схема сопряжения компьютера с микроконтроллерами семейств C8051FXXX для целей штатного режима работы при аппаратной синхронизации линиями данных с двумя передатчиками

В следующей части статьи мы поговорим о реализации на практике приведенного нового алгоритма обмена данными.

Продолжение следует

Литература

1. Баррингтон Брюс Б. Как создавался Кларион. // Мир ПК. 1993. № 2.
2. Кузьминов А. Ю. Интерфейс RS232. Связь между компьютером и микроконтроллером. От DOS к Windows98/XP — М.: ДМК-ПРЕСС. 2006 (в печати).
3. Кузьминов А. Ю. Интерфейс RS232. Связь между компьютером и микроконтроллером. — М.: Радио и связь. 2004.
4. Кузьминов А. Ю. Однокристальные микроэвм — основа удаленных систем сбора и обработки сигналов, поступающих с датчиков. // Электроника и компоненты. 1998. № 2.
5. Кузьминов А. Ю. Новые MCS51 — совместимые микроконтроллеры и их применение в системах сбора информации с датчиков. // Контрольно — измерительные приборы и системы. 1997. № 6. C. 32–35; 1998. № 7.
6. Кузьминов А. Ю. Удаленные системы сбора информации с датчиков на базе однокристальных микроЭВМ. // Автоматизация и производство. 1996. № 3.
7. Кузьминов А. Ю. Универсальная система сбора и обработки данных АСИР-3. // Мир ПК. 1996. № 6.
8. Орлов А. Два звучных слова — Clarion и Delphi. // Мир ПК. 1996. № 6.
9. Фролов А. В., Фролов Г. В. Программирование модемов. М.: ДИАЛОГ-МИФИ. 1993.
10. www.analog.com
11. www.atmel.com
12. www.maxim-ic.com
13. www.semiconductor-philips.com
14. www.silabs.com
15. www.ti.com
16. www.msdn.microsoft.com/library
17. www.gapdev.com
18. www.sysinternal.com

Новые 32-битные микроконтроллеры для IoT и промышленности 4.0

Не так давно 32-битный микроконтроллер был экзотическим устройством. Сегодня ими уже никого не удивить и они, как правило, доступны по цене. 32-разрядные микроконтроллеры последнего поколения были существенно улучшены и поставляются несколькими конкурентными поставщиками. Некоторые производители полупроводниковых приборов даже создали эти устройства для отдельных областей применения. Это именно то, что Renesas сделал со своей новой линейкой микроконтроллеров.

Микроконтроллеры Renesas RA

Встроенные микроконтроллеры Renesas RA основаны на процессорных ядрах Arm Cortex-M, включая Arm Cortex-M4 и -M23. Существует несколько версий с широким диапазоном флэш-памяти (от 256 кБ до 2 МБ) и выбором SRAM. Варианты комплектации варьируются от маленького 32-контактного устройства до большой 176-контактной версии. Интерфейсы включают USB, CAN и Ethernet, а также большинство других популярных портов последовательного ввода-вывода. Другими важными особенностями являются механизм Secure Crypto, 24-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), технология емкостного касания с человек-машинным интерфейсом (HMI) от Renesas и контроллеры для TFT LCD.

Микроконтроллеры RA достаточно гибкие, чтобы охватить широкий спектр применений. Охватывается практически любая архитектура индустрии 4.0 или сценарий автоматизации производства. Приложения для домашнего использования ориентированы на бытовую технику, здравоохранение и учет. Если требуется беспроводное соединение, модель доступна для решения и этой проблемы.

Опция беспроводной связи

Специальной версией семейства RA является RA4W1, который интегрирует Bluetooth 5.0 Low Energy (рисунок ниже). Плата, в которой реализовано ядро Arm Cortex-M4, оптимизирована для низкого энергопотребления: прием 3,3 мА и передача 4,5 мА. Благодаря возможности ячеистой сети Bluetooth (BT) можно создавать беспроводные сенсорные сети.

Радиостанции BT могут достигать скорости передачи данных 2 Мбит / с, но лучшая чувствительность приема составляет –105 дБм при 125 кбит / с, что значительно расширяет диапазон. Микроконтроллер включает в себя стек протоколов Bluetooth (BT) и несколько функций API, которые поддерживают стандартные профили, такие как профиль сердечного ритма (Heart Rate Profile), профиль зондирования среды (Environment Sensing Profile) и профиль ввода / вывода (Automation I/O Profile). Эти профили значительно сокращают время разработки и затраты на нее.

Дальнейшее снижение себестоимости BOM достигается за счет интеграции некоторых схем, обычно реализуемых вне микросхемы контроллера. Примерами являются генератор на кристалле и схема регулировки плюс LC цепь для согласования антенны.

Эта версия микроконтроллеров RA работает на частоте 48 МГц и имеет 512 кБ флэш-памяти и 96 кБ SRAM. Интерфейсы включают технологию емкостного касания USB, CAN и HMI компании Renesas. Важной особенностью является Renesas Secure Crypto Engine для обеспечения надежной защиты приложений IoT. Пакет представляет собой 56-контактный QFN размером 7 x 7 мм.

Имейте в виду, что Renesas также предлагает широкий набор оценочных комплектов для всех микроконтроллеров RA. Это позволит быстро запустить ваш следующий встроенный проект (embedded). Платы разработки предоставляют возможность последовательного ввода-вывода для отладки и доступа к системам ввода-вывода микроконтроллера.

Программное обеспечение, которое делает аппаратное обеспечение неотразимым

То, что делает эту линейку 32-битных микроконтроллеров столь привлекательной, — это программное обеспечение для разработки, которое ее поддерживает. Пакет разработки, получивший название «Гибкий пакет программного обеспечения» (FSP), представляет собой расширенную версию оригинального дизайна, включающую базовое программное обеспечение для разработки Arm. Обычные средства разработки включают в себя IDE, компиляторы, библиотеки и отладчики. Также в «миксе» есть экосистема сторонних решений от Arm. FSP поставляется с FreeRTOS, который может быть заменен другой ОСРВ или некоторым промежуточным программным обеспечением, как того требует приложение.

Ключевыми моментами FSP являются улучшения на базе искусственного интеллекта. Они позволяют создавать решения, включающие современные нейронные сети, машинное обучение и возможности управления электродвигателем. Все больше и больше разработчиков используют решения искусственного интеллекта и должны иметь микроконтроллер, поддерживающий необходимое программное обеспечение.

Как упоминалось ранее, механизм криптографии на кристалле поддерживается FSP и добавляет усовершенствования для защиты соединений микросхема-облако со всеми основными поставщиками облачных услуг. Другие функции включают в себя генерацию безопасного ключа, хранение зашифрованных ключей и поддержку аппаратного ускорения AES, SHA-2, RSA 2K, криптографического алгоритма NIST с эллиптической кривой и защищенных соединений MQTT по TLS.

Приложения на базе искусственного интеллекта улучшают микроконтроллеры

Все чаще разработчики используют подходы искусственного интеллекта. И в некоторых случаях использование решения ИИ является единственным возможным или практическим решением. Renesas решает эту проблему с помощью новой серии микроконтроллеров RZ / V. Первоначальный продукт, получивший название RZ / V2M, состоит из двух ядер Arm Cortex-A53, работающих на частоте 1 ГГц. Названный динамически реконфигурируемым процессором (DRP), он оптимизирован для ускорения AI. Это устройство предназначено для обеспечения возможности логического вывода ИИ в режиме реального времени при достижении превосходной энергоэффективности.

Интересной особенностью является процессор обработки изображений (ISP), который может обрабатывать видео высокой четкости 4K со скоростью 30 кадров в секунду (кадр / с). Одним из целевых приложений является обнаружение и распознавание лиц. Устройство также содержит кодер / декодер H.265 / H.264. Обеспечивается поддержка сенсорных интерфейсов CMOS и двух одновременно работающих камер. RZ / V2M также включает поддержку интерфейсов USB3.1, PCI-E и Gigabit Ethernet, а также интерфейсов отображения MIPI-DSI и HDMI. Потребляемая мощность около 4 Вт.

Подводя итоги

32-разрядные микроконтроллеры Renesas — это эклектичные современные процессоры, оптимизированные для современных нужд. Если вы все больше ориентируетесь на решения ИИ, эти устройства, безусловно, стоит рассмотреть. Для промышленности 4.0 данные устройства могут открыть довольно большие возможности.

Книга «Современные микроконтроллеры. Архитектура, программирование, разработка устройств» Магда Ю С

Современные микроконтроллеры. Архитектура, программирование, разработка устройств

В книге рассматривается широкий круг вопросов, связанных с практическим применением популярных микроконтроллеров 8051 и их расширений в системах управления и контроля. Основной упор сделан на практические аспекты разработки цифровых и аналоговых интерфейсов, использования таймеров, визуализации результатов измерений в системах сбора информации. Значительная часть материала посвящена практическому программированию в популярной среде разработки Keil uVision. Приводятся многочисленные примеры разработки несложных аппаратно-программных систем сбора аналоговой и цифровой информации, измерительных систем, систем управления внешними устройствами и т.д. Все приведенные в книге проекты разработаны и проверены на отладочном модуле Rita-51 фирмы Rigel Corp. и могут служить основой при разработке собственных проектов.

Издательство:

ДМК Пресс

Год издания:

2010

Место издания:

Москва

Язык текста:

русский

Тип обложки:

Мягкая обложка

Формат:

70х100 1/16

Размеры в мм (ДхШхВ):

240×170

Вес:

210 гр.

Страниц:

228

Тираж:

500 экз.

Код товара:

537303

Артикул:

60278

ISBN:

978-5-9706-0038-2

В продаже с:

29.11.2010

Топ-10 популярных микроконтроллеров среди производителей

В основе любого устройства со встроенной электроникой, будь то домашнее или профессиональное оборудование, является микроконтроллер . Они запускают коды / прошивки, которые помогают разработчикам получать данные от датчиков и связывать их с действиями, выполняемыми с помощью исполнительных механизмов. Хотя они обычно разрабатываются как компоненты общего назначения, MCU построены с определенными функциями и функциями, которые делают их подходящими и (или) предпочтительными для определенных разработчиков для определенных приложений, вариантов использования или сценариев.Эти функции и возможности были расширены в соответствии с текущими технологическими требованиями, что сделало микроконтроллеры не только более мощными, но и более разнообразными, создавая головную боль выбора для дизайнеров. В сегодняшней статье без определенного порядка будут выделены 10 самых популярных микроконтроллеров в зависимости от того, как часто они фигурируют в продуктах, и размера сообществ вокруг них.

Готовы? давай,

1. STM32F103C8T6

STM32F10C8T6 — популярный член семейства микроконтроллеров со средней производительностью STM32F103xx, в которых используется высокопроизводительное 32-битное ядро ​​RISC ARM® Cortex®-M3, работающее на частоте 72 МГц и обладающее широким диапазоном расширенных функций ввода / вывода. Ос и периферия подключены к двум шинам APB.Все члены семейства STM32F103x, включая CT86, предлагают два 12-битных АЦП, три 16-битных таймера общего назначения плюс один таймер PWM, а также стандартные и расширенные интерфейсы связи: до двух I2C и SPI, три USART, USB и CAN.

Характеристики:

• ARM® 32-битное ядро ​​процессора Cortex®-M3 — максимальная частота 72 МГц, производительность 1,25 DMIPS / МГц (Dhrystone 2.1) при 0 доступе к памяти состояния ожидания — однократное умножение и аппаратное деление
• Воспоминания
  • 64 или 128 Кбайт флэш-памяти
  • 20 Кбайт SRAM
• Часы, сброс и управление питанием
  • 2.Прикладное питание от 0 до 3,6 В и входы / выходы
  • POR, PDR и программируемый детектор напряжения (PVD)
  • Кварцевый генератор от 4 до 16 МГц
  • Внутренний 8 МГц RC
  с заводской настройкой
  • Внутренний RC 40 кГц — PLL для тактовой частоты процессора
  • Генератор 32 кГц для RTC с калибровкой
• Режимы сна, остановки и ожидания с низким энергопотреблением
  • Питание VBAT для RTC и резервных регистров
  • 2 x 12-битных, 1 мкс аналого-цифровых преобразователя (до 16 каналов)
  • Диапазон преобразования: от 0 до 3.6 В
  • Возможность двойного отбора проб и удержания
  • Датчик температуры
• DMA
  • 7-канальный контроллер прямого доступа к памяти
  • Поддерживаемые периферийные устройства: таймеры, АЦП, SPI, I 2C и USART
• До 80 быстрых портов ввода / вывода
  • 26/37/51/80 входов / выходов, все отображаемые на 16 внешних векторах прерываний и почти все 5 V-устойчивые
• Режим отладки — последовательная отладка (SWD) и интерфейсы JTAG
• 7 таймеров
  • Три 16-битных таймера, каждый с до 4 IC / OC / PWM или счетчиком импульсов и входом квадратурного (инкрементального) энкодера
  • 16-битный ШИМ-таймер управления двигателем с генерацией мертвого времени и аварийной остановкой
  • 2 сторожевых таймера (независимый и оконный)
  • Таймер SysTick 24-битный обратный счетчик
• До 9 интерфейсов связи — До 2 интерфейсов I2C (SMBus / PMBus)
  • До 3 USART (интерфейс ISO 7816, LIN, поддержка IrDA, управление модемом)
  • До 2 SPI (18 Мбит / с)
  • CAN интерфейс (2.0B Активный)
  • Полноскоростной интерфейс USB 2.0

Макетные платы на базе MCU:

2. ATmega328

Возможно, один из самых популярных микроконтроллеров в мире, Atmega328p был выбором многих дизайнеров, которые хотят избежать громоздкости плат Arduino, но сохранить простоту программирования, поддержку сообщества и другие удивительные функции. связанный с платформой разработки Arduino.Это 8-битный микроконтроллер AVR, основанный на усовершенствованной архитектуре RISC и сочетающий в себе флэш-память ISP емкостью 32 КБ и возможности чтения во время записи.

Характеристики:

1 КБ EEPROM, 2 КБ SRAM, 23 линии ввода / вывода общего назначения, 32 рабочих регистра общего назначения, три гибких таймера / счетчика с режимами сравнения, внутренние и внешние прерывания, последовательный программируемый USART, байтовый двухпроводной последовательный интерфейс, SPI последовательный порт, 6-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь (8 каналов в корпусах TQFP и QFN / MLF) и

• Программная память — 32 КБ (Flash)
• Частота процессора (MIPS / DMIPS) — 20
• 1 КБ EEPROM
• Периферийные устройства цифровой связи — 1-UART, 2-SPI, 1-I2C
• 2 КБ SRAM
• 23 GPIO
• 6-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь (8 каналов в корпусах TQFP и QFN / MLF)
• 5 программно выбираемых режимов энергосбережения
• 3 встроенных таймера с режимами сравнения — 2 8 бит и 1 16 бит
• Выводы ШИМ — 6
• программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором
• 32 регистра рабочих общего назначения,

Макетные платы на базе MCU:

• Ардуино Нано
• Ардуино UNO
• Arduino Pro Mini
• Sparkfun Redboard
• Множество других клонов Arduino

Отличительные особенности:

• Express Совместимость с платформой разработки Arduino
• Большая поддержка сообщества из-за связи с Arduino

3.PIC16F877A

PIC16F877A, пожалуй, самый популярный 8-битный микроконтроллер в семействе микроконтроллеров PIC. Хотя некоторые считают PIC16F877A устаревшим и устаревшим, без сомнения, он по-прежнему остается одним из самых популярных микроконтроллеров в мире. Фактически он считается микроконтроллером для новичков, желающих заняться разработкой встраиваемых систем с помощью PIC, и становится для них предпочтительным микроконтроллером, когда они становятся экспертами.

Характеристики:

Некоторые функции PIC16F877A представлены ниже:

• Общее количество выводов — 40
• Общее количество портов — 5 (порт A, порт B, порт C, порт D, порт E)
• Рабочее напряжение — от 2 до 5.5 В
• Количество выводов ввода / вывода — 33
• Количество выводов АЦП — 14
• Разрешение АЦП — 10 бит
• Количество компараторов — 2
• Количество таймеров — 3
• Коммуникационные протоколы — UART, SPI, I2C
• Внешний осциллятор — до 20 МГц
• Программная память — 14 КБ
• RAM — 368 байт
• EEPROM — 256 байт
• Максимальное разрешение ШИМ — 10
• Поддержка аппаратных прерываний по выводам и таймеру

Макетные платы на базе MCU:

• Плата для разработки PIC

Dev-платы — одна из причин, по которой микроконтроллеры PIC становятся все более непопулярными.В то время как платы разработки PIC обычно очень хороши для новичков, потому что они поставляются с различными компонентами, которые помогают обучению, для среднего дизайнера они считаются громоздкими и довольно неинтересными для работы, поскольку большинство включенных компонентов обычно не нужны опытным. дизайнеров.

4. Attiny85

Известные за свой крошечный форм-фактор, серия микроконтроллеров ATtiny считается идеальным выбором для проектов, где желателен малый форм-фактор и количество требуемых GPIO невелико.Из всех микроконтроллеров этой серии aTtiny85 считается самым популярным, предположительно потому, что у него больше контактов ввода-вывода по сравнению с другими. Хотя Microchip анонсировала новую линейку чипов ATtiny со значительным повышением производительности, ATtiny85 по-прежнему пользуется уважением, в основном из-за того, что большинство дизайнеров привыкли к нему с течением времени.

Характеристики:

Некоторые особенности ATtiny85 включают:

• Общее количество выводов — 8
• Тип процессора — RISC 8-битный AVR
• Рабочее напряжение — 1.8 — 5,5 В
• Программная память — 8K
• Оперативная память — 512 байт
• Память EEPROM — 512 байт
• Разрешение АЦП — 10 бит
• Количество выводов АЦП — 4
• Количество компараторов — 1
• GPIO — 6
• Количество таймеров — 2 8-битных таймера
Протоколы связи
• — SPI, I2C и USART.
• Количество выводов ШИМ — 4
• Максимальная скорость генератора — до 20 МГц

Макетные платы на базе MCU:

• Mini ATtiny85 USB
• Digispark ATtiny85

Отличительные особенности:

Отличительной особенностью ATtiny85 будет их небольшой форм-фактор и относительно низкое энергопотребление.

5. MSP430G2452

Семейство микроконтроллеров MSP430 от TI считается одними из самых современных микроконтроллеров, и до сих пор самым популярным членом этого семейства был MSP430G2452. MSP430G2452 — мощный и относительно дешевый микроконтроллер на базе 16-битного RISC-процессора производства Texas Instruments.

Характеристики:

Некоторые особенности MCU включают:

• Количество каналов компаратора — 8
• каналов АЦП — 8
• Количество выводов GPIO — 16
• Разрешение АЦП — 10-битный SAR
• Количество таймеров — 1 (16 бит)
• Энергонезависимая память — 8 КБ
• Протоколы связи — 1 I2C, 1 SPI
• Диапазон низкого напряжения питания — 1.8 В — 3,6 В
• Низкочастотный генератор — кристалл 32 кГц, а также внешний источник цифровых тактовых сигналов
• SRAM — 256B
• Потребляемая мощность в активном режиме — 220 мкА при 1 МГц

Макетные платы на базе MCU:

• MSP-EXP430G2 Плата для разработки LaunchPad TI

Отличительные особенности:

Микроконтроллеры серии MSP430 известны своим низким энергопотреблением.

6. ESP8266

Популярность ESP8266 неоспорима.Это бесспорно один из самых впечатляющих микроконтроллеров последнего десятилетия, и это, безусловно, было одним из Pacesetters для текущей тенденции микроконтроллеры с конденсированными коммуникационными возможностями. ESP8266 — это недорогая микросхема Wi-Fi, разработанная Espressif Systems, с полным стеком TCP / IP и возможностями микроконтроллера. Множественные версии MCU были созданы в быстрой последовательности, и то, что изначально начиналось как модуль Wi-Fi для микроконтроллеров, быстро превратилось в такой модуль, как ESP-12e, который стал сердцем нескольких проектов и продуктов.

Особенности:

• Процессор: 32-разрядное ядро ​​микропроцессора RISC L106 на основе Tensilica Xtensa Diamond Standard 106Micro, работающее на частоте 80 МГц
• Память:
  • 32 KiB инструкция RAM
  • 32 КБ кэш-памяти команд ОЗУ
  • 80 КБ ОЗУ данных пользователя
  • 16 КиБ ОЗУ системных данных ETS
• Внешняя флэш-память QSPI: поддерживается до 16 МБ (обычно от 512 КБ до 4 МБ)
• IEEE 802.11 b / g / n Wi-Fi
  • Встроенный переключатель TR, балун, малошумящий усилитель, усилитель мощности и согласующая сеть
  • Аутентификация WEP или WPA / WPA2 или открытые сети
• 16 контактов GPIO
• SPI
• I²C (программная реализация)
• Интерфейсы I²S с DMA (общие контакты с GPIO)
• UART на выделенных контактах, плюс UART только для передачи может быть включен на GPIO2
• 10-разрядный АЦП (АЦП последовательного приближения)

Макетные платы на базе MCU:

Существует более 100 плат для разработки, основанных на различных вариантах ESP8266.Чтобы упомянуть несколько, некоторые из этих плат включают в себя;

• NodeMCU DevkIT
• Wemos D1
• Wemos D1 Mini
• Adafruit Feather HUZZAH ESP8266
• SparkFun ESP8266 Вещь

Отличительные особенности:

Некоторые выдающиеся особенности ESP8266 включают:

• Интегрированный WiFI и микроконтроллер сокращают головную боль, связанную с спецификациями и источниками
• Низкая стоимость
• предварительно сертифицировано (FCC и CE)
• большая поддержка сообщества
• Совместимость с популярными платформами, такими как Arduino IDE

7.ESP32

Обновленный до ESP8266, esp32 пользуется большой поддержкой и широким распространением с момента его выпуска несколько лет назад. это недорогая система с низким энергопотреблением на микроконтроллере микросхемы со встроенным Wi-Fi и двухрежимным Bluetooth. в нем используется микропроцессор Tensilica Xtensa LX6 как в двухъядерном, так и в одноядерном вариантах и ​​включает встроенные антенные переключатели, ВЧ балун, усилитель мощности, малошумящий усилитель приема, фильтры и модули управления питанием. Разработанный для современных приложений, ESP32 также включает несколько функций безопасности, таких как криптографическое аппаратное ускорение, флеш-шифрование и безопасная загрузка.

Особенности:

Некоторые особенности MCU включают:

• Процессоры:
  • ЦП: двухъядерный (или одноядерный) 32-разрядный микропроцессор LX6 Xtensa, работающий на частоте 160 или 240 МГц и производительность до 600 DMIPS
  • Сопроцессор со сверхнизким энергопотреблением (ULP)
• Память: 520 КБ SRAM
• Беспроводное соединение:
  • Wi-Fi: 802.11 b / g / n
  • Bluetooth: v4.2 BR / EDR и BLE (разделяет радио с Wi-Fi)
• Периферийные интерфейсы:
  • 12-битный АЦП последовательного приближения, до 18 каналов
  • 2 × 8-битных ЦАП
  • 10 сенсорных датчиков (GPIO с емкостным зондированием)
  • 4 × SPI
  • 2 интерфейса I²S
  • 2 интерфейса I²C
  • 3 × UART
  • Хост-контроллер SD / SDIO / CE-ATA / MMC / eMMC
  • Подчиненный контроллер SDIO / SPI
  • Интерфейс Ethernet MAC с выделенным DMA и поддержкой протокола точного времени IEEE 1588
  • CAN-шина 2.0
  • Инфракрасный пульт дистанционного управления (TX / RX, до 8 каналов)
  • ШИМ двигателя
  • LED ШИМ (до 16 каналов)
  • Датчик Холла
  • Аналоговый предусилитель со сверхнизким энергопотреблением
• Безопасность:
  • Поддерживаются все стандартные функции безопасности IEEE 802.11, включая WFA, WPA / WPA2 и WAPI
  • Безопасная загрузка
  • Флэш-шифрование
  • 1024-битный OTP, до 768-бит для клиентов
  • Криптографическое аппаратное ускорение: AES, SHA-2, RSA, криптография на эллиптических кривых (ECC), генератор случайных чисел (RNG)
• Управление питанием:
  • Внутренний регулятор с малым падением напряжения
  • Отдельная область мощности для RTC
  • Ток в режиме глубокого сна 5 мкА
  • Пробуждение от прерывания GPIO, таймера, измерений АЦП, прерывания емкостного сенсорного датчика

Макетные платы на базе MCU:

Как и ESP8266, существует множество плат для разработки на основе ESP32.Некоторые из этих досок включают в себя;

• ХУЗЗАх42
• ESP32-DevKitC
• УзелMCU-32S
• ESPduino32
• ESP32 вещь

Отличительные особенности:

Помимо Wi-Fi, ESP32 поддерживает Bluetooth и реализует функции безопасности и низкого энергопотребления, которые недоступны в обычных устройствах.

8. ATMEGA32U4

Atmega32u4 — это маломощный 8-разрядный микроконтроллер на базе AVR® RISC на базе микрочипа с самопрограммируемой флэш-памятью 32 КБ, 2.5 КБ SRAM, 1 КБ EEPROM, полноскоростное / низкоскоростное устройство USB 2.0, 12-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь и интерфейс JTAG для отладки на кристалле. Устройство способно выполнять мощные инструкции за один такт, что позволяет достичь пропускной способности до 16 MIPS на частоте 16 МГц. Это дает разработчикам возможность оптимизировать энергопотребление в зависимости от скорости обработки.

Особенности:

• Полностью соответствует спецификации универсальной последовательной шины, ред. 2.0
• Поддерживает скорость передачи данных до 12 Мбит / с и 1.5 Мбит / с
• Конечная точка 0 для передачи управления: до 64 байтов
• Шесть программируемых конечных точек с входящими и исходящими направлениями, а также с групповыми передачами, прерываниями или изохронными передачами
• Настраиваемые конечные точки размером до 256 байт в режиме двойного банка
• Полностью независимая 832-байтовая USB DPRAM для распределения памяти конечной точки
• Прерывания для приостановки / возобновления
• Сброс ЦП возможен при обнаружении сброса шины USB
• 48 МГц от ФАПЧ для работы шины на полной скорости
• Подключение / отключение шины USB по запросу микроконтроллера
• Бескристаллический режим работы в низкоскоростном режиме

Макетные платы на базе MCU:

Atmega32u4 — популярный микроконтроллер, включенный в несколько плат разработки, некоторые из которых включают:

• Крошка 2.0
• Ардуино Жук
• Ардуино Про Микро
• Ардуино Леонардо
• Qwicc Pro
• Arduino Леонардо Клоны

9. STM8S103F3

Семейство микроконтроллеров STM8 предлагает высокопроизводительное 8-битное ядро ​​и ультрасовременный набор периферийных устройств в крошечном форм-факторе, аналогичном тому, что можно получить с микроконтроллерами серии ATtiny. Семейство состоит из 4 серий, в том числе; STM8S, STM8L, STM8AF и STM8AL.Из всего этого серия STM8S считается основным микроконтроллером, а STM8S103F3 считается одним из самых популярных микроконтроллеров этой серии.

8-битный микроконтроллер предлагает 8 Кбайт флэш-памяти для программ, со встроенной EEPROM с настоящими данными, расширенным ядром и периферийными устройствами, тактовой частотой 16 МГц, надежными вводами / выводами, независимыми сторожевыми таймерами с отдельным источником тактовой частоты и системой защиты тактовой частоты — все это из которых обеспечивает его высокую производительность и общую надежность системы.

Особенности:

Основные характеристики микроконтроллера, в соответствии с таблицей данных, включают:

• Ядро
  • Усовершенствованное ядро ​​STM8 16 МГц с архитектурой Гарварда и трехступенчатым конвейером
  • Расширенный набор команд
• Воспоминания
  • Программная память: 8 Кбайт Flash; сохранение данных 20 лет при 55 ° C после 10 циклов
  • Память данных: 640 байт истинных данных EEPROM; выносливость 300 км / ч
  • RAM: 1 Кбайт
• Часы, сброс и управление питанием
  • 2.От 95 до 5,5 В рабочее напряжение
  • Гибкое управление тактовой частотой, 4 основных источника тактовой частоты
    • Генератор с кварцевым резонатором малой мощности
    • Вход внешних часов
    • Внутренний, настраиваемый пользователем 16 МГц RC
    • Внутренний маломощный 128 кГц RC
  • Часы охранная система с монитором часов
  • Управление питанием:
    • Режимы пониженного энергопотребления (ожидание, активная остановка, остановка)
    • Индивидуальное отключение периферийных часов
  • Постоянно активный, малопотребляющий сброс при включении и выключении питания
• Управление прерываниями
  • Вложенный контроллер прерываний с 32 прерываниями
  • До 27 внешних прерываний на 6 векторах
• Таймеры
  • Таймер расширенного управления: 16 бит, 4 канала CAPCOM, 3 дополнительных выхода, вставка мертвого времени и гибкая синхронизация
  • 16-битный таймер общего назначения с 3 каналами CAPCOM (IC, OC или PWM)
  • 8-битный базовый таймер с 8-битным предварительным делителем
  • Таймер автоматического пробуждения
  • Оконный сторожевой таймер и независимый сторожевой таймер
• Коммуникационные интерфейсы
  • UART с тактовым выходом для синхронной работы, SmartCard, IrDA, режим ведущего LIN
  • Интерфейс SPI до 8 Мбит / с
  • Интерфейс I2C до 400 кбит / с
• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
  • 10-битный АЦП с точностью ± 1 младший бит, до 5 мультиплексированных каналов, режим сканирования и аналоговый сторожевой таймер
• ввода / вывода
  • До 28 входов / выходов в 32-выводном корпусе, включая 21 выход с высоким потребителем
  • Высокопрочная конструкция ввода-вывода, невосприимчивая к подаче тока
• Уникальный идентификатор
  • 96-битный уникальный ключ для каждого устройства

Макетные платы на базе микроконтроллера:

Существует множество коммутационных плат на базе микроконтроллера STM8S103F3, которые недостаточно сложны, чтобы их можно было классифицировать как плату для разработки.Некоторые заслуживающие внимания платы на основе MCU включают:

1. Sduino / STM8Blue и аналогичные клоны
2. STM8S103F3 P6 Совет по развитию

10. NXP LPC1768

LPC1768 — это микроконтроллер Cortex®-M3, разработанный для встраиваемых приложений с низким энергопотреблением. Он отличается высоким уровнем интеграции и низким энергопотреблением на частотах до 100 МГц. Это высокопроизводительный микроконтроллер, имеющий до 512 КБ флэш-памяти и 64 КБ памяти данных, а также периферийные устройства, такие как Ethernet MAC, интерфейс USB-устройства / хоста / OTG, 8-канальный контроллер DMA и 4 UART, среди прочего. другие.

Особенности

Некоторые основные особенности NXP LPC1768 включают:

• Процессор Arm ^® Cortex-M3, работающий на частотах до 100 МГц
• Arm Cortex-M3 встроенный контроллер вложенных векторных прерываний (NVIC)
• Встроенная флэш-память для программирования до 512 КБ
• Встроенная SRAM до 64 КБ
• Внутрисистемное программирование (ISP) и программирование в приложении (IAP)
• Восьмиканальный контроллер DMA общего назначения (GPDMA)
• Ethernet MAC с интерфейсом RMII и выделенным контроллером DMA
• USB 2.0 полноскоростное устройство / хост / контроллер OTG
• Четыре UART с генерацией дробной скорости передачи, внутренним FIFO и поддержкой DMA
• Контроллер CAN 2.0B с двумя каналами
• Контроллер SPI с синхронной, последовательной и полнодуплексной связью
• Два контроллера SSP с FIFO и многопротокольными возможностями
• Три расширенных интерфейса шины I2C
• Интерфейс I2S (Inter-IC Sound)
• 70 контактов ввода / вывода общего назначения (GPIO) с настраиваемыми подтягивающими / понижающими резисторами
• 12-битный / 8-канальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с частотой преобразования до 200 кГц
• 10-разрядный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) со специальным таймером преобразования и DMA
• Четыре таймера / счетчика общего назначения
• ШИМ управления одним двигателем с поддержкой управления трехфазным двигателем
• Интерфейс квадратурного энкодера, который может контролировать один внешний квадратурный энкодер
• Один стандартный блок ШИМ / таймера с внешним счетным входом
• Низкомощный RTC с отдельной областью мощности и выделенным генератором
• Сторожевой таймер (WDT)
• Системный таймер Arm Cortex-M3, включая опцию входа внешних часов
• Таймер повторяющихся прерываний обеспечивает программируемые и повторяющиеся синхронизированные прерывания
• Каждое периферийное устройство имеет собственный делитель тактовой частоты для дополнительной экономии энергии
• Стандартный интерфейс тестирования / отладки JTAG для совместимости с существующими инструментами
• Интегрированный PMU (блок управления питанием)
• Четыре режима пониженного энергопотребления: спящий режим, глубокий сон, выключение питания и глубокое выключение питания
• Одноместный 3.Источник питания 3 В (от 2,4 В до 3,6 В)
• Четыре входа внешнего прерывания, конфигурируемые как чувствительные к фронту / уровню
• Вход немаскируемого прерывания (NMI)
• Контроллер прерываний при пробуждении (WIC)
• Пробуждение процессора из режима пониженного энергопотребления по любому прерыванию
• Обнаружение сбоев с отдельным порогом прерывания и принудительного сброса
• Сброс при включении питания (POR)
• Кварцевый генератор с рабочим диапазоном от 1 МГц до 25 МГц
• Внутренний RC-генератор 4 МГц с точностью до 1%
• Защита от чтения кода (CRP) с разными уровнями безопасности
• Уникальный серийный номер устройства для идентификации

Макетные платы:

Лучшие платы для разработки на базе NXP LPC1768:

1. Arm Mbed LPC1768 Доска
2. Оценочная плата Keil LPC1769
3. Плата LPCXpresso для LPC1769 с датчиком CMSIS DAP

Имея тысячи микроконтроллеров, определенно есть несколько других микроконтроллеров, которые, вероятно, заслуживают места в этом списке, но вы согласитесь со мной, что сообщество, проекты и продукты, которые были созданы на основе микроконтроллеров, представленных в эти статьи трудно сопоставить.

Что вы думаете? Какие еще микроконтроллеры, по вашему мнению, должны были быть в этом списке? Не стесняйтесь делиться через раздел комментариев.

последних микроконтроллеров, выпущенных за последние 12 месяцев

10 лучших микроконтроллеров для проектирования печатных плат

(MCU) прошли долгий путь с тех пор, как новаторский 4-битный Intel 4004 появился на рынке еще в 1970-х годах.Сегодня они составляют основу большинства встраиваемых систем, начиная с систем управления автомобильными двигателями, медицинских устройств, игрушек и т. Д., Выступая в качестве недорогих, компактных одночиповых компьютеров.

Прелесть микроконтроллеров заключается в том, что они уменьшают размер и стоимость альтернативы: использование отдельных микропроцессоров, микросхем памяти и устройств ввода-вывода. Вместо этого они поместили всю эту функциональность на один и тот же чип, чтобы уменьшить стоимость и размер. По мере того, как цена на микроконтроллеры падает, а производительность и простота использования растут, микроконтроллерам все чаще приписывают стимул для роста Интернета вещей (IoT), поскольку теперь с точки зрения стоимости и размера можно иметь компьютер не только в каждом доме. карман, но почти в каждом отдельном предмете.

Прежде чем мы перейдем к 10 лучшим микроконтроллерам, используемым разработчиками печатных плат *, у меня была возможность обсудить некоторые факторы, которые следует учитывать при выборе одного из них, с Сурешом Джоши, главным консультантом компании Vicara Solutions Inc., занимающейся разработкой продуктов Интернета вещей, и автором отличного блога. посты вроде этого о том, как создать компанию по производству оборудования.

Факторы, которые следует учитывать при выборе микроконтроллера

При выборе микроконтроллера Suresh рекомендует разработчикам учитывать размер ядра, необходимые периферийные устройства, скорость, энергопотребление, флэш-память, стоимость владения и экосистемы поддержки.

Многие из этих факторов будут зависеть от требований дизайна. Например, размер ядра напрямую влияет на стоимость, поэтому проектировщики должны выбирать ровно столько, сколько необходимо. Периферийные устройства, опять же, будут зависеть от того, чего пытается достичь приложение. А поскольку скорость и энергоэффективность часто являются компромиссом, разработчикам следует еще раз обратиться к своим требованиям.

Для дальнейшей оптимизации энергопотребления Суреш рекомендует разработчикам учитывать состояния с низким энергопотреблением, а также определять, какие периферийные устройства и прерывания активны, а какие не активны.

”Например, если я делаю удаленный регистратор данных с батарейным питанием, я хочу знать, что могу поддерживать свой процессор в режиме пониженного энергопотребления или в спящем режиме, пока обрабатываю данные DMA, вместо того, чтобы требовать, чтобы ЦП выполнял всю работу. и держать все мои часы включенными », — сказал он.

Что касается размера флэш-памяти, дизайнеры должны иметь в виду, что с увеличением размера флэш-памяти меняются и количество выводов, и стоимость. Хотя большие внешние флеш-чипы дешевы, их установка на MCU имеет свои преимущества.

«Мне лично нравится, когда в MCU есть все внутреннее, чтобы уменьшить потребность в дополнительных драйверах и уменьшить количество компонентов на плате», — сказал Суреш.

Он добавил, что разработчикам следует подумать о том, чтобы на кристалле было достаточно флэш-памяти для резервного копирования приложений при выполнении обновлений по беспроводной сети (OTA). Обновления OTA могут быть выполнены путем очистки основного приложения и помещения нового приложения в это пространство или путем создания резервной копии приложения в памяти перед обновлением основного приложения. Суреш предпочитает последнее.

«При сбросе ваш загрузчик указывает на это новое приложение, и если что-то пойдет не так, он вернется к исходному приложению.По сути, это отказоустойчивое обновление MCU в полевых условиях », — сказал он.

Суреш также призывает дизайнеров рассматривать цену в контексте общей стоимости владения, т.е. не только стоимость самого чипа, но и стоимость необходимой прошивки.

”Разработчики оборудования могут иногда неправильно понимать стоимость спецификации и общую стоимость продукта. Если я предлагаю использовать микроконтроллер за 2 доллара, потому что он будет стоить 10 тысяч долларов при разработке прошивки, по сравнению с микроконтроллером за 1 доллар с 20 тысячами долларов в прошивке, большинство аппаратных разработчиков, которых я знаю, пойдут с микроконтроллером за 1 доллар … Но они должны сначала спросить объем производства, чтобы найти точка равновесия.Многие компании хотят надеяться, что они произведут от 10 до 100 тысяч единиц в первый год, но на самом деле это обычно будет ближе к 1 тысяче », — добавил он.

Для молодого поколения разработчиков оборудования все более важным становится поддержка программного обеспечения, такого как хорошие IDE и платформы, удобные для компиляторов GCC.

«Хорошие инструменты позволят вам визуализировать распиновку, предупредить вас, когда возникнут конфликты и ошибки, и сгенерировать тонкие уровни доступа к аппаратному обеспечению, чтобы вам не пришлось вручную вмешиваться в регистры», — сказал Суреш.

«Вам все еще необходимо разбираться в регистрах, но инструменты могут быть полезны для автоматического создания правильных конфигураций, чтобы вы могли быстрее перейти к кодированию на уровне приложения». он сказал.

Он также предпочитает микроконтроллеры с сильными экосистемами: сообщества и ресурсы, такие как документация и коммутационные доски.

«Поддержка производителя — это хорошо, но поддержка сообщества — это то место, где вы слышите обо всех проблемах», — сказал он. Он считает, что STMicroelectronics и Cypress Semiconductor — это две компании, которые хорошо поработали над созданием экосистем вокруг своих продуктов.

Суреш также использует комплекты разработчика, чтобы сначала смоделировать весь свой проект, прежде чем он построит окончательное оборудование. В наборах для разработки должно быть много флеш-памяти, которую вы затем можете сузить в зависимости от ваших потребностей при переходе на специальную плату в качестве снижения затрат.

Наконец, помните, что каждое приложение и отрасль имеют разные требования к дизайну, поэтому обязательно помните об этом при выборе MCU.

Теперь, без лишних слов, давайте взглянем на 10 лучших микроконтроллеров, начиная с №10!

10 лучших микроконтроллеров на SnapEDA

PIC16F886-I / SO — это мощный, простой в программировании 8-битный микроконтроллер, основанный на архитектуре Microchip PIC.Заключенный в 16-битный корпус SOIC, он имеет 256 байт памяти EEPROM, ICD, 2 компаратора, 11 каналов 10-битного аналого-цифрового (A / D) преобразователя, функции захвата / сравнения / PWM, синхронный последовательный порт, который может быть сконфигурирован как 3-проводная шина SPI или 2-проводная шина I²C, и EUSART.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 4,87 доллара США

Загрузить символ и отпечаток на SnapEDA

В отличие от семейства PIC16F, семейство PIC32MX основано на MIPS32 M4K, высокопроизводительном 32-разрядном ядре с низким энергопотреблением.Заключенный в корпус TQFP с 44 выводами, он имеет 128 кбайт адресуемой памяти программ, 3 кбайт вспомогательной флеш-памяти, 32768 байт памяти данных, 3 компаратора и 13-канальный 10-битный аналого-цифровой преобразователь. Это устройство работает на максимальной частоте 50 МГц с широким диапазоном рабочего напряжения от 2,3 до 3,6 В.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 3,78 доллара США

Загрузить символ и отпечаток на SnapEDA

Высокопроизводительная 8-разрядная архитектура AVR RISC от Atmel picoPower сочетает в себе 32 КБ флэш-памяти ISP с возможностью чтения во время записи, EEPROM 1024 ГБ, 2 КБ SRAM, 23 линии ввода-вывода общего назначения, 32 рабочих регистра общего назначения, три гибких таймера / счетчики с режимами сравнения, внутренними и внешними прерываниями, последовательным программируемым USART, байтовым 2-проводным последовательным интерфейсом, последовательным портом SPI, 8-канальным 10-битным аналого-цифровым преобразователем, программируемым сторожевым таймером с внутренним генератором и пятью программами выбираемые режимы энергосбережения.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 2,41 доллара США

Загрузить символ и отпечаток на SnapEDA

# 7 STM32F103C8T6 от ST Microelectronics

MCU основан на высокопроизводительном 32-битном RISC-ядре ARM Cortex-M4, работающем на частоте 72 МГц. Он имеет высокоскоростную встроенную память (флэш-память до 128 Кбайт и SRAM до 20 Кбайт), а также широкий спектр усовершенствованных устройств ввода-вывода и периферийных устройств, подключенных к двум шинам APB.Он предлагает два 12-битных АЦП, три 16-битных таймера общего назначения плюс один таймер ШИМ, а также стандартные и расширенные интерфейсы связи: до двух I2C и SPI, трех USART, USB и CAN.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 4,07 доллара США

Загрузить символ и отпечаток на SnapEDA

Маломощный 8-разрядный микроконтроллер Atmel на базе RISC AVR имеет самопрограммируемую флеш-память для программ объемом 32 КБ, SRAM 2,5 КБ, EEPROM 1 КБ, USB 2.0 полноскоростное / низкоскоростное устройство, 12-канальный 10-битный аналого-цифровой преобразователь и интерфейс JTAG для отладки на кристалле. Устройство обеспечивает пропускную способность до 16 MIPS на частоте 16 МГц. 2,7 — 5,5 Вольт. Выполняя мощные инструкции за один такт, устройство достигает пропускной способности, приближающейся к 1 MIPS на МГц, что позволяет оптимизировать энергопотребление в зависимости от скорости обработки.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 4,62 доллара США

Загрузить символ и отпечаток на SnapEDA

# 5 STM32F407VGT6 от ST Microelectronics

Этот MCU основан на 32-битном RISC-ядре ARM Cortex-M4, работающем на частоте до 168 МГц.Ядро Cortex-M4 оснащено блоком с плавающей запятой (FPU) одинарной точности, который поддерживает все инструкции и типы данных ARM для обработки данных с одинарной точностью. Он также реализует полный набор инструкций DSP и блок защиты памяти (MPU), который повышает безопасность приложений. Он включает в себя высокоскоростную встроенную память (флэш-память до 1 Мбайт, до 192 Кбайт SRAM), до 4 Кбайт резервной SRAM, а также широкий спектр усовершенствованных устройств ввода-вывода и периферийных устройств, подключенных к двум шинам APB, трем AHB шины и 32-битная матрица шины multi-AHB.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 11,17 $

Загрузить символ и отпечаток на SnapEDA

Этот 32-битный микроконтроллер заключен в 28-контактный корпус PDIP с процессором RISC, способным работать на частоте до 50 МГц и обеспечивать 83 DMIPS. Он имеет минимальную рабочую температуру от -40 ° C до максимума 85 ° C. Максимальная тактовая частота составляет 40 МГц. Это устройство имеет типичное рабочее напряжение питания 2,5 | 3,3 В. Минимальное рабочее напряжение питания 2.3 В, а максимальное — 3,6 В. Объем флэш-памяти программ составляет 128 КБ. Его разрешение АЦП — 10.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 3,67 доллара США

Загрузить символ и отпечаток на SnapEDA

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 12 долларов США.12

Загрузить символ и след на SnapEDA

Высокопроизводительный 8-разрядный микроконтроллер Atmel picoPower на базе RISC и AVR сочетает в себе флэш-память ISP объемом 32 КБ с возможностью чтения во время записи, EEPROM 1024 Б, 2 КБ SRAM, 23 линии ввода-вывода общего назначения, 32 рабочих регистра общего назначения, три гибких таймеры / счетчики с режимами сравнения, внутренними и внешними прерываниями, последовательным программируемым USART, байтовым двухпроводным последовательным интерфейсом, последовательным портом SPI, 6-канальным 10-битным аналого-цифровым преобразователем, программируемым сторожевым таймером с внутренним генератором и пять программно выбираемых режимов энергосбережения.

То же, что № 2, за исключением того, что он заключен в 32-контактный корпус TQFP с 8-канальным 10-разрядным аналого-цифровым преобразователем.

Средняя цена у дистрибьюторов на момент публикации: 3,05 доллара США

Загрузить символ и отпечаток на SnapEDA

Мы надеемся, что вам понравилось это первое из новой серии сообщений в блоге. Сообщите нам, какую категорию компонентов вы хотели бы видеть дальше!

* Топ-10 по количеству загрузок символов и отпечатков на SnapEDA.

** Примечание: у вас может возникнуть вопрос, почему, например, микроконтроллеры семейства MSP430 здесь не представлены. Этот выбор был выбран на основе объема загрузки конкретных номеров деталей, которые можно заказать. Если бы мы вместо этого оценили их по группам семейств продуктов, MSP430 оказался бы в верхней части списка.

Создавайте электронные устройства в мгновение ока. Начать сейчас.

Актуальны ли 8-битные микроконтроллеры?

8-битные микроконтроллеры существуют с начала 80-х годов и сыграли центральную роль в модернизации электроники.Что такое 8-битные микроконтроллеры, чем они отличаются от производимых современных микроконтроллеров, и актуальны ли они до сих пор?

Что такое 8-битные микроконтроллеры — объяснение 8-битной архитектуры.

похожи на системы на кристалле (SoC), которые обычно включают в себя ЦП, память и периферийные устройства, не требующие внешнего оборудования для помощи в вычислениях. Однако микропроцессор — это только ЦП, и для его использования требуется внешняя память, контроллеры и интерфейсы.Термин «8-битный» обычно относится к разрядности процессора. Таким образом, 8-битный микроконтроллер — это тот, который содержит 8-битный ЦП. Это означает, что внутренние операции выполняются с 8-битными числами, что сохраненные переменные находятся в 8-битных блоках, а доступ к внешнему вводу / выводу (входы / выходы) осуществляется через 8-битные шины. Однако некоторые микроконтроллеры, такие как серия PIC18, являются 8-битными микроконтроллерами, но их память команд использует 14-битные (однако секция RAM по-прежнему имеет ширину 8-бит).

Чем стандартные 8-битные микроконтроллеры по сравнению с современными микроконтроллерами — 8-битные микроконтроллеры против 32-битных

По мере развития технологий возможности новейших процессоров расширяются, и увеличение размера битов всегда было востребовано.Таким образом, производительность 8-битных микроконтроллеров и 32-битных версий будет отличаться. Первый процессор, Intel 4004, был 4-битным процессором, а с появлением Intel 8008 большинство дизайнеров перешло на 8-битную сферу. Когда Intel представила 8086, разработчики компьютеров (такие как IBM) снова перешли на большее количество битов из-за его способности работать с большими числами, получать доступ к большему объему памяти и выполнять более сложные операции. Однако, несмотря на то, что в обычных компьютерах постоянно используются новейшие технологии, большой рынок с конца 70-х до начала 90-х годов использовал 8-битную технологию: домашние компьютеры.Увеличение разрядности ЦП действительно улучшает производительность компьютера, но для базовых задач часто бывает достаточно 8-разрядных, включая обработку текста, игры, разработку музыки, электронные таблицы и управление задачами. Возможности 8-битной технологии в сочетании со снижением стоимости электроники показали, что 8-битные микроконтроллеры остаются актуальными в современной жизни. Итак, как типичные 8-битные микроконтроллеры сравниваются с современными микроконтроллерами?

Современные микроконтроллеры бывают всех форм и размеров, с некоторыми из них интегрируются невероятно сложные функции, включая многоядерность, расширенную аппаратную безопасность и возможности Интернета.Однако эти же устройства могут быть дорогостоящими, поэтому важно сравнивать подобное. Типичным примером современного микроконтроллера может быть серия STM32, использующая 32-битные ядра ARM, включающая широкий спектр функций, включая контроллеры I2C, SPI и DMA, при этом они дешевле, чем многие другие 8-битные микроконтроллеры. Для сравнения, линейка PIC18 — это 8-разрядные микроконтроллеры, которые включают богатый набор периферийных устройств, содержат аналогичные объемы памяти (обычно 16 КБ ПЗУ и 8 КБ ОЗУ) и размещены в столь же небольших корпусах.Линейка 8-битных микроконтроллеров AVR также имеет возможности, аналогичные линейке PIC18, и именно ATmega328 работает на знаменитой Arduino Uno.

Итак, за исключением ЦП с большей разрядностью, 32-разрядные микроконтроллеры младшего класса предлагают очень мало дополнительных возможностей по сравнению с 8-разрядными микроконтроллерами, способными выполнять ту же задачу; фактически, они могут привести к чрезмерному усложнению проекта.

Пример чрезмерного усложнения в 32-битных проектах

Хотя технически возможно программировать 32-битные микроконтроллеры на сборке, это невероятно сложная задача (если не почти невозможная).Почти все проекты для 32-битных проектов выполняются исключительно в IDE, которые используют инструменты настройки периферийных устройств, конфигураторы контактов и кодируют микроконтроллер на языках высокого уровня, таких как C ++. Большинство проектов будут работать полностью на C ++, но некоторые проекты будут иметь строгие требования к срокам, которые часто недостижимы на C ++. 8-битные микроконтроллеры часто разрабатываются для кодирования на ассемблере, и поэтому их среда программирования ориентирована на ассемблер. Это упрощает подсчет тактовых циклов и, таким образом, создает критичные ко времени процедуры.Хотя процедуры ассемблера могут быть вставлены в C ++, часто бывает нелегко смешать их, и здесь возникает вторая проблема с современными 32-разрядными микроконтроллерами; сложные периферийные устройства.

, такие как линейка PIC18 и ATmega, имеют четко определенную документацию, которая объясняет все детали конкретного микроконтроллера, включая его набор команд, в одном документе. Это упрощает использование периферийных устройств на языке C или сборке, и часто нет необходимости в дополнительных инструментах для настройки периферийных устройств.Однако 32-битные микроконтроллеры часто очень непонятны в работе, и попытка использовать простейшее периферийное устройство может быть монументальной задачей. Это еще больше усложняется, когда документация разбросана по множеству различных документов, и трудно найти четкие рабочие примеры. Упрощенный характер 8-битных устройств создал пул онлайн-ресурсов, к которым любой может получить доступ и которые легко понять, но 32-битные устройства не часто используются в повседневных проектах.

Однако устройства IoT являются исключением из этого правила, но следует отметить, что их нелегко сравнить с 8-битными микроконтроллерами.Одним из примеров такого устройства является ESP32; он объединяет 32-разрядный микроконтроллер с возможностями Wi-Fi, несколькими периферийными устройствами и тактовой частотой до 240 МГц. Однако ESP32 сложно использовать в прототипировании без использования готового модуля, который включает в себя вспомогательное оборудование, порт программирования и контакты ввода / вывода. Напротив, большинство 8-битных микросхем доступны в DIP-корпусах. Такие устройства IoT также страдают от тех же проблем, что и другие 32-разрядные микроконтроллеры; они не идеальны для программирования на ассемблере, могут быть сложными для использования периферийных устройств, но в отличие от своих аналогов они намного дороже, чем большинство 8-битных микроконтроллеров.

Какие бывают приложения для 8-битных микроконтроллеров

Важнее всего то, в каких приложениях можно использовать 8-битные микроконтроллеры. Вообще говоря, если устройству не нужно подключаться к Интернету или к нему не предъявляются строгие требования безопасности, то почти всегда можно использовать 8-битный микроконтроллер. . Хотя 8-битные числа ограничены по размеру, большие числа можно разбить на несколько этапов, и это то, что обрабатывают компиляторы C (конечно, это все еще можно сделать на ассемблере).Следовательно, любое приложение, которое требует использования чисел больше 255, может быть выполнено с 8-битным микроконтроллером.

Хотя сами по себе 8-битные микроконтроллеры обычно не имеют доступа к Интернету, их все же можно легко подключить к внешним периферийным устройствам, таким как контроллеры Ethernet и мосты Wi-Fi, чтобы обеспечить соединение. Однако современные методы обеспечения безопасности требуют, чтобы периферийные устройства, обеспечивающие доступ в Интернет, использовали надежный механизм безопасности, а при любом обмене данными между 8-битным микроконтроллером и Интернет-службой использовалось надежное шифрование.Это может быть сложно для 8-битных микроконтроллеров из-за высоких требований к памяти для алгоритмов шифрования, поэтому идеально было бы использовать периферийное устройство, которое может справиться с этим.

Что ждет 8-битные микроконтроллеры в будущем?

По мере развития технологий 8-битные микроконтроллеры в конечном итоге будут выведены из употребления. Однако в отрасли нет никаких признаков сокращения использования 8-битных систем, и их низкая стоимость в сочетании с простотой по-прежнему делает их весьма актуальными. Независимо от приложения, 8-битные устройства всегда найдут цель, поэтому не спешите выбрасывать программатор PICKIT3, Arduino или AVR!

Подробнее

Введение в микроконтроллер — OpenLabPro.com

Микроконтроллер — это электронное устройство, принадлежащее к семейству микрокомпьютеров. Они изготавливаются с использованием технологии СБИС на одном кристалле. На текущем рынке доступны микроконтроллеры с различной длиной слова, начиная с 4 бит, 8 бит, 64 бит до 128 бит. Эта глава посвящена микроконтроллерам, их архитектуре и различным функциям.

Микроконтроллер

В более широком смысле компоненты, составляющие микроконтроллер, — это память, периферийные устройства и, что наиболее важно, процессор.Микроконтроллеры присутствуют в устройствах, где пользователь должен осуществлять определенный контроль. Они разработаны и реализованы для выполнения определенной функции, такой как отображение целых чисел или символов на модуле ЖК-дисплея бытовой техники. Применение микроконтроллеров бесчисленное множество. Проще говоря, любое устройство или оборудование, которое имеет дело с такими функциями, как измерение, управление, отображение и вычисление значений, состоит из микросхемы микроконтроллера внутри него. Они присутствуют практически во всей современной бытовой технике, игрушках, светофорах, офисных инструментах и ​​различной бытовой технике.

Архитектура микроконтроллера

Самая важная часть микроконтроллера — это центральный процессор с длиной слова от 4 до 64 бит, а в некоторых современных микроконтроллерах длина слова превышает предел в 64 бита. . Таймер — еще одна составляющая микроконтроллера. Есть сторожевой таймер. Пространства памяти, такие как RAM, ROM, EEPROM, EPROM, предназначены для хранения данных и программ. Для хранения данных используется энергозависимая память RAM, в то время как для хранения программ и рабочих параметров используются ROM и другие области памяти.

CPU : центральный процессор, считающийся мозгом микроконтроллера, извлекает, декодирует и выполняет инструкции.Он координирует различные действия, происходящие в микроконтроллере.

Порты ввода / вывода : В микроконтроллере имеется несколько параллельных портов ввода / вывода. Они используются для подключения к микроконтроллеру различных периферийных устройств, таких как принтеры, внешние запоминающие устройства, светодиоды и ЖК-дисплеи. Помимо параллельных портов, есть последовательные порты для взаимодействия с микроконтроллером последовательно подключенных периферийных устройств.

Память: Как и в случае микропроцессора, микроконтроллер имеет места для памяти, такой как RAM, ROM, включая EEROM и EPROM.Он также выделяет определенный объем флэш-памяти для хранения исходного кода программы.

Таймеры и счетчики : Это замечательные составные части микроконтроллера. Таймеры и счетчики используются в операциях, которые включают модуляцию, функции синхронизации, генерацию и измерение частоты, а также генерацию импульсов.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) : Такие преобразователи полезны при преобразовании выходного сигнала датчика в аналоговую форму.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП): ЦАП работает прямо противоположно аналогово-цифровому преобразователю. Как очевидно, на выходе будет аналоговый сигнал, который можно использовать для управления аналоговыми периферийными устройствами, такими как двигатель.

Характеристики микроконтроллера

• Основным преимуществом архитектуры CISC (компьютера со сложным набором команд), на основе которой построены современные микроконтроллеры, являются инструкции макротипа. Макро-инструкцию можно использовать в программе, заменяя ряд инструкций.
• Последние микроконтроллеры работают с меньшим энергопотреблением.Обычно они могут поддерживать рабочее напряжение 1,8-5,5 В.
• Расширенная память — еще одна особенность микроконтроллера. Использование памяти ROM, такой как EEPROM и EPROM (флэш-память), делает ее более надежной и удобной для пользователя. В то время как EEPROM является относительно медленной памятью, EPROM работает быстрее. Тот факт, что он позволяет больше циклов стирания / записи, также делает его более удобным.

Преимущества

Основным преимуществом микроконтроллера является низкая стоимость, когда все составные части установлены вместе на одном кристалле.Конструкция делает его более компактным и простым в использовании. Простота использования микроконтроллера и относительно простой процесс обслуживания также делают его более надежным. Почти все контакты микроконтроллера являются программируемыми, что делает микроконтроллер очень удобным для пользователя. Простота подключения ПЗУ, ОЗУ и портов ввода / вывода. Другими важными преимуществами являются простота устранения неисправностей и минимальные затраты времени на выполнение различных операций.

Недостатки

Поскольку он содержит все компоненты на одном кристалле, микроконтроллеры имеют относительно сложную архитектуру.Микроконтроллеры не подходят для непосредственного сопряжения с высокомощными устройствами и могут одновременно выполнять только ограниченное количество операций.

Сравнение микроконтроллера с микропроцессором

Микропроцессор

• Внутри находится только центральный процессор; т.е. вычислительные мощности, такие как Intel Pentium 1,2,3,4 Core 2 Duos, i3, i5 и т. д.
• На чипе нет ОЗУ, ПЗУ и других периферийных устройств. Разработчик системы должен добавить их извне, чтобы сделать их функциональными.
• Приложение включает настольные ПК, ноутбуки, блокноты и т. Д.
• Приложения — это приложения, в которых задачи не специфичны, такие как разработка программного обеспечения, игр, веб-сайтов, редактирование фотографий, создание документов и т. Д.
• Поскольку микропроцессоры не могут использоваться отдельно, так как им требуется ОЗУ, ПЗУ и другие периферийные устройства. Система, использующая микропроцессоры, стоит дороже, чем микроконтроллер.
• Тактовая частота микропроцессора довольно высока по сравнению с микроконтроллером. Они могут работать на частотах выше 1 ГГц при выполнении сложных задач.

Микроконтроллер

• В ЦП микроконтроллера RAM, ROM и другие периферийные устройства встроены в один чип.
• Иногда его называют мини-компьютером или компьютером на одном кристалле.
• Некоторыми гигантами в области производства микроконтроллеров являются ATMEL, microchip, TI, Freescale, Philips, Motorola и т. Д.
• Предназначен для выполнения конкретных задач. т. е. определена взаимосвязь между входом и выходом.
• Поскольку приложения очень специфичны, им требуются небольшие ресурсы, такие как ОЗУ, ПЗУ, порты ввода-вывода, и, следовательно, они могут быть встроены в один чип.
• Тактовая частота микроконтроллера варьируется от нескольких МГц до 30-50 МГц.

Типы микроконтроллеров

По архитектуре, памяти и размеру слов, которые он может обрабатывать, микроконтроллеры делятся на несколько категорий.

Категоризация по размеру битов

Имеется 8-битный микроконтроллер, который выполняет основные функции, такие как арифметические и логические операции. Intel 8051 — это 8-битный микроконтроллер. Примером 16-битного микроконтроллера является Intel 8096.Они более точны и обеспечивают лучшую производительность по сравнению с 8-битными микроконтроллерами. 32-битные микроконтроллеры используются для выполнения более высоких функций, где требуется точное автоматическое управление. Лучший пример такого применения микроконтроллера — имплантируемые медицинские приборы.

Категоризация на основе памяти

В соответствии с объемом памяти внутри микроконтроллера микроконтроллеры классифицируются как микроконтроллер с внешней памятью и микроконтроллер со встроенной памятью.

Микроконтроллер внешней памяти: в нем не все составные части, особенно память, собраны на одном кристалле. Intel 8031 ​​- это такое устройство, которое не имеет программной памяти на кристалле. Встроенная память
: как видно из названия, в ней есть все функциональные блоки, включая память программ и данных
, изготовленную на одном кристалле. 8051 — это пример.

В зависимости от архитектуры памяти микроконтроллеры делятся на два: архитектура памяти Гарварда и архитектура памяти Принстона.

Категоризация на основе набора команд

Существует две классификации на основе набора команд. Это CISC и RISC. CISC — это сокращенная форма для компьютера со сложным набором команд, а RISC — это сокращенная форма для компьютера с сокращенным набором команд. CISC основан на наборах макросов, что означает, что одна инструкция используется для замены ряда инструкций. В архитектуре сокращенных команд время работы сокращается за счет минимизации тактового цикла на команду.

8051: Это наиболее широко используемый микроконтроллер, представленный Intel в 1981 году. Он имеет внутреннюю ПЗУ 40 КБ и 128 байт ОЗУ. Дополнительные 64 КБ внешней памяти могут быть связаны с микроконтроллером. Четыре параллельных 8-битных порта этого микроконтроллера могут быть легко запрограммированы и адресованы. К микроконтроллеру подключен кварцевый генератор, который генерирует частоту 12 МГц. Помимо этих компонентов, в микроконтроллеры 8051 встроены 8-битный последовательный порт и два 16-битных таймера.

Приложения

• Периферийный контроллер ПК
• Робототехника
• В биомедицинском оборудовании
• В системе связи
• В автомобилях
• В устройствах обнаружения пожара
• В устройствах измерения и контроля света и температуры
• Управление технологическим процессом и устройства промышленной автоматизации
• В измерительных устройствах, таких как вольтметры и измерители тока

Различные производители микроконтроллеров

1. Аналоговые устройства — 8051 микроконтроллеры с 12-разрядным аналого-цифровым преобразователем.
2. Atmel- 8051, AT91, AVR, AVR32
3. Freescale Semiconductor — семейство микроконтроллеров от 8 до 32 бит
4. Технологии Infineon — 8-битные микроконтроллеры на базе 8051 и 16-битных микроконтроллеров ROM и OTP
5. Maxim Integrated Products — микроконтроллеры 8051 с однотактной флэш-памятью 75 МГц, некоторые маломощные 16-битные микроконтроллеры
6. Microchip — широкий набор 8-битных семейств микроконтроллеров, включая PIC12, PIC16, PIC18, 16-битный микроконтроллер PIC 24 и PIC32, который составляет 32 -битные микроконтроллеры.

Поделитесь любовью, поделитесь этим

The Future is Tiny. Микроконтроллеры преобразят Интернет вещей… | Брайан Костанич | Примечательно

изменят Интернет вещей и нашу жизнь.

Десять лет назад Стив Джобс стоял на сцене с iPhone, и мы заглянули в будущее. Суперкомпьютер в каждом кармане, в любой точке мира. Сейчас смартфонов почти столько же, сколько людей ».

И все же, судя по цифрам, смартфон бледнеет по сравнению с грядущей аппаратной революцией; к 2025 году в мире будет в десять раз больше устройств, не подключенных к мобильным телефонам, чем людей .

Технологический прогресс носит повторяющийся, но прерывистый характер. Время от времени происходит что-то грандиозное и меняет наше отношение к миру. Огонь, металлургия, телеграф, Интернет и так далее. Все это оказало глубокое влияние на отношения человечества с миром и друг с другом. Смартфон изменил практически все аспекты нашего отношения к миру. От направлений GPS в реальном времени до Instagram, он изменил не только то, как мы взаимодействуем с окружающей средой, но и друг с другом.

И то, что будет дальше, окажет невообразимо большое влияние на наш вид.

Мобильная революция дала нам нечто большее, чем просто телефонную связь: крошечные, высококачественные, недорогие, энергосберегающие, подключаемые компоненты, а также новые процессы и промышленные возможности для их производства. Каждый смартфон представляет собой набор интересного оборудования, большая часть которого разработана специально для мобильного использования, но если вырвать его из этого контекста, его можно использовать для создания самых разных интересных возможностей помимо мобильных телефонов.

Скоро будет сложно купить новинку без каких-то подключенных смартов. Управление устройством с мобильного телефона станет стандартной функцией, а повсеместные датчики и средства управления преобразуют промышленную автоматизацию, здания и наше взаимодействие с окружающим миром. Эта повсеместная трансформация подключенного оборудования обещает стать самой большой частью компьютерной революции, поскольку к 2020 году на IoT будет тратиться 1 трлн долларов США в год. 3

ряд встроенных преимуществ, включая цену, функциональность / производительность и стоимость.

В то время как мобильные устройства сокращали все и превращали оборудование в товар, происходило кое-что еще. Частично как побочный продукт этих инноваций, микроконтроллер, являвшийся опорой простых встраиваемых систем с 70-х годов, пережил серьезное возрождение.

Микроконтроллер (часто сокращается до MCU ), представляет собой автономный мини-вычислительный чип, у которого есть все необходимое для работы, и обычно включает флэш-память для хранения кода / приложений и небольшой объем оперативной памяти для выполнения.

В отличие от других микропроцессоров, микроконтроллеры имеют свои корни во встроенном оборудовании, поэтому они также имеют множество универсальных вводов / выводов (GPIO) для связи с периферийными аппаратными устройствами и управления ими. Сюда входят как цифровой ввод-вывод, так и связанные с ним протоколы, такие как I2C, Serial, SPI, CAN и другие, а также аналоговый ввод-вывод для чтения данных с датчиков окружающей среды и других аналоговых источников.

Многие современные микроконтроллеры также имеют другие интересные функции, такие как аппаратный JPEG и криптографическое ускорение, которые расширяют их варианты использования на такие вещи, как управление камерой или продукты безопасности.Многие даже имеют контроллеры дисплея и ускорение 2D-графики, что позволяет им управлять дисплеями и принимать ввод с сенсорного экрана.

Также, в отличие от других микропроцессоров, таких как ЦП, микроконтроллеры не предназначены для работы с тяжелыми ОС, такими как Linux или Windows, которые основаны на многопользовательской, многопользовательской, аппаратно-абстрагированной парадигме, в которой ОС часто является самой тяжелой. пользователь ресурсов. Вместо этого микроконтроллеры, как правило, либо не имеют ОС, либо работают под управлением операционной системы Micro Real Time (µRTOS), в которой достаточно ОС для поддержки приложения, которое является основным пользователем времени обработки и имеет полный прямой доступ к аппаратному обеспечению микросхемы.Наличие прямого доступа к оборудованию также дает еще одно преимущество; аппаратные коммуникации в реальном времени. В отличие от ОС с аппаратной абстракцией, приложение, работающее на µRTOS, имеет меньше абстракций, замедляющих доступ, и обычно обеспечивает гораздо меньшую задержку доступа к подключенному оборудованию.

Возможно, вы этого не знаете, но если вы читаете это, вы, вероятно, окружены микроконтроллерами. В среднем в доме в развитой стране микроконтроллеров почти в 10 раз больше, чем процессоров, а если вы сидите в машине, то, вероятно, их около 30.⁴

Почти каждое современное устройство оснащено микроконтроллером, но они настолько дешевы и просты в использовании, что используются в игрушках, пультах дистанционного управления, термостатах и ​​практически в любом другом электронном устройстве.

Фактически, микроконтроллеры также служат питанием вездесущих плат Arduino, которые стали стандартом для мастеров и любителей по всему миру.

И хотя микроконтроллеры были встроены во все, от игрушек до автомобилей на протяжении большей части 40 лет, только в последние несколько лет микроконтроллеры стали действительно полезными для Интернета вещей; они не только достаточно мощные, чтобы запускать сложные приложения, но многие из них также получили встроенную поддержку шлюзов, таких как Ethernet, WiFi, BLE и другие.Многие из них также открыли свои шины памяти для работы с внешней флеш-памятью и RAM, что позволяет их расширять интересными способами.

Микроконтроллеры также выполняют функции многих других устаревших технологий. Например, программируемые логические контроллеры (ПЛК) массово заменяются в продуктах микроконтроллерами, поскольку они могут делать все, что может делать ПЛК, а также дешевле и гибче. Аппаратные пропорциональные, интегральные, производные (PID) контроллеры когда-то были основным продуктом таких устройств, как печи, холодильники, рисоварки и HVAC, для управления такими вещами, как температура, и теперь их почти заменили MCU в новых конструкциях.

Микроконтроллеры часто путают с другим недавно популярным классом микросхем, известным как прикладные процессоры . Прикладные процессоры вышли из мобильной революции как менее энергопотребляющая, но все же высокопроизводительная альтернатива процессорам, которые имели достаточно мощности для управления всей мобильной ОС, но при этом работали от батареи.

Прикладные процессоры часто представляют собой систему на микросхеме (SoC), что означает, что они не являются одноядерным одноцелевым чипом, а содержат несколько ядер с различными функциями.Фактически, многие прикладные процессоры фактически представляют собой почти всю материнскую плату низкоуровневого компьютера, сжаты и помещены в один массивный кусок кремния.

Многие из распространенных процессоров приложений основаны на спецификации ядра процессора ARM A7 и используются в одноплатных компьютерах (SBC), таких как Raspberry Pi, а также во многих телефонах Android.

Поскольку SoC представляют собой крошечные компьютеры, они работают и фактически требуют полных операционных систем, таких как Linux или Windows, и обладают всеми преимуществами и недостатками обычного компьютера.

И поскольку аппаратные периферийные устройства требуют поддержки GPIO и протоколов, которые присутствуют в микроконтроллерах, большинство SoC встраивают один или несколько микроконтроллеров в свои микросхемы. Например, плата Microsoft Sphere — это одноплатный компьютер, на котором работает микросхема MT3620, в которой и два микроконтроллера !

Все эти микросхемы и вспомогательные компоненты требуют питания. Отсюда возникает еще одно: энергоэффективность.

Микроконтроллеры, для сравнения, спроектированы так, чтобы потреблять очень мало энергии в качестве основной конструктивной функции; он влияет на конструктивные решения как в кристалле, так и в программном обеспечении, которое они запускают.Почти все современные архитектуры микроконтроллеров и, следовательно, сами чипы имеют встроенные функции энергосбережения, такие как расширенные функции сна. И хотя периферийные устройства обычно потребляют больше всего энергии, микроконтроллер может потреблять милливатт или меньше во время работы⁵ по сравнению с половиной ватта микросхемы A53⁶, которую использует Raspberry Pi. Это означает, что можно ожидать, что Raspberry Pi потребляет в тысячу раз больше энергии, даже без периферийных устройств, чем микроконтроллер.

И хотя прикладные процессоры на SBC со временем имеют тенденцию к увеличению энергопотребления, микроконтроллеры фактически настраиваются для повышения энергоэффективности.Например, чип STM32F7 вдвое мощнее, но потребляет вдвое меньше энергии, чем его предшественник, STM32F4.

Эта энергоэффективность означает, что микроконтроллеры, даже с датчиками, могут работать в течение многих лет от небольшой батареи или бесконечно долго, добавляя небольшой солнечный элемент.

И хотя не каждый вариант использования Интернета вещей требует работы от батареи, энергоэффективность микроконтроллера приносит свои плоды и другими способами.

Во-первых, за счет использования небольшой части мощности одноплатных компьютеров их совокупная стоимость владения значительно ниже; экономия, которая часто увеличивается за счет установки нескольких устройств.И вся эта экономия энергии означает, что микроконтроллеры работают намного холоднее, чем процессоры приложений, что не только снижает сложность охлаждения в конструкции, но и полезна в местах, где охлаждение затруднено, например в вакууме (например, в космосе).

Эта небольшая потребляемая мощность также означает, что они могут питаться от альтернативных источников, а не от сетевой розетки, например от технологий сбора энергии. Это означает, что их можно разместить практически в любом месте, значительно расширяя возможности их использования и выполняя обещание разместить IoT практически повсюду, , .

Существует очень мало случаев использования IoT, когда процесс приложения или SBC действительно необходим для их поддержки, в основном потому, что некоторые задачи функционально ограничены вычислительной мощностью микроконтроллера.

Machine Vision, например, невероятно хорошо работает на микроконтроллерах. В фантастической статье Пита Уордена « Почему будущее машинного обучения — крошечное» он утверждает, что микроконтроллеры на самом деле лучше справляются с машинным обучением, чем внешние архитектуры, которые можно найти в SBC.И он должен знать; он возглавляет команду TensorFlow в Google, которая специализируется на мобильных и встроенных приложениях для машинного обучения.

Пользовательские интерфейсы (UI) — еще одна причина, по которой иногда упоминается использование прикладного процесса для IoT, но на самом деле в большинство современных микроконтроллеров встроено ускорение 2D-графики. И существует ряд графических библиотек, предназначенных для микроконтроллеров.

Одно из немногих мест, где одноплатный компьютер превосходит микроконтроллер, — это трехмерная графика и выход HDMI.Но почти по определению существует несколько вариантов использования Интернета вещей, для которых требуются такие функции киоска. Когда пытаешься провести границу вокруг того, что такое Интернет вещей, на ум не сразу приходят киоски. А благодаря ускорению 2D-графики, встроенной поддержке ввода с сенсорного экрана и широкой поддержке дисплеев, которые сами по себе не являются компьютерами (любой дисплей с входом HDMI, скорее всего, сам компьютер), а вместо этого являются стандартными компонентами, микроконтроллеры действительно сияют.

У микроконтроллеров много преимуществ, но есть одна выдающаяся особенность, которая делает их самой важной частью революции Интернета вещей: цена.32-битные микроконтроллеры начинаются от 1 доллара каждый при серийном производстве, и даже флагманский микроконтроллер, такой как STM32F7 (топовый ARM F7 ST) стоит менее 10 долларов. И новое поколение микроконтроллеров от Espressif Systems, ESP32 со встроенным Wi-Fi и Blutetooth Low-Energy (BLE) и стоит около 2 долларов.

Напротив, чипы A7 обычно стоят выше 25 долларов за штуку, а многие из них стоят дороже 35 долларов за штуку!

И цена прикладного процессора — это не только сам чип.Для их поддержки требуется гораздо больше внешних компонентов, чем для их аналогов на микроконтроллерах. Хотя спецификация материалов (BOM) и стоимость Raspberry Pi являются собственностью, хорошо известно, что он продается почти с нулевой маржой, а основной чип субсидируется и также поставляется почти по цене, и все же вычислительный модуль Raspberry Pi ( их встраиваемая версия) стоит около 45 долларов США. Сравните это со встраиваемой платой на базе ESP32, в которую интегрированы Wi-Fi и BLE, стоит около 9 долларов, а фактическая стоимость этой платы, вероятно, ближе к 5 долларам.

Это означает, что вы можете купить или построить от 5 до 10 устройств IoT на базе микроконтроллеров по той же цене, что и одно устройство SoC! А в нижней части спектра микроконтроллеров разрыв в цене становится еще более очевидным.

Одним из основных недостатков микроконтроллеров является то, что платформы разработчика не догнали оборудование. Разработка микроконтроллеров не сильно изменилась с 80-х годов; большая часть разработки по-прежнему выполняется на языках низкого уровня, таких как C / C ++, или вариантах, таких как Wiring (язык IDE Arduino).И хотя такие игроки, как Particle, добавили поддержку обновлений по воздуху и возможность подключения LTE, их история разработки не сильно отличается от Arduino.

Платформы одноплатных компьютеров, напротив, сегодня не имеют этого ограничения; поскольку они используют многие полные варианты Linux или Windows IoT, разработчики могут использовать большинство своих любимых инструментов для разработки.

Эта история быстро меняется, поскольку на горизонте появляются новые платформы и инструменты для микроконтроллеров.

Революция подключенных к Интернету вещей идет полным ходом, и в ней будут использоваться миллиарды крошечных подключенных микроконтроллеров. Они охватывают практически все мыслимые сценарии использования Интернета вещей, многие из которых практически не поддерживаются какой-либо другой архитектурой микросхем, и они делают это за небольшую часть общей стоимости владения. И хотя инструменты микроконтроллеров могут в значительной степени оставаться примитивными, эта область быстро меняется в ответ на растущий спрос на решения для микроконтроллеров.

1. https: // techcrunch.com / 2015/06/02 / 6-1b-smartphone-users-global-by-2020-overtaking-basic-fixed-phone-subscriptions /
2. https://www.statista.com/statistics/471264/iot- количество подключенных устройств по всему миру /
3. https://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prUS43295217
4. https://en.wikipedia.org/wiki/Microcontroller — см. «Объемы и стоимость
5. На полмиватта больше похоже. https://www.emcraft.com/som/stm32f7/stm32f7-som-power-consuming
6. A53 потребляет так много энергии, отчасти потому, что операционные системы, которые на них работают, не рассчитаны на энергоэффективность.https://www.anandtech.com/show/8718/the-samsung-galaxy-note-4-exynos-review/4

Основы микроконтроллеров — структура, приложения, плюсы и минусы

Что такое микроконтроллер?

PS: Этот пост является продолжением поста ВВЕДЕНИЕ В ПИК .

Микроконтроллер — это однокристальный микрокомпьютер, изготовленный на базе СБИС. Микроконтроллер также называется встроенным контроллером, потому что микроконтроллер и его вспомогательные схемы часто встроены или встроены в устройства, которыми они управляют.Доступны микроконтроллеры с разной длиной слова, такие как микропроцессоры (сегодня доступны 4-битные, 8-битные, 16-битные, 32-битные, 64-битные и 128-битные микроконтроллеры).

1) Микроконтроллер в основном содержит один или несколько следующих компонентов:

• Центральный процессор (ЦП)
• Оперативная память) (RAM)
• Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
• Порты ввода / вывода
• Таймеры и счетчики
• Управление прерываниями
• Аналого-цифровые преобразователи
• Цифровые аналоговые преобразователи
• Последовательные порты интерфейса
• Цепи колебательные

2) Внутренний микроконтроллер состоит из всех функций, необходимых для вычислительной системы, и функционирует как компьютер без добавления в него каких-либо внешних цифровых частей.

3) Большинство контактов в микросхеме микроконтроллера могут быть сделаны программируемыми пользователем.

4) Микроконтроллер имеет множество инструкций обработки битов, которые могут быть легко поняты программистом.

5) Микроконтроллер может обрабатывать логические функции.

6) Более высокая скорость и производительность.

7) Встроенная в микроконтроллер структура ПЗУ обеспечивает лучшую защиту микропрограмм.

8) Простота проектирования при низкой стоимости и небольшом размере.

Базовая структура и структурная схема микроконтроллера показаны на рисунке (1.1).

Изображение взято из

CPU — это мозг микроконтроллера. ЦП отвечает за выборку инструкции, ее декодирование и, наконец, выполнение. ЦП объединяет каждую часть микроконтроллера в единую систему. Основная функция ЦП — выборка и декодирование инструкций. Команда, полученная из памяти программы, должна быть декодирована ЦП.

Функция памяти в микроконтроллере такая же, как и в микропроцессоре. Он используется для хранения данных и программ. Микроконтроллер обычно имеет определенный объем ОЗУ и ПЗУ (EEPROM, EPROM и т. Д.) Или флэш-памяти для хранения исходных кодов программ.

• Параллельные порты ввода / вывода

Параллельные порты ввода / вывода в основном используются для подключения различных устройств, таких как ЖК-дисплеи, светодиоды, принтеры, памяти и т. Д., К микроконтроллеру.

Последовательные порты обеспечивают различные последовательные интерфейсы между микроконтроллером и другими периферийными устройствами, такими как параллельные порты.

Это одна из полезных функций микроконтроллера. Микроконтроллер может иметь более одного таймера и счетчиков. Таймеры и счетчики обеспечивают все функции отсчета времени и счета внутри микроконтроллера. Основными операциями этого раздела являются функции часов, модуляция, генерация импульсов, измерение частоты, создание колебаний и т. Д.Это также можно использовать для подсчета внешних импульсов.

• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Преобразователи АЦП используются для преобразования аналогового сигнала в цифровую форму. Входной сигнал в этом преобразователе должен быть в аналоговой форме (например, выход датчика), а выход этого устройства — в цифровой форме. Цифровой выход может использоваться для различных цифровых приложений (например, для измерительных устройств).

• Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

ЦАП выполняет операцию обратного преобразования АЦП.ЦАП преобразует цифровой сигнал в аналоговый формат. Обычно используется для управления аналоговыми устройствами, такими как двигатели постоянного тока, различные приводы и т. Д.

Управление прерыванием, используемое для обеспечения прерывания (задержки) для рабочей программы. Прерывание может быть внешним (активируется с помощью вывода прерывания) или внутренним (с помощью команды прерывания во время программирования).

• Блок специального функционирования

Некоторые микроконтроллеры используются только для некоторых специальных приложений (например,грамм. космические системы и робототехника) эти контроллеры, содержащие дополнительные порты для выполнения таких специальных операций. Это считается специальным функциональным блоком.

Основное сравнение микропроцессора и микроконтроллера, показанное на рис. (1.2)

Источник изображения

Приведены основные преимущества микроконтроллеров.

a) Микроконтроллеры действуют как микрокомпьютер без каких-либо цифровых компонентов.

b) Поскольку более высокая степень интеграции внутри микроконтроллера снижает стоимость и размер системы.

c) Использование микроконтроллера простое, легко устраняет неисправности и обслуживает систему.

d) Большинство контактов программируются пользователем для выполнения различных функций.

e) Простое сопряжение с дополнительной RAM, ROM, портами ввода / вывода.

е) Низкое время, необходимое для выполнения операций.

a) Микроконтроллеры имеют более сложную архитектуру, чем микропроцессоры.

б) Выполнять одновременно ограниченное количество выполнений.

c) В основном используется в микрооборудовании.

d) Невозможно напрямую связать устройства большой мощности.

В наши дни микроконтроллеры можно встретить во всех видах электронных устройств. Любое устройство, которое измеряет, хранит, контролирует, вычисляет или отображает информацию, должно иметь внутри микроконтроллер. Наиболее широко микроконтроллеры используются в автомобильной промышленности (микроконтроллеры широко используются для управления двигателями и регуляторами мощности в автомобилях).Вы также можете найти микроконтроллеры внутри клавиатур, мышей, модемов, принтеров и других периферийных устройств. В испытательном оборудовании микроконтроллеры упрощают добавление таких функций, как возможность сохранять измерения, создавать и сохранять пользовательские процедуры, а также отображать сообщения и формы сигналов. Потребительские продукты, в которых используются микроконтроллеры, включают цифровые видеокамеры, оптические проигрыватели, ЖК / светодиодные дисплеи и т.