Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

12 Spezifikationen bei der Auswahl eines Mikrocontrollers für Ihr Produkt

Die große Mehrheit der elektronischen Produkte erfordert einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor als Gehirn. Für fortschrittliche Produkte, die Hochgeschwindigkeits-Verarbeitungsfunktionen benötigen (d. H. Ein Smartphone oder Tablet), ist ein Mikroprozessor erforderlich. Andernfalls ist ein Mikrocontroller normalerweise die beste Lösung. Ein Arduino basiert beispielsweise auf einem Mikrocontroller und ein Raspberry Pi auf einem Mikroprozessor.

Wahrscheinlich wird Ihr Elektronikdesign einen Mikrocontroller benötigen. Im Allgemeinen kann man sich einen Mikrocontroller als einen Computer vorstellen, der auf einer einzelnen integrierten Schaltung aufgebaut ist, die einen Prozessor, einen Speicher und verschiedene Peripheriegeräte enthält. Es gibt viele Möglichkeiten für Mikrocontroller, vielleicht eine überwältigende Anzahl von Möglichkeiten.

Obwohl eine Suche bei Google Sie in die richtige Richtung lenken könnte, empfehle ich die Suche nach Mikrocontrollern bei den großen Distributoren für elektronische Komponenten wie Digikey, Arrow und Mouser. Auf diese Weise können Sie Ihre Suche nur auf Mikrocontroller beschränken, die aktiv verfügbar sind. Sie können damit auch schnell Preise vergleichen.

Zu Beginn eines Projekts ist es eine gute Idee, ein Blockdiagramm des Systems zu zeichnen, das Sie sich vorstellen. Welche Dinge verbinden Sie mit dem Mikrocontroller?

Ein Systemblockdiagramm ist für diese frühe Planung von unschätzbarem Wert und kann Ihnen sagen, wie viele E / A-Pins (Input / Output) und serielle Kommunikationsanschlüsse für das Projekt erforderlich sind.

Mikrocontroller können eine Vielzahl von Peripheriegeräten enthalten. Die folgende Liste enthält einige der Funktionen, die moderne Mikrocontroller bieten.

Speicher: Die meisten heute verfügbaren Mikrocontroller verfügen über einen integrierten FLASH- und RAM-Speicher. FLASH ist ein nichtflüchtiger Speicher, der zur Programmspeicherung verwendet wird, und RAM ist ein flüchtiger Speicher, der zur temporären Speicherung verwendet wird. Einige Mikrocontroller enthalten auch einen EEPROM-Speicher zum dauerhaften Speichern von Daten.

Digitaler allgemeiner Eingang und Ausgang (GPIO): Hierbei handelt es sich um logische Pegelanschlüsse für Eingang und Ausgang. Im Allgemeinen können sie bis zu ein paar Dutzend Millamps sinken oder versorgen und als Open Drain oder Push Pull konfiguriert werden.

Analogeingang: Die meisten Mikrocontroller können eine analoge Spannung präzise ablesen. Analoge Signale werden vom Mikrocontroller über einen Analog-Digital-Wandler (ADC) abgetastet.

Analogausgang: Analoge Signale können vom Mikrocontroller über einen Digital-Analog-Wandler (DAC) oder einen Impulsbreitenmodulationsgenerator (PWM) generiert werden. Nicht alle Mikrocontroller verfügen über einen DAC, sie bieten jedoch PWM-Funktionen.

In Circuit Programming (ISP): Mit ISP können Sie einen Mikrocontroller programmieren, während er in der Anwendungsschaltung installiert ist, anstatt ihn zum Programmieren entfernen zu müssen. Die zwei häufigsten ISP-Protokolle sind JTAG und SWD.

Wireless: Wenn Ihr Produkt Wireless-Funktionen benötigt, sind spezielle Mikrocontroller verfügbar, die Bluetooth-, WLAN-, ZigBee- und andere Wireless-Standards bieten.

Serielle Kommunikation

Alle Mikrocontroller bieten eine Art serieller Kommunikation. Die verschiedenen seriellen Kommunikationsprotokolle, die üblicherweise mit Mikrocontrollern angeboten werden, werden im Folgenden beschrieben:

Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) ist ein serieller Anschluss, der digitale Wörter mit einer Länge von normalerweise 7 bis 8 Bits zwischen einem Startbit und einem optionalen Paritätsbit und einem oder zwei Stoppbits überträgt. Ein UART wird häufig zusammen mit anderen Standards wie RS-232 oder RS-485 verwendet.

UART ist die älteste Art der seriellen Kommunikation. UART ist ein asynchrones Protokoll, dh es gibt kein Taktsignal. Viele Mikrocontroller enthalten auch eine synchrone Version eines UART, die als USART bezeichnet wird.

Serial Peripheral Interface (SPI): SPI wird für die serielle Kommunikation über kurze Entfernungen zwischen Mikrocontroller und Peripheriegeräten verwendet. SPI ist ein synchrones Protokoll, das heißt, es enthält ein Taktsignal für das Timing. SPI ist ein 4-Draht-Standard, der Dateneingangs-, Datenausgangs-, Takt- und Chipauswahlsignale enthält.

Inter Integrated Circuit (I2C): I2C, auch als I2C bezeichnet, ist ein serieller 2-Draht-Bus, der für die Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller und anderen Chips auf der Platine verwendet wird. Wie SPI ist auch I2C ein synchrones Protokoll. Im Gegensatz zu SPI verwendet I2C jedoch eine einzige Leitung für die Dateneingabe und -ausgabe. Anstelle eines Chipauswahlsignals verwendet I2C für jedes Peripheriegerät eine eindeutige Adresse. I2C hat den Vorteil, dass nur zwei Drähte verwendet werden, es ist jedoch langsamer als SPI.

Universal Serial Bus (USB) ist ein Standard, der den meisten Leuten bekannt ist. USB ist eines der schnellsten seriellen Kommunikationsprotokolle. Es wird im Allgemeinen für den Anschluss von Peripheriegeräten verwendet, für die große Datenmengen erforderlich sind.

Controller Area Network (CAN) ist ein serieller Kommunikationsstandard, der speziell für den Einsatz in Automobilanwendungen entwickelt wurde.

Bemerkenswerte Mikrocontroller-Kerne

Es gibt mehrere Mikrocontroller-Kerne, die einige Bekanntheit haben und die es wert sind, beschrieben zu werden. Hier sind vier der häufigsten:

ARM Cortex-M

Die 32-Bit-ARM Cortex M-Serie ist einer der am häufigsten verwendeten Mikrocontrollerkerne, die heute verwendet werden. ARM fertigt und verkauft keine Mikrocontroller, sondern lizenziert ihre Architektur an andere Chiphersteller.

Viele Unternehmen bieten Cortex-M-Mikrocontroller an, darunter ST Microelectronics, Freescale Semiconductor, Silicon Labs, Texas Instruments und Atmel.

Cortex-Mikrocontroller der M-Serie sind meine bevorzugte Wahl für Produkte, die auf den Markt gebracht werden. Sie sind kostengünstig, leistungsstark und weit verbreitet.

8051

Der 8-Bit-Mikrocontroller 8051 wurde 1980 von Intel entwickelt. Er ist der älteste heute noch verwendete Mikrocontroller-Kern. Der 8051 ist derzeit in verbesserten modernen Versionen erhältlich, die von mindestens 8 verschiedenen Halbleiterherstellern verkauft werden. Beispielsweise verwendet der beliebte Bluetooth Low-Energy-Chip von CSR (CSR101x) einen 8051-Kern.

PIC

Der PIC ist eine Familie von Mikrocontrollern von Microchip. Sie sind sehr beliebt und bieten eine Vielzahl von Optionen. Die Anzahl der Pins, der Gehäusestil und die Auswahl der On-Chip-Peripheriegeräte werden in einer nahezu endlosen Anzahl von Kombinationen angeboten.

Atmel AVR

Die als AVR bekannte Mikrocontroller-Linie von Atmel ist in den meisten Versionen des Arduino das Gehirn. Für viele Hersteller ist dies ein einfacher Übergang von einem Arduino zu einem Atmel AVR-Mikrocontroller. Ich habe jedoch festgestellt, dass Sie normalerweise einen der anderen Kerne mit ähnlicher oder besserer Leistung für mehrere Dollar billiger bekommen können.

Fazit

Nachdem Sie den Mikrocontroller ausgewählt haben, entwerfen Sie als Nächstes den Mikrocontrollerkreis und schließen alle Peripheriegeräte an. Ich werde dieses Thema für meinen nächsten Artikel in dieser Serie besprechen.

Möchten Sie mehr über das Design eines elektronischen Produkts erfahren? Dann lesen Sie meine ausführliche zweiteilige Anleitung zur Entwicklung und zum Prototyp eines neuen elektronischen Produkts.

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