Wissen Sie, wie Sie den besten Mikrocontroller für mikrocontrollerbasierte Projekte auswählen? Die Auswahl des richtigen Mikrocontrollers für eine bestimmte Anwendung ist eine der wichtigsten Entscheidungen, die den Erfolg oder Misserfolg der Aufgabe steuert.
Es gibt verschiedene Arten von Mikrocontrollern verfügbar und wenn Sie sich für eine Serie entschieden haben, können Sie ganz einfach Ihr eigenes Design für eingebettete Systeme starten. Ingenieure müssen ihre eigenen Kriterien haben, um die richtige Auswahl treffen zu können.
Hier in diesem Artikel werden die grundlegenden Überlegungen bei der Auswahl eines Mikrocontrollers erläutert.
Mikrocontroller für das Design eingebetteter Systeme
In vielen Fällen wählen die Leute häufig zufällig einen Mikrocontroller aus, anstatt detaillierte Kenntnisse über einen geeigneten Mikrocontroller für das Projekt zu haben. Dies ist jedoch eine schlechte Idee.
Die wichtigste Priorität bei der Auswahl eines Mikrocontrollers sind Informationen über das System wie Blockdiagramme, Flussdiagramme und Eingangs- / Ausgangsperipheriegeräte.
Hier sind die sieben wichtigsten Methoden, die befolgt werden sollten, um sicherzustellen, dass der richtige Mikrocontroller ausgewählt wird.
Bitauswahl des Mikrocontrollers
Die Mikrocontroller sind in verschiedenen Bitraten wie 8-Bit-, 16-Bit- und 32-Bit-Raten erhältlich. Die Anzahl der Bits bezieht sich auf die Größe der Datenleitungen, die die Daten begrenzen. Die Auswahl eines besten Mikrocontrollers für das Design eingebetteter Systeme ist wichtig für die Bitauswahl. Die Leistung des Mikrocontrollers steigt mit der Bitgröße.
8-Bit-Mikrocontroller ::
8-Bit-Mikrocontroller
8-Bit-Mikrocontroller verfügen über 8-Datenleitungen, die jeweils 8-Bit-Daten senden und empfangen können. Es verfügt nicht über zusätzliche Funktionen wie serielle Lese- / Schreibkommunikation usw. Diese verfügen über weniger On-Chip-Speicher und werden daher für kleinere Anwendungen verwendet. Sie sind zu günstigeren Kosten erhältlich. Wenn sich Ihre Projektkomplexität jedoch erhöht, entscheiden Sie sich für einen anderen Mikrocontroller mit höherem Bit.
16-Bit-Mikrocontroller:
16 Bit Mikrocontroller
16-Bit-Controller verfügen über 16-Datenleitungen, die jeweils 16-Bit-Daten senden und empfangen können. Es hat keine zusätzlichen Funktionen im Vergleich zu 32-Bit-Controllern. Es ist dasselbe wie ein 8-Bit-Mikrocontroller, wird jedoch mit wenigen zusätzlichen Funktionen hinzugefügt.
Die Leistung eines 16-Bit-Mikrocontrollers ist schneller als die von 8-Bit-Controllern und kostengünstig. Es ist für kleinere Anwendungen anwendbar. Es ist eine erweiterte Version von 8-Bit-Mikrocontrollern.
32-Bit-Mikrocontroller ::
32-Bit-Mikrocontroller
Die 32-Bit-Mikrocontroller verfügen über 32-Datenleitungen, mit denen jeweils 32-Bit-Daten gesendet und empfangen werden. Die 32-Mikrocontroller verfügen über einige zusätzliche Futures wie SPI, I2C, Gleitkommaeinheiten und prozessbezogene Funktionen.
Die 32-Bit-Mikrocontroller verfügen über eine maximale Reichweite von On-Chip-Speichern und werden daher für größere Anwendungen verwendet. Die Leistung ist sehr schnell und kostengünstig. Sie sind eine erweiterte Version von 16-Bit-Mikrocontrollern.
Familienauswahl des Mikrocontrollers
Es gibt mehrere Anbieter, die unterschiedliche Architekturen von Mikrocontrollern herstellen. Daher hat jeder Mikrocontroller einen eindeutigen Befehls- und Registersatz und keine zwei Mikrocontroller sind einander ähnlich.
Ein Programm oder Code, der für einen Mikrocontroller geschrieben wurde, wird auf dem anderen Mikrocontroller nicht ausgeführt. Verschiedene auf Mikrocontrollern basierende Projekte erfordern unterschiedliche Familien von Mikrocontrollern.
Verschiedene Familien von Mikrocontrollern sind 8051-Familie, AVR-Familie, ARM-Familie, PIC-Familie und viele mehr.
AVR-Familie von Mikrocontrollern
AVR-Familie von Mikrocontrollern
Ein AVR-Mikrocontroller akzeptiert eine Befehlsgröße von 16 Bit oder 2 Bytes. Es besteht aus einem Flash-Speicher, der die 16-Bit-Adresse enthält. Hier werden die Anweisungen direkt gespeichert.
AVR-Mikrocontroller-ATMega8, ATMega32 sind weit verbreitet.
PIC-Familie von Mikrocontrollern
PIC-Familie von Mikrocontrollern
Ein PIC-Mikrocontroller akzeptiert jeden Befehl einen 14-Bit-Befehl. Der Flash-Speicher kann eine Adresse von 16 Bit speichern. Wenn die ersten 7 Bits an den Flash-Speicher übergeben werden, können die verbleibenden Bits später gespeichert werden.
Wenn jedoch 8 Bits übergeben werden, werden die verbleibenden 6 Bits verschwendet. Kurz gesagt, dies hängt tatsächlich von den Herstellern ab.
Dabei ist die Auswahl einer geeigneten Familie von Mikrocontrollern für das Design eingebetteter Systeme sehr wichtig.
Architekturauswahl des Mikrocontrollers
Der Begriff „Architektur“ definiert eine Kombination von Peripheriegeräten, die zur Ausführung der Aufgaben verwendet werden. Es gibt zwei Arten von Mikrocontroller-Architekturen für Mikrocontroller-basierte Projekte.
Von Neumann Architecture
Die Von Neumann-Architektur ist auch als Princeton-Architektur bekannt. In dieser Architektur kommuniziert die CPU mit einem einzelnen Daten- und Adressbus zu RAM und ROM. Die CPU ruft die Anweisungen gleichzeitig aus RAM und ROM ab.
Von-Neumann Architecture
Diese Befehle werden nacheinander über einen einzelnen Bus ausgeführt, und daher dauert die Ausführung jedes Befehls länger. Daher können wir sagen, dass der Prozess der Von Newman-Architektur sehr langsam ist.
Harvard-Architektur
In der Harvard-Architektur verfügt die CPU über zwei separate Busse, nämlich Adressbus und Datenbus, um mit dem RAM und dem ROM zu kommunizieren. Die CPU ruft die Befehle aus den RAM- und ROM-Speichern über einen separaten Datenbus und Adressbus ab und führt sie aus. Daher dauert die Ausführung jedes Befehls weniger lange, was diese Architektur sehr beliebt macht.
Harvard-Architektur
Daher ist für jedes Design eingebetteter Systeme der beste Mikrocontroller meistens der mit Harvard-Architektur.
Befehlssatzauswahl des Mikrocontrollers
Der Befehlssatz ist ein Satz grundlegender Befehle wie arithmetisch, bedingt, logisch usw., die zum Ausführen grundlegender Operationen im Mikrocontroller verwendet werden. Die Mikrocontroller-Architektur arbeitet auf der Basis eines Befehlssatzes.
Für alle auf Mikrocontrollern basierenden Projekte stehen Mikrocontroller auf der Basis von RISC- oder CISC-Befehlssätzen zur Verfügung.
RISC-basierte Architektur
RISC steht für Computer mit reduziertem Befehlssatz. Ein RISC-Befehlssatz führt alle arithmetischen, logischen, bedingten, booleschen Operationen in einem oder zwei Befehlszyklen aus. Der Bereich des RISC-Befehlssatzes beträgt<100.
RISC-basierte Architektur
Eine RISC-basierte Maschine führt Anweisungen schneller aus, da keine Mikrocode-Schicht vorhanden ist. Die RISC-Architektur enthält spezielle Lastspeicheroperationen, mit denen die Daten aus internen Registern und Speicher verschoben werden.
Ein RISC-Chip wird mit einer geringeren Anzahl von Transistoren hergestellt, daher sind die Kosten gering. Für jedes eingebettete Systemdesign wird meistens ein RISC-Chip bevorzugt.
CISC-basierte Architektur
CISC steht für Complex Instruction Set Computer. Der CISC-Befehlssatz benötigt vier oder mehr Befehlszyklen, um alle arithmetischen, logischen, bedingten, booleschen Befehle auszuführen. Der Bereich eines CISC-Befehlssatzes beträgt> 150.
CISC-basierte Architektur
Eine CISC-basierte Maschine führt die Anweisungen im Vergleich zur RISC-Architektur langsamer aus, da hier Anweisungen vor der Ausführung in kleine Codegrößen konvertiert werden.
Speicherauswahl des Mikrocontrollers
Die Speicherauswahl ist bei der Auswahl des besten Mikrocontrollers sehr wichtig, da die Systemleistung von den Speichern abhängt.
Jeder Mikrocontroller kann einen beliebigen Speichertyp enthalten:
On-Chip-Speicher
Off-Chip-Speicher
On-Chip- und Off-Chip-Speicher
On-Chip-Speicher
Der On-Chip-Speicher bezieht sich auf jeden Speicher wie RAM, ROM, der in den Mikrocontroller-Chip selbst eingebettet ist. Ein ROM ist eine Art Speichergerät, das die Daten und Anwendungen dauerhaft darin speichern kann.
Ein RAM-Speicher ist ein Speichertyp, der zum temporären Speichern der Daten und Programme verwendet wird. Mikrocontroller mit On-Chip-Speicher bieten eine Hochgeschwindigkeitsdatenverarbeitung, der Speicher ist jedoch begrenzt. Daher werden Off-Chip-Mikrocontroller verwendet, um die hohen Speicherkapazitäten zu erreichen.
Off-Chip-Speicher
Der Off-Chip-Speicher bezieht sich auf alle Speicher wie ROM, RAM und EEPROM, die extern verbunden sind. Die externen Speicher werden manchmal als sekundäre Speicher bezeichnet, die zum Speichern großer Datenmengen verwendet werden.
Aufgrund dessen wird die Geschwindigkeit der externen Speichercontroller beim Abrufen und Speichern der Daten verringert. Dieser externe Speicher benötigt externe Verbindungen, damit die Systemkomplexität zunimmt.
Chipauswahl des Mikrocontrollers
Die Chipauswahl ist sehr wichtig für die Entwicklung eines Mikrocontroller-basiertes Projekt . Der IC wird einfach als Paket bezeichnet. Die integrierten Schaltkreise sind abgeschirmt, um eine einfache Handhabung zu ermöglichen und die Geräte vor Beschädigungen zu schützen. Integrierte Schaltkreise bestehen aus Tausenden von Grundkomponenten in der Elektronik wie Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren.
Die Mikrocontroller sind in vielen verschiedenen Arten von ICs-Paketen erhältlich und haben jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile. Der beliebteste IC ist der Dual-in-Line-Paket (DIP), wird hauptsächlich in jedem Entwurf eingebetteter Systeme verwendet.
DIP-Mikrocontroller (Dual in Line)
1. DIP (Dual Inline Package)
2. SIP (Single Inline Package)
3. SOP (Small Outline Package)
4. QFP (Quad Flat Package)
5. PGA (Pin Grid Array)
6. BGA (Ball Grid Array)
7. TQFP (Tin Quad Flat Package)
IDE-Auswahl des Mikrocontrollers
IDE steht für integrierte Entwicklungsumgebung und ist eine Softwareanwendung, die in den meisten auf Mikrocontrollern basierenden Projekten verwendet wird. IDE besteht normalerweise aus einem Quellcode-Editor, einem Compiler, einem Interpreter und einem Debugger. Es wird verwendet, um die eingebetteten Anwendungen zu entwickeln. Mit der IDE wird ein Mikrocontroller programmiert.
IDE-Auswahl von Mikrocontrollern
Eine IDE besteht aus folgenden Komponenten: -
Quellcode-Editor
Compiler
Debugger
Links
Dolmetscher
Hex-Dateikonverter
Editor
Der Quellcode-Editor ist ein Texteditor, der speziell für Programmierer entwickelt wurde, um den Quellcode von Anwendungen zu schreiben.
Compiler
Ein Compiler ist ein Programm, das die Hochsprache (C, Embedded C) in eine Maschinensprache (0- und 1-Format) übersetzt. Der Compiler scannt zuerst das gesamte Programm und übersetzt das Programm dann in den Maschinencode, der vom Computer ausgeführt wird.
Es gibt zwei Arten von Compilern:
Native Compiler
Wenn das Anwendungsprogramm auf demselben System entwickelt und kompiliert wird, wird es als nativer Compiler bezeichnet. EX: C, JAVA, Oracle.
Cross-Compiler
Wenn das Anwendungsprogramm auf einem Hostsystem entwickelt und auf dem Zielsystem kompiliert wird, wird es als Cross-Compiler bezeichnet. Alle auf Mikrocontrollern basierenden Projekte werden vom Cross-Compiler entwickelt. Ex Embedded C, montieren, Mikrocontroller.
Debugger
Ein Debugger ist ein Programm, mit dem andere Programme wie das Zielprogramm getestet und debuggt werden. Das Debuggen ist ein Prozess zum Auffinden und Reduzieren der Anzahl von Fehlern oder Defekten im Programm.
Links
Der Linker ist ein Programm, das eine oder mehrere objektive Dateien vom Compiler nimmt und sie zu einem einzigen ausführbaren Programm kombiniert.
Dolmetscher
Ein Interpreter ist ein Teil der Software, die die Hochsprache zeilenweise in maschinenlesbare Sprache umwandelt. Jede Anweisung des Codes wird separat sequentiell interpretiert und ausgeführt. Wenn in einem Teil der Anweisung ein Fehler gefunden wird, wird die Interpretation des Codes gestoppt.
Unterschiedlicher Mikrocontroller mit Anwendungen
Hier finden Sie eine Zusammenfassung einer Tabelle mit Informationen zu verschiedenen Mikrocontrollern und den Projekten, in denen sie verwendet werden können.
Unterschiedliche Mikrocontroller für unterschiedliche Anwendungen
Sind Sie bereit, den besten Mikrocontroller für Ihr Projekt auszuwählen? Wir hoffen, dass Sie jetzt ein klares Bild im Kopf haben, welcher Mikrocontroller für Ihr eingebettetes System am besten geeignet ist. Als Referenz eine Vielzahl von eingebettete Projekte finden Sie auf der Website von edgefxkits.
Hier ist eine grundlegende Frage für Sie: Bei den meisten auf Mikrocontrollern basierenden Projekten, bei denen die oben genannten besten Funktionen kombiniert werden, welche Mikrocontrollerfamilie wird am meisten bevorzugt und warum?
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Bildnachweis:
8 Bit Mikrocontroller von Rapidonline
16 Bit Mikrocontroller von Direktindustrie
32 Bit Mikrocontroller von Rapidonline
AVR-Familie von Mikrocontrollern von Elektrolin
PIC-Familie von Mikrocontrollern von Ingenieursgarage
Harvard Architecture von eecatalog.com
RISC-basierte Architektur von electronicweekly.com
CISC-basierte Architektur von studydroid.com
DIP (Dual in Line) Mikrocontroller von t2.gstatic.com
