Современные микроконтроллеры 2018: Курс «Современные микроконтроллеры: архитектура и программирование»

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.

Программа предназначена для специалистов в области управления техническими объектами.

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

Секреты оценки энергопотребления STM32L5

5 февраля

Алексей Гребенников (г. Москва)

Оценка энергоэффективности очень важна в проектировании встроенных систем на основе микроконтроллеров. Предлагаем новый универсальный способ расчета возможностей микроконтроллера STM32L5 производства STMicroelectronics. Тесты от компании ЕEMBC помогут наиболее объективно оценить энергопотребление устройства, а сервис All-Hardware позволит обойтись без отладочной платы.

Многие современные устройства на базе микроконтроллеров работают в автономном режиме, поэтому для них особенно важна оценка энергоэффективности. К сожалению, простые расчеты по спецификации, как правило, дают очень приближенный результат, который во многих случаях не может быть использован для практических целей. Компания EEMB предлагает ряд методик оценки энергоэффективности, позволяющих получить достаточно точный результат. В статье рассмотрен практический пример расчета с использованием сервиса удаленного подключения к отладочной плате.

Типичные ошибки при оценке энергопотребления

В процессе работы микроконтроллера энергопотребление, как правило, меняется скачкообразно, в зависимости от выполняемой задачи. На рисунке 1 показан типовой профиль работы микроконтроллера.

Рис. 1. Типовой профиль работы микроконтроллера

Предположим, что в первоначальный момент времени устройство отключено, то есть не потребляет энергию. После включения питания микроконтроллер выполняет инициализацию устройства – настраивает периферийные устройства, конфигурирует тактовые сигналы, загружает исполняемый код. Во время этого процесса энергопотребление резко возрастает. После завершения инициализации начинаются периодические процессы, характеризующиеся периодом Т. Часть этого периода процессорное ядро находится в неактивном состоянии или режиме сна, энергопотребление при этом очень низкое. Затем по какому-либо событию, например, по прерыванию, контроллер переходит в активный режим.

Переход из режима малого энергопотребления в активный режим называется пробуждением и характеризуется определенным энергопотреблением. После перехода в активный режим микроконтроллер выполняет ряд задач, которые были определены внешним событием. Процесс выполнения задач также характеризуется определенным энергопотреблением. После выполнения всех заказанных задач микроконтроллер снова переходит в неактивный режим с малым энергопотреблением. Через некоторое время Т процессы повторяются. Таким образом, каждый режим, изображенный на рисунке 1, характеризуется своим потреблением энергии, поэтому для точной оценки энергопотребления устройства используется показатель среднего потребления за время T

У микроконтроллеров производства STMicroelectronics есть несколько режимов малого энергопотребления (рисунок 2).

Рис. 2. Малопотребляющие профили работы МК

Как показано на рисунке 2, различают три режима энергосбережения: Standby, STOP2 и LPSleep. Эти режимы различаются такими параметрами, как:

• среднее энергопотребление. Для режима Standby оно самое малое, а для режима LPSleep – самое высокое;
• максимальный пиковый ток;
• производительность;
• время реакции.

Выбор режима малого потребления зависит от характера работы микроконтроллера. Если события, требующие активной работы, происходят относительно редко, целесообразно применять режим Standby. Этот режим характеризуется самым большим временем выхода из режима сна, но обеспечивает наибольшую экономию энергии.

Если внешние события происходят со средней интенсивностью, наиболее оптимален режим STOP2. В этом режиме сохраняется содержимое памяти SRAM и всех регистров периферии, останавливаются все высокоскоростные тактовые сигналы, но можно активировать внешний осциллятор 32,768 кГц или внутренний осциллятор 32 кГц. Время перехода в активное состояние составляет всего несколько микросекунд.

Если внешние события, требующие активной работы микроконтроллера, происходят часто, наиболее оптимальным является режим LPSleep. Он характеризуется наибольшим энергопотреблением, по сравнению с другими режимами, и наименьшим временем реакции. В этом режиме тактовый генератор процессорного ядра отключен, вся логика запитана от маломощного регулятора. Частота на периферийной шине может достигать 2 МГц. Возможна активация всех периферийных устройств, за исключением USB OTG и генератора случайных чисел.

При оценке энергопотребления очень важно учитывать режимы работы микроконтроллера. Оценка только по цифре мА/МГц может дать неверный результат. Рассмотрим пример, изображенный на рисунке 3.

Рис. 3. Оценка энергопотребления

Микроконтроллер МК2 имеет большую производительность на той же частоте работы. Соответственно, при оценке энергопотребления с использованием значения мА/МГц у МК2 будет более высокое энергопотребление, по сравнению с МК1. Однако за счет того, что МК2 более производительный, он быстрее выполняет задачи и быстрее переходит в режим сна, где энергопотребление МК1 и МК2 практически равны. Поэтому при расчете среднего энергопотребления получается, что МК2 более экономичен, несмотря на то, что у него более высокое потребление на МГц частоты. Это хорошо видно на рисунке 3.

Рисунок 3 хорошо иллюстрирует, что при выборе устройства очень важно учитывать не только удельное потребление микроконтроллера на единицу частоты, но и его производительность.

История EEMBC

Компания Embedded Microprocessor Benchmark Consortium (EEMBC) разрабатывает промышленные стандарты для тестирования аппаратного и программного обеспечения, используемого в сферах автономного вождения, мобильных приложений, интернета вещей и многих других.

Стандарты EEMBC разрабатываются рабочими группами, которые заинтересованы в четко определенных стандартах для измерения производительности и энергоэффективности встроенных систем от устройств интернета вещей до последних версий систем помощи водителю. Полный набор стандартов, разработанных компанией, изображен на рисунке 4.

Рис. 4. Стандарты компании EEMBC

Стандарт CoreMark разработан специально для тестирования функциональности процессорного ядра. В результате выполнения теста CoreMark вычисляется значение и дается оценка, которая позволяет пользователю проводить быстрое сравнение нескольких процессорных ядер. Тест измеряет производительность микроконтроллеров и процессоров, используемых во встроенных системах. Он содержит реализацию алгоритмов работы со списками (поиск и сортировку), операции с матрицами, конечные автоматы, вычисление контрольной суммы CRC. Тест может работать на устройствах с разрядностью 8…64 бит.

Код для тестирования CoreMark доступен бесплатно по ссылке. После завершения тестирования результаты можно загрузить на сайт EEMBC для общего доступа. На данный момент на сайте www.CoreMark.org доступны более чем 120 результатов тестов, которые могут быть использованы для оценки процессорных ядер.

С помощью стандарта SecureMark можно оценить эффективность криптографических алгоритмов, реализованных в устройстве. В рамках этого теста планируется поддержка различных профилей безопасности для различных приложений. Первым для лицензирования доступен SecureMark-TLS, который сфокусирован на протоколе TLS для устройств интернета вещей.

Тест SecureMark-TLS моделирует криптографические операции, необходимые протоколу TLS для безопасной передачи данных. Тест замеряет производительность и энергопотребление физических устройств во время выполнения определенных криптографических функций.

Стандарт IoTMark используется для оценки энергоэффективности устройств интернета вещей. Предполагается, что устройство содержит три ключевых компонента: сенсор, процессор и радиоинтерфейс. Тест позволяет определить суммарное энергопотребление компонентов с целью выбора оптимального микроконтроллера, радиокомпонентов и протокола обмена данными.

Более подробно с остальными видами стандартов можно ознакомиться на сайте компании EEMBC.

Набор стандартов ULPMark позволяет оценивать энергоэффективность устройств, в том числе и для приложений с ультрамалым потреблением, работающих на одной батарейке до 10 лет. Набор включает в себя четыре стандарта:

• ULPMark-CoreProfile позволяет оценить энергопотребление в режимах глубокого сна с учетом энергетического профиля работы устройства;
• ULPMark-PeripheralProfile определяет влияние периферийных устройств на энергопотребление в режимах глубокого сна;
• ULPMark-CoreMark определяет энергопотребление в активном режиме, используя в качестве нагрузки тест CoreMark;
• ULPMark-ML определяет энергопотребление устройств при работе простых алгоритмов машинного обучения. Этот стандарт находится в стадии разработки.

Для стандарта ULPMark-CoreMark тест CoreMark используется в качестве нагрузки. В этом случае замеряется энергия, затраченная на проведение одного теста CoreMark. Затем тест повторяется несколько раз. Для микроконтроллера STM32L5 при проведении этого теста используется напряжение 3 В. Оценка теста вычисляется по формуле 1:

$$ULPMark-CM=\frac{Количество\:итераций}{Энергия\:[мДж]}\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

Способ оценки ULPMark

Микроконтроллер STM32L5 относительно недавно появился на рынке и относится к категории устройств с малым энергопотреблением. Давайте проверим на практике фактическое энергопотребление данного устройства и рассчитаем оценки ULPMark-CoreMark.

Для проведения теста необходимо установить PowerMonitor и CubeIDE. Обе программы находятся в свободном доступе для операционных систем Linux, Windows и Mac.

STM32CubeMonitor-Power (Power Monitor) – специальное программное обеспечение, которое позволяет разработчикам анализировать потребление отладочных плат в энергосберегающих режимах. Замеры параметров питания осуществляются через плату расширения X-NUCLEO-LPM01A или с помощью специализированного измерителя на отладочной плате STM32L562E-DK. Результаты замеров отображаются с помощью интуитивно понятного графического интерфейса. Динамический диапазон измерений тока составляет 0,1…50 мА для X-NUCLEO-LPM01A и 0,3…150 мА для STM32L562E-DK. ПО поддерживает выполнение тестов EEMBC® ULPBench™, в результате выполнения которых отображается оценка ULPMark.

Для проведения тестов будем использовать микроконтроллер семейства STM32L5, чья блок-схема доступной периферии и интерфейсов показана на рисунке 5.

Рис. 5. Блок-схема микроконтроллеров семейства STM32L5

Как показано на рисунке 5, микроконтроллеры семейства STM32L5 содержат большой набор периферийных устройств, таких как таймеры, порты ввода/вывода, устройства для работы с аналоговыми сигналами, интерфейсы передачи данных, блоки шифрования. Следует отметить, что эта серия микроконтроллеров содержит ядро Arm® Cortex®–M33 и поддерживает функцию изоляции TrustZone®.

Ядро Arm® Cortex®–M33 специально разработано для встроенных систем и устройств интернета вещей. Это ядро примерно на 20% производительнее, чем Cortex-M4. Cortex-M33 основано на архитектуре ArmV8-M. Функция TrustZone, также содержащаяся в этой архитектуре, является одним из способов ограничения доступа к ресурсам микроконтроллера (интерфейсам, памяти, периферии) недоверенной области к доверенной.

Для семейства STM32L5 доступны несколько отладочных плат: NUCLEO-L552ZE-Q, STM32L562E-DK и STM32L552E-EV. Внешний вид платы STM32L562E-DK показан на рисунке 6.

Рис. 6. Отладочная плата STM32L562E-DK

Эта плата содержит микроконтроллер STM32L562QE, 512 kбайт Flash-памяти, 256 кбайт памяти RAM, цветной TFT LCD-дисплей 240х240, USB типа С, модуль Bluetooth V4.1 LE, iNEMO 3D-акселерометр и 3D-гироскоп, встроенный программатор STLINK-V3E, а также множество других периферийных устройств. Она совместима с программой PowerMonitor и, соответственно, подходит для оценки энергопотребления. Полная спецификация на плату доступна доступна на нашем сайте [https://www.compel.ru/infosheet/ST/STM32L562E-DK].

На сайте компании ЕЕMBC по ссылке можно сравнить несколько архитектур по производительности и энергопотреблению. Например, на рисунке 7 приведено сравнение ULPMark-CoreMark для микроконтроллеров STM32L5 и STM32L4.

Рис. 7. Сравнение ULPMark-CoreMark для STM32L5 и STM32L4

Сервис для удаленного подключения к отладочной плате

Для первоначального знакомства с новыми микросхемами, а также для отладки существующих алгоритмов часто используются отладочные платы. Это очень хороший инструмент для тестирования, который, однако, требует некоторых материальных вложений. Кроме того, после отработки нужных алгоритмов отладочные платы могут остаться невостребованными, так как дальнейшие работы будут проводиться уже на специализированном аппаратном обеспечении.

Чтобы избежать лишних трат, а также ускорить начало работы, воспользуемся сервисом All-Hardware, который совершенно бесплатно предлагает разработчикам подключиться удаленно и испытать в деле различные отладочные платы на базе микроконтроллеров. Так как кроме подключения к плате из IDE сервис осуществляет и видеотрансляцию выбранной платы, создается почти полная иллюзия наличия платы на вашем столе.

Как мы уже определили выше, для практической оценки энергоэффективности будет использоваться отладочная плата STM32L562E-DK. Эта плата доступна на сайте All-Hardware, и мы проделаем всю практическую работу с помощью данного сервиса (а вы сможете самостоятельно повторить все здесь описанное, даже не имея платы в наличии).

Измерение энергоэффективности

Цель практической работы – замер ULPMark-CoreMark при частоте работы 24 МГц. Для выполнения работы необходимы следующие инструменты:

• CubeMonitor Power – программное обеспечение, которое можно скачать на сайте производителя;
• STM32CubeIDE – среда разработки, которую также можно скачать на сайте ST;
• файлы прошивок для тестирования на частоте 01_CoreMark_24MHz.bin;
• отладочная плата STM32L562E-DK, которая будет удаленно использована, благодаря доступу к сервису All-Hardware;
• операционная система Windows, так как конфигурационная программа сервиса доступна только для этой операционной системы.

Последовательность выполнения практической работы следующая:

1. Переходим на сайт All-Hardware и бронируем отладку STM32L562E Discovery.
2. На локальном компьютере открываем окно командной строки и переходим в папку (полный путь зависит от места установки среды STM32CubeIDE):

D:\ST\STM32CubeIDE_1. 5.1\STM32CubeIDE\plugins\com.st.stm32cube.ide.mcu.externaltools.gnu-tools-for-stm32.7-2018-q2-update.win32_1.5.0.202011040924\tools\bin

3. Создаем файлы с расширением *.elf на основе имеющихся файлов с расширением *.bin:

• arm-none-eabi-objcopy –I binary –O elf32-littlearm –change-section-address=.data=0x8000000 –B arm –S “d:\compel\energy_efficiency\bins\01_CoreMark_24MHz.bin” app24.elf
• arm-none-eabi-objcopy –I binary –O elf32-littlearm –change-section-address=.data=0x8000000 –B arm –S “d:\compel\energy_efficiency\bins\01_CoreMark_110MHz.bin” app110.elf 

4. Запускаем GDB:

arm-none-eabi-gdb.exe

5. Подключаемся к удаленному серверу:

target remote IP-address:Port

Параметры IP-address и Port берутся из настроек сервиса all_hw, как это показано на рисунке 8.

Рис. 8. Параметры подключения

6. Загружаем и включаем приложение:

load app24. elf

mon reset 0

quit

На рисунке 9 приведены результаты измерений EEMBC, которые будут являться эталоном для проведения теста.

Рис. 9. Результаты измерений на сайте EEMBC

Для проведения тестов необходимо установить программное обеспечение для эмуляции COM-порта. Для этого после открытия сессии отладки переходим по ссылкам, выделенным красным цветом на рисунке 10.

Рис. 10. Установка программного обеспечения для COM-порта

Сначала переходим по ссылке “Download Virtual COM port application”, скачиваем и устанавливаем приложение All-Hardware-Setup.exe с правами администратора.

После установки программы появляется сообщение, показанное на рисунке 11.

Рис. 11. Сообщение после установки программы All-Hardware-Setup.exe

Далее переходим по ссылке “Download Virtual COM port configuration file”, скачиваем конфигурационный файл и запускаем его с помощью приложения, установленного ранее. Для запуска конфигурационного файла выбираем “Open” в программе All-Hardware-Setup. exe, как это показано на рисунке 12.

Рис. 12. Запуск конфигурационного файла

После этого в диспетчере устройств должен появиться новый COM-порт, через который будет происходит обмен данными приложений на локальном компьютере с удаленной платой. Для подключения через COM-порт можно использовать терминал, доступный во вкладке “Terminal” активной сессии (рисунок 13).

Рис. 13. Удаленное подключение к отладочной плате через COM-порт

После открытия виртуального COM-порта запускаем приложение Power Monitor. В пункте меню “Select device” выбираем необходимый COM-порт и нажимаем кнопку “TAKE CONTROL”, как это показано на рисунке 14.

Рис. 14. Запуск программы Power Monitor

После этого необходимо выполнить ряд настроек в программе Power Monitor (рисунок 15).

Рис. 15. Настройки Power Monitor

На рисунке 15 также показана последовательность выполнения настроек. После нажатия кнопки “Show Report” появляется окно, изображенное на рисунке 16.

Рис. 16. Результат работы программы CoreMark

На рисунке 16 показаны результаты замеров на частоте 24 МГц. По изображенным данным вычисляем ULPMark-CM (формула 2):

$$ULPMark-CM=\frac{Количество\:итераций}{Энергия\:[мДж]}=\frac{1100}{61.389}\approx 18\left[\frac{Coremark}{mW} \right]\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

По данным с официального сайта EEMBC получаем ULPMark-CM = 18,4. Таким образом, результат практического замера с использованием сервиса удаленной отладки очень близок к официальному результату EEMBC.

Подведение итогов

Оценка энергоэффективности очень важна для встроенных систем на основе микроконтроллеров, особенно для работающих в автономном режиме. Тесты от компании ЕEMBC позволяют точно оценить энергопотребление устройства с учетом всех возможных режимов энергосбережения. Так как эти тесты унифицированы, они позволяют проводить выбор наиболее подходящего устройства из линейки доступных.

Сервис all-hw.com позволяет оценить параметры устройства без необходимости приобретать это устройство. Практическое задание показало, что результаты, полученные с использованием удаленной отладочной платы от all-hw.com, очень близки к официальным результатам EMBC.

Контроллеры STM32L5 показывают хорошие результаты и могут быть применены для приложений, критичных к энергопотреблению. Наличие таких сервисов, как ЕEMBC и all-hw.com, позволяет наиболее точно оценить основные рабочие характеристики устройства, такие как производительность и энергопотребление. Специалисты компании КОМПЭЛ всегда рады проконсультировать вас по работе сервисов и помочь в выборе оптимального микроконтроллера STM32 для конкретного приложения.

Программа для расчета CoreMark

•••

Наши информационные каналы

Page not found – Лаборатория проектов школы 169

Unfortunately the page you’re looking doesn’t exist (anymore) or there was an error in the link you followed or typed. This way to the home page.

Blog

• 02/25/2021 – Новое пособие “Дизайн компьютерных игр”
• 01/22/2021 – Snap4Arduino и проекты “виртуальной” робототехники
• 01/21/2021 – Cеминар “Программирование микроконтроллеров в визуальных средах. От учебных проектов к профессиональным”
• 01/18/2021 – Дистанционная внеурочка, материалы занятий по темам Робототехника и Дизайн компьютерных игр
• 12/01/2020 – Лекция-демонстрация “Комплект на базе робота Makeblock mBot в школе и дома”
• 11/24/2020 – Профессиональный и личностный успех в проектах технической направленности как фактор формирования социальных установок обучающихся
• 11/23/2020 – Виртуальная робототехника на Scratch и Snap4arduino
• 11/16/2020 – Цифровая образовательная среда. Проблемы, решения и влияние на социальные установки. Начало.
• 11/11/2020 – Представляем 5 главу книги “Scratch и Arduino для юных программистов и конструкторов”
• 08/25/2020 – Программа физического моделирования Algodoo, первые шаги
• 08/19/2020 – Средства визуального программирования микроконтроллеров, краткий обзор обновлений
• 08/04/2020 – Готовим дидактические материалы для внеурочки в условиях продолжающейся пандемии
• 06/01/2020 – Шаг за шагом моделируем в Scratch гармонические колебания и упругое взаимодействие объектов
• 04/27/2020 – Шаг за шагом моделируем столкновения объектов в среде Snap4arduino
• 04/18/2020 – Шаг за шагом моделируем поведение робота в среде Snap4arduino
• 04/04/2020 – Создание домашних заданий в TRIK Studio
• 03/27/2020 – Дистанционное обучение робототехнике на платформе TRIK Studio
• 03/05/2020 – Открытая учебная робоплатформа нового поколения
• 02/25/2020 – Преемственность учебных материалов в робототехнике, альтернативы mBot
• 12/12/2019 – Методы распределённой разработки как учебный инструмент в робототехнике
• 12/10/2019 – Приглашаем на городской семинар «Современные микроконтроллеры и ранняя инженерная профориентация в школе»
• 12/02/2019 – Открытые зимние состязания Санкт-Петербурга по робототехнике 2019
• 11/22/2019 – Наш УМК по робототехнике – Победитель конкурса инновационных продуктов!
• 10/22/2019 – Сборка робота на основе конструктива из набора “Ресурсный набор Lego Mindstorms EV3 (45560)”
• 09/20/2019 – Наш УМК выставлен на участие в региональном конкурсе инновационных продуктов
• 09/12/2019 – Семинар “Техносфера современной школы: создание и перспективы использования”
• 09/01/2019 – Перевод регламента соревнований makeX 2019 года
• 05/29/2019 – Апробация плат от Elecfreaks
• 05/26/2019 – 2 место в категории “Следовании по линиии экстремал”
• 05/15/2019 – Образовательный робонабор под нашу книжку.
• 04/24/2019 – ME-Sensors 3D (модели для печати защитных пластин)
• 04/18/2019 – Региональный круглый стол в 169-ой
• 04/07/2019 – Поздравляем победителей открытых состязаний Санкт-Петербурга по робототехнике 6-7 апреля 2019
• 03/31/2019 – Открытые соревнованиях по робототехнике Центрального района
• 03/28/2019 – ИТНШ 2019. «Ноу-хау» на основной площадке конференции.
• 03/27/2019 – ИТНШ 2019. Выездной семинар в 169-ой
• 02/22/2019 – 3D-печать на занятиях. Из опыта работы.
• 02/18/2019 – Fischertechnik. BT Стартовый набор. Пробуем ROBO Pro Light
• 02/11/2019 – Образовательные продукты Makeblock – традиции, инновации и открытые стандарты
• 02/02/2019 – Курсы робототехники в 169-ой
• 01/30/2019 – Первый шаг в мир микроконтроллеров
• 01/27/2019 – Городские соревнования “Юный конструктор”
• 12/25/2018 – Обзор визуальных средств программирования микроконтроллеров (часть 2)
• 12/20/2018 – Городской семинар “Scratch-подобные визуальные среды программирования микроконтроллеров: обзор, сравнение, расширение возможностей, опыт использования”
• 12/19/2018 – Обзор визуальных средств программирования микроконтроллеров (часть 1)
• 12/14/2018 – Игрофикация в робототехнике, плюсы и минусы
• 12/14/2018 – Fischertechnik. BT Стартовый набор. Начинаем апробацию.
• 12/05/2018 – MakeBlock Ranger. 3D модели для сборки. Вариант 1.
• 11/22/2018 – Наш УМК – лауреат конкурса инновационных продуктов!
• 11/21/2018 – Поздравляем нашего выпускника!
• 10/23/2018 – В 169-ой переведен регламент MakeX Robotics Competition Blue Planet 2018
• 10/18/2018 – Новое поколение микроконтроллеров и программных средств, в чем отличие?
• 10/14/2018 – Зачем и как мы учим программировать микроконтроллеры. Как?
• 10/06/2018 – Робофинист 2018: ведем мастер-классы, представляем новые продукты.
• 10/05/2018 – Ура! В издательстве БХВ вышла наша новая книжка про роботов!
• 09/28/2018 – 3D печать в школе – несколько зарисовок из опыта работы.
• 09/22/2018 – Договор с MakeBlock Co.Ltd и ООО “ЦС Импэкс” о совместных исследованиях!
• 06/08/2018 – Advanced Arduino Extension – расширение для mBlock3 от А.Григорьева
• 04/24/2018 – Встреча: MakeBlock, DIGIS, БХВ и 169-ая))
• 03/28/2018 – ИТНШ 2018. Выездной семинар в 169-ой.
• 03/27/2018 – ПОФ 2018. Ярмарка «Успешных практик реализации ФГОС»
• 03/20/2018 – mBot. Собираем оптимальную конфигурацию учебного робота.
• 03/15/2018 – ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ УЧЕБНЫХ ПРОГРАММ ПО НАПРАВЛЕНИЮ “РОБОТОТЕХНИКА” В ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ
• 03/08/2018 – 7-8 марта. Выступление на Робофесте 2018 в Москве.
• 03/06/2018 – Новый видеоролик о mBot: “лягушка” и “жук”
• 02/14/2018 – ОПЫТ ПРЕПОДАВАНИЯ РОБОТОТЕХНИКИ В ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ
• 01/31/2018 – вебинар “Опыт школ по внедрению Инженерного инновационного класса”
• 01/30/2018 – Семинар по программированию микроконтроллеров и технологиям “Интернет-вещей”
• 01/18/2018 – Робототехника и экология. Выступление в Туле.
• 12/09/2017 – “Робоняша” в 169-ой
• 12/08/2017 – Новый ролик в видеоблоге: Робот mBot от компании Makeblock. ч.3-1. Расширение: шестиногий робот.
• 11/30/2017 – Межрайонный мастер-класс
• 11/25/2017 – 169-ой школе исполнилось 80 лет!
• 11/18/2017 – Практиканты “Петровского колледжа” в 169-ой
• 11/15/2017 – Новая книга!
• 11/07/2017 – Проект “Знакомимся, mBot!”
• 10/06/2017 – “Умные вещи”, новый виток развития технологий
• 10/05/2017 – Как связать два микроконтроллера по Bluetooth. Настраиваем HC-05 для работы в режиме Master
• 10/04/2017 – СПО в школе. Давайте вместе заполним список! Часть 1. Поддержка робототехники и конструирования
• 10/03/2017 – Робототехника… без роботов. Scratch и имитационное программирование. Движение по линии
• 10/02/2017 – Стандарты для Arduino-роботов как возможность занять правильную нишу в образовательной робототехнике.
• 10/02/2017 – Использование распределенных ресурсов сетевых партнеров для формирования современной техносферы образовательной организации
• 10/02/2017 – Визуальное программирование микроконтроллеров в образовании

Общие сведения о современных микроконтроллерах

Через несколько лет после появления первого микропроцессора разработчики создали еще одно устройство – микроконтроллер. Микроконтроллер (MCU, Micro Controller Unit) – разновидность микропроцессорной системы, ориентированная на реализацию алгоритмов управления техническими устройствами и технологическими процессами (рисунок 1).

Рисунок 1. Схемотехническое изображение поддерживаемых контроллером элементов

Основное отличие микроконтроллера от микропроцессора общего назначения заключается в том, что у первого размещается в одном корпусе большая часть элементов вычислительной системы. Сегодняшний микроконтроллер представляет собой законченную микропроцессорную систему, содержащую все, необходимые для работы элементы. На его кристалле, кроме процессорного ядра, размещены: память программ и оперативное запоминающее устройство, контроллеры прерываний, таймеры, системные устройства, набор стандартных интерфейсов и портов ввода/вывода. Для создания законченного устройства достаточно просто подключить периферийные устройства и загрузить программу.

Микроконтроллеры в целом можно разделить на группы 8, 16 и 32 разрядных по размеру их арифметических и индексных регистров, хотя некоторые разработчики считают, что 8/16/32 разрядную архитектуру определяет разрядность шины. По используемому в настоящее время технологическому процессу микроконтроллеры заняли нишу 32 нанометров (рисунок 2).

Рисунок 2. Классификация контроллеров по разрядности

Рассматривая недостатки микроконтроллеров можно сказать следующее. Во-первых, теряется универсальность в построении системы, так как возможности ограничены набором периферийных устройств и памяти. Во-вторых, ограничивается вычислительная мощность процессоров. Все это приводит к тому, что основной областью применения микроконтроллеров стали системы управления и встроенные устройства. Такие применения не требуют большой вычислительно мощности процессоров, но предъявляют особые требования к надежности, энергопотреблению и габаритам. На сегодняшний день практически каждое бытовое или промышленное устройство оснащается одним или несколькими контроллерами. Современное радиоэлектронное оборудование, устанавливаемое на борт воздушного судна содержит в себе до нескольких десятков таких устройств. Распространение микроконтроллеров привело к тому, что на их долю приходится до 90% выпускаемых процессоров в мире.

Обращаясь к истории можно сказать, что первый патент на однокристальную ЭВМ был выдан инженерам Texas Instruments М. Кочрену и Г. Буну. Через пять лет фирмой Intel (1976) были выпущены первые микроконтроллеры (восьмиразрядный МК 8048). В настоящее время многие производители выпускают 8-, 16- и 32-разрядные микроконтроллеры с емкостью памяти программ до десятков кБайт, небольшими оперативными запоминающими устройствами данных и набором таких интерфейсных и периферийных схем, как параллельные и последовательные порты ввода/вывода, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, широтно-импульсные модуляторы и так далее. Образцы выпускаемых промышленностью микроконтроллеров изображены на рисунке 3.

Рисунок 3. Образцы микросхем современных микроконтроллеров

5.6.1 Популярные семейства микроконтроллеров, выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью (на самостоятельное изучение)

5. 6.2 Модульный принцип построения микроконтроллеров [5]

Широкое разнообразие моделей микроконтроллеров, возможность разработки и производства новых моделей в короткие сроки обеспечивает модульный принцип построения микроконтроллеров. При модульном принципе построения все микроконтроллеры одного семейства должны содержать в себе базовый функциональный блок, который одинаков для всех микроконтроллеров семейства, и изменяемый функциональный блок, который отличает модели микроконтроллеров в пределах одного семейства (рисунок 6).

Рисунок 6. Модульная структура микроконтроллера

Как видно из рисунка процессорное ядро (базовый функциональный блок) включает:

– центральный процессор;

– внутренние шины адреса, данных и управления. Иногда эти шины называют магистралями;

– схему управления режимами работы. Основное назначение этой схемы управление режимами работы микроконтроллера.

В процессе своего функционирования микроконтроллер работает с следующих режимах (рисунок 7):

в активным режиме. В этом режиме микроконтроллер выполняет основную программу. Все модули микроконтроллера находятся в рабочем состоянии, наблюдается максимальное потребление энергии от источника питания;

в режиме пониженного энергопотребления. В настоящее время одним из главных требований, предъявляемых к устройствам является пониженное энергопотребление. В современных микроконтроллерах возможно два направления реализации режима пониженного энергопотребления. Первое из них заключается в уменьшении потребляемого тока в рабочем режиме. Достигается это отключением всех неиспользуемых модулей в рабочем режиме. Суть второго направления заключается в полном или частичном останове процессора на период простоя;

в режиме начального запуска (сброса) и прерывания. Режим начального запуска необходим, для того чтобы обеспечить запуск основной программы только после того, как будет установлено требуемое напряжение питания, а также кварцевый резонатор выйдет на требуемую частоту работы. Как правило для начального запуска микроконтроллера используют комбинированные схемы обеспечивающие автоматическое формирование сигнала сброса сразу же после включения питания и ручной сброс в случае зацикливания основной программы. Как правило в режиме начального запуска происходит принудительное обнуление всех регистров и флагов.

Рисунок 7. Классификация режимов работы микроконтроллера

Процессорное ядро обозначают именем семейства микроконтроллеров, основой которого оно является. Например, ядро НС08 – процессорное ядро семейства Motorolla МС68НС08, ядро МСS-51 ядро семейства микроконтроллера Intel 8xC51, ядро PIC 16 – процессорное ядро Microchip PIC16.

Изменяемый функциональный блок содержит различные модули, которые принято называть библиотекой периферийных модулей. Библиотека каждого современного семейства микроконтроллеров включает модули пяти функциональных групп:

– модули памяти;

– модули периферийных устройств;

– модули встроенных генераторов синхронизации;

– модули контроля за напряжением питания и ходом выполнения программы;

– модули внутрисхемной отладки и программирования.

В направлении развития 8-разрядной элементной базы микроконтроллеров отчетливо прослеживается тенденция к закрытой архитектуре, при которой линии внутренней магистралей адреса и данных отсутствуют на выводах корпуса микро-контроллера. И, как следствие, не предоставляется возможность использования внешних запоминающих устройств. В этом случае разработчик изделия на микроконтроллере должен позаботится о том, чтобы реализуемый программный продукт сумел разместиться во внутренней памяти микроконтроллера. В противном случае придется сменить элементную базу. Для подобных случаев разработчики элементной базы микроконтроллеров обычно предлагают ряд модификаций микроконтроллеров с одним и тем же набором периферийных модулей и различающемся объемом резидентной памяти программ и данных.

Группа модулей периферийных устройств включает следующие основные типы (рисунок 8):

– Параллельные порты ввода/вывода. С аппаратной точки зрения порт вода/вывода представляет собой несколько выводов (пинов или другими словами ножек микросхемы) общее количество которых определяется разрадноностью передаваемых или получаемых данных. С точки зрения программы для микроконтроллера каждый порт – это несколько специальных регистров (переменных), производя чтение или запись данных в которые можно менять состояние или режим работы выводов микроконтроллера. В зависимости от программной настройки портов микроконтроллера они могут быть только портами ввода, только портами ввывода или же одновременно портами ввода и вывода.

– Таймеры-счетчики, таймеры периодических прерываний, процессоры событий.

– Контроллеры последовательного интерфейса связи нескольких типов (UART, SCI, SPI, I²C, CAN, USB).

UART, Univercal Asynchronous Receiver/Transmitter – универсальный асихронный приемник/передатчик. С помощью этого контроллера осуществляется управление преобразованием данных из принятого микроконтроллером параллельного формата передачи данных в последовательный и наоборот.

– Аналого-цифровые преобразователи;

– Цифро-аналоговые преобразователи;

– Контроллеры жидкокристаллических индикаторов и светодиодные матрицы.

Рисунок 8. Модули переферийных устройств

Существенное изменение претерпели в настоящее время генераторы синхронизации 8 разрядных микроконтроллеров (рисунок 9). Произошло функциональное разделение собственно генератора синхронизации, который выделился в отдельный модуль и схемы формирования многофазной последовательности импульсов для тактирования центрального процессора и межмодульных магистралей, которая является неотъемлемой частью процессорного ядра. Появилась возможность выбора внешнего времязадающего элемента.

Рисунок 9. Классификация микропроцессовров по элементов синхронизации

Повышение производительности процессорного ядра микроконтроллера связано с повышением частоты тактирования центрального процессора и межмодульных магистралей. Тактовая частота или, более точно, скорость шины определяет, сколько вычислений может быть выполнено за единицу времени. Некоторые микроконтроллеры, в основном ранних разработок имеют узкий диапазон допустимой тактовой частоты, в то время как другие могут работать вплоть до нулевой частоты. Иногда выбирается специфическая тактовая частота, чтобы сгенерировать другую тактовую частоту, требуемую в системе, например, для задания скоростей последовательной передачи. В основном, вычислительная мощность, потребляемая мощность и стоимость системы увеличиваются с повышением тактовой частоты. Цена системы при повышении частоты увеличивается из-за стоимости не только микроконтроллера, но также и всех требующихся дополнительных микросхем, таких как RAM, ROM, PLD и контроллеры шины.

5.6.2 Процессорное ядро микроконтроллера

Процессорное ядро представляет собой неразрывное единство трех составляющих его технического решения (рисунок 10):

1) архитектуры центрального процессора присущими ей набором регистров для хранения промежуточных данных, организацией памяти и способами адресации операндов в пространстве памяти, системой команд, определяющей набор возможных действий над операндами, организацией процесса выборки и исполнения команд;

2) схемотехнического воплощения архитектуры, которая определяет последовательность перемещения данных по внутренним магистралям микроконтроллера между регистрами, арифметическо-логическими устройствами и ячейками памяти в процессе выполнения каждой команды;

3) технологии изготовления полупроводникового кристалла микроконтроллера, которая определяет сложность размещенной схемы, определяет допустимую тактовую частоту и энергию потребления;

Рисунок 10

Эти три составляющие неразрывно связаны друг с другом и в конечном итоге определяют его производительность.

С точки зрения системы команд и способов адресации операндов процессорное ядро современных микроконтроллеров реализует один из двух принципов построения процессоров (рисунок 11) CISC (со сложным набором команд) RISC (с сокращенным набором команд).

К микроконтроллерам с CISC-архитектурой относятся микроконтроллеры фирмы Intel с ядром MCS-51, которые поддерживаются в настоящее время целым рядом производителей, микроконтроллеры семейств НС05, НС08 и НС11 фирмы Motorola и ряд других.

Восьми разрядные микрокнтроллеры с CISC-архитектурой имеет одно, двух, трех байтовый формат команд. Выборка команд из памяти осуществляется побайтно в течение нескольких машинных циклов. Длительнось машинного цикла равна периоду частоты тактирования внутренних магистралей контроллера .

Рисунок 11

Максимально допустимое значение частоты является одной из важных характеристик процессорного ядра, так как чем больше , тем выше его производительность. Следует особо обратить внимание на то, что для микроконтроллеров с CISC-архитектурой частота тактирования внутренних магистралей , всегда в несколько раз меньше предельно допустимой частоты кварцевого резонатора, который используется в качестве времязадающего элемента встроенного генератора (рисунок 12).

В процессорах с RISC-архитектурой набор исполняемых команд сокращен до минимума. Для реализации более сложных операций приходится комбинировать команды. При этом все команды имеют формат фиксированной длины (например, 12, 14 или 16 бит), выборка команды из памяти и ее исполнение осуществляется за один машинный цикл микроконтроллера, то есть один период – одна команда. Однако и для микроконтроллеров с RISC частота не всегда совпадает с частотой подключаемого кварцевого резонатора.

Рисунок 12. Подключение внешнего кварцевого резонатора к микроконтроллеру

Производительность процессоров и контроллеров принято оценивать числом элементарных операций, которые могут быть выполнены в течении одной секунды. Единица измерения производительности – миллион операций в секунду MIPS (million instructions per second). Для расчета численного значения производительности в MIPS принято использовать время выполнения самой быстрой команды – команды пересылки «регистр-регистр».

где – время выполнения команды.

На практике в качестве косвенного показателя оценки производительности микроконтроллера используют предельную частоту тактирования, то есть частоту кварцевого резонатора . Именно эта частота всегда указывается в справочных данных. Однако использовать ее для расчета производительности в большинстве случаев нельзя. Дело в том, что длительность машинного цикла процессорного ядра определяется обменом по внутренним магистралям адреса и данных

Система команд RISC-процессора предполагает возможность равноправного использования всех регистров процессора. Это обеспечивает дополнительную гибкость при выполнении ряда операций. К микроконтроллерам с RISC-процессором относятся микроконтроллеры AVR фирмы Atmel, микроконтроллер PIC16 и PIC17 фирмы Microchip и другие.

На первый взгляд, микроконтроллеры с RISC-процессором должны иметь более высокую производительность по сравнению с CISC микроконтроллерами при одной и той же тактовой частоте внутренней магистрали. Однако на практике вопрос о производительности более сложен и неоднозначен.

Во-первых, оценка производительности микроконтроллера по времени выполнения команд различных систем (RISC и CISC) не совсем корректна. Обычно производительность процессоров и контроллеров принято оценивать числом операций пересылки «регистр-регистр», которые могут быть выполнены в течение одной секунды. В микроконтроллерах с CISC-процессором время выполнения операции «регистр-регистр» составляет от 1 до 3 циклов, что, казалось бы, уступает производительности микроконтроллера с RISC-процессором. Однако стремление к сокращению формата команд при сохранении ортогональности системы команд RISC-процессора приводит к вынужденному ограничению числа доступных в одной команде регистров.

Так, например, системой команд микроконтроллера PIC16 предусмотрена возможность пересылки результата операции только в один из двух регистров — регистр-источник операнда f или рабочий регистр W.

Таким образом, операция пересылки содержимого одного из доступных регистров в другой (не источник операнда и не рабочий) потребует использования двух команд. Такая необходимость часто возникает при пересылке содержимого одного из регистров общего назначения (РОН) в один из портов микроконтроллера. В то же время, в системе команд большинства CISC-процессоров присутствуют команды пересылки содержимого регистров общего назначения в один из портов ввода/вывода. То есть более сложная система команд иногда позволяет реализовать более эффективный способ выполнения операции.

Во-вторых, оценка производительности микроконтроллера по скорости пересылки «регистр-регистр» не учитывает особенностей конкретного реализуемого алгоритма управления. Так, при разработке быстродействующих устройств автоматизированного управления основное внимание следует уделять времени выполнения операций умножения и деления при реализации уравнений различных передаточных функций. А при реализации пульта дистанционного управления бытовой техникой следует оценивать время выполнения логических функций, которые используются при опросе клавиатуры и генерации последовательной кодовой посылки управления. Поэтому в критических ситуациях, требующих высокого быстродействия, следует оценивать производительность на множестве тех операций, которые преимущественно используются в алгоритме управления и имеют ограничения по времени выполнения.

В-третьих, необходимо еще учитывать, что указанные в справочных данных на микроконтроллеры частоты синхронизации обычно соответствуют частоте подключаемого кварцевого резонатора, в то время как длительность цикла центрального процессора определяется частотой обмена по внутренним шинам контроллера. Соотношение частот индивидуально для каждого микроконтроллера и должно быть принято в расчет при сравнении производительности различных моделей контроллеров.

5.6.3 Резидентная память микропроцессора

Закрытая архитектура современных контроллеров стала реализуемой лишь при условии интеграции в кристалл микроконтроллера памяти двут типов: энергонезависимого запоминающего устройства для хранения кодов прикладных прграмм (ПЗУ) и оперативного запоминающего устройства для хранения промежуточных результатов вычислений (ОЗУ) (рисунок 13).

С точки зрения пользователей следует различать следующие типы энергонезависимой резидентной памяти

1 ПЗУ масочного типа – Mask-ROM. Содержимое ячеек ПЗУ этого типа записывается на заводе-изготовителе микроконтроллера с помощью масок и не может быть изменено или допрограммировано в области ранее не использованного сегмента памяти.

Рисунок 13

Масочные ПЗУ имею ограниченное применение из-за специфики записи в них инормации.

Достоинством масочных ПЗУ является высокая надежность храненения данных по причине программирования в заводских условиях с последующей проверкой качества. Недостатки масочных ПЗУ очевидны: любое изменение прикладной программы потребует замены микросхемы, что может оказаться весьмак дорогостоящим и времяемким решением.

2 ПЗУ однократно программируемые пользователем – OTPROM (One-Time Programmable ROM

Узнать еще:

ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГЕКСАПОДОМ НА ОСНОВЕ ОБРАТНОЙ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ С РЕАЛИЗАЦИЕЙ НА РАДИАЦИОННО СТОЙКОМ ARM-МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ | Джукич

1. Коротков Е. Б., Матвеев С. А., Яковенко Н. Г. Пути повышения качественных показателей системы управления механизмом с параллельной структурой (гексапод, трипод) на базе российских и мировых доступных электронных компонентов // Вопросы радиоэлектроники. 2016. № 8. С. 85–91.

2. Merlet J.-P. Parallel Robots. Springer, 2006, 402 p.

3. Stewart D. A platform with six degrees of freedom. Proceedings of the Institution of mechanical engineers. 1965, vol. 180, рt. 1, no. 15, pp. 371–385.

4. Жуков Ю. А., Коротков Е. Б., Слободзян Н. С. Система управления механизмом с параллельной кинематикой для перемещения бортовых приборов КЛА на базе современного отечественного радиационно стойкого микроконтроллера с процессорным ядром Cortex-M4F // Вопросы радиоэлектроники. 2017. № 7. С. 48–54.

5. Зенкевич С. Л., Ющенко А. С. Основы управления манипуляционными роботами. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. 480 c.

6. Lewis F., Dawson D., Abdallah C. Robot Manipulator Control Theory and Practice. Marcel Dekker, 2004, 614 p.

7. Liu K., Fitzgerald J., Lewis F. Kinematic Analysis of a Stewart Platform Manipulator. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1993, vol. 40, no. 2, pp. 282–293.

8. Оценка решения задач кинематики в системе управления механизмом с параллельной кинематикой космического назначения на базе гексапода / Ю. А. Жуков, Е. Б. Коротков, Н. С. Слободзян, Н. Г. Яковенко // Оборонная техника. 2017. № 9. С. 29–37/

9. Lebret G., Liu K., Lewis F. Dynamic analysis and control of a Stewart platform manipulator. Journal of Robotic System, 1993, vol. 10, iss. 5, pp. 629–655.

10. Cardona M. N. A new Approach for the Forward Kinematics of General Stewart-Gough Platforms, 2015 Proc. of the 2015 IEEE Thirty Fifth Central American and Panama Convention, pp. 1–6.

11. Davliakos I., Papadopoulos E. Model-based control of a 6-dof electrohydraulic Stewart-Gough platform. Mechanism and Machine Theory, 2008, vol. 43, iss. 11, pp. 1385–1400.

12. Lopes A. Dynamic modeling of a Stewart platform using the generalized momentum approach. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2009, vol. 14, pp. 3389–3401.

13. Wang J., Wu J., Wang L., You Z. Dynamic feed-forward control of a parallel kinematic machine. Mechatronics, 2009, vol. 19, iss. 3, pp. 313–324.

14. Bellakehal S., Andreff N., Mezouar Y., Tadjine M. Vision/force control of parallel robots. Mechanism and Machine Theory, 2011, vol. 46, iss. 10, pp. 1376–1395.

15. Zubizarreta A., Marcos M., Cabanes I., Pinto C. A procedure to evaluate Extended Computed Torque Control configurations in the Stewart-Gough platform. Robotics and Autonomous Systems, 2011, vol. 59, iss. 10, pp. 770–781.

16. Lee S.-H., Song J.-B., Choi W.-C., Hong D. Position control of a Stewart platform using inverse dynamics control with approximate dynamics. Mechatronics, 2003, vol. 13, pp. 605–619.

17. Fu K. S., Gonzalez R. C., Lee C. S. Robotics. Control, Sensing, Vision, and Intelligence. New York, McGraw-Hill, 1987, 580 p.

18. Жуков Ю. А., Коротков Е. Б., Мороз А. В. Имитационная модель цифровой системы управления гексаподом с линейными приводами на базе шаговых двигателей // Вопросы радиоэлектроники. 2017. № 7. С. 35–41.

19. Микроконтроллер 1986ВЕ8Т [Электронный ресурс]. Сайт АО «ПКК Миландр», 2017. URL: http://ic.milandr.ru/products/mikrokontrollery_i_protsessory/ (дата обращения: 28.02.2018)

20. Пакет Simscape Multibody MATLAB [Электронный ресурс]. Сайт центра компетенций MathWorks, 2018. URL: https://matlab.ru/products/simmechanics/ (дата обращения: 28.02.2018)

Электроника НТБ – научно-технический журнал – Электроника НТБ

огласно уточненному варианту обзора McClean Report за 2015 год компании IC Insights, благодаря большому спросу на МК для смарт-карт и росту применения 32-разрядных устройств в системах, предназначенных для IoT, темпы отгрузок микроконтроллеров за рассматриваемый год ожидаются высокими – 33%. На рынок будет поставлено 25,4 млрд. МК. Правда, доходы от продаж увеличатся по сравнению с предыдущим годом лишь на 4% и составят 16,6 млрд. долл. Это обусловлено резким снижением цен на микроконтроллеры, в первую очередь, 32-разрядные микросхемы для приложений Интернета вещей. По прогнозам IC Insights, средняя цена продаж МК в 2015 году уменьшится на 21% до 65 центов за изделие, в 2016-м ожидается дальнейшее снижение цены еще на 14%. В период с 2014 по 2019 годы средняя цена продаж МК будет падать при совокупных темпах немного меньше – 3,5%. Хорошая новость для покупателей – средняя цена продаж МК в 2019 году составит 0,72 долл. (рис.1).

Но, несмотря на снижение средних цен, доходы от продаж МК в 2016 году увеличатся на 7% до 17,7 млрд. долл., а объем отгрузок на мировой рынок – на 25% до 31,6 млрд. изделий.

“Выздоравливать” рынок МК начал в 2014 году после двухлетнего спада деловой активности в 2012 и 2013 годы. В 2012 году рынок МК сократился на 3% и незначительно вырос в 2013. Эксперты IC Insights объясняют уменьшение объема продаж МК в этот период снижением цен на них, в основном на 32-разрядные, и работами по устранению недостатков изделий, предназначенных для такого крупного сегмента рынка, как смарт-карты, а также задержкой с открытием новых государственных программ по смарт-картам.

Объем отгрузок МК для смарт-карт, доля которых составляет около половины всех поставляемых на рынок контроллеров, после снижения в 2013 году на 22% увеличился в 2014 году на 25% и составил 9,2 млрд. схем. Доходы от продаж МК для смарт-карт в 2014-м увеличились на 16% до 2,6 млрд. долл. Правда, доходы в этом сегменте рынка составляют всего 20% от общих доходов от продаж МК из-за их малой средней стоимости. Благодаря ожидаемому вводу вместо кредитных карт американскими компаниями, банками, розничными торговцами и государственными учреждениями надежно защищенных микропроцессорных карт, объем отгрузок МК будет расти и достигнет 12,9 млрд. штук в 2015 году (рост на 41%) и 16,1 млрд. в 2016 (рост на 25%).

В 2015-м мировой объем отгрузок МК увеличится на 12% и при совокупных среднегодовых темпах прироста 7,9% в последующие пять лет достигнет 27,3 млрд. изделий (39 млрд. в 2020-м, по данным занимающейся исследованиями рынка компании Hexa Research, США). При этом, по оценке IC Insights, объем продаж МК на мировом рынке составит 19,5 млрд. долл. (совокупные среднегодовые темпы прироста в период 2014–2019 годы – 4,2%).

Крупнейший рынок МК сосредоточен в Азиатско-тихоокеанском регионе (АТР), на долю которого приходится 35% объема продаж и доходов от них. Вместе с тем привлекает внимание существенное увеличение их применения в США. В период 2014–2020 годы ожидается, что максимальные темпы прироста рынка АТР составят 7,88%. Стимулирует активное развитие региона увеличение спроса на бытовую электронную аппаратуру и автомобили. Промышленность ре­гиона привлекает все больше внешних ресурсов, что в итоге способствует дальнейшему снижению цен на 32- и 16-разрядные МК.

Ведущие поставщики микроконтроллеров на мировом рынке – Microchip Technology (в 2014 году лидировала по объему производству 8-разрядных МК), Renesas Electronics, Texas Instruments, Dallas Semiconductor, Atmel, Freescale Semiconductor, National Semiconductor, Fujitsu Semiconductor, STMicroelectronics, Samsung Semiconductor, Infineon Technologies, ZiLog, Silicon Labs, Fairchild Semiconductor, Analog Devices и Intel.

Сейчас МК, производство которых сокращается или срок службы заканчивается, изготавливаются по технологии с 0,5-мкм проектными нормами, “зрелые” микросхемы МК – по 250- или 180-нм технологии, относительно новые изделия – по 130- и 90-нм процессам, новейшие МК – с 65- и 55-нм нормами. Проектные нормы разрабатываемых контроллеров составляют 40-нм и менее. При этом с ростом потребности в микросхемах со все меньшими размерами элементов более старые технологии “отмирают” из-за относительно больших затрат на производство МК, спрос на которые падает. В результате 8-разрядные контроллеры могут быть заменены сопоставимыми по стоимости 32-разрядными с лучшей производительностью и меньшим энергопотреблением.

Следует отметить, что по мере уменьшения геометрии элементов (до 40-нм и менее) объем памяти блока обработки данных увеличивается и, очевидно, флеш-память следующего поколения МК составит 32 Кбайт. Стандартный объем памяти может достичь 8 Мбайт.

Однако минитюаризация элементов МК не приведет к обязательному значительному снижению их стоимости. С уменьшением геометрии возрастают проблемы проектирования систем, усложняется разработка программного обеспечения. При проектировании систем на основе схем с субнанометровыми геометриями конструктор должен разбираться в вопросах регулирования энергопотребления на радиочастотах, ВЧ, УВЧ и СВЧ. Потребуется применение более эффективного печатного монтажа.

В настоящее время все чаще в микросхему МК встраивается радиочастотный интерфейс, что позволяет снизить себестоимость системы, а также затраты на ее разработку и занимаемую площадь печатной платы. Важной тенденцией 2014 года стала интеграция в микросхему МК беспроводного устройства или модуля. Ожидается, что в будущем объединение в одном приборе с искусственным интеллектом микроконтроллера, РЧ-интерфейса и сенсора будет способствовать освоению новых приложений МК. И здесь возникает вопрос: микроконтроллер какой разрядности следует применять, 8- или 32-разрядный? Как правило, предпочтение отдается 32-разрядым МК, поскольку сейчас множество производителей поставляют на рынок дешевые микроконтроллеры с ядрами ARM Cortex. Но 8-разрядные схемы активно совершенствуются и на рынке представлены весьма эффективные ядра микроконтроллеров этого класса.

8-разрядные МК против 32-разрядных [1]

8-разрядные микроконтроллеры

Грядущая кончина 8-разрядных МК, которая неоднократно предсказывалась на протяжении последнего десятилетия, – ошибочный прогноз относительно развития электронной промышленности. Производительность современных 8-разрядных МК достигает 100 MIPS – невообразимый несколько лет назад показатель для таких схем. Но это не единственный важный показатель. Реальный мир вокруг нас – аналоговый, и электронные системы нуждаются в устройствах аналоговой и смешанной обработки данных, желательно реализуемых в одной микросхеме с цифровыми блоками. Необходимо также обеспечивать связь с внешним миром, и ядро должно эффективно взаимодействовать с другими компонентами системы. Сегодня эти проблемы в основном решены для 8-разрядных МК, которые все еще живы и здоровы. Благодаря интеграции как аналоговой, так и цифровой периферии во многих распространенных приложениях стали применять 8-разрядные МК. Эти приборы, как правило, с 8051 архитектурой хорошо известны проектировщикам систем, облегчая, ускоряя и удешевляя решение задач проектирования и разработки создаваемых устройств.

По оценке компании IHS, благодаря низкой стоимости (до менее 50 центов), небольшим габаритам, сверхмалому энергопотреблению, низким расходам на программное обеспечение и простоте конструкции доля доходов от продаж 8-разрядных МК вплоть до 2018 года будет равна примерно трети ежегодного объема рынка МК. Продажи в сегменте 8-разрядных МК в 2015 году составят 7 млрд. долл., в 2018-м – 7,8 млрд. долл.

Ведущие поставщики 8-разрядных МК – Microchip и Atmel. В опубликованном аналитической компанией Gartner рейтинге поставщиков 8-разрядных МК на мировой рынок 2014 года Microchip Technology вновь заняла первое после того, как в 2010 году ее потеснила компания Renesas Electronics, образованная в результате слияния деловой активности в области микроконтроллеров и микропроцессоров трех японских полупроводниковых гигантов: NEC, Hitachi и Mitsubishi. В итоге по объему производства 8-разрядных МК Renesas в 2010 году превзошла Microchip на 41%. Продолжая инновационные программы по микроконтроллерной технологии, Microchip сумела вернуть себе лидерство на мировом рынке 8-разрядных МК и теперь по объему продаж таких микросхем на 10,5% опережает Renesas [2].

8-разрядные МК компании Microchip под маркой PIC отличаются уровнем производительности, низкой стоимостью, высокой степенью интеграции аналоговых и цифровых периферийных устройств и малыми габаритами. По утверждению специалистов компании, ими достигнуто лучшее в промышленности соотношение цена/рабочие характеристики. Минимальный ток в режиме ожидания PIC МК, изготавливаемых по технологии экстремально низкого энергопотребления (eXtreme Low Power, XLP), не превышает 9 нА, в активном режиме – 30 мкА/МГц. В результате срок службы батареи может превышать 20 лет.

В июле 2015 года Microchip подтвердила право на лидерство на рынке 8-разрядных МК, выпустив два новых семейства PIC МК: PIC16F18877 и PIC16F1579 с усовершенствованной инновационной независящей от ядра периферией (Core-Independent Peripherals, CIPs) и “разумными” аналоговыми блоками, благодаря которым новые микросхемы по функциональности превосходят традиционные 8-разрядные МК.

В семейство PIC16F1579 входят четыре микросхемы с флеш-памятью емкостью до 2 Кбайт, поставляемые в корпусах с 14–20 выводами. МК семейства – первые PIC-контроллеры с четырьмя 16-разрядными ШИМ-модулями, каждый из которых оснащен независимыми таймерами и многочисленными режимами вывода (синхронные, асинхронные и др.) и способен оптимизировать точность, эффективность работы и стойкость к электромагнитным помехам. МК обмениваются данными через последовательные интерфейсы по протоколам LIN (для МК, используемых в электронных автомобильных и промышленных системах) и DMX (для МК средств освещения), позволяя создавать разумные удаленные устройства, элементы которых контактируют с хост-компьютером.

Встроенные в схему 10-разрядный АЦП, 5-разрядный ЦАП, источники опорного напряжения и компараторы могут быть соединены для получения замкнутой цепи обратной связи. При этом не нужны дополнительные выводы и площадь печатной платы или опции для выполнения других функций, требуемых приложением. Универсальный АЦП может быть использован для реализации командных кнопок или маркеров с помощью емкостной технологии измерений компании mTouch.

В семейство PIC16F18877 (рис.2) входят 10 МК с флеш-памятью емкостью до 56 Кбайт, поставляемые в корпусах с числом выводов от 8 до 40. МК семейства – первые контроллеры со встроенным АЦП, выполняющим функции накопления, усреднения, НЧ-фильтрации и сравнения с опорными данными без участия программных средств. Они выполнены по доработанной XLP-технологии, позволившей сократить энергопотребление схемы в режимах покоя и активности. И еще – это первые МК с возможностью блокировки неиспользуемых периферийных модулей и отключения их от шины питания или дерева синхронизации, то есть с возможностью исключать просачивание мощности.

Благодаря разумным взаимосвязанным CIPs, выполняющим требуемые функции самостоятельно без участия ядра, новые МК найдут широкое применение в потребительской электронике, IoT, носимых устройствах и системах, к которым предъявляются особые требования в части технической безопасности. При этом они позволят упростить проектирование системы и снизить стоимость необходимой памяти. МК обоих семейств предусматривают возможность выбора выводов периферии, обеспечивая гибкое выполнение соединений печатной платы и минимизируя электромагнитные и перекрестные помехи [3].

Новое семейство 8-разрядных МК EFM8 для сверхэнергоэффективных, малогабаритных приложений IoT в феврале 2015 года выпустила и компания Silicon Labs, крупный производитель экологически чистых МК для подобных средств. МК семейства построены на основе быстродействующего 8051 ядра (максимальная рабочая частота до 50 МГц) с конвейерной организацией, энергоэффективных прецизионных периферийных аналоговых и усовершенствованных коммуникационных блоков, перспективной координатной архитектуры, обеспечивающей аналоговое и цифровое мультиплексирование, что позволяет упростить структуру печатной платы и соединения входных-выходных выводов. В семейство EFM8 Bee (обозначение Bee, пчелка, указывает конкретные рабочие характеристики, энергопотребление и производительность контроллеров платформы EFM8) входят сле­дующие три серии МК (рис. 3), параметры которых рассчитаны на выполнение особых требований разработчика и приложений:

• EFM8BB (Busy Bee – трудолюбивая пчелка) с частотой ядра 25 МГц и флеш-памятью емкостью 2–16 Кбайт. Микросхемы серии содержат 12-разрядный АЦП и два аналоговых компаратора, обеспечивающие динамическую конфигурацию входных сигналов, встроенный генератор на частоту 24,5 МГц, трехканальный модуль ШИМ/защиты и критической сигнализации, четыре 16-разрядных универсальных таймера, последовательные интерфейсы UART, SPI и SMBus/I2C. Предназначены для блоков управления задающих устройств (в игрушках, вентиляторах и инструментах), источников питания, зарядных устройств аккумуляторов, бытовой электроники;

• EFM8SB (Sleepy Bee – ленивая пчелка) – экологически чистые МК с наименьшими на сегодняшний день значениями потребляемого тока: в режиме ожидания 50 нА при полном сохранении данных в памяти и регистрации провала напряжения, в активном режиме 150 мкА/МГц на частоте 24,5 МГц. Время активации МК составляет 2 мкс при потребляемом токе менее 1 мкА, благодаря чему исключается необходимость применения переключателей электропитания. Частота ядра составляет 24,5 МГц. Емкость флеш-памяти – от 2 до 64 Кбайт. МК серии перспективны для систем с сенсорным экраном, IoT и промышленных систем с батарейным питанием, требующих энергоэффективных интерфейсов пользователя;

• EFM8UB (Universal Bee – универсальная пчелка) – 8-разрядный МК с самым передовым в промышленности USB-подключением. Частота ядра – до 50 МГц, емкость флеш-памяти – 8–64 Кбайт. В микросхему входят встроенный высокопрецизионный генератор, блок восстановления синхронизации и встроен­ная USB-шина с предельной скоростью обмена данными (full-speed). Новые МК с энергоэффективной USB-шиной позволяют сократить потребляемую USB энергию до 90%. Наличие встроенного модуля регистрации зарядного устройства аккумулятора позволяет снизить стоимость материально-технического обеспечения системы, а высокий уровень интеграции периферии и малые габариты герметизированных МК – существенно сократить стоимость и сложность предоставления USB-подключения персональным медицинским устройствам, носимой электронике, средствам связи, игрушкам, системам дистанционного управления и термостатом [4].

Как уже отмечалось, увеличению отгрузок МК способствует высокий спрос на 32-разрядные микросхемы и другие однокристальные устройства, способные обрабатывать данные множества сенсоров и беспроводных систем, а также обеспечивать подключения к Интернету вещей. Согласно оценкам компании IC Insights, в 2015 году продажи МК, входящих в сеть Интернета вещей, возрастут на 16% и составят 504 млн. долл. при увеличении отгрузок на 40% до 431 млн. единиц. Ожидается, что в 2019 году в мире будет насчитываться около 1,4 млрд. соединенных между собой МК (8-, 16- и 32-разрядных), составляющих сеть Интернета вещей. Для сравнения в 2014-м насчитывалось 306 млн. таких МК [5].

32-разрядные микроконтроллеры

Известно, что для обработки данных одного или небольшого числа датчиков, установленных в умном доме (в термостате или системе контроля положения двери – открыта или закрыта?), достаточно 8-разрядного контроллера. Однако, если данные поступают от прибора, встроенного в систему контроля пункта доступа на охраняемый объект, для обеспечения требуемых безопасности, конфиденциальности и нужных расчетов, зачастую требуются 32-разрядные МК. Аналогично, такие носимые медицинские приборы, как манжеты для измерения кровяного давления или глюкометры, для обработки данных сенсора оснащаются 8-разрядным МК, в то время как при необходимости передавать данные через межсетевой интерфейс нужен 32-разрядный контроллер. То же самое характерно и для промышленных и коммерческих приложений.

Важную роль при переходе от 8-разрядных МК к 32-разрядным играют низкая цена и высокие характеристики схем на основе ядер ARM Cortex. Согласно прогнозам аналитической компании Semicast Research, отгрузки ARM-ядер для МК, предназначенных для Интернета вещей, в 2018 году составят 12 млрд. схем (в 2010-м их было поставлено менее 3 млрд., в 2006-м – менее 1 млрд.). Таким образом, совокупные темпы годового прироста отгрузок МК на основе ARM-ядер в 2010–2018 годы составят 32%, против 11% темпов прироста подобных МК систем на кристалле.

К одним из новейших МК для Интернета вещей относятся микроконтроллеры семейства SAM G на основе ARM Cortex-M4 с поддержкой операций с плавающей запятой, которые компания Atmel анонсировала в начале 2014 года. В семейство входят полностью совместимые, вплоть до корпусов, четыре серии – SAM G51, SAM G53, SAM G54 и SAM G55. МК предназначены для высокопроизводительных систем со сверхнизким энергопотреблением – до 100 мкА/МГц в активном режиме и менее 7 мкА в режиме глубокого сна с сохранением данных в оперативной памяти (пробуждение из режима глубокого сна занимает менее 3 мкс до выполнения первой инструкции в активном режиме). Микросхемы оснащены богатым набором периферийных устройств, в том числе 12-разрядным АЦП и блоком прямого доступа к памяти, отличаются оптимальным соотношением объемов оперативной и флеш-памяти – до 176 и 512 Кбайт соответственно (см.таблицу). Заключены контроллеры в компактный корпус WLCSP размером 3Ч3 мм с числом выводов 49 или 100.

Новые МК предназначены для приборов с батарейным питанием Интернета вещей, в том числе для носимых гаджетов (фитнес-браслетов, смарт-часов), а также для систем управления набором сенсоров, средств оказания медицинских услуг, аудиоустройств.

Интерес вызывает сообщение компании Toshiba Electronics Europe о расширении семейства TXZ МК на основе ARM Cortex, предназначенных для приборов Интернета вещей и систем межмашинной коммуникации. Микроконтроллеры семейства TXZ создавались из расчета обеспечения малого энергопотребления за счет проектирования МК семейства TX в соответствии с методологией компании, разработанной для TZ серии прикладных процессоров семейства ApP Lite, отвечающих требованиям Интернета вещей. МК выполнены по процессу формирования встроенной флеш-памяти с помощью 65-нм технологии логических схем. По утверждению разработчиков, энергопотребление новых микроконтроллеров сокращено на 60% по сравнению с функционально эквивалентными изделиями.

Семейство TXZ3 открывают МК серии TMPM3H, включающей 30 моделей на основе ядра ARM Cortex-M3. Модели отличаются миниатюрными корпусами с числом выводов от 32 до 100, наличием флеш-памяти емкостью 32–128 Кбайт и стандартной периферии. Ожидается, что энергопотребление новых МК составит менее 100 мкА/МГц. Отгрузки образцов плани­руется начать во втором квартале 2016 года.

В дальнейшем компания намерена выпустить две линейки МК на основе ядра Cortex-M4F – одну с повышенной производительностью и вторую с пониженным энергопотреблением. Начата разработка МК со встроенной энергонезависимой памятью с многократно программируемыми одноуровневыми ячейками памяти с поликремниевыми затворами транзисторов, изготавливаемой по 130-нм технологии. Эти МК, отгрузки опытных образцов которых намечено на четвертый квартал 2015 года, должны способствовать снижению стоимости систем управления электропитанием и электродвигателями.

Японский производитель активно обновляет и расширяет ассортимент своих МК. До 2017 года он планирует выпустить 180 новых моделей, до 2018 – еще 120 [6].

Следующая волна инноваций, которая, по-видимому, накроет мир, охваченный цифровой связью или “взаимосвязанный мир” (connected world), – промышленный Интернет вещей (Industrial Internet of Things, IIoT)[1].

Помимо умных часов и фитнес-браслетов дальновидные предприниматели рассматривают возможность реализации IoT в мире сложных механизмов. Успешное развитие IIoT должно повлиять на экономику, рынок труда и, в целом, на будущее мира. И процесс пошел. По прогнозу консалтинговой компании MarketsandMarkets, рынок промышленного Интернета вещей за период с 2014 по 2020 год возрастет на 8,15% и составит 319,62 млрд. долл. [7].

Правда, хотя компании проявляют интерес к промышленному IoT, работы находятся на начальной стадии. Производителям приходится осмотрительно выбирать и искусно обращаться с комплексным изделием, рассматривать технические затруднения, выявлять недостатки в обмене информацией и в функ­циональной совместимости микросхем, а также работать с ближайшими партнерами для устранения проблем.

Но, тем не менее, на рынке уже можно найти МК для промышленного IoT. Так, компания Spansion в четвертом квартале 2014 года добавила 96 микросхем к семейству FM4 32-разрядных МК на основе ядра ARM Cortex-M4F. Микроконтроллеры семейства преду­сматривают выполнение функций цифровой обработки сигнала и обработки данных с плавающей запятой. Они содержат богатый набор встроенных периферийных устройств для реализации совершенных интерфейсов человек-машина (HMI) и межмашинного обмена данными (M2M). Емкость флеш-памяти достигает 2 Мбайт, оперативной памяти – 256 Кбайт. Рабочая частота МК составляет 200 МГц, рабочее напряжение 2,7–5,5 В, потребляемая энергия – 0,4 мА/МГц, ток в режиме ожидания – 1,5 мкА. Сочетание флеш-памяти и буфера предварительной выборки обеспечивает работу без цикла ожидания на частоте 72 МГц. МК содержит блоки поддержки Ethernet, CAN и USB 2.0, три многофункциональных таймера и соответствующее число квадратурных декодеров, а также до трех высокоскоростных 12-разрядных АЦП, которые можно активировать синхронно со временем преобразования 0,5 мкс. Новые МК семейства находят самое широкое применение – от средств автоматизации производства и офисов, промышленного IoT до умных измерительных систем, цифровых камер и многофункциональных принтеров [8].

* * *

Борьба за рынок между 32- и 8-разрядными микроконтроллерами далека от завершения, у каждой архитектуры есть пространство приложений, где она обеспечивает высокие показатели. Так, для приложений, тре­бующих значительных вычислительных ресурсов, сборки и переноса пакетов данных, у 32-разрядных МК явное преимущество. Рост их популярности не удивителен. Эти многофункциональные МК удовлетворяют требованиям множества различных приложений, что и объясняет их выбор при проектировании следующих поколений систем со встраиваемыми МК. Разработчики осознали, что такие сложные приборы предоставляют нужные вычислительные ресурсы, богатую периферию и простой доступ к всевозможным средствам проектирования и библиотекам. Многие 32-разрядные МК выполнены на основе пользующихся большим успехом ядер компании ARM. В результате разработчики систем получили доступ к приборам вторых поставщиков и представленному на рынке тестовому оборудованию и инструментарию проверки надежности.

В то же время во многих приложениях с малым энергопотреблением, не предусматривающих решение числовых задач большого объема и “просыпающихся” периодически для проверки данных датчиков и принятия решения на их основе, целесообразно применять 8-разрядные схемы. Современные МК прошли длинный путь по решению проблем быстродействия, латентности, адресного пространства и возможности программирования, присущих исходной 8051-архитектуре. Поскольку 8-разрядные МК последних поколений предоставляют ядру процессора многие быстродействующие периферийные устройства, они становятся привлекательными для применения в разнообразных встраиваемых проектах. И, конечно, сегодня существуют приложения, где размеры и набор функций 8-разрядных МК обуславливают их выбор в противовес 32-разрядным.

Промышленный Интернет вещей известен как Промышленный Интернет и Индустрия 4.0 (Industrial Internet and Industry 4.0), предусматривающая полный цикл разработки прибора, обеспечения канала поставок, массового производства, реализации и обслуживания заказчика. Индустрия 4.0 или четвертая промышленная революция получила свое название от инициативы 2011 года, возглавляемой бизнесменами, политиками и учеными, которые определили ее как средство повышения конкурентоспособности обрабатывающей промышленности Германии через усиленную интеграцию “киберфизических систем” (Cyber-Physical Systems, CPS) в заводские процессы. Другими словами, Индустрия 4.0 – производственное понятие, эквивалентное ориентированному на потребителей “Интернету вещей”, позволяющее формировать сеть машин, не только производящих товары с меньшим количеством ошибок, но и способных изменять промышленные шаблоны в соответствии с необходимостью, оставаясь высоко эффективными.

Литература

1. Эйлэнд А. Выбор микроконтроллера – 8- или 32-разрядный? // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2015. № 5. С. 74.

2. Press Release. Microchip reclaim MCU leadership. – www.electronicspecifier.com/around-the-industry/microchip-reclaim-mcu-leadership.

3. Press Release. Microchip Adds Two New PIC® MCU Families With Core-Independent Peripherals That Enable Functions for a Broad Range of Applications. – www.microchip.com/pagehandler/en-us/press-release/two-new-pic-mcu-families-with.html.

4. Silicon Labs Rolls out Next-Generation 8-Bit Microcontrollers for the IoT Age. – http://news.silabs.com/press-release/product-news/silicon-labs-rolls-out-next-generation-8-bit-microcontrollers-iot-age.

5. Gina Roos. Microcontroller Market Continues to Strengthen. – www.emittsolutions.com/section/market-analysis/market_analysis_microcontroller.html.

6. Prophet G. Cortex-M-based MCUs aim for low power and connected-device designs. – www.electronics-eetimes.com/en/cortex-m-based-mcus-aim-for-low-power-and-connected-device-designs.html?cmp_id=7&news_id=222925846.

7. www.marketsandmarkets.com/PressReleases/industrial-internet-of-things.asp.

8. Spansion 32-bit ARM Core MCUs. – www.spansion.com/Products/microcontrollers/32-bit-ARM–Core/Pages/Default.aspx.

——————————————————————————–

[1] Промышленный Интернет вещей известен как Промышленный Интернет и Индустрия 4.0 (Industrial Internet and Industry 4.0), предусматривающая полный цикл разработки прибора, обеспечения канала поставок, массового производства, реализации и обслуживания заказчика. Индустрия 4.0 или четвертая промышленная революция получила свое название от инициативы 2011 года, возглавляемой бизнесменами, политиками и учеными, которые определили ее как средство повышения конкурентоспособности обрабатывающей промышленности Германии через усиленную интеграцию “киберфизических систем” (Cyber-Physical Systems, CPS) в заводские процессы. Другими словами, Индустрия 4.0 – производственное понятие, эквивалентное ориентированному на потребителей “Интернету вещей”, позволяющее формировать сеть машин, не только производящих товары с меньшим количеством ошибок, но и способных изменять промышленные шаблоны в соответствии с необходимостью, оставаясь высоко эффективными.

Прошедшие лекции — Будущему инженеру — Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

7 февраля 2020 года  

 Лектор: Мотайленко Илья, программист Учебной лаборатории 3Д-визуализации и компьютерной графики

Лектор: Воронцова Татьяна, студентка 6 курса образовательной программы “Компьютерная безопасность”  МИЭМ имени А.Н. Тихонова НИУ ВШЭ 

12 декабря 2019 года

Лектор: Чернацкий Сергей Генрихович, директор Физико-математической школы МИЭМ имени А.Н. Тихонова НИУ ВШЭ

22 ноября 2019 года

Лектор: Воронцова Татьяна, студентка 6 курса образовательной программы “Компьютерная безопасность”  МИЭМ имени А.Н. Тихонова НИУ ВШЭ

1 марта 2019 года

Лектор: Воронцова Татьяна, студентка 5 курса образовательной программы “Компьютерная безопасность”   МИЭМ НИУ ВШЭ

24 января 2019 года

Лектор: Зотов Леонид Валентинович , доцент  департамента прикладной математики МИЭМ НИУ ВШЭ 

17 января 2019 года

Лектор: Воронцова Татьяна, студентка 5 курса образовательной программы “Компьютерная безопасность” МИЭМ НИУ ВШЭ

28 ноября 2018 года

Лектор: Абрамешин Дмитрий Андреевич, ведущий инженер учебно-исследовательской лаборатории функциональной безопасности космических аппаратов и систем  МИЭМ НИУ ВШЭ

8 ноября 2018 года

Лектор: Клышинский Эдуард Станиславович, доцент департамента компьютерной инженерии   МИЭМ НИУ ВШЭ

18 октября 2018 года

Лектор: Воронцова Татьяна, студентка 5 курса образовательной программы “Компьютерная безопасность”   МИЭМ НИУ ВШЭ

13 июня 2018 года

Лектор: Ро лич Алексей Юрьевич , руководитель лаборатории 3D визуализации и компьютерной графики   МИЭМ НИУ ВШЭ

2 июня 2018 года

Лектор: Воронцова Татьяна, студентка 4 курса образовательной программы “Компьютерная безопасность”  МИЭМ НИУ ВШЭ

15 марта 2018 года

Лектор: Зотов Леонид Валентинович , доцент  департамента прикладной математики МИЭМ НИУ ВШЭ

22 февраля 2018 года

Лектор: Иванов Илья Александрович, доцент  департамента электронной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ

15 февраля 2018 года

Лектор: Каган Максим Юрьевич , профессор, член-корр. РАН, г.н.с. ИФП им. П.Л. Капицы, научный руководитель департамента электронной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ

8 февраля 2018 года

Лектор: Красивская Мария Игоревна, старший преподаватель департамента электронной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ

1 февраля 2018 года

Лектор: Ролич Алексей Юрьевич , руководитель  лаборатории 3D визуализации и компьютерной графики МИЭМ НИУ ВШЭ

Лектор: Воронцова Татьяна, студентка 4 курса образовательной программы “Компьютерная безопасность” МИЭМ НИУ ВШЭ

11 января 2017 года

Лектор: Васенко Андрей Сергеевич , доцент  департамента электронной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ , PhD

7 декабря 2017 года 

Лектор: Ролич Алексей Юрьевич, руководитель лаборатории 3D визуализации и компьютерной графики МИЭМ НИУ ВШЭ

17 ноября 2017 года

Лекторы:  Богачев Константин Александрович, старший преподаватель департамента электронной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ, Попов Дмитрий Александрович, ассистент департамента компьютерной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ

29 октября 2016 года

18 мая 2016 года

Лектор:  Касперская Наталья Ивановна
В программе:
– лекция “Профессии, востребованные в ИТ, или как устроиться работать в компанию-разработчик”;
– вопросы и ответы. 

18 апреля 2016 года

Лектор:  Савада Тадамаса, PhD, доцент департамента психологии

Язык лекции: английский

В рамках данной лекции обсудим, как устроена зрительная система человека, как и какие задачи она решает, а также с какими органичениями она сталкивается. Будет рассмотрено как теории зрительной системы человека были реализованы в виде компьютерных алгоритмов и насколько хорошо алгоритмы функционируют. Обсудим, каким образом можно научить компьютер видеть “человеческими глазами”?

Аннотация лекции на английском языке  (DOCX, 14 Кб)

Лектор:  Ролич Алексей Юрьевич, руководитель лаборатории 3D-визуализации и компьютерной графики МИЭМ НИУ ВШЭ
В рамках лекции будут рассмотрены основы трехмерной визуализации и компьютерной графики. Рассмотрим области применения стереоизображений, голографических изображений, систем виртуальной реальности, CAVE-систем и 3D моделирования, а также проведем обзор и анализ самых современных инновационных решений в данных сферах. 

18 марта 2016 года

Сверхмалопотреблящие микропроцессоры STM32 архитектуры ARM Cortex-M0 и альтернативные источники энергии

Лектор: Дворников Андрей Алексеевич, ассистент департамента компьютерной инженерии
В лекции рассматривается современные микроконтроллеры с точки зрения энергозатрат. Проводится обзор современных источников энергии, которые могут использовать сверхмаломощные микроконтроллеры, приводятся сферы применения. Проведем дискуссию на тему применения дешёвых и маломощных микроконтроллеров семейства ARM Cortex-M0 в современной технике, приведем возможные сферы применения, принципы проектирования оборудования. Рассмотрим возможности по зарядке источников энергии от костра, Wi-Fi роутера или в процессе танца на дискотеке.

3 марта 2016 года

Интернет вещей: светлое будущее или цифровой апокалипсиc?

Лектор:  Ролич Алексей Юрьевич , руководитель лаборатории 3D-визуализации и компьютерной графики МИЭМ НИУ ВШЭ
В последнее время на всех мировых инновационных форумах одним из главных трендов признается Интернет вещей. Ведущие консалтинговые компании прогнозируют стремительные темпы роста рынков Интернета вещей, передовые производства пытаются внедрить технические решения в рамках Интернета вещей, а критики и скептики подвергают сомнению актуальность данного направления информационных технологий. В рамках лекции Интернет вещей будет рассмотрен с точки зрения обычного человека, который даже не подозревает, что его окружают сотни и тысячи “умных и не очень” вещей. Попытаемся выяснить кто носит интернет-белье, может ли быть полезен “умный” унитаз, что подразумевается под “социальным сетями умных вещей” и многое другое.

18 февраля 2016 года

От беспроводных сенсорных сетей к Интернету вещей: как сделать малое великим?

Лектор:  Восков Леонид Сергеевич , профессор, к.т.н., доцент департамент компьютерной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ
В рамках лекции будут рассмотрены понятия беспроводных сенсорных сетей, энергоэффективности и энергосбережения в беспроводных сенсорных сетях, а также каким образом беспроводные сенсорные сети стали прародителями Интернета вещей. В ходе открытой дискуссии будет рассмотрен ряд вопросов: зачем вещами интеллект и к чему это может привести, как “умный дом” может сэкономить на электроэнергии и как добиться того, чтобы беспроводной интернет был даже в пустыне Сахара?

Последние микроконтроллеры, выпущенные за последние 12 месяцев

10 самых 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 особого порядка будут выделены 10 самых популярных микроконтроллеров в зависимости от того, как часто они фигурируют в продуктах, и размера сообществ вокруг них.

Готовы? пошли

1. STM32F103C8T6

STM32F10C8T6 – популярный член семейства микроконтроллеров со средней производительностью STM32F103xx, которые оснащены высокопроизводительным 32-битным ядром RISC ARM® Cortex®-M3, работающим на частоте 72 МГц, и обладают 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 нулевом 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 отображаются на 16 внешних векторах прерываний и почти все 5 V-толерантные
• 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)
  • Интерфейс CAN (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 объемом 32 КБ с возможностью 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-битный аналого-цифровой преобразователь (8 каналов в корпусах TQFP и QFN / MLF) и

• Программная память – 32 КБ (Flash)
• Скорость 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:

• Arduino Nano
• Arduino 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 рассматривается как микроконтроллер 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 5.5В
• 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 прерываний аппаратного вывода и таймера

Макетные платы на базе MCU:

• Плата для разработки PIC

Платы разработчика – 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:

• Всего 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
• Коммуникационные протоколы – 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:

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
• Коммуникационные протоколы – 1 I2C, 1 SPI
• Диапазон низкого напряжения питания – 1.8–3,6 В
• Низкочастотный генератор – кристалл 32 кГц, а также внешний источник цифровых часов
• 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 эффективных микроконтроллеров последнего десятилетия, и он определенно был одним из лидеров современной тенденции микроконтроллеров с объединенными 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-битное RISC ядро ​​микропроцессора L106 на основе Tensilica Xtensa Diamond Standard 106Micro, работающее на частоте 80 МГц
• Память:
  • 32 KiB RAM инструкции
  • ОЗУ кэш-памяти 32 КиБ
  • 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 сертифицирован (FCC и CE)
• large 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
  • Шина CAN 2.0
  • Инфракрасный пульт дистанционного управления (TX / RX, до 8 каналов)
  • ШИМ двигателя
  • LED PWM (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-битный микроконтроллер на базе AVR® RISC на базе микрочипа с самопрограммируемой флеш-памятью объемом 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 и 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:

• Малышка 2.0
• Arduino Beetle
• Arduino Pro Micro
• 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 серией микроконтроллеров 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, усовершенствованным 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 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 тыс. циклов
  • 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 охранные с монитором часов
  • Управление питанием:
    • Режимы с низким энергопотреблением (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 выходом часов для синхронной работы, SmartCard, IrDA, режим ведущего устройства LIN
  • Интерфейс SPI до 8 Мбит / с
  • Интерфейс I2C до 400 кбит / с
• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
  • 10-битный АЦП ± 1 LSB с 5 мультиплексированными каналами, режимом сканирования и аналоговым сторожевым таймером
• ввода / вывода
  • До 28 входов / выходов в 32-выводном корпусе, включая 21 выход с высоким потребителем
  • Высокопрочная конструкция ввода / вывода, устойчивая 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 отладочные платы.Некоторые заслуживающие внимания платы, основанные на MCU, включают:

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

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 флеш-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.

Характеристики

Некоторые основные особенности NXP LPC1768 включают:

• Arm ^® Процессор 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 данных, 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 поддержкой нескольких протоколов
• 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
• RTC с низким энергопотреблением 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 для 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

Платы разработчика:

Лучшие платы для разработки на базе NXP LPC1768 включают;

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

При наличии тысяч 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.

Что такое микроконтроллер? Программирование, определение, типы и примеры

Что такое микроконтроллер?

• Левая цепь: 555 Таймер используется для создания последовательностей светодиодов.
• Правая цепь: микроконтроллер используется для управления светодиодами.

Микроконтроллеры Компиляторы

• Микроконтроллеры Компиляторы (например, MPLAB, MikroC, Keil и т. д.) – это программное обеспечение на базе Windows, используемое для написания и компиляции программных кодов для микроконтроллеров.

Определение микроконтроллера

• Микроконтроллер (также называемый встроенным компьютером) – это мини-компьютер (но мощный), встроенный в компактную ИС. Микросхема (интегральная схема), содержит встроенный процессор (один или несколько), память (т.е.е. RAM, ROM, EEPROM и т. Д.) И программируемые порты ввода / вывода (используются для нескольких функций).
Микроконтроллер
• используется во встраиваемых проектах, например, в системах безопасности, лазерных принтерах, системах автоматизации, робототехнике и многом другом.
Микроконтроллер
• был впервые разработан Майклом Кокраном и Гэри Буном . (Обожаю этих парней: D)
• C и языки ассемблера используются для программирования микроконтроллера, но файл HEX находится на машинном языке, который фактически загружается в микроконтроллеры.
• Существуют также другие языки для программирования микроконтроллера, но если вы новичок, вам следует начать с языка ассемблера, поскольку он дает четкое представление об архитектуре микроконтроллера.
• На изображении ниже показаны некоторые из наиболее часто используемых микроконтроллеров (мы обсудим их подробно позже):

• Архитектура RISC до сих пор считается самой продвинутой архитектурой микроконтроллеров и поставляется с несколькими стандартными компонентами, которые мы обсудим здесь.
• Вот блок-схема архитектуры микроконтроллера:

• Как вы можете видеть на рисунке выше, архитектура микроконтроллера состоит из:
  • CPU (центрального процессора).
  • ROM (постоянная память).
  • RAM (оперативная память).
  • EEPROM (электрически стираемая программируемая постоянная память).
  • Порты ввода / вывода.
  • Таймеры.
  • Прерывания.

CPU (центральный процессор)

• CPU (центральный процессор) рассматривается как мозг микроконтроллера, принимает инструкции в форме программирования и выполняет их.
• Он действует как комендант и отдает приказы другим компонентам, и другие компоненты должны действовать соответственно.
ЦП
• имеет встроенные регистры, которые делятся на два типа:
  • Регистры данных.
  • Регистры адресации.
• Регистры данных (также известные как аккумуляторы) используются для хранения фактических данных.
• Регистры адресации используются для хранения адресов для доступа к данным памяти.
• ЦП микроконтроллера способен выполнять различные типы инструкций, например инструкции манипулирования данными, логические инструкции, инструкции сдвига и т. Д.

ПЗУ программ (постоянное запоминающее устройство)

• ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) является энергонезависимым память, в которой микроконтроллеры хранят свой программный код, также называется программным ПЗУ или кодовым ПЗУ.
• Когда мы загружаем наш код в микроконтроллер, программатор / записывающее устройство сначала стирает память ROM, а затем загружает новый код.
• После того, как код был загружен, теперь нет возможности стереть ПЗУ, если вы не хотите загрузить код снова.
• Итак, когда микроконтроллер находится в рабочем режиме, мы не можем стереть память ПЗУ с помощью программного кода.
ПЗУ программы
• доступно в различных типах, некоторые из них:
  Флэш-память
  • .
  • УФ-СППЗУ.
  • OTP Память.
  • Маскированная память.

ОЗУ данных (оперативное запоминающее устройство)

• ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) – это временная память, поэтому ее легко стирать и использовать для хранения данных во время операций.
• Если вы хотите стереть ОЗУ микроконтроллера, просто перезапустите его, вы также можете стереть его с помощью программирования.
ОЗУ
• делится на два типа: ОЗУ
  • общего назначения (GPR).
  • Регистры специальных функций (SFR).

EEPROM (электрически стираемая программируемая постоянная память)

• EEPROM (электрически стираемая программируемая постоянная память) является полу-энергозависимой памятью и обычно используется для сохранения постоянных данных, которые не нужно менять так часто я.е. Настройки администратора.
• Если вы загрузите код в свой микроконтроллер, он сотрет память EEPROM так же, как память ROM.
• Если вы перезапустите микроконтроллер, это не повлияет на память EEPROM, данные EEPROM останутся нетронутыми. (то же, что и ПЗУ)
• Но данные EEPROM могут быть обновлены / удалены с помощью программирования (в отличие от памяти ROM).
• Приведу пример: люди меняют обои рабочего стола раз в месяц, такие настройки должны сохраняться в памяти EEPROM.

Порты ввода / вывода микроконтроллера

• В микроконтроллерах несколько контактов предназначены для ввода / вывода (I / O) и управляются с помощью программирования.
• Порт состоит из нескольких контактов ввода / вывода, и в микроконтроллерах имеется несколько портов.
• Они используются для подключения внешних устройств (например, принтеров, ЖК-дисплеев, светодиодов, датчиков и т. Д.) К микроконтроллеру.

Таймеры микроконтроллера

• Микроконтроллер имеет несколько встроенных таймеров, используемых для подсчета.
• Таймеры очень удобны для решения различных задач, таких как генерация импульсов, генерация частоты, функция синхронизации, модуляция, прерывания и т. Д.
Таймеры
• синхронизируются с часами микроконтроллера, используются для измерения временных интервалов между двумя событиями и могут считать до 255 для 8-битного микроконтроллера и 65535 для 16-битного микроконтроллера.

Прерывания микроконтроллера

• Прерывания микроконтроллера используются для срочных сценариев, и всякий раз, когда микроконтроллер получает прерывание, он останавливает все и сначала обрабатывает вызов прерывания.
• Итак, как следует из их названия, они фактически прерывают выполнение микроконтроллера его обычной задачи и заставляют его сначала разобраться с ними.

Типы микроконтроллеров

• Доступны различные типы микроконтроллеров, которые классифицируются по ширине шины, памяти, контрольному набору, архитектуре и производителю.
• Вот блок-схема типов микроконтроллеров:

Типы микроконтроллеров в зависимости от ширины шины

• Микроконтроллеры бывают 8-битные, 16-битные, 32-битные и 64-битные.Некоторые наиболее продвинутые микроконтроллеры имеют биты более 64, которые способны выполнять определенные функции во встроенных системах.
8-битный микроконтроллер
• способен выполнять более мелкие арифметические и логические инструкции. Наиболее распространенными 8-битными микроконтроллерами являются atmel 8031 ​​и 8051.
• В отличие от 8-битного микроконтроллера, 16-битный микроконтроллер выполняет программу с более высокой точностью и точностью. Самый распространенный 16-битный микроконтроллер – 8096.
Микроконтроллер
• 32 бит применяется в системах автоматического управления и робототехнике, где требуется высокая прочность и надежность.Офисные машины и некоторые системы питания и связи используют 32-битный контроллер для выполнения различных инструкций.

Типы микроконтроллеров на основе памяти

• На основе памяти микроконтроллеры делятся на два типа: микроконтроллеры с внешней памятью и микроконтроллеры со встроенной памятью.
• Когда встроенной системе требуется как микроконтроллер, так и внешний функциональный блок, который не встроен в микроконтроллер, микроконтроллер называется микроконтроллером с внешней памятью.8031 – это пример микроконтроллера с внешней памятью.
• Когда все функциональные блоки объединены в один чип, связанный со встроенной системой, микроконтроллер называется микроконтроллером встроенной памяти. 8051 – это пример микроконтроллеров со встроенной памятью.

Типы микроконтроллеров на основе набора команд

• На основе набора команд микроконтроллеры подразделяются на два типа: CISC-CISC и RISC-RISC.
• CISC упоминается как компьютер со сложным набором команд.Одной действующей инструкции достаточно, чтобы заменить количество инструкций.
• RISC упоминается как компьютер с сокращенным набором команд. RISC помогает сократить время выполнения программы. Это достигается за счет уменьшения тактового цикла на инструкцию.

Типы микроконтроллеров в зависимости от производителя

1. Микроконтроллер 8051

• Микроконтроллер 8051 – это 40-контактный 8-битный микроконтроллер, изобретенный Intel в 1981 году.
• 8051 поставляется со 128 байтами ОЗУ и 4 КБ встроенного ПЗУ.
• Исходя из приоритетов, в микроконтроллер может быть встроена внешняя память объемом 64 КБ.
• В этот микроконтроллер встроен кристаллический генератор с частотой 12 МГц.
• В этот микроконтроллер интегрированы два 16-битных таймера, которые можно использовать как таймер, а также как счетчик.
• 8051 состоит из 5 прерываний, включая внешнее прерывание 0, внешнее прерывание 1, прерывание таймера 0, прерывание таймера 1 и прерывание последовательного порта.
• Он также состоит из четырех 8-битных программируемых портов.

2. Микроконтроллер PIC

• Microchip изобрел микроконтроллер PIC (контроллер периферийного интерфейса), который поддерживает архитектуру Гарварда.
• Microchip Technology очень заботится о потребностях и требованиях клиентов, поэтому они постоянно обновляют свои продукты, чтобы обеспечить первоклассный сервис.
• Низкая стоимость, возможность последовательного программирования и широкая доступность выделяют этот микроконтроллер среди остальных.
• Он состоит из ПЗУ, ЦП, последовательной связи, таймеров, прерываний, портов ввода-вывода и набора регистров, которые также работают как ОЗУ.
• Регистры специального назначения также встроены в аппаратное обеспечение микросхемы.
• Низкое энергопотребление делает этот контроллер идеальным выбором для промышленных целей.

3. Микроконтроллер AVR

• AVR называется Advances Virtual RISC, который был произведен компанией Atmel в 1966 году.
• Он поддерживает Гарвардскую архитектуру, в которой программа и данные хранятся в разных пространствах микроконтроллера и к ним легко получить доступ.
• Считается более ранним типом контроллеров, в которых для хранения программы используется встроенная флэш-память.
Архитектура AVR
• была представлена ​​Вегардом Волланом и Альф-Эгилем Богеном.
• AT90S8515 был первым контроллером, основанным на архитектуре AVR.
• Однако AT90S1200 был первым микроконтроллером AVR, который был коммерчески доступен в 1997 году.
• Флэш-память, EEPROM и SRAM интегрированы в один чип, что исключает возможность объединения любой внешней памяти с контроллером.
• Этот контроллер имеет сторожевой таймер и множество энергосберегающих спящих режимов, которые делают этот контроллер надежным и удобным для пользователя.

против микропроцессора

• Микропроцессор использует внешнюю схему для установления связи с периферийной средой, но микроконтроллер не включает никаких внешних схем, чтобы привести его в рабочее состояние, поскольку он поставляется со специальной встроенной схемой, которая экономит место и экономит средства при разработке устройства с аналогичными характеристиками.
• По сравнению с микропроцессорами, которые широко используются в ПК, ноутбуках и блокнотах, микроконтроллеры специально созданы для встроенных систем.
• Когда мы говорим о встроенной системе, мы фактически имеем в виду устройства, которые имеют встроенную схему и нуждаются в загрузке соответствующих инструкций для управления устройствами.
• Самое замечательное во встроенной системе то, что она включает в себя индивидуальное программирование, которое напрямую связано с внутренней схемой, которую можно изменять снова и снова, пока вы не достигнете желаемого результата.
• Тактовая частота микропроцессора намного больше, чем у микроконтроллера, и они способны выполнять сложные задачи. Они могут работать на частоте 1 ГГц.

• Я указал ключевые различия между микроконтроллером и микропроцессором в таблице ниже:

Сравнение с настольными компьютерами

• В отличие от нашего настольного компьютера, микроконтроллеры – это крошечные компьютеры, объем памяти которых намного меньше, чем у настольных компьютеров.
• Также скорость настольного компьютера намного больше, чем скорость простого микроконтроллера.
• Однако микроконтроллеры обладают некоторыми функциями, аналогичными настольным компьютерам, например, они оснащены центральным процессором, который является мозгом микроконтроллера.
• Эти ЦП в микроконтроллерах имеют разную длину слова, то есть от 4 до 64 бит.
• Они могут работать на более низких частотах при 4 кГц и могут сохранять работоспособность до нажатия кнопки сброса или вызова некоторого прерывания.

Характеристики микроконтроллера

• В современных технологиях некоторые микроконтроллеры имеют сложную конструкцию и могут иметь длину слова более 64 бит.
Микроконтроллер
• состоит из встроенных компонентов, включая EPROM, EEPROM, RAM, ROM, таймеры, порты ввода / вывода и кнопку сброса. RAM используется для хранения данных, а ROM используется для хранения программ и других параметров.
• Современные микроконтроллеры спроектированы с использованием архитектуры CISC (компьютер со сложным набором команд), которая включает инструкции типа marco.
• Инструкция одиночного типа макроса используется для замены количества маленьких инструкций.
• Современные микроконтроллеры потребляют гораздо меньше энергии по сравнению со старыми.
• Они могут работать при более низком напряжении в диапазоне от 1,8 В до 5,5 В.
Флэш-память
• , такая как EPROM и EEPROM, – это очень надежные и расширенные функции в последних микроконтроллерах, которые отличают их от старых микроконтроллеров.
• EPROM быстрее и быстрее, чем память EEPROM. Он позволяет стирать и записывать циклы столько раз, сколько вы хотите, что делает его удобным для пользователя.

Приложения микроконтроллеров

• Периферийный контроллер ПК
• Робототехника и встраиваемые системы
• Биомедицинское оборудование
• Системы связи и энергетики
• Автомобили и охранные системы
• Имплантированное медицинское оборудование
• Устройства обнаружения пожара
• Приборы для измерения температуры и света
• Устройства промышленной автоматизации
• Устройства управления технологическими процессами
• Измерение и контроль вращающихся объектов

10 ведущих производителей микроконтроллеров (MCU) на 2020 год

Микроконтроллер – это тип процессора на одной интегральной схеме, содержащий память, процессор и периферийные устройства ввода / вывода.Он устанавливается в автоматически управляемые продукты и электронные устройства, такие как пульты дистанционного управления, офисная техника, бытовая техника, электроинструменты, игрушки и другие. Использование микроконтроллера в электронных устройствах делает их работу безошибочной и обеспечивает бесперебойный процесс. Рост рынка микроконтроллеров во многом обусловлен увеличением количества автоматизированных машин. Кроме того, увеличение количества портативной электроники, такой как персональные компьютеры, планшеты и смартфоны; и рост количества автомобилей класса люкс, в которых используются передовые электронные системы, способствовали росту этого рынка.Однако неисправность микроконтроллера в экстремальных климатических условиях, таких как чрезвычайно низкие и высокие температуры, может ограничить рынок. По оценкам, размер мирового рынка микроконтроллеров достигнет 15,67 миллиарда долларов к 2022 году с 8,60 миллиарда долларов в 2015 году, при этом среднегодовой темп роста с 2016 по 2022 год составит 8,4%.

Analog Devices использует развивающееся приложение обработки Интернета вещей с помощью своих предложений микроконтроллеров (MCU). Analog Devices поддерживает аналоговые и цифровые измерения. Благодаря низкому энергопотреблению, микроконтроллеры Analog Devices могут питаться даже от одной плоской батареи.Соответствуя потребностям различных приложений, Analog Devices MCUS подходит для промышленных, автомобильных и контрольно-измерительных приложений, а также приложений Интернета вещей (IoT).

Веб-сайт: https://www.analog.com/en/index.html

Cypress обширные микроконтроллеры (MCU), предлагающие панорамирование во многих областях и приложениях. Благодаря широкому предложению микроконтроллеров, портфель Cypress включает микроконтроллеры с низким энергопотреблением и высокопроизводительные микроконтроллеры (микроконтроллеры) для различных рынков. Микроконтроллеры Cypress предназначены для потребительского, промышленного и автомобильного рынков.Cypress также имеет уникальные портфели микроконтроллеров PSoC®, гибких микроконтроллеров (FM) и автомобильных микроконтроллеров. Микроконтроллеры Cypress соответствуют требованиям рынка благодаря своим уникальным маломощным, гибким и высокопроизводительным микроконтроллерам.

Веб-сайт : https://www.cypress.com/

Гигантский немецкий производитель полупроводников Infineon является ведущим игроком в сегменте микроконтроллеров (MCU). Infineon может многое предложить в области технологий микроконтроллеров. Инновации, оставшиеся первыми. Микроконтроллеры Infineon предназначены для решения различных задач.Среди них Infineon, 32-битный микроконтроллер (MCU). 32-битный микроконтроллер (MCU) от Infineon обладает особыми функциями, которые делают его идеальным выбором для приложений, предлагающих возможность подключения, безопасность и защиту. Портфель микроконтроллеров Infineon включает семейство XMC ™: одну платформу микроконтроллеров и семейство AURIX ™.

Веб-сайт : www.infineon.com

Maxim Интегрированные 32-разрядные микроконтроллеры (MCU) позволяют создавать надежные устройства в сегменте Интернета вещей. Сосредоточившись на 32-битных микроконтроллерах, микроконтроллеры Maxim Integrated сочетают в себе самые большие встроенные памяти среди всех микроконтроллеров в своем классе с ультраэффективным управлением питанием.MCU Maxim Integrated работают с низким энергопотреблением, занимают мало места и обеспечивают лучшую в своем классе безопасность. MCU Maxim с защищенными 32-битными микроконтроллерами интегрируют передовую криптографию, а физическая безопасность усиливает безопасность высокого уровня.

Веб-сайт: https://www.maximintegrated.com/

Microchip предлагает ведущее предложение в сегменте микроконтроллеров (MCU). Микроконтроллеры Microchip удовлетворяют потребности постоянно меняющейся электроники. Портфель микроконтроллеров Microchip включает масштабируемые 8-, 16- и 32-разрядные микроконтроллеры.Microchip поставляется с интуитивно понятной средой проектирования и инструментами визуальной настройки. Microchip с широким ассортиментом микроконтроллеров обслуживает самые разные приложения. Микроконтроллеры Microchip, предоставляющие обширную помощь в виде эталонных проектов и программных библиотек, становятся предпочтительным выбором для клиентов.

Веб-сайт: https://www.microchip.com/

NXP в предложении микроконтроллеров не отстает, поскольку предлагает инновационные и передовые предложения, отвечающие различным требованиям IoT. NXP имеет обширный портфель микроконтроллеров с обширным программным обеспечением и средой разработки.MCU NXP предлагает широкий спектр микроконтроллеров на наших 8-, 16- и 32-разрядных платформах. Микроконтроллеры NXP оснащены передовыми маломощными, аналоговыми, управляющими и коммуникационными IP. Микроконтроллеры NXP сочетают в себе лучшие технологии Kinetis и LPC с лучшими в отрасли продуктами за последние два десятилетия.

Веб-сайт: https://www.nxp.com/

ON Semiconductor предлагает широкий ассортимент микроконтроллеров в своей собственной категории. Предложение ON Semiconductor расширяется от 8-битных и 16-битных микроконтроллеров общего назначения и специализированных устройств.От микроконтроллера со сверхнизким энергопотреблением для радиочастотных приложений до 8-битного микроконтроллера с полноскоростным USB, встроенной флэш-памятью объемом 32 Кбайт и ОЗУ объемом 2048 байт – вот несколько примеров из диапазона предложений микроконтроллеров ON Semiconductor. Микроконтроллеры общего назначения являются одним из ключевых предложений микроконтроллеров ON Semiconductors.

Веб-сайт : https://www.onsemi.com/

Panasonic безо всяких потрясений входит в число ведущих предложений микроконтроллеров, поскольку компания может многое предложить на растущем рынке микроконтроллеров. С точки зрения программного обеспечения встроенных устройств и требований системы, серии Panasonic AM1 (MN101C / MN101E / MN101L) и AM3 (MN103H / MN103S / MN103L) означают новую концепцию в дизайне микрокомпьютеров.Микроконтроллеры Panasonic выпускаются в 8-битных и 32-битных моделях. Микрокомпьютеры Panasonic сочетают высокую производительность с низким энергопотреблением. Микроконтроллеры Panasonic предназначены для широкого спектра приложений, включая высокопроизводительные встроенные контроллеры и ключевые устройства в мультимедийном оборудовании.

Веб-сайт: https://na.industrial.panasonic.com/

Renesas Electronics предлагает микроконтроллеры (MCU) с безупречной расширяемостью и масштабируемостью, позволяющие клиентам в полной мере использовать существующие ресурсы.Микроконтроллеры Renesas выпускаются с широким спектром памяти и вариантов комплектации. Микроконтроллеры Renesas быстрые, высоконадежные, недорогие и экологически чистые. Renesas Electronics рекламирует лучшие в своем классе и самые мощные решения, основанные на широком выборе микроконтроллеров (MCU). В микроконтроллерах Renesas Electronics используются самые передовые технологии, и можно вводить новшества в соответствии с потребностями и рыночным спросом.

Веб-сайт : https://www.renesas.com/

ROHM – это компания, которая делает ставку на микроконтроллеры.ROHM предлагает обширное пространство для микроконтроллеров. ROHM удовлетворяет передовые потребности электроники с помощью своих микроконтроллеров. ROHM имеет микроконтроллеры с высокой производительностью и сверхнизким энергопотреблением, микроконтроллеры со сверхнизким рабочим напряжением и сверхнизким энергопотреблением, микроконтроллеры с концентратором датчиков и микроконтроллеры на базе ARM. Микроконтроллеры ROHM также обслуживают растущий рынок Интернета вещей, улучшая подключенный мир.

Веб-сайт : https://www.rohm.co.jp/

Компания STMicroelectronics, обслуживающая область встроенных приложений, является доминирующим именем в сегменте микроконтроллеров.ST предлагает обширный портфель микроконтроллеров. Микроконтроллеры ST – это надежные и недорогие 8-битные микроконтроллеры Cortex®-M на базе Arm®, которые поставляются с широким выбором периферийных устройств. Микроконтроллеры ST помогают инженерам-разработчикам сочетать энергоэффективность, безопасность, высокую производительность и масштабируемость. Портфель микроконтроллеров (MCU) STM32 также включает решения для беспроводной связи.

Веб-сайт : https://www.st.com/

TI помогают развивать автономное будущее.TI предлагает обширные 16-битные и 32-битные микроконтроллеры. Микроконтроллеры TI – это высокопроизводительные решения с низким энергопотреблением, создающие новый мир Интернета вещей. Портфель маломощных высокопроизводительных микроконтроллеров (MCU) TI представлен в вариантах с проводным и беспроводным подключением. TI предоставляет доступ к надежной экосистеме разработки, в которую входят комплекты разработчика LaunchPad ™. Микроконтроллеры TI предлагают микросхемы, программное обеспечение и инструменты разработки, чтобы помочь дизайнерам быстро вывести свои проекты на рынок.

Веб-сайт: http://www.ti.com/

Классические и современные средства управления с микроконтроллерами: дизайн, реализация и приложения (достижения в области промышленного управления), Bai, Ying, Roth, Zvi S., электронная книга

Эта книга посвящена разработке, внедрению и применению встраиваемых систем и передовых промышленных средств управления с микроконтроллерами. Он сочетает в себе классические и современные теории управления, а также практические коды программирования управления, чтобы помочь читателям легко и эффективно изучить методы управления. Книга охватывает как линейные, так и нелинейные методы управления, чтобы помочь читателям понять современные стратегии управления.

Автор подробно описывает практические аспекты и приложения в линейных и нелинейных системах управления.Они концентрируются на системе микроконтроллеров ARM® Cortex®-M4, созданной Texas Instruments ™ под названием TM4C123GXL, в которой используются два микроконтроллера ARM® Cortex®-M4, TM4C123GH6PM. Чтобы помочь читателю разработать и создать программное обеспечение для управления приложениями для конкретного микроконтроллера.

Читатели могут быстро разрабатывать и создавать свои приложения, используя примеры кодов проектов, приведенные в книге, для доступа к указанным периферийным устройствам. Книга позволяет читателям переходить от одного протокола взаимодействия к другому, даже если они имеют только базовое и фундаментальное понимание и базовые знания об одной функции интерфейса.

Достижения в области промышленного контроля сообщает и поощряет передачу технологий в области управления. Быстрое развитие технологий управления оказывает влияние на все области дисциплины управления. Серия предлагает исследователям возможность представить расширенное описание новых работ по всем аспектам промышленного контроля.

Д-р Цви С.Рот получил степень бакалавра и магистра в области электротехники в Израильском технологическом институте Технион в 1974 и 1979 годах, соответственно, и докторскую степень по системной инженерии в Университете Кейс Вестерн Резерв в 1983 году. Он присоединился к Атлантическому университету Флориды. (FAU), где он в настоящее время является профессором кафедры вычислительной техники, электротехники и компьютерных наук.

Д-р Рот опубликовал две книги «Основы калибровки манипуляторов с доктором. Бенджамин Моринг и Моррис Дрилс (Джон Вили, 1991), Калибровка роботов с помощью камеры с доктором.Ханьци Чжуан (CRC Press 1996).

и микропроцессор – в чем разница?

Опытные инженеры по встроенным системам и разработчики продукции в электронной промышленности должны знать функциональные различия между микроконтроллером и микропроцессором . Оба типа компонентов важны для проектирования и изготовления различных типов электронных устройств, но бывает трудно различить их, основываясь только на их определениях:

Микроконтроллер – это небольшой компьютер на одной интегральной микросхеме.Микроконтроллер обычно содержит одно или несколько процессорных ядер вместе с дополнительными периферийными устройствами (памятью, последовательным интерфейсом, таймером, программируемыми периферийными устройствами ввода-вывода и т. Д.) На одном кристалле.

Микропроцессор – это компьютерный процессор, который объединяет функции центрального процессора (ЦП) всего на нескольких (а часто и только на одной) интегральных схемах.

На первый взгляд кажется, что микроконтроллеры и микропроцессоры имеют много общего. Оба они являются примерами однокристальных процессоров, которые помогли ускорить распространение вычислительной техники за счет повышения надежности и снижения стоимости вычислительной мощности.Обе они представляют собой однокристальные интегральные схемы, которые выполняют вычислительную логику, и оба типа процессоров используются в миллионах электронных устройств по всему миру.

Чтобы прояснить различия между микроконтроллерами и микропроцессорами, мы создали это сообщение в блоге, в котором сравниваются два наиболее распространенных типа компьютерных процессоров. Мы рассмотрим все различия между микроконтроллером и микропроцессором, от архитектуры до приложений, чтобы помочь вам прийти к четкому пониманию того, какие из этих компонентов должны стать основой вашего следующего проекта компьютерной инженерии.

Тип компьютерного процессора, который вы выберете для своей встраиваемой системы или проекта компьютерной инженерии, будет иметь значительное влияние на ваш выбор дизайна и результаты проекта, поэтому крайне важно, чтобы вы были полностью информированы об основных вариантах, их уникальных функциях и преимуществах. Давайте подробнее рассмотрим разницу между микроконтроллером и микропроцессором.

выполняют относительно похожие функции, но если мы внимательно рассмотрим архитектуру каждого типа микросхем, мы увидим, насколько они разные.

Определяющей характеристикой микроконтроллера является то, что он объединяет все необходимые вычислительные компоненты на одном кристалле. ЦП, память, средства управления прерываниями, таймер, последовательные порты, средства управления шиной, периферийные порты ввода-вывода и любые другие необходимые компоненты находятся на одном кристалле, и никаких внешних схем не требуется.

Напротив, микропроцессор состоит из ЦП и нескольких вспомогательных микросхем, которые обеспечивают память, последовательный интерфейс, входы и выходы, таймеры и другие необходимые компоненты. Многие источники указывают, что термины «микропроцессор» и «ЦП» по сути синонимичны, но вы также можете встретить архитектурные схемы микропроцессора, которые изображают ЦП как компонент микропроцессора. Вы можете представить микропроцессор как отдельную микросхему интегральной схемы, которая содержит центральный процессор.Этот чип может подключаться к другим внешним периферийным устройствам, таким как шина управления или шина данных, которые обеспечивают ввод двоичных данных и принимают выходные данные от микропроцессора (также в двоичном формате).

Ключевое отличие здесь в том, что микроконтроллеры автономны. Вся необходимая вычислительная периферия находится внутри микросхемы, а микропроцессоры работают с внешними периферийными устройствами. Как мы скоро увидим, каждая из этих архитектур имеет свои уникальные преимущества и недостатки.

Микропроцессоры и микроконтроллеры – оба способа реализации ЦП в вычислениях.До сих пор мы узнали, что микроконтроллеры интегрируют ЦП в микросхему с несколькими другими периферийными устройствами, в то время как микропроцессор состоит из ЦП с проводными соединениями с другими поддерживающими микросхемами. Хотя может быть некоторое совпадение, микропроцессоры и микроконтроллеры имеют относительно отдельные и разные приложения.

Микропроцессоры зависят от сопряжения ряда дополнительных микросхем для формирования микрокомпьютерной системы. Они часто используются в персональных компьютерах, где пользователям требуются мощные высокоскоростные процессоры с универсальными возможностями, которые поддерживают ряд вычислительных приложений.Использование внешних периферийных устройств с микропроцессорами означает, что компоненты могут быть легко обновлены – например, пользователь может заменить свой чип RAM, чтобы получить дополнительную память.

Программируемые микроконтроллеры содержат все компоненты микрокомпьютерной системы на одном кристалле, который работает с низким энергопотреблением и выполняет специализированную операцию. Микроконтроллеры чаще всего используются во встроенных системах, где ожидается, что устройства будут выполнять основные функции надежно и без вмешательства человека в течение продолжительных периодов времени.

Вообще говоря, микроконтроллеры обычно дешевле микропроцессоров. Микропроцессоры обычно производятся для использования с более дорогими устройствами, в которых для повышения производительности используются внешние периферийные устройства. Они также значительно сложнее, поскольку предназначены для выполнения множества вычислительных задач, в то время как микроконтроллеры обычно выполняют специальную функцию.Это еще одна причина, по которой микропроцессорам требуется надежный источник внешней памяти – для поддержки более сложных вычислительных задач.

С помощью микроконтроллера инженеры пишут и компилируют код, предназначенный для конкретного приложения, и загружают его в микроконтроллер, внутри которого находятся все необходимые вычислительные функции и компоненты для выполнения кода. Из-за их узких индивидуальных приложений микроконтроллеры часто требуют меньше памяти, меньшей вычислительной мощности и меньшей общей сложности, чем микропроцессоры, следовательно, более низкая стоимость.

Что касается общей тактовой частоты, существует значительная разница между ведущими в отрасли микропроцессорными микросхемами и высококачественными микроконтроллерами. Это связано с идеей, что микроконтроллеры предназначены для обработки конкретной задачи или приложения, в то время как микропроцессор предназначен для более сложных, надежных и непредсказуемых вычислительных задач.

Одним из ключевых преимуществ дизайна, связанных с микроконтроллерами, является то, что они могут быть оптимизированы для выполнения кода для конкретной задачи.Это означает использование нужной скорости и мощности для выполнения работы – не больше и не меньше. В результате многие микропроцессоры имеют тактовую частоту до 4 ГГц, в то время как микроконтроллеры могут работать с гораздо более низкими частотами, составляющими 200 МГц или меньше.

В то же время непосредственная близость компонентов на кристалле может помочь микроконтроллерам быстро выполнять функции, несмотря на их более низкую тактовую частоту. Иногда микропроцессоры могут работать медленнее из-за их зависимости от связи с внешними периферийными устройствами.

Одним из ключевых преимуществ микроконтроллеров является их низкое энергопотребление. Компьютерный процессор, выполняющий специальную задачу, требует меньшей скорости и, следовательно, меньшей мощности, чем процессор с высокой вычислительной мощностью. Энергопотребление играет важную роль в дизайне реализации: процессор, который потребляет много энергии, может нуждаться в подключении или поддержке внешнего источника питания, тогда как процессор, который потребляет ограниченную мощность, может получать питание в течение длительного времени всего лишь за небольшой промежуток времени. аккумулятор.

Для задач, требующих малой вычислительной мощности, может быть гораздо более эффективным с точки зрения затрат реализовать микроконтроллер по сравнению с микропроцессором, который потребляет гораздо больше энергии при том же выходе.

включают множество функций, которые делают их пригодными для применения во встраиваемых системах:

• Они автономны, включая всю необходимую периферию на одной микросхеме
• Они предназначены для запуска одного специального приложения
• Их можно оптимизировать (программно и аппаратно) для одного специализированного приложения
• Они обладают низким энергопотреблением и могут включать функции энергосбережения, что делает их идеальными для приложений, требующих, чтобы процессор работал в течение длительного времени без вмешательства человека
• Они относительно недороги по сравнению с процессорами, главным образом потому, что вся система находится на одном кристалле

Хотя микропроцессоры могут быть более мощными, эта дополнительная мощность обходится дорого, что делает микропроцессоры менее востребованными для приложений встроенных систем: больший размер, большее энергопотребление и более высокая стоимость.

В конечном счете, микроконтроллеры и микропроцессоры – это разные способы организации и оптимизации вычислительной системы на базе ЦП. В то время как микроконтроллер помещает ЦП и все периферийные устройства на один и тот же чип, микропроцессор содержит более мощный ЦП на одном кристалле, который подключается к внешним периферийным устройствам. Микроконтроллеры оптимизированы для выполнения специального приложения с низким энергопотреблением – идеально для встроенных систем – в то время как микропроцессоры более полезны для общих вычислительных приложений, требующих более сложных и универсальных вычислительных операций.

Если вы инженер встраиваемых систем и работаете над новым проектом с программируемыми микроконтроллерами, Total Phase предлагает инструменты, которые подходят вам и вашим встраиваемым системам. От хост-адаптеров до анализаторов протоколов, мы можем помочь вам сэкономить время и энергию при отладке вашего продукта и сократить общее время вывода на рынок.

Есть вопросы? Отправьте их нам! Вы можете связаться с нами по адресу [email protected].

Сравнение 8-битных и 32-битных микроконтроллеров: выбор подходящего микроконтроллера для вашей конструкции печатной платы

Создано: 27 февраля 2018 г.
Обновлено: 4 ноября 2020 г.

У меня очень плохие привычки покупать электронные гаджеты.Разрываясь между покупкой нового ноутбука или обновлением планшета до iPad Pro, я в конечном итоге покупаю оба и получаю бесконечную лекцию от своего жениха.

К счастью, я более решительно выбираю между 8-битным или 32-битным микроконтроллером для моей конструкции оборудования. Они не слишком различаются по стоимости, и один из них мощнее другого. Однако, чтобы сделать правильный выбор, важно понимать фундаментальные различия между 8-битным и 32-битным MCU.

Строго говоря, 8-битный микроконтроллер обрабатывает 8-битные данные в любой конкретный момент времени.32. У них есть 32-битные арифметико-логические блоки, регистры и ширина шины. В общем, это означает, что 32-разрядный компьютер может обрабатывать четырехкратный объем данных, что делает его более эффективным с технической точки зрения. Однако есть и другие различия между 8-битными и 32-битными микроконтроллерами, которые выходят за рамки арифметических операций.

Арифметические операции

Одно ограничение должно быть очевидным, а именно ограничение на арифметические операции. 8-битный микроконтроллер обычно разрешает только арифметические операции, которые выводят числа в диапазоне от 0 до 255 (или от -127 до 128), хотя большее число может совместно использоваться двумя потоками.Это вносит некоторую сложность программирования, поскольку многопоточность не происходит автоматически на аппаратном уровне.

Как правило, использование микроконтроллера с большей шириной данных позволяет выполнять вычисления с большими числами. 32-разрядный микроконтроллер может обрабатывать беззнаковые числа от 0 до 4 294 967 295 (я позволю читателю определить диапазон для чисел со знаком!). Если вы используете язык программирования высокого уровня, такой как C, или проприетарную среду IDE (например, AtmelStudio), у вас должен быть доступ к библиотеке, которая обеспечивает поддержку больших чисел или использование научной нотации.

в 8-, 16- и 32-разрядных микроконтроллерах

Если это звучит так, как будто 32-битный микроконтроллер всегда находится в более крупном корпусе, чем 8-битный микроконтроллер, это не всегда так. Некоторые 8-битные, 16-битные и 32-битные микроконтроллеры имеют одинаковый форм-фактор (например, Microchip предлагает серию микроконтроллеров с разной разрядностью, которые поставляются в пакетах TQFP-64). 8-битные микроконтроллеры поставляются в DIP-корпусах, как и на популярных платах Arduino.

Встроенное программное обеспечение и использование памяти

На программном уровне типы данных, используемые в вашем коде, также будут определять, какой тип микроконтроллера использовать. Например, целое число без знака, объявленное в 8-битном микроконтроллере, будет занимать только 1 байт. Эта же переменная в 32-битном микроконтроллере потребляет 4 байта данных. Вы можете сказать: «Подождите, 32-битный MCU имеет в 16 миллионов раз больше адресов, какое нам дело, если он использует 4 байта?» Максимальное количество доступных уникальных адресов ничего не говорит о фактическом объеме памяти, размещенной на микроконтроллере.Внутренняя память обычно находится на уровне КБ, поэтому количество данных, требуемых в вашем коде, имеет значение.

Выбор между 8-битным или 32-битным микроконтроллером требует не только ширины данных. Рассмотрение основных различий между 8-битными и 32-битными микроконтроллерами поможет вам принять лучшее решение для вашего дизайна.

Скорость и память

Одним из основных преимуществ 32-разрядного микроконтроллера перед 8-разрядным микроконтроллером является его превосходная скорость обработки.Типичный 8-битный микроконтроллер обычно работает на частоте 8 МГц, а 32-битный микроконтроллер может работать на частоте до сотен МГц. Вы можете не заметить разницу в скорости обработки встроенных данных, если используете микроконтроллер для включения механического реле; однако это быстро становится очевидным, когда вы запускаете приложения, требующие тяжелых приложений для обработки данных. Например, для контроллера доступа к дверям, который обрабатывает тысячи транзакций в день, требуется 32-разрядный микроконтроллерный процессор.

8-битные микроконтроллеры дешевы и просты в работе. Фактически, они все еще очень популярны спустя четыре десятилетия во многих приложениях. Но если вы работаете над продуктом, для которого требуется огромная внутренняя память с произвольным доступом (ОЗУ), вам, возможно, придется заменить 8-битную 32-битную. 32-битные микроконтроллеры часто имеют в 8 раз больше оперативной памяти, чем их 8-битные аналоги. Если вам нужен огромный буфер для хранения аудиоданных, то лучшим вариантом процессорного приложения будет 32-контактный микроконтроллер.

Добавление периферийных устройств

Основы проектирования встроенных систем включают создание списка необходимых периферийных устройств на основе требований проекта. Если вам требуются Ethernet, универсальная последовательная шина (стек USB), несколько универсальных асинхронных приемопередатчиков (UARTS) и шина сети контроллеров (CAN), 8-битного микроконтроллера будет недостаточно. Возможно, вам придется подумать о добавлении периферийных микросхем, которые могут стоить больше, чем один только 32-разрядный микроконтроллер.

Как правило, 32-разрядные микроконтроллеры обладают более широким набором функций по сравнению с 8-разрядными микроконтроллерами.Благодаря превосходной скорости обработки 32-разрядный микроконтроллер может эффективно обрабатывать несколько периферийных устройств. Однако имейте в виду, что 32-разрядные микроконтроллеры потребляют больше энергии, особенно когда все встроенные системы и периферийные устройства включены.

Кривая проектирования и обучения аппаратного обеспечения

Справедливо сказать, что печатная плата с 32-битным микроконтроллером, которая обычно имеет более 100 контактов, сложнее, чем 8-битная, которая редко превышает 30. С точки зрения сборки, пайка корпуса SOIC определенно проще, чем Quad Плоский корпус (QFP) или корпус с шариковой решеткой (BGA).Также меньше проблем с качеством с более широким шагом в корпусе SOIC. Если для вашего проекта достаточно 8-разрядного микроконтроллера, не выбирайте 32-контактный микроконтроллер. В противном случае используйте готовые посадочные места в программном обеспечении для проектирования печатных плат, чтобы сократить время проектирования.

При поиске руководств по программированию микроконтроллеров вы обнаружите, что большинство руководств относятся к 8-битным микроконтроллерам, таким как 8051 или Arduino, популярной 8-битной плате микроконтроллера. Это потому, что с 8-битным микроконтроллером легче начать.32-битный микроконтроллер имеет более сложную архитектуру и требует больше времени для ознакомления. Если вы создаете простой счетчик производства кода, неэффективно просить инженера по микроконтроллерам изучить микроконтроллеры в течение недели, когда он сможет настроить всю микропрограмму гораздо дешевле, используя 8-битный микроконтроллер.

Приложения для 32-разрядных микроконтроллеров

Существует множество приложений для 32-битного микроконтроллера, но это должно быть обсуждение того, когда не использовать 32-битный микроконтроллер.В общем, любое приложение, которое требует вычислений, которые неизбежно связаны с большими числами и которые должны вычисляться быстрее, должно использовать 16-битный или 32-битный микроконтроллер. Некоторые примеры операций включают вычисления БПФ, обработку изображений, высококачественное аудио или видео, а также приложения для граничных вычислений. Некоторые задачи с интенсивным использованием памяти и обработки, связанные с машинным обучением или искусственным интеллектом, лучше реализовать с помощью чего-то более мощного, например ARM MCU или одноплатного компьютера.

Если вам нужно собрать измерения аналоговых сигналов, 32-битный микроконтроллер не обязательно лучше 8-битного микроконтроллера.Разрядность, указанная для микроконтроллера, не эквивалентна разрядности встроенного аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Коммерчески доступные микроконтроллеры будут включать в себя встроенный АЦП, который достигает 8-битной, 10-битной, 12-битной или 16-битной скорости.

Для мобильных приложений 32-разрядный микроконтроллер обеспечит более интенсивные вычисления за счет более высокого энергопотребления. Можно использовать 32-разрядный микроконтроллер, чтобы быстрее завершить важные вычисления, а затем перевести ЦП в спящий режим на более длительный период времени.Однако это не означает, что 32-разрядный микроконтроллер более энергоэффективен. 8-битный микроконтроллер обычно обеспечивает более длительное время автономной работы и лучший баланс периферийных функций, чем аналогичные 32-битные устройства.

Выберите лучший микроконтроллер для вашего дизайна печатной платы

Чтобы выбрать лучший микроконтроллер для вашей конструкции печатной платы, минимизируя время и общие затраты, необходимо тщательно оценить ключевые преимущества и недостатки 8-битного и 32-битного микроконтроллеров. Принимая во внимание такие требования к дизайну, как скорость, сложность, периферийные устройства и флэш-память, вы можете свести к минимуму паралич принятия решений, а также возможные неудачи при выборе лучшего микроконтроллера для вашего проекта.

С помощью профессионального инструмента проектирования печатных плат, такого как Altium CircuitStudio ^® , вы можете заранее определить требования к дизайну и оптимизировать процесс обучения.