Formas de seleccionar el mejor microcontrolador para proyectos basados ​​en microcontroladores

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¿Sabe cómo seleccionar el mejor microcontrolador para proyectos basados ​​en microcontroladores? Seleccionar el microcontrolador adecuado para una aplicación determinada es una de las decisiones más críticas, que controla el éxito o el fracaso de la tarea.

Hay diferentes tipos de microcontroladores disponible y si ha decidido qué serie utilizar, puede iniciar fácilmente su propio diseño de sistema integrado. Los ingenieros deben tener sus propios criterios para realizar la selección correcta.




Aquí, en este artículo, discutiremos las consideraciones básicas al seleccionar un microcontrolador.

Microcontroladores para el diseño de sistemas integrados

Microcontroladores para el diseño de sistemas integrados



En muchos casos, en lugar de tener un conocimiento detallado sobre un microcontrolador adecuado para el proyecto, las personas a menudo seleccionan un microcontrolador al azar. Sin embargo, esta es una mala idea.

La principal prioridad para elegir un microcontrolador es tener información del sistema como diagrama de bloques, diagrama de flujo y periféricos de entrada / salida.

Aquí están las 7 formas principales que deben seguirse para garantizar que se seleccione el microcontrolador correcto.


Selección de bits del microcontrolador

Los microcontroladores están disponibles en diferentes velocidades de bits, como velocidades de 8, 16 y 32 bits. El número de bits se refiere al tamaño de las líneas de datos que limitan los datos. La elección del mejor microcontrolador para el diseño de sistemas integrados es importante en términos de selección de bits. El rendimiento del microcontrolador aumenta con el tamaño de bits.

Microcontroladores de 8 bits :

Microcontroladores de 8 bits

Microcontroladores de 8 bits

Los microcontroladores de 8 bits tienen 8 líneas de datos que pueden enviar y recibir datos de 8 bits a la vez. No tiene funciones adicionales como la comunicación en serie de lectura / escritura, etc. Están construidas con menos memorias en chip y, por lo tanto, se utilizan para aplicaciones más pequeñas. Están disponibles a un costo más económico. Sin embargo, en caso de que la complejidad de su proyecto aumente, elija otro microcontrolador de bits más alto.

Microcontrolador de 16 bits:

Microcontrolador de 16 bits

Microcontrolador de 16 bits

Los controladores de 16 bits tienen líneas de 16 datos que pueden enviar y recibir datos de 16 bits a la vez. No tiene funciones adicionales en comparación con los controladores de 32 bits. Es lo mismo que el microcontrolador de 8 bits pero se agrega con algunas características adicionales.

El rendimiento de un microcontrolador de 16 bits es más rápido que el de los controladores de 8 bits y es rentable. Es aplicable para aplicaciones más pequeñas. Es una versión avanzada de microcontroladores de 8 bits.

Microcontrolador de 32 bits :

Microcontrolador de 32 bits

Microcontrolador de 32 bits

Los microcontroladores de 32 bits tienen líneas de 32 datos que se utilizan para enviar y recibir datos de 32 bits a la vez. Los 32 microcontroladores tienen algunos futuros adicionales como SPI, I2C, unidades de coma flotante y funciones relacionadas con el proceso.

Los microcontroladores de 32 bits están construidos con un rango máximo de memorias en chip y, por lo tanto, se utilizan para aplicaciones más grandes. El rendimiento es muy rápido y rentable. Son una versión avanzada de microcontroladores de 16 bits.

Selección de familia de microcontroladores

Hay varios proveedores que fabrican diferentes arquitecturas de microcontroladores. Por lo tanto, cada microcontrolador tiene una instrucción y un conjunto de registros únicos y no hay dos microcontroladores que sean similares entre sí.

Un programa o código escrito para un microcontrolador no se ejecutará en el otro microcontrolador. Los diferentes proyectos basados ​​en microcontroladores requieren diferentes familias de microcontroladores.

Las diferentes familias de microcontroladores son la familia 8051, la familia AVR, la familia ARM, la familia PIC y muchas más.

Familia de microcontroladores AVR

Familia de microcontroladores AVR

Familia de microcontroladores AVR

Un microcontrolador AVR acepta un tamaño de instrucción de 16 bits o 2 bytes. Consiste en una memoria flash que contiene la dirección de 16 bits. Aquí las instrucciones se almacenan directamente.

Microcontroladores AVR-ATMega8, ATMega32 son ampliamente utilizados.

Familia de microcontroladores PIC

Familia de microcontroladores PIC

Familia de microcontroladores PIC

Un microcontrolador PIC cada instrucción acepta instrucciones de 14 bits. La memoria flash puede almacenar direcciones de 16 bits. Si los primeros 7 bits se pasan a la memoria flash, los bits restantes se pueden almacenar más tarde.

Sin embargo, si se pasan 8 bits, los 6 bits restantes se desperdician. En una nota ligera, esto en realidad depende de los proveedores de fabricación.

Por lo tanto, la selección de una familia adecuada de microcontroladores para el diseño de sistemas integrados es muy importante en el proceso.

Selección de arquitectura de microcontrolador

El término 'arquitectura' define una combinación de periféricos que se utilizan para realizar las tareas. Hay dos tipos de arquitectura de microcontroladores para proyectos basados ​​en microcontroladores.

De Neumann Architecture

La arquitectura de Von Neumann también se conoce como arquitectura de Princeton. En esta arquitectura, la CPU se comunica con un solo bus de datos y direcciones, a RAM y ROM. La CPU obtiene las instrucciones de la RAM y la ROM simultáneamente.

Arquitectura de Von-Neumann

Arquitectura de Von-Neumann

Estas instrucciones se ejecutan secuencialmente a través de un solo bus y, por lo tanto, lleva más tiempo ejecutar cada instrucción. Así podemos decir que el proceso de la arquitectura de Von Newman es muy lento.

Arquitectura de Harvard

En la arquitectura de Harvard, la CPU tiene dos buses separados que son el bus de direcciones y el bus de datos para comunicarse con la RAM y la ROM. La CPU obtiene y ejecuta las instrucciones de las memorias RAM y ROM a través de un bus de datos y un bus de direcciones separados, por lo que se necesita menos tiempo para ejecutar cada instrucción, lo que hace que esta arquitectura sea muy popular.

Arquitectura de Harvard

Arquitectura de Harvard

Por lo tanto, para cualquier diseño de sistema integrado, el mejor microcontrolador es principalmente el que tiene la arquitectura Harvard.

Selección de conjunto de instrucciones de microcontrolador

El conjunto de instrucciones es un conjunto de instrucciones básicas como aritméticas, condicionales, lógicas, etc. que se utilizan para realizar operaciones básicas en el microcontrolador. La arquitectura del microcontrolador funciona sobre la base del conjunto de instrucciones.

Para todos los proyectos basados ​​en microcontroladores, se encuentran disponibles microcontroladores basados ​​en el conjunto de instrucciones RISC o CISC.

Arquitectura basada en RISC

RISC significa computadora con conjunto de instrucciones reducido. Un conjunto de instrucciones RISC realiza todas las operaciones aritméticas, lógicas, condicionales y booleanas en uno o dos ciclos de instrucción. El rango del conjunto de instrucciones RISC es<100.

Arquitectura basada en RISC

Arquitectura basada en RISC

Una máquina basada en RISC ejecuta instrucciones más rápido porque no hay una capa de microcódigo. La arquitectura RISC contiene operaciones especiales de almacenamiento de carga que se utilizan para mover los datos desde los registros internos y la memoria.

Un chip RISC se fabrica con una menor cantidad de transistores, por lo que el costo es bajo. Para cualquier diseño de sistema integrado, se prefiere principalmente un chip RISC.

Arquitectura basada en CISC

CISC significa computadora con conjunto de instrucciones complejas. El conjunto de instrucciones CISC requiere cuatro o más ciclos de instrucción para ejecutar todas las instrucciones aritméticas, lógicas, condicionales y booleanas. El rango de un conjunto de instrucciones CISC es> 150.

Arquitectura basada en CISC

Arquitectura basada en CISC

Una máquina basada en CISC ejecuta las instrucciones a un ritmo más lento en comparación con la arquitectura RISC, porque aquí las instrucciones se convierten en un código de tamaño pequeño antes de ejecutarse.

Selección de memoria del microcontrolador

La selección de la memoria es muy importante para elegir el mejor microcontrolador, porque el rendimiento del sistema depende de las memorias.

Cada microcontrolador puede contener cualquier tipo de memoria, que son:
 Memoria en chip
 Memoria fuera de chip

Memoria en chip y fuera de chip

Memoria en chip y fuera de chip

Memoria en chip

La memoria en el chip se refiere a cualquier memoria como RAM, ROM que está incrustada en el propio chip del microcontrolador. Una ROM es un tipo de dispositivo de almacenamiento que puede almacenar permanentemente los datos y la aplicación dentro de ella.

Una memoria RAM es un tipo de memoria que se utiliza para almacenar datos y programas de forma temporal. Los microcontroladores con memoria en chip ofrecen un procesamiento de datos de alta velocidad, pero la memoria de almacenamiento es limitada. Por lo tanto, se utilizan microcontroladores fuera de chip para lograr altas capacidades de almacenamiento de memoria.

Memoria fuera de chip

La memoria fuera del chip se refiere a cualquier memoria como ROM, RAM y EEPROM que estén conectadas externamente. Las memorias externas se denominan algunas veces memorias secundarias y se utilizan para almacenar una gran cantidad de datos.

Debido a esto, la velocidad de los controladores de memoria externa se reduce mientras se recuperan y almacenan los datos. Esta memoria externa necesita conexiones externas, por lo que la complejidad del sistema aumenta.

Selección de chip de microcontrolador

La selección de chips es muy importante para desarrollar un proyecto basado en microcontrolador . El CI simplemente se llama paquete. Los circuitos integrados están blindados para permitir un fácil manejo y proteger los dispositivos de daños. Los circuitos integrados se componen de miles de componentes básicos en electrónica como transistores, diodos, resistencias, condensadores.

Los microcontroladores están disponibles en muchos tipos diferentes de paquetes de circuitos integrados y cada uno tiene sus propias ventajas y desventajas. El IC más popular es el Paquete doble en línea (DIP), que se utiliza principalmente en cualquier diseño de sistema integrado.

Microcontrolador DIP (doble en línea)

Microcontrolador DIP (doble en línea)

1. DIP (paquete dual en línea)
2. SIP (paquete único en línea)
3. SOP (paquete de esquema pequeño)
4. QFP (paquete cuádruple plano)
5. PGA (matriz de cuadrícula de pines)
6. BGA (matriz de cuadrícula de bolas)
7. TQFP (paquete plano cuádruple de estaño)

Selección IDE del microcontrolador

IDE significa entorno de desarrollo integrado y es una aplicación de software que se utiliza en la mayoría de los proyectos basados ​​en microcontroladores. El IDE normalmente consta de un editor de código fuente, un compilador, un intérprete y un depurador. Se utiliza para desarrollar las aplicaciones integradas. IDE se utiliza para programar un microcontrolador.

Selección IDE de microcontroladores

Selección IDE de microcontroladores

Un IDE consta de los siguientes componentes: -

Editor de código fuente
Compilador
Depurador
Enlaces
Interprete
Convertidor de archivos hexadecimal

Editor

El editor de código fuente es un editor de texto especialmente diseñado para que los programadores escriban el código fuente de las aplicaciones.

Compilador

Un compilador es un programa que traduce el lenguaje de alto nivel (C, Embedded C) al lenguaje de nivel de máquina (formato 0 'y 1'). El compilador primero escanea el programa completo y luego traduce el programa al código de máquina que será ejecutado por la computadora.

Hay dos tipos de compiladores: -

Compilador nativo

Cuando el programa de aplicación se desarrolla y compila en el mismo sistema, se conoce como compilador nativo. EJ .: C, JAVA, Oracle.

Compilador cruzado

Cuando el programa de aplicación se desarrolla en un sistema host y se compila en el sistema de destino, se denomina compilador cruzado. Todos los proyectos basados ​​en microcontroladores son desarrollados por el compilador cruzado. Ex Embedded C, ensamblar, microcontroladores.

Depurador

Un depurador es un programa que se utiliza para probar y depurar otros programas, como el programa de destino. La depuración es un proceso de búsqueda y reducción de errores o defectos en el programa.

Enlaces

El enlazador es un programa que toma uno o más archivos objetivos del compilador y los combina en un solo programa ejecutable.

Interprete

Un intérprete es una parte del software que convierte el lenguaje de alto nivel en un lenguaje legible por máquina línea por línea. Cada instrucción del código se interpreta y ejecuta por separado de manera secuencial. Si se encuentra algún error en una parte de la instrucción, detendrá la interpretación del código.

Diferentes microcontroladores con aplicaciones.

A continuación se muestra un resumen de una tabla que ofrece información sobre los diferentes microcontroladores y los proyectos en los que se pueden utilizar.

Diferentes microcontroladores para diferentes aplicaciones

Diferentes microcontroladores para diferentes aplicaciones

¿Todo listo para elegir el mejor microcontrolador para su proyecto? Esperamos que a estas alturas ya tenga una idea clara de qué microcontrolador será el más adecuado para su sistema integrado. Para su referencia, una variedad de proyectos integrados se puede encontrar en el sitio web de edgefxkits.

Aquí hay una pregunta básica para usted: para la mayoría de los proyectos basados ​​en microcontroladores, combinando todas las mejores características que hemos mencionado anteriormente, ¿qué familia de microcontroladores es la más preferida y por qué?

Por favor, dé sus respuestas junto con sus comentarios en la sección de comentarios que se proporciona a continuación.

Créditos fotográficos:

Microcontroladores de 8 bits por rapidonline
Microcontrolador de 16 bits de directindustry
Microcontrolador de 32 bits de rapidonline
Familia de microcontroladores AVR de electroline
Familia de microcontroladores PIC de ingenieros de garaje
Arquitectura de Harvard por eecatalog.com
Arquitectura basada en RISC por electronicsweekly.com
Arquitectura basada en CISC por studydroid.com
Microcontrolador DIP (doble en línea) de t2.gstatic.com