Критерии выбора микроконтроллера

В последние годы при разработке систем управления объектами различного типа и уровня сложности все больше внимания уделяется микроконтроллерной технике. Это связано с ее бурным развитием и широким ассортиментом предлагаемой продукции. Использование микроконтроллеров позволяет конструировать устройства, обладающие такими качествами, как небольшие габариты, относительная дешевизна, простота и надежность, совместимость с персональным компьютером через стандартные интерфейсы.

При разработке устройства возникает необходимость в выборе микроконтроллера, удовлетворяющего требованиям по производительности, надежности, условиям применения и т.д.

Выбор микроконтроллера (МК) является одним из самых важных решений, от которых зависит успех или провал всего проекта. При выборе микроконтроллера существуют многочисленные критерии, большинство из которых представлены в этом разделе.

Основная цель - выбрать микроконтроллер с минимальной ценой (чтобы снизить общую стоимость системы), но в то же время удовлетворяющий системной спецификации, т.е. требованиям по производительности, надежности, условиям применения и т.д. Общая стоимость системы включает все: инженерное исследование и разработку, производство (комплектующие и труд), гарантийный ремонт, обновление, обслуживание, совместимость, простоту в обращении и т.д.

Второй шаг – поиск микроконтроллеров, которые удовлетворяют всем системным требованиям. Он обычно включает подбор литературы, технических описаний и технических коммерческих журналов, а также демонстрационные консультации.

Последняя стадия выбора состоит из нескольких этапов, цель которых - сузить список приемлемых микроконтроллеров до одного. Эти этапы включают в себя анализ цены, доступности, средств разработки, поддержки производителя, стабильности и наличия других производителей.

Проведение системного анализа проекта позволяет определить требования к микроконтроллеру:

- разрядность вычислительного ядра;

- набор встроенных периферийных устройств (таймеры, АЦП и т.п.);

- наличие битовых операций;

- аппаратная организация обработки данных (структура машинного цикла, соотношение тактов и машинных циклов);

- возможность работы по прерываниям, по внешним сигналам готовности или по командам человека;

- байтовая или битовая, программная настройка направления передачи;

- тип устройств ввода или вывода, которыми должен управлять выбираемый МК в проектируемой системе (терминалы, выключатели, реле, клавиши, датчики, цифровые устройства визуальной индикации, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, модуляторы и т.д.);

- поддерживаемые способы загрузки программ в микроконтроллер, возможность внутрисистемного программирования (ISP), использование при этом стандартизированных интерфейсов (SPI, I2C);

- количество и тип напряжений питаний;

- отказоустойчивость источника питания;

- массогабаритные и эстетические ограничения;

- условия окружающей среды, необходимые для эксплуатации.

Тактовая частота или, более точно, скорость шины определяет, сколько вычислений может быть выполнено за единицу времени. Некоторые микроконтроллеры имеют узкий диапазон возможной тактовой частоты, в то время как другие могут работать вплоть до нулевой частоты.

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.

Чтобы достичь более высокого уровня интеграции и надежности при более низкой цене, все микроконтроллеры должны имеют встроенные дополнительные устройства. Эти устройства под управлением микропроцессорного ядра микроконтроллера выполняют определенные функции. Встроенные устройства повышают надежность, потому что они не требуют никаких внешних электрических цепей. Они предварительно тестируются производителем и освобождают место на плате, так как все электрические соединительные цепи выполнены на кристалле в микроконтроллере. Некоторыми из наиболее популярных внутрисхемных устройств являются устройства памяти, таймеры, системные часы/генератор и порты ввода - вывода (I/O). Устройства памяти включают оперативную память (RAM), постоянные запоминающие устройства (ROM), перепрограммируемую ROM (EPROM), электрически перепрограммируемую ROM (EEPROM) и электрически стираемую память (EEM). Термин EEM, на самом деле, относится к инженерно развиваемой версии микроконтроллера, где EEPROM заменяет ROM, чтобы снизить время разработки. Под таймерами понимают как часы реального времени, так и устройства периодического прерывания. Следует принимать во внимание диапазон разрешения таймера, так же как и другие подфункции, такие как сравнение состояния таймера и/или входных линий измерения сигнала.

К устройствам ввода-вывода относят последовательные порты связи, параллельные порты (I/O линии), аналого-цифровые преобразователи (A/D),цифро-аналоговые преобразователи (D/A), драйверы жидкокристаллического экрана (LCD) и драйверы вакуумного флуоресцентного экрана (VFD). Другими, реже используемыми, встроенными ресурсами являются внутренняя/внешняя шина, таймер слежения за нормальным функционированием системы (COP), сторожевая схема, система обнаружения отказов тактового генератора, выбираемая конфигурация памяти и системный интеграционный модуль (SIM). SIM обычно заменяет внешнюю логику, необходимую для взаимодействия с внешними устройствами через избранные контакты микросхемы.

В большинство микроконтроллеров с внутрисхемными ресурсами включается блок конфигурационных регистров для управления этими ресурсами. Хотя конфигурационные регистры могут сначала испугать своей сложностью, они крайне ценны благодаря гибкости при низкой стоимости, так что одному микроконтроллеру можно найти различные применения [23].