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

¿Sabe cómo seleccionar el mejor microcontrolador para proyectos basados ​​en microcontroladores? Seleccionar el microcontrolador apropiado 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 disponibles y si ha decidido qué serie usar, puede comenzar fácilmente su propio diseño de sistema integrado. Los ingenieros deben tener sus propios criterios para tomar la decisión correcta.

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

Microcontroladores para el diseño de sistemas embebidos

En muchos casos, en lugar de tener un conocimiento detallado de un microcontrolador adecuado para el proyecto, las personas suelen elegir un microcontrolador al azar. Esto es, sin embargo, una mala idea.

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

Estos son los 7 métodos principales a seguir para garantizar que se seleccione el microcontrolador correcto.

Índice de Contenido
  1. Selección de bits del microcontrolador
  2. Selección de la familia de microcontroladores
  3. Selección de la arquitectura del microcontrolador
    1. Selección del conjunto de instrucciones del microcontrolador
    2. Selección de memoria del microcontrolador

Selección de bits del microcontrolador

Los microcontroladores están disponibles en diferentes velocidades de bits, como 8 bits, 16 bits y 32 bits. Bitness se refiere al tamaño de las líneas de datos que limitan los datos. Elegir el 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 bit.

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 lectura/escritura; comunicación serie, etc Estos están construidos con menos memoria en el chip y, por lo tanto, se utilizan para aplicaciones más pequeñas. Están disponibles a un costo menor. Sin embargo, si la complejidad de su proyecto aumenta, opte por otro microcontrolador de mayor bit.

Microcontrolador de 16 bits:

microcontrolador de 16 bits
microcontrolador de 16 bits

Los controladores de 16 bits tienen 16 líneas de 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 le agregan 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 pequeñas aplicaciones. Es una versión avanzada de los microcontroladores de 8 bits.

microcontrolador de 32 bits:

microcontrolador de 32 bits
microcontrolador de 32 bits

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

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

Selección de la familia de microcontroladores

Hay varios proveedores que fabrican diferentes arquitecturas de microcontroladores. Por lo tanto, cada microcontrolador tiene un conjunto único de instrucciones y registros y no hay dos microcontroladores iguales.

Un programa o código escrito para un microcontrolador no funcionará en el otro microcontrolador. 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.

Los 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 una instrucción de 14 bits. La memoria flash puede almacenar una dirección de 16 bits. Si los primeros 7 bits se transmiten a la memoria flash, los bits restantes se pueden almacenar más tarde.

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

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

Selección de la arquitectura del microcontrolador

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

Arquitectura Von Neumann

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 la RAM y la ROM. La CPU obtiene simultáneamente instrucciones de la RAM y la ROM.

Arquitectura Von Neumann
Arquitectura Von Neumann

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

Arquitectura de Harvard

En la arquitectura Harvard, la CPU tiene dos buses separados; estos son el bus de direcciones y el bus de datos para comunicarse con RAM y ROM. La CPU obtiene y ejecuta instrucciones de la RAM y la ROM a través de un bus de datos y un bus de direcciones separados. Por lo tanto, lleva menos tiempo 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 arquitectura Harvard.

Selección del conjunto de instrucciones del microcontrolador

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

Para todos los proyectos basados ​​en microcontroladores, están 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 de almacenamiento de carga especiales que se utilizan para mover datos desde registros internos y memoria.

Un chip RISC consta de una cantidad menor de transistores, por lo tanto, de bajo costo. Para cualquier diseño de sistema integrado, generalmente se prefiere un chip RISC.

Arquitectura basada en la CISC

CISC significa Computadora de 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 la CISC
Arquitectura basada en la CISC

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

Selección de memoria del microcontrolador

La selección de 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 memorias, las cuales son:
 Memoria en chip
 Memoria fuera del chip

Memoria en chip y fuera de chip
Memoria en chip y fuera de chip

memoria en chip

La memoria en 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 que contiene.

La memoria RAM es un tipo de memoria utilizada para almacenar temporalmente datos y programas. Los microcontroladores con memoria en chip ofrecen procesamiento de datos de alta velocidad, pero la memoria de almacenamiento es limitada. Por lo tanto, los microcontroladores fuera del chip se utilizan para lograr altas capacidades de almacenamiento de memoria.

Memoria fuera del chip

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

Debido a esto, la velocidad de los controladores de memoria externos se reduce al recuperar y almacenar datos. Esta memoria externa requiere conexiones externas, lo que aumenta la complejidad del sistema.

Selección de chips de microcontrolador

La selección de chips es muy importante en el desarrollo de un proyecto basado en microcontroladores. El CI simplemente se denomina paquete. Los circuitos integrados están blindados para permitir un fácil manejo y proteger los dispositivos contra daños. Los circuitos integrados están formados por miles de componentes electrónicos básicos como transistores, diodos, resistencias, condensadores.

Los microcontroladores están disponibles en muchos tipos de paquetes IC y cada uno tiene sus propias ventajas y desventajas. El circuito integrado más popular es el Conjunto de doble línea (DIP), utilizado principalmente en cualquier diseño de sistema integrado.

Microcontrolador DIP (doble en línea)
Microcontrolador DIP (doble en línea)

1. DIP (caja doble en línea)
2. SIP (paquete único en línea)
3. SOP (paquete de esquema pequeño)
4. QFP (paquete plano cuádruple)
5.PGA (matriz de cuadrícula de clavijas)
6. BGA (matriz de rejilla de bolas)
7. TQFP (caja plana cuádruple de hojalata)

Selección de IDE de microcontrolador

IDE significa Entorno de desarrollo integrado y es una aplicación de software utilizada 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 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
aglutinante
Interprete
Convertidor de archivos hexadecimales

Editor

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

Compilador

Un compilador es un programa que traduce lenguaje de alto nivel (C, C incrustado) a lenguaje de nivel de máquina (formato 0' y 1's). El compilador primero analiza todo el programa y luego lo traduce a un 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 denomina compilador nativo. Por ejemplo: 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; C integrado, 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 encontrar y reducir el número de errores o defectos en el programa.

aglutinante

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

Interprete

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

Microcontrolador diferente con aplicaciones

Aquí hay un resumen de una tabla que brinda información sobre los diferentes microcontroladores y los proyectos en los que se pueden usar.

Diferentes microcontroladores para diferentes aplicaciones
Diferentes microcontroladores para diferentes aplicaciones

¿Listo para elegir el mejor microcontrolador para su proyecto? Con suerte, a estas alturas ya debería tener una idea clara de qué microcontrolador se adaptará mejor a su sistema integrado. Para su referencia, se puede encontrar una variedad de proyectos integrados 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 mencionamos anteriormente, ¿qué familia de microcontroladores es la más preferida y por qué?

Proporcione sus respuestas junto con sus comentarios en la sección de comentarios a continuación.

Créditos fotográficos :

microcontroladores de 8 bits de rápido en línea
microcontrolador de 16 bits por industria directa
microcontrolador de 32 bits de rápido en línea
Familia de microcontroladores AVR porelectrolina
Familia de microcontroladores PIC de garaje de ingenieros
Arquitectura de Harvard por eecatalog.com
Arquitectura basada en RISC por electronicsweekly.com
Arquitectura basada en CISC por estudiodroid.com
Microcontrolador DIP (Dual in line) de t2.gstatic.com

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