Выбор микроконтроллера. какой микроконтроллер выбрать?

Языки программирования

Языки программирования для МК мало чем отличаются от классических компьютерных. Основное отличие заключается в том, что МК ориентируются на работу с периферией. Архитектура МК требует битово-ориентированных команд. Поэтому для контроллеров создавались особые языки:

Ассемблер. Самый низкий уровень языка. Программы, написанные на нем, получаются громоздкими и труднопонимаемыми. Но несмотря на это он позволяет наиболее полно раскрыть все возможности контроллеров и получить максимальное быстродействие и компактный код. Подходит преимущественно для маленьких 8-битных МК.
С/С ++ . Более высокий уровень языка. Программа, написанная на нем, более понятна человеку. На сегодняшний день есть много программных средств и библиотек, позволяющих писать коды на этом языке. Его компиляторы есть практически на любой модели МК. На сегодня это основной язык для программирования контроллеров.
Еще более удобный для восприятия и проектирования язык. Но он мало применяется для программирования МК.
Старинный язык программирования. На сегодня почти не применяется.

Выбор языка для программирования зависит от решаемых задач и необходимого качества кода. Если нужен компактный код, то подойдет Ассемблер, для решения более глобальных задач выбор ограничится только С/С ++ .

Система команд

Система команд микроконтроллеров AVR весьма развита и насчитывает в различных моделях от 90 до 133 различных инструкций. Большинство команд занимает только 1 ячейку памяти (16 бит). Большинство команд выполняется за 1 такт.

Всё множество команд микроконтроллеров AVR можно разбить на несколько групп:

команды логических операций;
команды арифметических операций и команды сдвига;
команды операции с битами;
команды пересылки данных;
команды передачи управления;
команды управления системой.

Управление периферийными устройствами осуществляется через адресное пространство данных. Для удобства существуют «сокращённые команды» .

Индикатор напряжения в электросети на микроконтроллере PIC16F676

Рейтинг: 5 / 5

Подробности: Категория: схемы на PIC; Опубликовано: 17.03.2018 08:24; Просмотров: 3362

Горчу к Н. В. Индикатор предназначен для непрерывного измерения и индикации напряжения в электросети. Индикатор состоит из цифрового трехразрядного измерителя напряжения, источника питания и датчика напряжения электросети. По сути, датчик напряжения электросети и источник питания это единое целое. Прибор питается от электросети через источник питания, состоящий из понижающего трансформатора, выпрямителя и стабилизатора на микросхеме 7805. Напряжение питания измерителя 5V берется с выхода этого стабилизатора, а напряжение до стабилизатора служит как раз и датчиком напряжения электросети. Суть в том, что при изменении напряжения в сети меняется и напряжение на выходе выпрямителя. Измеритель напряжения построен на микроконтроллере D1 типа PIC16F676, у данного контроллера имеется порт, могущий работать для приема аналоговой информации, то есть с АЦП.

Схема первая

С помощью этого программатора можно прошивать практически любой AVR-контроллер от ATMEL, надо только свериться с распиновкой микросхемы.

СОМ-разъем на схеме — это «мама».

На всякий случай привожу разводку печатной платы для атмеги8 (скачать), хотя такую примитивную схему проще нарисовать от руки. Плату перед печатью нужно отзеркалить.

Файл печатной платы открывать с помощью популярной программы Sprint Layout (если она у вас еще не установлена, то качайте 5-ую версию или лучше сразу 6-ую).

Как понятно из схемы, для сборки программатора потребуется ничтожно малое количество деталек:

Вместо КТ315 я воткнул SMD-транзистор BFR93A, которые у меня остались после сборки микромощных радиомикрофонов.

А вот весь программатор в сборе:

Питание (+5В) я решил брать с USB-порта.

Если у вас новый микроконтроллер (и до этого никто не пытался его прошивать), то кварц с сопутствующими конденсаторами можно не ставить. Работа без кварцевого резонатора возможна благодаря тому, что камень с завода идет с битом на встроенный генератор и схема, соответственно, тактуется от него.

Если же ваша микросхема б/у-шная, то без внешнего кварца она может и не запуститься. Тогда лучше ставьте кварц на 4 МГц, а конденсаторы лучше на 33 пФ.

Как видите, я кварц с конденсаторами не ставил, но на всякий случай предусмотрел под них места на плате.

Заливать прошивку лучше всего с помощью программы PonyProg (скачать).

Прошивка с помощью PonyProg

Заходим в меню Setup -> Calibration -> Yes. Должно появиться окошко «Calibration OK».

Далее Setup -> Interface Setup. Выбираем «SI Prog API» и нужный порт, внизу нажимаем «Probe», должно появиться окно «Test OK». Далее выбираем микроконтроллер «Device -> AVR micro ATmega8».

Теперь втыкаем микроконтроллер в панельку программатора, и подаем питание 5 вольт (можно, например, от отдельного источника питания или порта ЮСБ). Затем жмем Command -> Read All.

После чтения появляется окно «Read successful». Если все ок, то выбираем файл с нужной прошивкой для заливки: File -> Open Device File. Жмем «Открыть».

Теперь жмем Command -> Security and Configuration Bits и выставляем фьюзы, какие нужно.

Тщательно все проверяем и жмем «OK». Далее нажимаем Command -> Write All -> Yes. Идет прошивка и проверка. По окончании проверки появляется окно «Write Successful».

Вот и все, МК прошит и готов к использованию!

Имейте в виду, что при прошивке с помощью других программ (не PonyProg) биты могут быть инверсными! Тогда их надо выставлять с точностью до наоборот. Определить это можно, считав фьюзы и посмотрев на галку «SPIEN».

История появления

Работы над изобретением микропроцессора велись с начала 1970-х годов. Первой компанией, разработавшей его, была компания Intel. Уже в 1971 году ее был выпущен первый микроконтроллер 4004, который состоял из 2300 полупроводниковых транзисторов, а по размеру был не больше ладони. Это стало возможным, после того как для микросхемы был специально разработан кристалл процессора.

Несмотря на маленькие размеры, производительность микропроцессора не уступала компьютеру Eniac, имеющему габариты в 85 м 3 . Особенностью этого устройства было то, что оно могло обрабатывать только 4 бита информации.

В ближайшие полгода еще несколько компаний заявили о создании аналогичных изделий.

К концу 1973 года Intel выпускает 8-зарядный микропроцессор. Он был настолько удачно разработан, что и сегодня считается классикой.

Через несколько месяцев фирма Motorola выпускает свой 8-битовый микропроцессор 6800. Он стал сильным конкурентом интеловской микросхеме, т. к. имел более значительную систему прерываний и одно напряжение электропитания. В 8080 их было три.

Внутренняя архитектура 6800 тоже отличалась. В ней не было регистров общего назначения, в которых могли сохраняться как адресная информация, так и числовые показатели. Вместо них, в процессоре появился еще один полноценный аккумулятор для обработки данных и 16-разрядные регистры для хранения адресов. Работа с памятью у 6800 выполнялась быстрее и была проще, но 8080 тратил меньше времени на обмен внутренней информацией между регистрами.

Оба эти изделия имели как положительные стороны, так и недоработки. Они стали родоначальниками двух больших семейств микропроцессоров – Интел и Моторола, которые конкурируют между собой до сих пор.

В 1978 году Интел выпустила 16-разрядный микропроцессор, который IBM использовала для разработки персональных компьютеров. Моторола не отстала от своего конкурента и тоже выпустила 16-разрядный микропроцессор, который использовали Atari и Apple.

Сейчас существует более 200 разновидностей микроконтроллеров. Количество компаний, их изготавливающих, перевалило за два десятка. Широкое распространение у разработчиков получили:

8-битные микроконтроллеры Pic компании Microchip Technology и AVR от Atmel;
16-битовые MSP 430 фирмы TI;
32-битные ARM от одноименной компании.

AVR Workshop: A Hands-On Introduction with over 60 Projects

Title: AVR Workshop: A Hands-On Introduction with over 60 ProjectsAuthor: John BoxallYear: 2022Publisher: No Starch PressLanguage: EnglishFormat: ePUBPages: 609Size: 37.8 MbAVR Workshop is a comprehensive introduction to working with the Microchip AVR 8-bit family of microcontrollers – made famous through their use in Arduino and other compatible boards. Whether you’re an absolute beginner or longtime electronics enthusiast, this book gives you the latest coding and hardware knowledge required to build over 60 projects. After the author guides you through the basic C programming skills you need to work directly with ATmega328P-PU and ATtiny85 microcontrollers, your operation will be up and running. You’ll go from building blinking LEDs and handling various types of user input, to creating real-time clocks, digital thermometers, and even controlling small motorized devices.

Назначение и область применения микроконтроллера

Благодаря тому, что микроконтроллеры AVR очень просты в использовании, обладают высокой способностью интегрирования и низкой потребляемой мощностью, области их применения разнообразны:

автомобилестроение;
робототехника;
самолето- и судостроение;
промышленное оборудование;
электронные детские игрушки;
компьютеры, телефоны;
электронные музыкальные инструменты;
бытовая техника;
медоборудование;
управление шлагбаумами и воротами;
светофоры, семафоры;
железнодорожный транспорт.

Это не полный перечень областей применения МК.

Основное назначение МК – контролировать все процессы, которые происходят на его платформе. От включения или выключения света по хлопку до поднятия штор при изменении освещенности на улице. По сути, МК осуществляет контроль за состоянием неких переменных и изменение системы в динамических условиях.

SCADA «BortX» с поддержкой языка управления в рамках ANSI /ISA-88 для ESP8266

Признаюсь честно — очень люблю cовременные микроконтроллеры. В частности, производства китайского производителя Espressif Systems

с интерфейсом Wi-Fi. Речь, естественно, идет оESP8266 иESP32 , которые обладают большим потенциалом в образовательном контексте. Конечно, у них есть свои недостатки. Но цена. Это чудо. В частности, если покупаешь условный «Witty Cloud» за три доллара, в котором даже не надо мучаться вопросами питания и программирования. Сфера применения в IoT позволяет создать собственные проекты автоматизации различными путями — классическим образом: путем написания кода и работы в IDE. Или через тот же FLProg. Однако, как всегда, есть нюансы, несколько тормозящие репрезентацию работы в рамках типового применения ESP8266 как аппаратной основы. И проблема вовсе не в сетевом подключении, осуществляемой к домашней/офисной локальной сети с выходом в Internet через роутер.

Питание микроконтроллера

Для работы микроконтроллеру, как и любому электронному устройству, необходима энергия. Напряжение МК Atmel AVR находится в диапазоне 1.8–5.5 Вольт и зависит от модели и серии. Большинство приборов работает от 5 Вольт. Но встречаются и низкочастотные модели (Attiny 2313), нижняя граница у которых от 1,8 В.

Кроме того, на работу МК влияет и частота поступающего тока. Низкое напряжение требует и низких пределов частот. Чем выше частота, тем быстрее работают определенные модели.

Так, чтобы обеспечить работу контроллеров серии AVR, на все плюсовые входы нужно подавать 5 В, а нулевой заземляют.

На аналогово-цифровой преобразователь питание подают через дополнительные фильтры. Это поможет избавиться от помех, которые могут изменять показания напряжения. При этом на плюсовой ввод подается напряжение через фильтрующий дроссель. А нулевые выводы разделяют на цифровые и аналоговые. Причем соединяться они могут только в одной точке.

Кроме того, необходимо установить и конденсаторы, лучше керамические, из расчета 1 на 100 нанофарад.

QFN корпус

Наиболее экзотическим с точки зрения любительской практики является корпус QFN (Quad Flat No—leads). Такой корпус имеет наименьшие габариты среди всех рассмотренных корпусов. В качестве выводов здесь используются контакты, расстояние между которыми в 6 раз меньше, чем в DIP корпусах. По этой причине они редко применяются радиолюбителями. Одна в промышленности такие корпуса находят широкое применение, поскольку габариты готового электронного устройства можно снизить в десятки раз. На рис.4 наглядно видно различия в габаритах одного и того же микроконтроллера (ATmega8) в DIP и QFN корпусах.

Рис. 4 – Микроконтроллер ATmega8 в DIP и QFN корпусах

Для сравнения микроконтроллеры в корпусах различных типов показаны на рис. 5. Мы же будем пользоваться микроконтроллерами исключительно в PID корпусах, по крайней мере, на начальных этапах программирования.

Рис. 5 – Микроконтроллеры в разных типах корпусов

Mastering STM32 — Second Edition

Title: Mastering STM32: A step-by-step guide to the most complete ARM Cortex-M platform, using the official STM32Cube, 2nd EditionAuthor: Carmine NovielloYear: 2022Publisher: LeanpubLanguage: EnglishFormat: True PDFPages: 910Size: 58.1 MbThis is the second edition of the most complete book about the STM32 family of 32-bit Flash microcontrollers from ST Microelectronics based on the ARM Cortex M architecture. The book will guide you in a clear and practical way to this hardware platform and the official ST CubeHAL and STM32CubeIDE, showing its functionalities with a lot of examples and tutorials. The book assumes that you are totally new to this family of MCUs, and it will start showing how to setup the tool-chain to build your STM32 based applications.

Устройства на микроконтроллерах

Каждый из видов контроллеров имеет свои периферические устройства, которые работают автономно, т. е. независимо от центрального ядра. После того как периферийное устройство выполнит свою задачу, оно может сообщить об этом ЦП, а может и не сообщать. Это зависит от того, как оно запрограммировано.

На МК могут быть следующие устройства:

Аналоговый компаратор. Основная его задача сравнивать поступающее (измеряемое) напряжение с идеальным. Если измеряемое напряжение выше, чем идеальное, то компаратор выдает сигнал логической 1 (прибор отключается), если ниже, то логический 0 (прибор продолжает работать).
Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Измеряет аналоговое напряжение в период времени и выдает его в цифровой форме. Есть не у всех МК.
Таймер/счетчик. Представляет собой сочетание 2-х форм таймера и счетчика. Таймер формирует интервалы времени, а цифровой счетчик считает количество импульсов, идущих от внутреннего генератора частот, или сигналы от внешних источников. Одним из представителей работы таймера /счетчика может быть ШИМ (широтно-импульсный модулятор). Он предназначен для управления средним значением напряжения при нагрузке.
Сторожевой таймер. Его задача перезапускать программу через определенный временной промежуток.
Модуль прерываний. Он сообщает МК о наступлении какого-либо события и прерывает выполнение программы. После завершения события возобновляет прерванную программу.

Не все из этих периферийных устройств обязательно есть в каждом МК. Существуют и другие, менее распространенные устройства.

Подключение

Через микроконтроллер можно подключить к локальной сети любой девайс. В качестве таковой можно рассмотреть Ethernet. Прежде всего, определимся с понятиями.

Ethernet – это набор стандартов IEEE 802.3, которые описывают разнообразные технологии локальных сетей: общий канальный уровень и набор технологий физического уровня, включающий в себя для передачи информации оптоволокно, витую пару, коаксиал с различными скоростями.

Понять, как работает локальная сеть, можно через модель OSI. Она включает в себя несколько уровней:

Физический. Состоит из витой пары, драйверов и трансформаторов, по которым происходит передача данных.
Канальный. Через него передаются Ethernet-фреймы между узлами локальной сети.
Сетевой. По нему происходит передача пакетов. Они могут передаваться через несколько сетей, различающихся по технологиям физического и канального уровней.
Транспортный. Связывает узлы между собой. Перед отправкой данных транспортный уровень представляет их в виде пакета сетевого уровня и передает другому узлу. Он может отправлять и группы пакетов одновременно. Если используется протокол с установкой соединения, то перед отправкой транспортный уровень устанавливает соединение, контролирует его качество, а только потом передает пакет данных.
Прикладной. Решает прикладные задачи, те, ради которых создавался. С внешним миром он обменивается данными по стандартному или эксклюзивному протоколу.

Каждый из последующих уровней обслуживается предыдущим или нижележащим. Так образуются вертикальные межуровневые связи. Особенности обслуживания каждого уровня скрыты от остальных.

При взаимодействии двух сетей каждый из уровней одной сети контактирует с аналогичным уровнем другой. Так образуются горизонтальные связи.

Полезные страницы

Набор GyverKIT – большой стартовый набор Arduino моей разработки, продаётся в России
Каталог ссылок на дешёвые Ардуины, датчики, модули и прочие железки с AliExpress у проверенных продавцов
Подборка библиотек для Arduino, самых интересных и полезных, официальных и не очень
Полная документация по языку Ардуино, все встроенные функции и макросы, все доступные типы данных
Сборник полезных алгоритмов для написания скетчей: структура кода, таймеры, фильтры, парсинг данных
Видео уроки по программированию Arduino с канала “Заметки Ардуинщика” – одни из самых подробных в рунете
Поддержать автора за работу над уроками
Обратная связь – сообщить об ошибке в уроке или предложить дополнение по тексту ([email protected])

Тактирование микроконтроллеров

Тактовая частота МК – это количество тактов за секунду, выполняемых контроллером. Чем она выше, тем большее количество операций он может выполнить.

Существуют несколько способов тактирования МК. Они зависят от использования:

Внутреннего RC-генератора. Он может работать только на частоте 1, 2, 4, 8 МГц. Если нужна другая частота, то он не подойдет. При необходимости использования точных временных интервалов тоже нельзя пользоваться этим методом, т. к. его задающая частота колеблется в зависимости от температуры.
Внешнего кварца. Этот способ имеет более сложное подключение. Емкость конденсатора должна находиться в интервале 15–22 пФ. Один выход присоединяется к резонатору, а другой заземляется.
Внешнего генератора. Этот генератор также нестабилен при разной температуре, как и внутренний.
RС-цепочек. Для данной схемы подойдет конденсатор емкостью от 22 пФ, резистор 10–100 кОм.

Для простейших микроконтроллеров подойдут внутренний или внешний генератор и RC-цепочки. Для проектирования более точных МК потребуются стабильные источники тактирования.

Принцип работы микроконтроллера

Несмотря на сложное устройство принцип работы микроконтроллера очень прост. Он основан на аналоговом принципе действия. Система понимает лишь две команды («есть сигнал», «нет сигнала»). Из этих сигналов в его память вписывается код определенной команды. Когда МК считывает команду, он ее выполняет.

В каждом из МК прописаны свои базовые наборы команд. И только их он способен принимать и выполнять. Сочетая отдельные команды между собой, можно написать уникальную программу, по которой будет работать любое электронное устройство именно так, как требуется.

В зависимости от содержащихся в МК набора программ, они делятся на:

Большинство контроллеров содержит RISC набор. Объясняется это тем, что такой МК проще изготовить, он дешевле и больше пользуется спросом у разработчиков электронной техники.

Что такое программатор

Первый вопрос, который вы хотите задать в лоб — что же вообще такое «программатор»? Слово «программатор» образуется как ни странно, от слова «программа». А что такое программа? Если вспомнить, что такое телепрограмма и зачем она была нужна (кстати, сейчас до сих пор продается в киосках), то стает понятно, что программа телепередач — это расписание по времени этих самых телепередач. Значит программой можно назвать какие-то действия или события, которые будут выполняться одно за другим во времени, когда мы этого захотим или не захотим. Следовательно, программатор — это всего-навсего какое-то устройство, которые позволяет нам записывать либо читать программу. Изменить программу уже может только сам программист

СМ Начинающим радиолюбителям переход от сборки простейших аналоговых устройств, типа мультивибраторов, к сборке устройств с применением МК бывает затруднен тем, что здесь мало просто развести и спаять устройство на печатной плате, нужно еще и залить прошивку в память микроконтроллера с помощью программатора. Как уже было написано в предыдущих статьях, микроконтроллер, до тех пор, пока мы не «залили» в него прошивку, является просто бесполезным куском кремния. И тогда начинающий радиолюбитель ищет информацию в интернете о сборке простого, но эффективного программатора, который помог бы ему взять быстрый старт в этом нелегком деле.

Программа для USBAsp V2.0

Программу разработал «Боднар Сергей», работает не только с китайским программатором USBAsp v.2.0, но и другими программаторами. Первым делом скачиваем программу, разархивируем и запускаем «AVRDUDEPROG.exe». В качестве примера, прошью китайскую плату Arduino UNO R3 в которой установлен микросхема ATmega328P. В программе, жмем на вкладку «Микроконтроллеры» и выбираем ATmega328P.

Далее, необходимо выбрать прошивку, в строке «Flash» нажимаем «. . .», переходим в папку «C:Program FilesArduinohardwarearduinoavrootloadersatmega» и выбираем «ATmegaBOOT_168_atmega328.hex», жмем «Открыть»

Подключаем программатор к плате «Arduino UNO R3», и нажимаем кнопку «Программирование».

В конце, выйдет диалоговое окно, о удачном окончании программировании.

Ссылки Скачать драйвер для программатора USBASP v2.0 (LC Technology, ATMEL) Скачать программу AVRDUDE_PROG v.3.3

Купить на Aliexpress Программатор USBASP v2.0 (LC Technology, ATMEL) Адаптер для ATMEL AVRISP, USBASP, STK500 (10 pin на 6 pin)

Купить в Самаре и области Программатор USBASP v2.0 (LC Technology, ATMEL) Адаптер для ATMEL AVRISP, USBASP, STK500 (10 pin на 6 pin)

Характеристики контроллеров.

Следует отметить, что различный аппаратный состав и характеристики имеют не только микроконтроллеры разных семейств, но и модели (версии) одного семейства. Однако общим для большинства моделей контроллеров является:

● RISC –архитектура (с двухступенчатым конвейером), обеспечивающая выполнение большинства команд процессора за один машинный цикл;

● Гарвардская архитектура (с раздельными шинами данных и программ), обеспечивающая одновременный доступ к памяти данных и программ;

● КМОП технология, обеспечивающая:

• полностью статический режим работы, при котором остановка тактового генератора не приводит к потере логических состояний внутренних узлов;

• широкий диапазон напряжений питания (2…6 В) и температур (–40…+70 °С);

• малое энергопотребление;

● наличие таймера–счетчика с программируемым предварительным делителем, сторожевого таймера с встроенным R С–генератором, таймера–счетчика реального времени — ТМ R 0, регистра состояния — STATUS ; регистра косвенной адресации — FSR и др.

● прямой и косвенный режимы адресации; режим пониженного энергопотребления.

В качестве примера в табл. 6.1.1 приведены показатели МК средних моделей.

Топологии ИИП

Топология это подключение индуктивности, конденсатора, переключающих элементов схемы для обеспечения преобразования энергии, соотношения входных и выходных параметров.

схема	описание
повышающий
понижающий
Sepic

Рис. 2 Основные топологии ИИП.

Принцип управления силовым ключом в наиболее часто используемых топологиях ИИП в общем-то одинаковый (см. рис 2)

Регулируется скважность открытия силового ключа, т.е. соотношение между состояниями «открыт» и «закрыт». Управление скважностью осуществляется либо в зависимости от выходного напряжения (управление по напряжению, voltage-mode control), либо в зависимости от тока в силовой индуктивности (управление по току, current-mode control)

Управление скважностью осуществляется либо в зависимости от выходного напряжения (управление по напряжению, voltage-mode control), либо в зависимости от тока в силовой индуктивности (управление по току, current-mode control). В каждом из двух режимов управление может быть гистерезисное (Hysteretic Control) или пропорциональное (Proportional Control)

В каждом из двух режимов управление может быть гистерезисное (Hysteretic Control) или пропорциональное (Proportional Control)

При гистерезисном управлении скважность импульсов фиксирована, а регулировка выходного напряжения осуществляется включением или отключением подачи импульсов управления силового ключа

При пропорциональном управлении скважность изменяется пропорционально величине рассогласования между фактическим выходным напряжением и требуемым. Для распространенных топологий ИИП промышленностью выпускаются специализированные ШИМ-контроллеры. Но что делать, если под нужную топологию не существует готового ШИМ-контроллера? В этом случае на помощь так же может прийти микроконтроллер с конфигурируемой периферией

Но что делать, если под нужную топологию не существует готового ШИМ-контроллера? В этом случае на помощь так же может прийти микроконтроллер с конфигурируемой периферией

Для распространенных топологий ИИП промышленностью выпускаются специализированные ШИМ-контроллеры. Но что делать, если под нужную топологию не существует готового ШИМ-контроллера? В этом случае на помощь так же может прийти микроконтроллер с конфигурируемой периферией.

Какой микроконтроллер выбрать