マイクロコントローラーベースのプロジェクトに最適なマイクロコントローラーを選択する方法を知っていますか？特定のアプリケーションに適切なマイクロコントローラーを選択することは、タスクの成功または失敗を制御する最も重要な決定の1つです。

違いがあるマイクロコントローラの種類利用可能であり、どのシリーズを使用するかを決定した場合は、独自の組み込みシステム設計を簡単に開始できます。エンジニアは、正しい選択を行うために独自の基準を持っている必要があります。

この記事では、マイクロコントローラを選択する際の基本的な考慮事項について説明します。

組み込みシステム設計用のマイクロコントローラー

多くの場合、プロジェクトに適したマイクロコントローラーに関する詳細な知識を持っている代わりに、人々はマイクロコントローラーをランダムに選択することがよくあります。ただし、これは悪い考えです。

マイクロコントローラを選択するための最優先事項は、ブロック図、フローチャート、入出力周辺機器などのシステムの情報を入手することです。

適切なマイクロコントローラを確実に選択するために従うべき上位7つの方法を次に示します。

マイクロコントローラのビット選択

マイクロコントローラは、8ビット、16ビット、32ビットレートなどのさまざまなビットレートで利用できます。ビット数は、データを制限するデータラインのサイズを指します。ビット選択の観点から重要な組み込みシステム設計に最適なマイクロコントローラーを選択する。マイクロコントローラのパフォーマンスは、ビットサイズとともに向上します。

8ビットマイクロコントローラー ：

8ビットマイクロコントローラー

8ビットマイクロコントローラには、一度に8ビットデータを送受信できる8データラインがあります。読み取り/書き込みシリアル通信などの追加機能はありません。これらは少ないオンチップメモリで構築されているため、小規模なアプリケーションに使用されます。それらはより安いコストで利用可能です。ただし、プロジェクトの複雑さが増す場合は、別の高ビットマイクロコントローラーを使用してください。

16ビットマイクロコントローラー：

16ビットマイクロコントローラー

16ビットコントローラには、一度に16ビットデータを送受信できる16データラインがあります。 32ビットコントローラーと比較して、追加機能はありません。 8ビットマイクロコントローラーと同じですが、いくつかの追加機能が追加されています。

16ビットマイクロコントローラーのパフォーマンスは8ビットコントローラーよりも高速で、費用効果があります。小規模なアプリケーションに適用できます。これは、8ビットマイクロコントローラーの高度なバージョンです。

32ビットマイクロコントローラー ：

32ビットマイクロコントローラー

32ビットマイクロコントローラには、一度に32ビットデータを送受信するために使用される32データラインがあります。 32個のマイクロコントローラーには、SPI、I2C、浮動小数点ユニット、プロセス関連機能など、いくつかの追加の未来があります。

32ビットマイクロコントローラは、最大範囲のオンチップメモリで構築されているため、より大規模なアプリケーションに使用されます。パフォーマンスは非常に高速で費用効果が高いです。これらは、16ビットマイクロコントローラーの高度なバージョンです。

マイクロコントローラのファミリ選択

マイクロコントローラのさまざまなアーキテクチャを製造しているベンダーがいくつかあります。したがって、各マイクロコントローラには固有の命令とレジスタセットがあり、2つのマイクロコントローラが互いに類似していることはありません。

一方のマイクロコントローラー用に作成されたプログラムまたはコードは、もう一方のマイクロコントローラーでは実行されません。マイクロコントローラベースのプロジェクトが異なれば、マイクロコントローラのファミリも異なります。

マイクロコントローラのさまざまなファミリは、8051ファミリ、AVRファミリ、ARMファミリ、PICファミリなどです。

マイクロコントローラのAVRファミリ

マイクロコントローラのAVRファミリー

AVRマイクロコントローラーは16ビットまたは2バイトの命令サイズを受け入れます。これは、16ビットアドレスを含むフラッシュメモリで構成されています。ここでは、指示が直接保存されます。

AVRマイクロコントローラー-ATMega8、ATMega32 広く使用されています。

マイクロコントローラのPICファミリ

マイクロコントローラのPICファミリ

PICマイクロコントローラの各命令は14ビットの命令を受け入れます。フラッシュメモリは16ビットのアドレスを格納できます。最初の7ビットがフラッシュメモリに渡された場合、残りのビットは後で保存できます。

ただし、8ビットが渡されると、残りの6ビットは無駄になります。簡単に言えば、これは実際には製造ベンダーによって異なります。

そのため、組み込みシステムの設計に適したマイクロコントローラのファミリを選択することは、プロセスにおいて非常に重要です。

マイクロコントローラのアーキテクチャの選択

「アーキテクチャ」という用語は、タスクを実行するために使用される周辺機器の組み合わせを定義します。マイクロコントローラベースのプロジェクトには、2種類のマイクロコントローラアーキテクチャがあります。

ノイマンアーキテクチャから

フォンノイマンアーキテクチャは、プリンストンアーキテクチャとしても知られています。このアーキテクチャでは、CPUは単一のデータおよびアドレスバスとRAMおよびROMと通信します。 CPUはRAMとROMから同時に命令をフェッチします。

フォンノイマンアーキテクチャ

これらの命令は単一のバスを介して順次実行されるため、各命令の実行に時間がかかります。したがって、フォンニューマンアーキテクチャのプロセスは非常に遅いと言えます。

ハーバードアーキテクチャ

ハーバードアーキテクチャでは、CPUには、RAMおよびROMと通信するためのアドレスバスとデータバスの2つの別個のバスがあります。 CPUは、RAMおよびROMメモリから個別のデータバスおよびアドレスバスを介して命令をフェッチして実行するため、各命令の実行にかかる時間が短縮され、このアーキテクチャは非常に人気があります。

ハーバードアーキテクチャ

したがって、組み込みシステムの設計では、ほとんどの場合、ハーバードアーキテクチャを備えたマイクロコントローラが最適です。

マイクロコントローラの命令セットの選択

命令セットは、マイクロコントローラで基本的な操作を実行するために使用される、算術、条件付き、論理などの基本的な命令のセットです。マイクロコントローラアーキテクチャは、命令セットに基づいて機能します。

すべてのマイクロコントローラーベースのプロジェクトでは、RISCまたはCISC命令セットに基づくマイクロコントローラーを使用できます。

RISCベースのアーキテクチャ

RISCは、縮小命令セットコンピューターの略です。 RISC命令セットは、1つまたは2つの命令サイクルですべての算術演算、論理演算、条件付きブール演算を実行します。 RISC命令セットの範囲は次のとおりです。<100.

RISCベースのアーキテクチャ

マイクロコード層がないため、RISCベースのマシンは命令をより高速に実行します。 RISCアーキテクチャには、内部レジスタおよびメモリからデータを移動するために使用される特別なロードストア操作が含まれています。

RISCチップはトランジスタの数が少ないため、コストが低くなります。組み込みシステムの設計では、RISCチップが最も好まれます。

CISCベースのアーキテクチャ

CISCは、複雑な命令セットコンピューターの略です。 CISC命令セットは、すべての算術、論理、条件付き、ブール命令を実行するために4つ以上の命令サイクルを必要とします。 CISC命令セットの範囲は> 150です。

CISCベースのアーキテクチャ

ここでは、命令が実行される前に小さなコードサイズに変換されるため、CISCベースのマシンはRISCアーキテクチャに比べて遅い速度で命令を実行します。

マイクロコントローラのメモリ選択

システムパフォーマンスはメモリに依存するため、メモリの選択は最適なマイクロコントローラを選択する上で非常に重要です。

各マイクロコントローラには、次の1種類のメモリを含めることができます。
オンチップメモリ
オフチップメモリ

オンチップおよびオフチップメモリ

オンチップメモリ

オンチップメモリとは、マイクロコントローラチップ自体に組み込まれているRAM、ROMなどのメモリを指します。 ROMは、データとアプリケーションをROM内に永続的に保存できるストレージデバイスの一種です。

RAMメモリは、データとプログラムを一時的に保存するために使用されるメモリの一種です。オンチップメモリを備えたマイクロコントローラは、高速データ処理を提供しますが、ストレージメモリは限られています。そのため、オフチップマイクロコントローラを使用して、高いメモリストレージ機能を実現しています。

オフチップメモリ

オフチップメモリとは、外部に接続されているROM、RAM、EEPROMなどのメモリを指します。外部メモリは、大量のデータを格納するために使用されるセカンダリメモリと呼ばれることもあります。

この外部メモリコントローラにより、データの取得と保存中の速度が低下します。この外部メモリには外部接続が必要なため、システムの複雑さが増します。

マイクロコントローラのチップセレクト

チップセレクトは、開発において非常に重要です。マイクロコントローラーベースのプロジェクト。 ICは単にパッケージと呼ばれます。集積回路はシールドされているため、取り扱いが簡単で、デバイスを損傷から保護します。集積回路は何千もの構成されていますエレクトロニクスの基本コンポーネントトランジスタ、ダイオード、抵抗器、コンデンサなど。

マイクロコントローラは、さまざまな種類のICパッケージで提供されており、それぞれに長所と短所があります。最も人気のあるICはデュアルインラインパッケージ（DIP）、主にすべての組み込みシステム設計で使用されます。

DIP（デュアルインライン）マイクロコントローラー

1. DIP（デュアルインラインパッケージ）
2. SIP（シングルインラインパッケージ）
3. SOP（スモールアウトラインパッケージ）
4. QFP（クワッドフラットパッケージ）
5. PGA（ピングリッドアレイ）
6. BGA（ボールグリッドアレイ）
7. TQFP（Tin Quadフラットパッケージ）

マイクロコントローラのIDE選択

IDEは統合開発環境の略で、ほとんどのマイクロコントローラーベースのプロジェクトで使用されるソフトウェアアプリケーションです。 IDEは通常、ソースコードエディタ、コンパイラ、インタプリタ、デバッガで構成されています。組み込みアプリケーションの開発に使用されます。 IDEはマイクロコントローラをプログラムするために使用されます。

マイクロコントローラのIDE選択

IDEは、次のコンポーネントで構成されています。

ソースコードエディタ
コンパイラ
デバッガ
リンク
通訳
16進ファイルコンバータ

編集者

ソースコードエディタは、プログラマがアプリケーションのソースコードを作成するために特別に設計されたテキストエディタです。

コンパイラ

コンパイラは、高級言語（C、組み込みC）をマシンレベルの言語（0 'および1's形式）に変換するプログラムです。コンパイラは最初にプログラム全体をスキャンし、次にプログラムをコンピュータによって実行されるマシンコードに変換します。

コンパイラには2つのタイプがあります：-

ネイティブコンパイラ

アプリケーションプログラムが同じシステム上で開発およびコンパイルされる場合、それはネイティブコンパイラと呼ばれます。例：C、JAVA、Oracle。

クロスコンパイラ

アプリケーションプログラムがホストシステム上で開発され、ターゲットシステム上でコンパイルされる場合、それはクロスコンパイラと呼ばれます。すべてのマイクロコントローラーベースのプロジェクトは、クロスコンパイラーによって開発されています。 Ex Embedded C、アセンブル、マイクロコントローラー。

デバッガ

“変圧器の図とその仕組み ”

デバッガーは、ターゲットプログラムなどの他のプログラムをテストおよびデバッグするために使用されるプログラムです。デバッグは、プログラムのバグや欠陥の数を見つけて減らすプロセスです。

リンク

リンカは、コンパイラから1つ以上の目的のファイルを取得し、それらを単一の実行可能プログラムに結合するプログラムです。

通訳

インタプリタは、高級言語を機械可読言語に1行ずつ変換するソフトウェアの一部です。コードの各命令は、順番に個別に解釈および実行されます。命令の一部にエラーが見つかった場合、コードの解釈が停止します。

アプリケーションを備えたさまざまなマイクロコントローラー

これは、さまざまなマイクロコントローラーとそれらを使用できるプロジェクトに関する情報を示す表の要約です。

さまざまなアプリケーション向けのさまざまなマイクロコントローラー

プロジェクトに最適なマイクロコントローラーを選択する準備が整いましたか？これまでに、どのマイクロコントローラーが組み込みシステムに最適であるかについて、明確なイメージを持っている必要があります。参考までに、さまざまな組み込みプロジェクト edgefxkitsのウェブサイトで見つけることができます。

ここにあなたへの基本的な質問があります–ほとんどのマイクロコントローラーベースのプロジェクトでは、上記のすべての最高の機能を組み合わせて、どのマイクロコントローラーファミリーが最も好まれますか、そしてその理由は何ですか？

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写真クレジット：

による8ビットマイクロコントローラ Rapidonline
16ビットマイクロコントローラ直接産業
32ビットマイクロコントローラ Rapidonline
によるマイクロコントローラのAVRファミリーエレクトロライン
PICマイクロコントローラファミリエンジニアガレージ
ハーバードアーキテクチャ eecatalog.com
によるRISCベースのアーキテクチャ electronicsweekly.com
によるCISCベースのアーキテクチャ studydroid.com
DIP（Dual in line）マイクロコントローラー t2.gstatic.com