Porady
Płyty i zestawy mikrokontrolerów nadają się do profesjonalnego wykorzystania w przemyśle, jak i do zastosowań prywatnych. Po zaprogramowaniu są w stanie wykonywać zadania związane ze sterowaniem i regulacją. W postaci zestawów mikrokontrolerów pozwalają na własne opracowania, a także doskonale nadają się do celów edukacyjnych i szkoleniowych.
Płyty mikrokontrolerów zawierają właściwy mikrokontroler (MCU) na płytce drukowanej oraz interfejs programowania, który często jest zaprojektowany jako złącze USB. Dodatkowo istnieją interfejsy peryferyjne, które odpowiadają za faktyczną komunikację i sterowanie odpowiednim sprzętem. W zależności od projektu na płytce mieszczą się takie interfejsy jak przetworniki analogowo-cyfrowe, interfejsy LAN, I²C, kontrolery LCD, interfejsy szeregowe, wyjścia PWM, interfejsy CAN, LIN i SPI.
Mikrokontrolery z kilkoma takimi interfejsami są często nazywane również płytami ewaluacyjnymi lub deweloperskimi, ponieważ można do nich podłączyć odpowiednie czujniki i elementy wykonawcze. Programowanie procesora można więc łatwo i szybko sprawdzić oraz dostosować na praktycznym modelu, co jest rozwiązaniem niezwykle prostym i przyjaznym dla użytkownika oraz umożliwia krótki czas rozwoju.
Niektóre płyty mogą być również rozbudowane o tzw. shieldy, czyli wtykane lub podłączane rozszerzenia funkcjonalne w postaci dodatkowych modułów, a także płytki typu breakout.
Mikrokontroler do wydajnej kontroli sygnałów WLAN.
Ze względu na łatwość programowania i elastyczność, MCU stały się szeroko stosowane w przemyśle i w sektorze konsumenckim. Znajdują one zastosowanie m.in. w branży motoryzacyjnej, w technice medycznej oraz w automatyce i energetyce. Ze względu na ich specyficzne programowanie (dostosowane do zastosowań) oraz mały i przejrzyście skonstruowany zestaw instrukcji, do osiągnięcia doskonałej wydajności wystarczy procesor o średniej wydajności.
Wynika to w niemałym stopniu z faktu, że mikrokontroler musi zająć się tylko naprawdę istotnymi zadaniami i nie musi - jak konwencjonalne komputery - przetwarzać licznych procesów wtórnych i działać w ramach skomplikowanego systemu operacyjnego. Dzięki tej "odchudzonej" strukturze osiąga się bardzo dużą niezawodność eksploatacyjną i łatwość zarządzania, a także minimalne czasy rozruchu. Nie trzeba ładować skomplikowanego systemu operacyjnego ani uzyskiwać dostępu do zewnętrznych pamięci masowych i komponentów peryferyjnych, które w bezpośrednim porównaniu są stosunkowo wolne.
Znajduje to odzwierciedlenie w korzystnych cenach zakupu, co sprawia, że zastosowanie w produktach masowych jest interesujące dla dużych ilości. Ze względu na niskie koszty sprzętowe, mikrokontrolery mogą być również wykorzystywane do realizacji niezwykle kompaktowych projektów; niektóre miniaturowe wersje są niewiele większe od znaczka pocztowego i mają zaledwie kilka milimetrów wysokości.
Programowalny mikrokontroler dla peryferii PC.
Każda płytka posiada zintegrowany interfejs programowania, poprzez który program jest przekazywany do mikrokontrolera. Samo programowanie odbywa się za pomocą zintegrowanego środowiska programistycznego (IDE "Integrated Development Environment") na komputerze, na przykład w języku C++, który następnie kompilator tłumaczy na odpowiedni format. Narzędzia te są dostępne u odpowiednich dostawców mikrokontrolerów i zazwyczaj są już zawarte w kompletnym zestawie. Oprócz kompilatora, jako wsparcie programistyczne dostępne są inne przydatne narzędzia, takie jak edytory kodu źródłowego i debugery do wykrywania i poprawiania wszelkich błędów programistycznych.
W zasadzie niewiele jest rzeczy, których nie można zrobić z tymi bardzo elastycznymi mikrokontrolerami. Niski pobór mocy w połączeniu ze stosunkowo prostym programowaniem umożliwia zastosowanie w systemach mobilnych zasilanych z baterii lub akumulatorów oraz, dzięki możliwej do opanowania złożoności programu, bezpieczne testowanie w stosunkowo krótkim czasie. Wpływa to korzystnie na bezpieczeństwo pracy i stabilność systemu, dzięki czemu aplikacje o wysokich wymaganiach bezpieczeństwa mogą być realizowane również bardzo ekonomicznie.
Niektóre przykłady zastosowań rozwiązań z mikrokontrolerami to: samochodowe jednostki sterujące, komputerowe urządzenia peryferyjne, sprzęt elektroniki użytkowej, sprzęt AGD, sterowanie wyświetlaczem, sterowanie silnikiem i wiele innych.
Komputery jednopłytkowe (SBC) to w zasadzie pełnoprawne komputery, które na jednej płycie integrują wszystkie elementarne komponenty, takie jak mikroprocesor z chipsetem i zegarem, pamięć główną i cache, a także procesor graficzny i wyjście graficzne. To także - w różnym stopniu - interfejsy, gniazda na karty, WLAN, Bluetooth, a czasem gniazda na rozszerzenia.
Komputery SBC korzystają z wielozadaniowych systemów operacyjnych, takich jak Linux czy Windows, natomiast płytki mikrokontrolerów muszą być najpierw zaprogramowane pożądanym programem dla konkretnej aplikacji.
Oprócz mikrokontrolera (MCU) jest tylko jeden interfejs do programowania i - w zależności od wersji - kolejne interfejsy w postaci I²C, USB, Ethernet oraz w razie potrzeby konwertery AD, wyjścia PWM lub kontrolery LCD.
Nasza praktyczna rada: przestrzegaj ochrony ESD
Jak praktycznie wszystkie elementy elektroniczne, mikrokontrolery muszą być chronione przed szkodliwym działaniem wyładowań elektrostatycznych. Dlatego rozpakowywanie i obsługa muszą odbywać się w miejscu pracy chronionym przed ESD. Ponieważ płytki nie posiadają własnego zasilania, należy zwrócić uwagę na prawidłową polaryzację i zgodność z wymaganym napięciem, aby nie doszło do uszkodzenia. Jeśli aplikacje krytyczne dla bezpieczeństwa obsługiwane są za pomocą sterownika to odpowiedzialność za zgodność z odpowiednimi przepisami bezpieczeństwa i bezpieczeństwo eksploatacji spoczywa na twórcy.
Obecnie istnieje stosunkowo duży wybór mikrokontrolerów i odpowiadających im akcesoriów. W zależności od złożoności zadania należy zwrócić uwagę na wystarczającą moc obliczeniową i wielkość pamięci programu. Wersje, które oferują opcje połączenia dla rozszerzeń, mogą być używane uniwersalnie. Wersje o niskim poborze mocy i kompaktowej, lekkiej konstrukcji są zalecane do zastosowań mobilnych. Jeśli planowane są nowe rozwiązania, dobrym pomysłem jest zakup zestawu, który zawiera nie tylko sprzęt, ale także niezbędny pakiet oprogramowania do programowania, kompilacji i rozwiązywania problemów. Zwykle dostarczany jest ze szczegółową dokumentacją i często dodatkowym sprzętem do eksperymentowania i testowania.