Устройства на микроконтроллерах — Меандр — занимательная электроника
Автор разработал свою версию дозиметра по образцу проекта Open Geiger. Представленный здесь прибор в значительной степени совместим с прототипом, и к тому же имеет свои преимущества. Что касается аппаратной части, авторский вклад в основном ограничен разработкой новой печатной платы с… Продолжить чтение →
Большинство современных портативных электронных устройств потребляют энергию от аккумуляторных батарей, которые имеют ограниченный срок службы. Каждый цикл разрядки и зарядки небольшими шагами способствует сносу батареи и «аккумулятор держит меньше». Представленное устройство позволяет измерять энергоэффективность такого аккумулятора и определять его расход.… Продолжить чтение →
Несмотря на появление на рынке многих современных микроконтроллеров, кристаллы фирмы Atmel остаются очень популярными и доступными. Для программирования таких микроконтроллеров достаточно иметь простой программатор, состоящий буквально из нескольких элементов. Раньше программаторы подключались к последовательному или к параллельному порту (Centronics). Теперь… Продолжить чтение →
Зарядное устройство контролирует процесс зарядки аккумулятора и устанавливает его оптимальные параметры. Весь цикл делится на 4 этапа, автоматически переключаемых в зависимости от степени заряда аккумулятора. Когда аккумулятор достигнет нужного напряжения, зарядка автоматически прекратится. Три светодиода показывают состояние батареи и уровень… Продолжить чтение →
Регулятор оборотов двигателя может подключатся к микроконтроллеру простым и безопасным способом имея гальваническую развязку на оптопаре. Фазорегулятор позволяет управлять мощностью двигателя переменного тока, например, в электроинструментах. На вход для управления подается сигнал ШИМ напряжением 0 … + 5В. Также, в… Продолжить чтение →
Электроника,схемы на микроконтроллере
- Подробности
Предоставляю вам схему спец сигнала (Крякалка), для самостоятельной сборки. Решил поставить ребенку на велосипед (пусть прохожих под домом пугает), но так же можно и в автомобиль поставить (если есть связи в ГАИ). Данное устройство состоит из минимум деталей, а так же простая в сборке и под силу каждому.
Подробнее…
- Подробности
В интернете цены на часы основанные на лампах ИН-14 если и попадаются еще, то цены на них весьма дороговаты. Мы рассмотрим как спаять часы на лампах ИН своими руками, так как это намного дешевле чем купить готовые,при этом они всегда будут радовать ваши глаза.
Подробнее…
- Подробности
Пришло время еще раз затронуть тему изготовление программатора, так как цены на них не такие и маленькие,и при этом гарантии нет что он заработает. Рассмотрим схему программатора jdm с внешним питанием,с помощью которого програмируются микросхемы PIC и подключаемому к стационарному компьютеру через COM(rs232) порт.
Список прошиваемых PIC микроконтроллеров в статье.
Подробнее…
- Подробности
Простое ИК управление своими руками
Управление устройствами
Данное устройство предназначено для управления нагрузками на небольшой дистанции. За основу взят дешевый, миниатюрный ПДУ с eBay. К нему был изготовлен дешифратор на микроконтроллере PIC12F675. Режим работы — кнопка. Состояние на выходе дешифратора удерживается до тех пор, пока нажата кнопка на пульте.
Подробнее…
- Подробности
Гирлянда на микроконтроллере своими руками
И прошу к просмотру подробнее данной статьи.
Подробнее…
- Подробности
Полицейская крякалка своими руками на PIC
Предлагаю вам для повторения схему звукового устройства, имитирующего сигнал «Милицейской Сирены». Устройство сделано на микроконтроллере PIC16F628. Схема имеет две различные сирены и «Крякалку».
В основном полицейскую крякалку ставят в автомобиль,так что смотрите еще другие схемы для авто
Так же вам понадобиться программатор для PIC, вот схема
Подробнее…
- Подробности
Простой измеритель емкости и индуктивности
Вы скажите что современные измерительные приборы имеют функцию измерять емкость и индуктивность. Но не так давно такие приборы очень много весили так как микросхемы только появлялись и требовали особого навыка работы.
В статье предлагается проверенная схема своими руками измерителя емкости и индуктивности катушки.Если вы задавались вопросом как измерить емкость или индуктивность.То вам сюда.Схема собрана на микроконтроллере PIC 16F84A.
Подробнее…
- Подробности
Схема копирования ключей от домофона
Бывает что нам нужно изготовить ключ от всех домофонов,но в интернете есть не всех шифровки, и для копирования предлогаю схему копирования или как называют копирщика домофонных ключей на микроконтроллере pic
Копии домофонных ключей делаются с помощью компьютерной программы и адаптера, подключаемого к компьютеру.
Подробнее…
- Подробности
Часы с будильником на PIC
Схема часов с будильником своими руками вы можете собрать такую как на фото слева.
Часы можно питать как от сети,но ставить блок питания,или же от батареек но или от аккумуляторов,но при использовании других методов непредусматривая сеть,следует отключать индикатор.
Подробнее…
- Подробности
Схема электронных часов на pic16f628a
Подробнее…
| |
| |
Микроконтроллеры для начинающих — делаем простой термометр на AtTiny2313.
Принципиальная схема и видео самодельных самых простых часов на микроконтроллере atmega8.
Самодельная новогодняя LED елка на микроконтроллере PIC16F628 — схема, фото и видео.
Схема стабилизатора на микросхеме 7805, специально предназначенная для МК AVR.
Проверенная схема программатора контроллеров avr без использования дефицитных радиодеталей.
Делаем электронные часы с будильником на микроконтроллере и ЖК дисплее от мобильного телефона.| |
| |
Схема интеллектуальной подсветки салона автомобиля, выполненная на микроконтроллере pic12f629.
Схема простейшего программатора с питанием от компьютера для прошивки контроллеров семейства pic.
Схема и фото простых часов с будильником, выполненных на микроконтроллере PIC16F628A. В качестве индикаторов — светодиодные сборки типа АЛС.
Уважаемые радиолюбители! Предлагаю новую схему дискотечного светового прибора «ёж».
Схема и описание простого программатора для прошивки микроконтроллеров Atmega8 и Attiny2313.
В статье описан метод программирования микроконтроллера ATtiny2313 с помощью компьютера. Дана схема подключения МК к порту и дальнейшая пошаговая инструкция.
Схема и фото простого реверсивного счётчика на микроконтроллере PIC16F628A. Прошивка и печатная плата в архиве.
Схема проверенного цифрового термометра с микроконтроллером ATtiny2313 и светодиодным сегментным индикатором.Осваиваем простейший микроконтроллер PIC. Часть 1 / Хабр
Выбор микроконтроллера обычно осуществляется под необходимые задачи. Для изучения хорошо подойдет популярный МК с минимальным набором периферии: PIC16F628A.Первым делом необходимо скачать документацию по выбранному микроконтроллеру. Достаточно зайти на сайт производителя и скачать Datasheet.
На первых страницах перечислены основные характеристики МК (русское описание).
Основные моменты, которые нам понадобятся:
- микроконтроллер содержит внутренний генератор на 4 MHz, так же можно подключить внешний кварц частотой до 20 MHz
- 16 ног микроконтроллера можно использовать как цифровые входы\выходы
- есть 2 аналоговых компаратора
- 3 таймера
- CCP модуль
- USART модуль
- 128 байт энергонезависимой памяти EEPROM
Схема расположения выводов:
Vdd — питание.
Vss — земля.
Это минимум, необходимый для работы МК.
Остаются доступными 16 ног МК. Не сложно посчитать, что использование каждой ноги каким-либо модулем уменьшает максимальное число используемых цифровых портов.
Компилятор
Как я уже писал в предыдущих статьях, самым простым и легким я посчитал компилятор JAL с IDE JALEdit.
Качаем JALPack, устанавливаем.
В этом паке содержаться все необходимые библиотеки, а так же примеры их использования.
Запускаем JALEdit. Открываем пример програмы для нашего микроконтроллера: 16f628a_blink.jal, дабы не портить исходник, сразу сохраняем ее в новый файл, к примеру, 16f628a_test.jal.
Весь код можно разделить на 4 блока:
- выбор МК и его конфигурация
include 16f628a -- подключение библиотеки нашего МК
--
-- This program assumes a 20 MHz resonator or crystal
-- is connected to pins OSC1 and OSC2.
pragma target clock 20_000_000 -- oscillator frequency
-- configuration memory settings (fuses)
pragma target OSC HS -- HS crystal or resonator
pragma target WDT disabled -- no watchdog
pragma target LVP disabled -- no Low Voltage Programming
pragma target MCLR external -- reset externally
--
- объявление переменных, процедур, функций
alias led is pin_A0
pin_A0_direction = output
- выполнение настроек и расчетов до основного цикла
enable_digital_io() -- переключение всех входов\выходов на цифровой режим
- бесконечный цикл основных действий МК
forever loop
led = on
_usec_delay(250000)
led = off
_usec_delay(250000)
end loop
Нажав F9 (или соответсвующую кнопку) программа скомпилируется в готовую прошивку, при этом будет видно сколько ресурсов МК будет задействовано:
Code :58/2048 Data:4/208 Hardware Stack: 0/8 Software Stack :80
Если прочитать комментарии, то станет ясно, что данная программа рассчитана на использование внешнего кварца 20MHz.
Так как у нас его пока нет, разберемся с конфигурацией и перепишем программу на использование внутреннего генератора.
Конфигурация
В разных микрокотнролерах существуют различные наборы конфигурационных битов. Узнать о назначении каждого бита можно в даташите (стр. 97).
В подключенной библиотеке каждому биту и каждому его значению присвоена читабельная переменная, остается только выбрать необходимые нам параметры.
-- Symbolic Fuse definitions
-- -------------------------
--
-- addr 0x2007
--
pragma fuse_def OSC 0x13 { -- oscillator
RC_CLKOUT = 0x13 -- rc: clkout on ra6/osc2/clkout, rc on ra7/osc1/clkin
RC_NOCLKOUT = 0x12 -- rc: i/o on ra6/osc2/clkout, rc on ra7/osc1/clkin
INTOSC_CLKOUT = 0x11 -- intosc: clkout on ra6/osc2/clkout, i/o on ra7/osc1/clkin
INTOSC_NOCLKOUT = 0x10 -- intosc: i/o on ra6/osc2/clkout, i/o on ra7/osc1/clkin
EC_NOCLKOUT = 0x3 -- ec
HS = 0x2 -- hs
XT = 0x1 -- xt
LP = 0x0 -- lp
}
pragma fuse_def WDT 0x4 { -- watchdog timer
ENABLED = 0x4 -- on
DISABLED = 0x0 -- off
}
pragma fuse_def PWRTE 0x8 { -- power up timer
DISABLED = 0x8 -- disabled
ENABLED = 0x0 -- enabled
}
pragma fuse_def MCLR 0x20 { -- master clear enable
EXTERNAL = 0x20 -- enabled
INTERNAL = 0x0 -- disabled
}
pragma fuse_def BROWNOUT 0x40 { -- brown out detect
ENABLED = 0x40 -- enabled
DISABLED = 0x0 -- disabled
}
pragma fuse_def LVP 0x80 { -- low voltage program
ENABLED = 0x80 -- enabled
DISABLED = 0x0 -- disabled
}
pragma fuse_def CPD 0x100 { -- data ee read protect
DISABLED = 0x100 -- disabled
ENABLED = 0x0 -- enabled
}
pragma fuse_def CP 0x2000 { -- code protect
DISABLED = 0x2000 -- off
ENABLED = 0x0 -- on
}
- OSC — конфигурация источника тактирования
может принимать 8 различных значений, 4 из которых нам могут понадобиться
- INTOSC_NOCLKOUT — внутренний генератор (4M Hz)
- HS — внешний высокочастотный кварц (8-20 MHz)
- XT = внешний кварц (200 kHz — 4 MHz)
- LP — внешний низкочастотный кварц (до 200 kHz)
- WDT — сторожевой таймер.
Основная работа этого таймера в том, что бы перезагрузить микроконтроллер когда он дотикает до конца.
Что бы перезагрузки не происходило, его нужно своевременно обнулять.
Таким образом при сбое счетчик таймера перестанет обнуляться, что приведет к сбросу МК. Иногда бывает удобно, но в данный момент нам это не потребуется. - PWRTE — очередной таймер.
При активации он будет сбрасывать МК до тех пор, пока питание не поднимется до нужного уровня. - BROWNOUT — сброс МК при падении питания ниже нормы.
- MCLR — активация возможности внешнего сброса МК.
При включении функции МК будет в постоянном резете до тех пор, пока на ноге MCLR (pin 4) не будет положительного напряжения.
Для сброса МК достаточно установить кнопку, замыкающую pin 4 на землю.
- LVP — активация возможности программирования при низком напряжении.
При активации один цифровой вход переключится в режим LVP (pin 10). Если подать 5В на эту ногу, то МК перейдет в режим программирования. Для нормальной работы МК требуется держать на этой ноге 0В (подсоединить к земле).
Мы будем использовать программатор, использующий повышенное напряжение, потому LVP активировать не требуется. - CPD — защита EEPROM от считывания программатором.
- CP — защита FLASH (прошивки) от считывания программатором.
Изменим конфигурацию под себя:
pragma target clock 4_000_000 -- указываем рабочую частоту, необходимо для некоторых функций расчета времени
-- конфигурация микроконтроллера
pragma target OSC INTOSC_NOCLKOUT -- используем внутренний генератор
pragma target WDT disabled -- сторожевой таймер отключен
pragma target PWRTE disabled -- таймер питания отключен
pragma target MCLR external -- внешний сброс активен
pragma target BROWNOUT disabled -- сбос при падении питания отключен
pragma target LVP disabled -- программирование низким напряжением отключено
pragma target CPD disabled -- защита EEPROM отключена
pragma target CP disabled -- защита кода отключенаМоргаем светодиодом по нажатию кнопки
Модифицируем программу так, что бы светодиод моргал только тогда, когда зажата кнопка.
Решив данную задачу мы научимся работать с цифровыми портами как в режиме входа, так и в режиме выхода.
Цифровой выход
Выберем еще неиспользуемую ногу МК. Возьмем, к примеру, RB5(pin 11). Данная нога не имеет дополнительных функций, потому она нам более нигде не понадобится.
В режиме цифрового выхода МК может притягивать к ноге либо питание, либо землю.
Подключать нагрузку можно как к плюсу, так и к минусу. Разница будет лишь в том, когда и в какую сторону потечет ток.
В первом случае ток потечет от МК при установке единицы, а во втором — к МК при установке нуля.
Дабы светодиод зажигался от логической единицы, остановимся на первом варианте.
Для ограничения тока через ногу (максимально допустимо 25 мА на цифровой вход или 200 мА на все порты) установлен токоограничительный резистор. По простейшей формуле высчитываем минимальное значение в 125 Ом. Но так как предел нам не нужен, возьмем резистор в 500 Ом (а точнее ближайший подходящий).
Для подключения более мощной нагрузки можно использовать транзисторы в различных вариантах.
Цифровой вход
Возьмем вторую неиспользуемую нигде ногу — RB4 (pin 10, указанная в распиновке функция PGM отностися к LVP, который мы отключили).
В режиме цифрового входа микроконтроллер может считывать два состояния: наличие или отсутствие напряжения. Значит нам необходимо подключить кнопку так, что бы в одном состоянии на ногу шел плюс, а во втором состоянии — к ноге подключалась земля.
В данном варианте резистор используется в качестве подтяжки (Pull-up). Обычно для подтяжки применяют резистор номиналом 10 кОм.
Впрочем, подтягивающий резистор не всегда необходим. Все ноги PORTB (RB0-RB7) имеют внутреннюю подтяжку, подключаемую программно. Но использование внешней подтяжки куда надежнее.
Можно подключать не только кнопку, главное помнить о ограничении тока через МК.
Кнопка сброса
Пока не забыли, что мы активировали внешний сброс, добавим аналогичную кнопку на ногу MCLR (pin 4).
После нажатия такой кнопки МК начнет выполнение программы с нуля.
Прошивка
Присваиваем нашему светодиоду и кнопке переменные:
enable_digital_io() -- переключение всех входов\выходов на цифровой режим
--
alias led is pin_B5 -- светодиод подключен к RB5
pin_B5_direction = output -- настраиваем RB5 как цифровой выход
--
alias button is pin_B4 -- кнопка подключена к RB4
pin_B4_direction = input -- настраиваем RB4 как вход
led = off -- выключаем светодиод
Теперь присваивая переменной led значения 1 или 0 (on или off, true или false, другие алиасы..) мы будем подтягивать к нужной ноге МК или плюс, или минус, тем самым зажигая и гася светодиод, а при чтении переменной button мы будем получать 1 если кнопка не нажата и 0 если кнопка нажата.
Теперь напишем необходимые нам действия в бесконечном цикле (эти действия будут выполняться постоянно. При отсутствии бесконечного цикла МК зависнет):
forever loop
led = off -- выключаем светодиод
_usec_delay(500000) -- ждем 0,5 сек
if Button == 0 then -- если кнопка нажата, выполняем действия
led = on -- зажигаем светодиод
_usec_delay(500000) -- ждем 0,5 сек
end if
end loop
Задержка считается просто:
частота генератора у нас 4MHz. Рабочая частота в 4 раза меньше: 1 MHz. Или 1 такт = 1 мкс. 500.000 мкс = 0,5 с.
Компилируем прошивку:
Errors :0 Warnings :0
Code :60/2048 Data:4/208 Hardware Stack: 0/8 Software Stack :80
Теперь нам необходимо записать эту прошивку в МК, собрать устройство согласно схеме и проверить, что у нас все получилось как надо.
Программатор
Все таже схема:
Смотрим на распиновку:
- PGD — pin 13
- PGC — pin 12
- MCLR(Vpp) — pin 4
- Vdd — pin 14
- Vss — pin 5
Паяем…
Некачественная пайка — одна из основных проблем неработоспособности устройства.
Не повторяйте мои плохие привычки: не используйте навесной монтаж.
В качестве питания 5В в данном случае использовался хвост от старой PS/2 мыши, вставленный в разъем для мыши.
Подключаем к компьютеру.
Качаем и запускаем WinPic800.
Идем в Settings->Hardware, выбираем JDM и номер порта, на котором висит программатор
Нажимаем Hardware Test, затем Detect Device
Открываем нашу прошивку pic628a_test.hex
На вкладке Setting можно проверить, что конфигурационные биты выставлены верно, при желании тут же их можно изменить
Program All, затем Verify All
Если ошибок не возникло, продолжаем паять.
Результат
Финальная схема:
От программатора нам мешает только высокое напряжение (12в) на MCLR. Дабы не отпаивать весь программатор, можно отпаять только один провод… Или просто не подключать программатор к COM порту. Остальные провода нам мешать не будут (а подключенные питание и земля только упростят пайку).
Кнопку на MCLR паять можно по желанию, но подтяжка обязательна.
При повторном подключении программатора резистор необходимо будет убрать, иначе он подтянет 12в к питанию.
Результат работы можно увидеть на видео.
Итак, у нас получилось самое простое устройство на микроконтроллере: мигалка светодиодом.
Теперь нам необходимо научиться пользоваться всей оставшейся периферией, но об этом в следущей статье.
| |
| |
Схема и конструкция несложного инфракрасного датчика на микроконтроллере PIC16F628A.
Простейший металлоискатель — пинпоинтер на микроконтроллере PIC16F629.
Принципиальная схема программатора и пример пошаговой прошивки pic-контроллера.
Схема и фото самодельного блока управления насосом на микроконтроллере ATtiy2313.
Предлагаю для повторения проверенную схему стробоскопа на светодиодах для автомобиля.
Схема и фотографии универсального ключа на микроконтроллере для домофонов — своеобразной электронной отмычки.
Предлагаем интересный вариант передели настольных часов на светодиодные, с микроконтроллерным управлением. Приведено фото и описание конструкции.Схемы на микроконтроллерах, самодельные устройства и программаторы
Самодельный измеритель ёмкости конденсаторов на МК (ATtiny2313)
Описываемый самодельный прибор на основе микроконтроллера позволяет быстро и с приемлемой точностью измерять ёмкость оксидных конденсаторов. Использованный в нём метод измерения ёмкости основан на зарядке конденсатора стабильным током до заданного напряжения. В течение зарядки идёт счёт импульсов …
2 701 0
Схема вольтметра на Arduino UNO для двухполярного блока питания
Очень неплохо лабораторный двухполярный блок питания оснастить цифровым вольтметром, показывающимвыходные напряжения обоих полярностей. Используя универсальный микроконтроллерный модуль ARDUINO UNO и двухстрочный ЖК-дисплей типа 1602А (на основе контроллера HD44780) можно легко сделать двойной …
1 222 0
Контроллер телеграфного радиомаяка (PIC16F1824)
Многие контроллеры радиомаяков радиолюбители реализуют с использованием готовых микроконтроллерных модулейArduino, Raspberry Pi и подобных. Зачастую такое решение избыточно, дорого и, как правило, не обеспечивает низкого энергопотребления. В конструкциях на микроконтроллерах изменить …
0 148 0
Миниатюрный вольтметр на микроконтроллере ATtiny13
Причиной, побудившей разработать этот прибор, стала необходимость создать компактный вольтметр из деталей, находившихся в определенный момент времени под рукой. Его я собрал из микроконтроллера ATtiny13-20SU и дешифратора К176ИД2 по схеме, изображённой на рис. 1. Прибор из меряет постоянное …
4 653 0
Схема регулятора яркости светодиодной ленты на Arduino UNO
Этот регулятор предназначен для регулировки яркости светодиодной ленты белого свечения, используемой для освещения помещения. Обычно для регулировки яркости светодиодной ленты применяют регуляторы, работающие двумя кнопками, — на уменьшение и на увеличение яркости. Но это не всегда удобно …
0 145 0
Управление четырьмя лампами на 220В пультом от телевизора (Arduino UNO)
Схема устройства для дистанционного управления люстрой с четырьмя лампами при помощи пульта дистанционного управления на ИК-лучах. Устройство выполнено на основе микроконтроллерной платы ARDUINO UNO и инфракрасного пульта типа RC-5 (для старого телевизора «Горизонт»), Такой пульт …
0 219 0
Переключатель входов для телевизора на Arduino UNO
Схема самодельного переключателя четырех входов для телевизора на Arduino UNO, управляется с пульта дистанционного управления. Современные телевизоры имеют несколько АV входов, цифровые тюнеры, и вообще… Но на дачах у нас обычно старые телевизоры, кинескопные, такие что не будут соблазном …
0 136 0
Простой модуль управления светодиодной RGB-лентой (PIC12F629)
Сейчас очень популярно освещение с помощью светодиодных лент. Особенно интересно применение RGB-светодиодных лент, потому что это позволяет получить самую разнообразную окраску освещения. Это устройство предназначено для управления RGB- светодиодной лентой или тремя светодиодными блоками с …
1 1082 1
Частотомер до 1МГц (AT89C2051, КИПЦ23А-1/7К)
Схема самодельного частотомера для измерения частоты до 1МГц, построена на микроконтроллере AT89C2051 и индикаторах КИПЦ23А-1/7К. Этот частотомер у меня работает в качестве электронной шкалы в составе низкочастотного функционального генератора, вырабатывающего синусоидальные частоты от 10 Гц до …
1 761 1
Часы-будильник на микроконтроллере АТ89С2051 и DS1307
Схема самодельных часов-будильника для установки в приборную панель автомобиля. Устройство питаются от автомобильного аккумулятора. Однако, они с таким же успехом могут использоваться и дома. В этом случае просто отсутствует подсветка дисплея, а питание осуществляется от любого сетевого …
Что такое микроконтроллер? — Как работают микроконтроллеры
Микроконтроллер — это компьютер. Все компьютеры — будь то персональный настольный компьютер, большой мэйнфрейм или микроконтроллер — имеют несколько общих черт:
- Все компьютеры имеют ЦП (центральный процессор), который выполняет программы. Если вы сидите за настольным компьютером прямо сейчас и читаете эту статью, центральный процессор этого компьютера выполняет программу, реализующую веб-браузер, отображающий эту страницу.
- ЦП загружает программу откуда-то. На вашем настольном компьютере программа браузера загружается с жесткого диска.
- В компьютере есть ОЗУ (оперативная память), где он может хранить «переменные».
- У компьютера есть устройства ввода и вывода, поэтому он может разговаривать с людьми. На настольном компьютере клавиатура и мышь являются устройствами ввода, а монитор и принтер — устройствами вывода. Жесткий диск — это устройство ввода-вывода — он обрабатывает как ввод, так и вывод.
Настольный компьютер, который вы используете, является «компьютером общего назначения», на котором можно запускать любую из тысяч программ.Микроконтроллеры — это «компьютеры специального назначения». Микроконтроллеры хорошо справляются с одной задачей. Есть ряд других общих характеристик, которые определяют микроконтроллеры. Если компьютер соответствует большинству из этих характеристик, вы можете назвать его «микроконтроллером»:
- Микроконтроллеры — это «, встроенные » в какое-то другое устройство (часто потребительский продукт), чтобы они могли управлять функциями или действиями продукта. Поэтому другое название микроконтроллера — «встроенный контроллер».«
- Микроконтроллеры предназначены для одной задачи и запускают одну конкретную программу. Программа хранится в ПЗУ (постоянная память) и обычно не изменяется.
- Микроконтроллеры часто представляют собой маломощных устройств . почти всегда подключается к розетке и может потреблять 50 Вт электроэнергии. Микроконтроллер с батарейным питанием может потреблять 50 милливатт.
- Микроконтроллер имеет специальное устройство ввода и часто (но не всегда) имеет небольшой светодиод или ЖК-дисплей для вывода .Микроконтроллер также принимает входные данные от устройства, которым он управляет, и управляет устройством, отправляя сигналы различным компонентам устройства. Например, микроконтроллер внутри телевизора принимает входные данные с пульта дистанционного управления и отображает выходные данные на экране телевизора. Контроллер управляет переключателем каналов, акустической системой и некоторыми регулировками электроники кинескопа, такими как оттенок и яркость. Контроллер двигателя в автомобиле принимает данные от датчиков, таких как кислородный датчик и датчик детонации, и управляет такими вещами, как состав топлива и синхронизация свечей зажигания.Контроллер микроволновой печи принимает ввод с клавиатуры, отображает выходной сигнал на ЖК-дисплее и управляет реле, которое включает и выключает микроволновый генератор.
- Микроконтроллер часто бывает маленьким и дешевым . Компоненты выбраны так, чтобы минимизировать размер и быть как можно более дешевыми.
- Микроконтроллер часто, но не всегда, — это с повышенной степенью защиты . Например, микроконтроллер, управляющий двигателем автомобиля, должен работать при экстремальных температурах, с которыми обычный компьютер обычно не может справиться.Микроконтроллер автомобиля на Аляске должен нормально работать при -30 градусов F (-34 C), в то время как тот же микроконтроллер в Неваде может работать при 120 градусах F (49 C). Когда вы добавляете тепло, вырабатываемое двигателем, температура в моторном отсеке может подняться до 150 или 180 градусов F (65-80 C). С другой стороны, микроконтроллер, встроенный в видеомагнитофон, совсем не защищен.
Фактический процессор , , используемый для реализации микроконтроллера, может сильно различаться.Например, сотовый телефон, показанный на странице «Внутри цифрового сотового телефона», содержит процессор Z-80. Z-80 — это 8-битный микропроцессор, разработанный в 1970-х годах и первоначально использовавшийся в домашних компьютерах того времени. Мне сказали, что Garmin GPS, показанный в Как работают GPS-приемники, содержит маломощную версию Intel 80386. Изначально 80386 использовался в настольных компьютерах.
Во многих продуктах, например в микроволновых печах, требования к ЦП довольно низкие, и цена является важным фактором.В этих случаях производители обращаются к выделенным микросхемам микроконтроллера — микросхемам, которые изначально были разработаны как недорогие, небольшие, маломощные встроенные процессоры. Motorola 6811 и Intel 8051 — хорошие примеры таких чипов. Также существует линейка популярных контроллеров под названием «микроконтроллеры PIC», созданная компанией Microchip. По сегодняшним меркам эти процессоры невероятно минималистичны; но они чрезвычайно недороги при покупке в больших количествах и часто могут удовлетворить потребности разработчика устройства с помощью всего лишь одного чипа.
Типичная микросхема микроконтроллера младшего уровня может иметь 1000 байтов ПЗУ и 20 байтов ОЗУ на микросхеме, а также восемь контактов ввода / вывода. В больших количествах стоимость таких чипов иногда может составлять всего несколько копеек. Вы, конечно, никогда не собираетесь запускать Microsoft Word на таком чипе — Microsoft Word требует, возможно, 30 мегабайт оперативной памяти и процессора, который может выполнять миллионы инструкций в секунду. Но тогда вам не нужен Microsoft Word для управления микроволновой печью. С микроконтроллером у вас есть одна конкретная задача, которую вы пытаетесь выполнить, и важна низкая стоимость с низким энергопотреблением.
.Все о микроконтроллерах | код, схемы и конструкция
См. Также примечания Дэна О’Салливана о микроконтроллерах. Мои записи во многом основаны на записях Дэна.
Микроконтроллер — это небольшой недорогой компьютер, обычно используемый для считывания ввода из реального мира и управления устройствами на основе этого ввода. Большинство электронных устройств, которые вы используете сегодня, имеют микроконтроллер той или иной формы. Микроконтроллеры легко использовать с простыми датчиками и устройствами вывода, и они также могут довольно просто обмениваться данными с настольными компьютерами.Когда вы создаете какую-либо форму настраиваемого датчика или устройства вывода, использование микроконтроллера — отличный способ отделить настраиваемую часть вашего проекта от той, которая лучше всего подходит для настольного компьютера. Они также очень полезны, когда вы разрабатываете простое интерактивное устройство, которому не требуется полная мощность настольного компьютера, но которое должно быть меньше или дешевле.
Как и любой другой компьютер, микроконтроллер должен иметь порты ввода для обнаружения действий пользователя и порты вывода, через которые он выражает результаты своих программ.Выводы, торчащие из микроконтроллеров, являются входами и выходами. Другие устройства, такие как датчики света, тепла или движения, двигатели, свет, наши звуковые устройства, прикрепляются к этим контактам, чтобы микроконтроллер мог быть чувствительным к окружающему миру и самовыражаться.
Существует несколько различных уровней микроконтроллеров и микроконтроллерных систем. Некоторые из них представляют собой очень маленькие устройства размером с микросхему, к которым вам нужно подключать собственную электронику. Другие больше по размеру, состоят из нескольких компонентов и портов для ввода-вывода, готовых к подключению прямо к другим устройствам.
Микроконтроллеры более высокого уровня будут иметь простой аппаратный интерфейс с другими устройствами (обычно вилку или пару проводов) и более простой язык программирования, если вообще будет. Они также обычно будут самыми дорогими из микроконтроллеров, потому что кто-то другой сделал эту работу за вас. Контроллеры более высокого уровня должны быть подключены к персональному компьютеру через последовательный порт или USB для работы. Микроконтроллеры более низкого уровня потребуют больше работы, как в с точки зрения аппаратных соединений (вам придется создавать свои собственные схемы для их взаимодействия с другими устройствами) и с точки зрения программирования (вам нужно будет использовать язык программирования более низкого уровня, такой как C или ассемблер).Однако процессоры более низкого уровня, как правило, дешевле и гибче с точки зрения того, что вы можете заставить их делать.
Некоторые типичные примеры микроконтроллеров разного уровня:
Высокий уровень: Гейнер
контроллер гейнера
Что это такое: интерфейсный модуль микроконтроллера, который позволяет создавать собственные схемы интерфейса датчиков и исполнительных механизмов и управлять ими из обычной среды мультимедийного программирования.
Язык программирования: ActionScript, Max / MSP, Processing.Сами модули предварительно запрограммированы и используют последовательный протокол с открытым исходным кодом. К ним можно обратиться через серию интерфейсов прикладного программирования (API) для разных языков программирования.
Аппаратный интерфейс: USB
Стоимость: Стартовые наборы варьируются от 130 долларов за базовый интерфейсный комплект до 530 долларов за заводские
Высокий уровень: фиджи
контроллер Phidget
Что это: серия интерфейсных модулей, которые позволяют пользователю подключать датчики, двигатели, свет, MIDI-устройства и многое другое с минимальной работой электроники или без нее.
Язык программирования: C / C ++, Java, ActionScript и т. Д. Сами модули предварительно запрограммированы и используют собственный последовательный протокол USB. Их можно решить с помощью серии интерфейсов прикладного программирования (API) для разных языков программирования.
Аппаратный интерфейс: USB
Стоимость: Стартовые наборы варьируются от 130 долларов за базовый интерфейсный комплект до 530 долларов за заводские
Микроконтроллеры среднего уровня обычно программируются путем подключения последовательного кабеля от ПК, на котором написан код, к самому микроконтроллеру.Кроме того, дополнительное оборудование не требуется.
Разнообразные модули среднего уровня и микроконтроллеры низкого уровня.
Средний уровень: проводка и Arduino
Модуль Arduino
Что это: электронный модуль с микроконтроллером, блок питания, интерфейс USB-to-serial, контакты интерфейса ввода / вывода
Язык программирования: Wiring, более простой вариант языка C, очень похожий на Processing.
Аппаратный интерфейс: простой интерфейс цифровых и аналоговых схем для контактов ввода / вывода.
Стоимость: Электромонтаж: 80,00 $. Arduino: 30 долларов США. Оба могут быть получены от Sparkfun в США.
Как и другие микроконтроллеры среднего уровня, Wiring и Arduino подключаются напрямую к компьютеру для программирования. Однако, в отличие от других, они имеют встроенный USB-последовательный интерфейс, поэтому подключаются прямо к вашему USB-порту. Кроме того, дополнительное оборудование не требуется.
Программное и аппаратное обеспечение для Wiring и Arduno является открытым исходным кодом, планы доступны в Интернете.Так что, если вам нравится работать на низком уровне, вы можете использовать их как мост, чтобы добраться туда. Оба они основаны на семействе микроконтроллеров Atmel.
Существует несколько вариантов Arduino, некоторые из которых созданы исходной командой, а некоторые — другими производителями. Различный дизайн отражает множество различных вариантов применения или личные вкусы производителя. Список нескольких вариантов Arduino можно найти на сайте Arduino.
Средний уровень: модуль микроконтроллера NetMedia BX-24
Модуль BX-24
Что это: электронный модуль с микроконтроллером, блоком питания, последовательным интерфейсом, памятью, контактами интерфейса ввода / вывода
Язык программирования: BX BASIC, очень близок к Visual Basic.
Аппаратный интерфейс: простой интерфейс цифровых и аналоговых схем для контактов ввода / вывода.
Стоимость: 50,00 $
В микроконтроллерах нижнего уровня отсутствуют некоторые базовые схемы модулей среднего уровня. Обратите внимание, например, что на PIC выше отсутствует тактовый кристалл, который есть у BX-24 выше (длинная трубка в нижней части BX-24). Точно так же отсутствуют некоторые другие микросхемы, такие как стабилизатор напряжения, внешняя память EEPROM и буфер последовательного порта.При необходимости они должны быть добавлены пользователем.
Микроконтроллеры нижнего уровня обычно требуют внешнего аппаратного программатора для программирования. Обычно программатор подключается к ПК через последовательный, параллельный или USB-кабель, а микроконтроллер помещается в программатор для его перепрограммирования. У некоторых программистов есть кабели, позволяющие им подключаться к схеме, в которую встроен микроконтроллер, для его перепрограммирования. Это называется внутрисхемное программирование .
Низкий уровень: микроконтроллер AVR Atmel
Что это: Микроконтроллер Микросхема
Язык программирования: Ассемблер, C, BASIC, Wiring
Аппаратный интерфейс : для работы требуется программатор для создания схемы питания и синхронизации; после этого схемы ввода / вывода аналогичны BX-24 и другим схемам среднего и низкого уровня.
Стоимость: 1,00 — 15,00 долларов в зависимости от используемой модели.
Контроллеры Atmel — это контроллеры, лежащие в основе модулей Wiring, Arduino и BX-24.Â В семействе AVR есть множество контроллеров с различными функциями.  Некоторые из них имеют больше контактов ввода-вывода, некоторые имеют больше памяти, некоторые могут разговаривать по USB изначально и т. Д. Существует хороший компилятор C с открытым исходным кодом для Микросхемы AVR, AVR-GCC. Это основа для сред разработки Wiring и Arduino, доступная в Windows, OSX и Linux. Objective Development имеет хороший пакет AVR-GCC для пользователей OSX.
Низкий уровень: микроконтроллер Microchip PICMicro
Что это: Микроконтроллер Микросхема
Язык программирования: Ассемблер, C, BASIC
Аппаратный интерфейс : для работы требуется программатор для создания схемы питания и синхронизации; после этого схемы ввода / вывода аналогичны BX-24 и другим схемам среднего и низкого уровня.
Стоимость: 1,00 — 15,00 долларов в зависимости от используемой модели.
Что следует учитывать при выборе микроконтроллера:
Затраты
Сколько я хочу потратить? Чем выше уровень, тем выше стоимость. Но если это сократит время между настройкой и самовыражением, возможно, стоит потратить дополнительные деньги.
Время
Сколько работы я хочу делать? контроллер более высокого уровня обычно минимизирует объем работы, которую вы выполняете для создания интерфейса с миром.Контроллеры нижнего уровня потребуют больше работы, прежде чем у вас все заработает.
Какие языки программирования / протоколы связи / электронику я уже знаю? При прочих равных выберите систему, о компонентах которой вы что-то знаете.
На что похожа база знаний? У большинства микроконтроллеров есть несколько веб-сайтов и списки, посвященные их использованию и программированию. Часто ссылки на лучшие из них размещаются прямо на сайте производителя или дистрибьютора.Ознакомьтесь с ними, посмотрите образцы кода и примечания по применению. Прочтите несколько обсуждений. Поищите в Интернете нужную среду микроконтроллера. Есть ли много собранных знаний в той форме, которую вы понимаете? Это важный фактор, который следует учитывать. Иногда конкретный процессор может показаться лучшим в мире, но если никто, кроме вас, его не использует, вам будет намного сложнее научиться.
Расширяемость / Совместимость
С какими еще компонентами совместим микроконтроллер? Можете ли вы добавить модули к вашему микроконтроллеру? Например, совместимы ли с ним контроллеры двигателей? Контроллеры дисплея? Датчики или сенсорные модули? Часто эти модули дороги, но они просто встают на место без каких-либо специальных схем.Если ваше время дорого стоит, то эти модули — хорошая покупка. Иногда, даже если вы знаете, как построить его с контроллером более низкого уровня, система более высокого уровня стоит своих затрат, поскольку экономит время на строительство и обслуживание.
К чему мне нужно подключиться? Вы подключаетесь к MIDI-синтезатору? Плата освещения DMX-512? Настольный компьютер? Телефонная система? Интернет? У разных микроконтроллеров будут разные возможности интерфейса. Убедитесь, что вы можете соединить все вместе.Иногда это требует творческих комбинаций контроллеров, если ни один контроллер не может разговаривать со всеми устройствами, с которыми вы хотите, чтобы он разговаривал.
Физические и электрические характеристики
Сколько входов / выходов мне нужно? Каждая система имеет определенное количество входов и выходов. Если можете, решите, сколько вещей вы хотите ощущать или контролировать, прежде чем выбирать контроллер.
Какие типы входов и выходов мне нужны? Вам нужны аналоговые входы и выходы для определения изменяющихся значений, или вам нужны только цифровые входы и выходы, чтобы определять, включено или выключено что-то?
Какая мощность мне доступна? Требуется ли питание от аккумулятора? Должно ли оно соответствовать напряжению другого устройства? Должен ли он потреблять очень мало тока?
Как быстро мне нужно обрабатывать данные? Процессоры более низкого уровня обычно обеспечивают большую скорость.
Сколько памяти мне нужно? Если вы планируете сложную обработку или регистрацию данных, вам может потребоваться микропроцессор с большим объемом памяти или возможностью взаимодействия с внешней памятью.
Насколько он должен быть маленьким? Контроллер нижнего уровня, как правило, позволяет создавать собственные схемы, позволяя уменьшить размер необходимого оборудования.
Экономика разработки микроконтроллеров
Один из первых вопросов, который обычно задают люди, когда узнают, что контроллеры низкого и среднего уровня могут выполнять многие из одинаковых вещей, — почему разница в стоимости? Почему BX-24 или Basic Stamp стоит 50 долларов и выше, а PIC или SX micro — менее 10 долларов? Кроме того, почему программное обеспечение для разработки контроллеров среднего уровня является бесплатным, а программное обеспечение для контроллеров низкого уровня — нет? Ответ, как и следовало ожидать, заключается в целях людей, которые их продают.
Компании, которые производят модули микроконтроллеров среднего уровня (NetMedia для BX-24, Parallax для Basic Stamp, Basic Micro для Basic Atomm) занимаются аппаратным бизнесом. Они зарабатывают деньги, продавая вам модули. Обычно они обслуживают клиентов с небольшими объемами, которые покупают иногда один, иногда дюжину, но редко более сотни модулей за раз. Чтобы этот клиент возвращался, они также разрабатывают проприетарные среды разработки, чтобы вы не могли перепрограммировать их модули с помощью программного обеспечения другого парня.Однако, чтобы вы не расстраивались из-за этого, они раздают его бесплатно. Они убеждены, что уникальное сочетание микроконтроллера, вспомогательной схемы и среды разработки, которое они предлагают, является лучшим способом использования микроконтроллеров, и оно стоит премиальной цены. Для новичков они часто оказываются правы.
Движение за оборудование с открытым исходным кодом вносит некоторые интересные изменения в эту модель через такие проекты, как Gainer, Wiring, Arduino и другие. Производители оборудования с открытым исходным кодом признают ценность сред программирования среднего и высокого уровня для контроллеров более низкого уровня, а также желание некоторых пользователей перейти на низкий уровень, когда они понимают больше, чем основы.Они также видят ценность совместной работы нескольких групп над совместимыми системами. Хотя компании, производящие эти модули, конкурируют друг с другом за клиентов, они также сотрудничают, чтобы улучшить свое оборудование и программное обеспечение. Иногда это может быть трудным сотрудничеством, но в конечном итоге в результате все инструменты становятся лучше. .
Инструменты среднего уровня с открытым исходным кодом являются многообещающими, потому что они объединяют лучшее из обоих миров. Они позволяют вам учиться на среднем или высоком уровне, а затем, когда вы знаете, что делаете, вы можете взять низкоуровневую внутренность устройства (контроллер Atmel в случае этих двух инструментов) и получить экономическую выгоду. рабочего низкого уровня.В сети постоянно появляются новые гибридные проекты с открытым исходным кодом, подобные этому. Некоторые из них были представлены на семинаре «Создание эскизов в оборудовании» в 2006 году, и ссылки на ресурсы были собраны в Интернете по этой ссылке, если вы хотите узнать больше.
С другой стороны, компании, производящие контроллеры низкого уровня (Microchip, Atmel, Ubicom), привыкли продавать очень большие объемы. Они продают контроллеры крупным производителям, которые используют их в автомобилях, игрушках, выключателях, микроволновых печах и многом другом.Их клиентам необходимо сократить все лишние расходы, чтобы получить прибыль от конечного продукта. Эти заказчики готовы обучать инженеров низкоуровневому программированию, разрабатывать собственные программные инструменты и т. Д., Чтобы получить массовый и недорогой чип. Фактически, процессоры низкого уровня — это сердце процессоров среднего уровня. Обратите внимание на большую фишку на Basic Stamp 2; это ПОС. Низкоуровневые производители не тратят много времени на создание сред разработки, поэтому они могут специализироваться на создании широкого спектра хороших микросхем.На самом деле они привыкли работать с такими большими объемами, что несколько фишек более или менее не имеют большого значения. Большинство из них даже предлагают ограниченное количество бесплатных образцов на своих сайтах для потенциальных клиентов.
Так что, если вы новичок или маленький парень, который хочет использовать чипы низкого уровня? У вас, вероятно, нет времени или опыта, чтобы разработать для него собственный компилятор, и вам лучше не использовать ассемблер контроллера, если вы можете этого избежать. Вот тут-то и появляются сторонние разработчики программного обеспечения.Такие компании, как CCS, Microengineering Labs, Crownhilll, Hi-Tech и другие, создают и продают настраиваемые среды разработки более высокого уровня для контроллеров низкого уровня. Они занимаются программным бизнесом. Поскольку маржа прибыли от низкоуровневых контроллеров уже настолько низка, они предпочитают не разрабатывать дополнительное оборудование для продажи вам премиального оборудования, а вместо этого создают действительно хорошие программные инструменты, чтобы вам было легко программировать низкоуровневые контроллеры. Многие из них также делают специальных программаторов для аппаратного обеспечения, что также упрощает работу с оборудованием.
Итак, что же это даст вам, любителю или новичку в микроконтроллерах? Что выбрать?
Использование микроконтроллеров среднего уровня обойдется вам относительно недорого с точки зрения периферийных устройств. Программное обеспечение бесплатное, а последовательный кабель стоит около 5 долларов. Различные компоненты, которые вам понадобятся для создания типичного проекта, обойдутся вам, возможно, от 50 до 75 долларов. Микроконтроллер обойдется вам еще в 50 долларов. Если вы разбираетесь в схеме и достаточно уверены, что не повредите свой микроконтроллер, это неплохой вариант.Вы всегда можете сохранить проект в неизменном виде и повторно использовать микроконтроллер для других проектов. Вы сэкономите время, не узнавая, как работает аппаратный программист, какой компилятор выбрать или как его настроить. Для новичка, ищущего немедленного удовлетворения, средний уровень — это путь.
Единственным недостатком является то, что если вы хотите построить еще много проектов, вы каждый раз получаете эти 50 долларов сверх затрат на любой другой проект. А если вы повредите микроконтроллер, еще 50 долларов.И еще, и еще, пока вы не научитесь быть осторожными со своими схемами.
С другой стороны, использование низкоуровневых контроллеров вызывает больше затруднений. Вам нужно выбрать среду разработки и заплатить за нее, выбрать программиста аппаратного обеспечения и заплатить за него и научиться настраивать все необходимое. На приличный компилятор и приличного, но дешевого программиста вы, вероятно, выложите около 300 долларов. На раннем этапе вы потратите много времени на проклятия и пожелания, чтобы вы купили Basic Stamp 2 или BX-24.Преимущество появляется немного позже, когда все настроено и вы начинаете делать проекты. Во-первых, если вы зажарите чип, у вас будет всего несколько долларов на его замену. Чем дольше вы продолжаете создавать проекты микроконтроллеров, тем лучше. Вам не нужно тратить больше денег на среду разработки, а микросхемы дешевы. Если вы можете немного поработать ради удовольствия и вам предстоит долгая работа, это хороший способ.
.