На микроконтроллере: Схемы на микроконтроллерах, самодельные устройства и программаторы

Схемы на микроконтроллерах, самодельные устройства и программаторы

Схема цифровой шкалы на Arduino UNO для связного КВ-приемника

Здесь приводится описание цифровой шкалы для коротковолнового связного приемника, работающего в диапазонах 160м, 80м, 40м, 20м, 10м или любом из них. Шкала работает с двухстрочным ЖК-дисплеем. В его верхней строке показывает значение частоты в кГц,а в нижней длину волны в метрах. Внося …

1
508
0

Самодельный велоспидометр на ARDUINO UNO (ATMEGA328)

Здесь описывается цифровой прибор на микроконтроллере, измеряющий скорость движения велосипеда. Индикатором служит ЖК-дисплей типа 1602А, он стандартный, на основе контроллера HD44780. Обозначение 1602А фактически значит, что он на две строки по 16 символов в строке. Используется только одна его …

1
284
0

Девятиразрядный мультиметр на АЦП AD7705 и AVR микроконтроллере

Основой предлагаемого мультиметра является микросхема 16-битного двухканального дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя (АЦП) AD7705. Широко распространенные мультиметры на основе  АЦП двойного интегрирования ICL7106 [2] обеспечивают отображение результата преобразования числом, не превышающим 1999, что соответствует, без учета знака, 11-битному АЦП, за вычетом 48 единиц счёта…

1
1379
0

Реле времени на микроконтроллере AVR ATtiny2313 с индикатором фирмы Data Vision

Схема и описание самодельного реле времени на AVR микроконтроллере ATtiny2313 с индикатором фирмы Data Vision. Реле времени (таймеры), пожалуй, одна из самых массовых разработок конструкторов электронных техники. Автор предлагает вариант 4-х канального реле времени, разработанного на базе микроконтроллера семейства AVR и жидкокристаллического индикатора фирмы Data Vision. Принципиальная схема реле времени …

1
335
0

Макет светофора на ARDUINO UNO, схема и описание

Этот макет светофорного управления движения на перекрестке можно использовать в различных играх по изучению правил дорожного движения. Он может быть сделан как в миниатюрном, настольном варианте для передвижения по нему игрушечных моделей машин и кукол-пешеходов, так и в варианте для детского …

1
164
0

Самодельный кодовый замок на микроконтроллере (PIC16F628A)

Схема самодельного кодового замка, построенного на микроконтроллере PIC16F628A и транзисторах, имеет цифровое табло. Этот замок можно использовать для ограничения доступа в помещение, гараж, дом, сейф, шкаф. Его исполнительным устройством может служить механизм запирания двери автомобиля …

1
635
0

Часы с календарем на индикаторах ИН-12

Предлагаемые часы показывают текущее время и дату, обладают функциями будильника. Их особенность — использование газоразрядных цифровых индикаторов ИН-12. Подобные индикаторы широко применялись в электронных часах и цифровых измерительных приборах в семидесятые годы прошлого века. Индикаторы …

1
666
0

Автоматическое управления вентиляцией помещения, схема на МК ATtiny2313A

Схема самодельного устройства, автоматически включающего и выключающего принудительную вентиляцию помещения. Работа устройства осуществляется в зависимости от относительной влажности воздуха в помещении и скорости её изменения. Оно не содержит дефицитных деталей и может быть помещено в стандартный …

0
683
0

Двоичные часы на микроконтроллере PIC16F628A

Схема самодельных двоичных часов на микроконтроллере PIC16F628A и светодиодах. Эти необычные карманные часы могут стать оригинальным подарком. Индикатор времени в них построен всего на шести единичных светодиодах. Секрет в том, что число часов и число минут текущего времени отображаются ими …

1
446
0

Термометр на микроконтроллере для четырех датчиков DS18B20

Схема самодельного термометра, предназначенного для отображения данных с четырех датчиков DS18B20, используется микроконтроллер. К этому микроконтроллерному термометру можно подключить до четырёх цифровых датчиков температуры DS18B20, расположив их в тех местах, где необходимо контролировать . ..

1
597
0

1 2  3  4  5  … 10 

Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:

На микроконтроллере » Автосхемы, схемы для авто, своими руками

Бывает идешь мимо припаркованных машин, и замечаешь краем глаза, что кто то уже давно, судя по тусклому свечению ламп, забыл свет выключить. Кто то и сам так попадал. Хорошо когда есть штатный сигнализатор не выключенного света, а когда нету поможет вот такая поделка: Незабывайка умеет пищать, когда не выключен свет и умеет пропикивать втыкание задней передачи.

Схема цифрового индикатора уровня топлива обладает высокой степенью повторяемости, даже если опыт работы с микроконтроллерами незначителен, поэтому разобраться в тонкостях процесса сборки и настройки не вызывает проблем. Программатор Громова – это простейший программатор, который необходим для программирования avr микроконтроллера. Программатор Горомова хорошо подходит как для внутрисхемного, так и для стандартного схемного программирования. Ниже приведена схема контроля индикатора топлива.

Плавное включение и выключение светодиодов в любом режиме (дверь открыта, и плафон включен). Так же авто выключение через пять минут. И минимальное потребление тока в режиме ожидания.

Вариант 1 — Коммутация по минусу. (с применением N-канальных транзисторов) 1) «коммутация по минусу», т.е такой вариант при котором один питающий провод лампы соединен с +12В аккумулятора (источника питания), а второй провод коммутирует ток через лампу тем самым включает ее. В данном варианте будет подаваться минус. Для таких схем нужно применять N-канальные полевые транзисторы в качестве выходных ключей.

Сам модем небольшого размера, недорог, работает без проблем, четко и быстро и вообще нареканий нет к нему. Единственный минус для меня был, это необходимость его включать и выключать кнопкой. Если его не выключать, то модем работал от встроенного аккумулятора, который в итоге садился и модем снова было нужно включать.

Принцип работы прост: привращении крутилки регулируется громкость, при нажатии — выключение-включение звука. Нужно для кар писи на винде или андройде

Изначально в Lifan Smily (да и не только) режим работы заднего дворника — единственный, и называется он «всегда махать». Особенно негативно воспринимается такой режим в наступивший сезон дождей, когда на заднем стекле собираются капли, но в недостаточном для одного прохода дворника количестве. Так, приходится либо слушать скрип резины по стеклу, либо изображать робота и периодически включать-выключать дворник.

Немного доработал схему реле времени задержки включения освещения салона для автомобиля Форд (схема разрабатывалась для вполне конкретного автомобиля, как замена штатного реле Ford 85GG-13C718-AA, но была успешно установлена в отечественную «классику»).

Уже не первый раз проскакивают такие поделки. Но почему-то люди жмуться на прошивки. Хотя в большинстве своём они основаны на проекте elmchan «Simple SD Audio Player with an 8-pin IC». Исходниник не открывают аргументируя, что пришлось исправлять проект, что в у меня качество лучше… и т.д. Короче взяли open source проект, собрали, и выдаёте за своё.

Итак. Микроконтроллер Attiny 13- так сказать сердце данного устройства. С его прошивкой долго мучился, никак не мог прошить.Ни 5ю проводками через LPT, ни прогромматором Громова. Компьютер просто не видит контроллер и все.

В связи с нововведениями в ПДД, народ стал думать о реализации дневных ходовых огней. Один из возможных путей это включение ламп дальнего света на часть мощности, об этом и есть данная статья.

Это устройство позволит ближнему свету автоматически включиться при начале движения и регулирует напряжение на лампах, ближнего света, в зависимости от скорости с которой вы едите. Так же, это послужит более безопасному движению и продлит срок службы ламп.

Собрал реле таймера для выключения муфты кондиционера при открытии заслонки. Таймер срабатывает, если заслонка слишком сильно открылась, при возврате таймер делает задержку и выключается.

Моргающий центральный стоп-сигнал с настройкой микроконтроллера. Возможно регулировать частоту моргания, длительность до перехода в постоянное свечение и скважность вспышек моргания, вплоть до стробоскопа. Сделал замер выходной мощности. Держит ток нагрузки в 3.5 ампера, это примерно до 50-ти ватт подключаемой нагрузки.

Всем привет вот решил сделать еще один стробоскопчик. Cтробоскоп имеет 6 эффектов, в режиме габаритов можно поморгать стробами. Переключение эффектов стробоскопов осуществляется кнопкой SB1. При переключении воспроизводится звуковой сигнал, номер эффекта- количество звуковых сигналов.

Самое простое устройство на микроконтроллере

Микроконтроллеры /
Создание устройств /

До сих пор я выдавал вам общие сведения о микроконтроллерах, отрывки из документации, иногда немного говорил о программировании. Но ещё ни разу не приводил примеров устройств на микроконтроллерах. А ведь именно в этом весь смысл обучения — в создании собственных устройств.

Так что с этой статьи я начинаю исправлять положение дел, и буду рассказывать именно о
создании устройств с примерами схем, программ и т. п. Рассказы будут для начинающих. Как всегда буду стараться, чтобы понятно было даже людям, далёким от электроники и программирования. И первый пример будет настолько простым, насколько это вообще возможно…

Пример устройства на микроконтроллере

Итак, наше первое устройство на микроконтроллере будет не простым, а очень простым. И хотя сделать какой-то полезный прибор с наипростейшей схемой и наипростейшей программой крайне сложно, я всё-таки постараюсь. Конечно, эта полезность будет весьма сомнительной, но всё-таки применить это устройство можно будет не только для обучения, но и на практике (конечно, скорее как игрушку, но всё же).

Для опытов возьмём один из самых дешёвых микроконтроллеров — ATtiny13A, о котором я уже немало поведал на этом сайте.

Самая простая схема на микроконтроллере

Наше первое устройство, можно сказать, почти не будет делать ничего полезного. Но зато оно очень простое и новичкам будет проще разобраться как со схемотехникой, так и с программой микроконтроллера.

Итак, наше устройство — это простейшая сигнализация. Если вход микроконтроллера замкнут, то на выходе ноль. Если вход разомкнуть, то на выходе, к которому подключен светодиод, появится сигнал. Светодиод включится, и это будет означать, что сигнализация сработала.

Конечно, это всё достаточно примитивно. Однако в давние времена, когда я занимался (в том числе) и обслуживанием систем сигнализации, мы использовали такие самодельные “датчики”. Например, обматывали решётку на окне тонким проводом и подключали его в шлейф прибора сигнализации. Если злодей выдернет решётку — провод порвётся и сигнализация сработает.

Ну а теперь к схеме.

Микроконтроллер ATtiny13A по умолчанию использует внутренний генератор на 9,6 МГц (это следует из документации,
и я писал об этом здесь).
И если нас такое решение устраивает (а нас оно устраивает), то это означает, что никаких внешних цепей для задания тактовой частоты нам не потребуется.

Микроконтроллер ATtiny13A выпускается в нескольких корпусах. Будем считать, что у нас корпус 8PDIP/SOIC
(подробнее об этом здесь). Тогда схема будет такой:

Наверно вы знаете, что у этих МК есть встроенные подтягивающие резисторы. Но эти резисторы очень маломощные и могут перегореть, если их использовать с нагрузкой. Поэтому последовательно со светодиодом лучше ставить внешний резистор.

На схеме SA1 может быть либо охранным датчиком, либо просто тонким проводом, обмотанным, например, вокруг какого-то охраняемого предмета. При обрыве провода (или размыкании контакта) сигнализация “срабатывает” и светодиод загорается.

Конечно, это слишком несовершенная система. Но мы же только учимся. И в начале пути
создания устройств на микроконтроллерах это лучшее решение, потому что оно самое простое.

Простая программа микроконтроллера

Ну а теперь можно перейти к программированию. Я буду использовать ассемблер и среду разработки AVRStudio 4.
Почему я использую именно эту среду, хотя есть более новые версии, я рассказал здесь.

Итак, пройдём путь от создания проекта до написания программы.

Запускаем среду разработки AVRStudio 4 и видим окно:

Нажимаем кнопку NEW PROJECT. Откроется окно:

Здесь можно выбрать вид проекта — на ассемблере или на Си, задать имя проекта и выбрать каталог для файлов проекта.

ВНИМАНИЕ!

В пути к файлу не должно быть русских букв. То есть если вы сохраните проект в папку МОИ_ПРОГРАММЫ, то программа не скомпилируется, так как AVR Studio 4 может не понять путь с русскими буквами.

Мы будем писать программу на ассемблере. Проект назовём myprog.

Теперь можно нажать кнопку ДАЛЕЕ (NEXT).

В следующем окне надо выбрать отладочную платформу и тип микроконтроллера:

Выберем AVR Simulator. Ну и поскольку у нас микроконтроллер ATtiny13A, то выберем ATtiny13. Затем нажимаем FINISH.

Ну вот. Проект создан. Редактор исходного кода открыт. Теперь можно приступить к написанию программы. Она может быть примерно такой:

; Сообщить ассемблеру модель микроконтроллера
.device ATtiny13A
.nolist
; Подключить файл с объявлениями для ATtiny13A
.include "tn13def.inc"  
.list

; Инициализация
Init:
  ; PB0 - вход, остальные - выходы
  LDI R16,  0b11111110
  OUT DDRB, R16
  ; Включить подтяжку для PB0
  LDI R16,  0b00000001
  OUT PortB, R16

; Начало программы
Start:
  SBIS PinB,  0   ; Проверить датчик
  SBI  PortB, 1   ; Если обрыв, то включить светодиод
  SBIC PinB,  0   ; Проверить датчик
  CBI  PortB, 1   ; Если замкнут, то погасить светодиод
  RJMP Start      ; Возвращаемся к началу программы

При инициализации мы определяем, какие выводы будут входами, а какие — выходами. Если в бит регистра DDRB
записать 0, то соответствующий вывод порта В будет входом, если 1 — выходом.

У нас к выводу РВ0 подключен датчик, следовательно, РВ0 будет входом. К выводу РВ1 подключен светодиод, значит, РВ1 будет выходом. Неиспользуемые выводы лучше всегда делать выходами (хотя здесь у каждого свои предпочтения).

С помощью команды LDI мы записываем число в регистр R16,
который используем как временную переменную. Это необходимо, потому что команда
OUT не может записать в регистр DDRB непосредственное значение.

Далее мы включаем подтягивающий резистор для вывода РВ0. Для этого в регистр PortB надо в соответствующий бит записать 1.

Ну а далее начинается программа.

Сначала выполняем команду SBIS. Эта команда проверяет указанный вход. И если на этом входе 1, то следующая команда НЕ БУДЕТ выполнена. То есть в этом коде:

SBIS PinB,  0 
SBI  PortB, 1 
SBIC ...

мы проверяем РВ0. Если там единица, то мы переходим к команде SBIC.
Если же ноль (датчик разомкнут — сигнализация сработала), то выполняем команду SBI, которая устанавливает указанный выход (то есть в нашем случае зажигает светодиод, подавая напряжение на вывод РВ1).

Затем выполняем команду SBIC. Эта команда также проверяет указанный вход. Но если на этом входе 0,
то следующая команда не будет выполнена. Если же 1 (контакты датчика замкнуты), то будет выполнена команда CBI, которая обнуляет указанный вывод. То есть на РВ1 будет подан 0, и светодиод погаснет.

Таким образам исполняется наш простой алгоритм: если датчик “не сработал” (контакт замкнут), то светодиод не горит. Если контакты разомкнулись, то светодиод светится.

На этом пока всё. Если что-то осталось непонятно — посмотрите видео в начале статьи.

Схемы, устройства и проекты на микроконтроллерах AVR

На данной странице представлена карта статей по микроконтроллерам AVR, опубликованным на нашем сайте «Мир микроконтроллеров». По мере добавления статей данной тематики данная карта статей также будет дополняться. Микроконтроллеры семейства AVR в настоящее время являются одними из самых популярных микроконтроллеров. Они … Читать далее →

Микроконтроллер ATtiny85 является удобной и сравнительно мощной альтернативой старшим моделям микроконтроллеров семейства AVR. Его применение особенно оправданно в тех случаях, когда вы стремитесь к минимизации размеров вашего устройства. Микросхема ATtiny85 содержит 8 контактов – 6 контактов ввода/вывода (включая Reset) и … Читать далее →

ATtiny – это серия самых маленьких микроконтроллеров из семейства AVR. Эти микроконтроллеры могут использовать большинство библиотек, доступных для платформы Arduino. ATtiny85 – это 8-пиновый 8-битный микроконтроллер семейства AVR. Его исключительно малый размер и низкое энергопотребление делают его чрезвычайно удобным для … Читать далее →

В этой статье мы рассмотрим создание портативного счетчика шагов (шагомера) на основе микроконтроллера AVR ATtiny85, акселерометра и гироскопа MPU6050, и OLED дисплея. Питание на шагомер будет подавать от простой батарейки на 3V, что позволяет сделать его достаточно компактным и удобным … Читать далее →

GPS модули широко используются в современной электронике для определения местоположения, основываясь на координатах долготы и широты. Системы мониторинга транспортных средств, часы GPS, системы предупреждения о чрезвычайных происшествиях, системы наблюдения – это лишь небольшой список приложений, в которых может потребоваться технология … Читать далее →

Как показывают многочисленные исследования в современном мире люди более склонны доверять машинам нежели другим людям. Сейчас, когда в мире активно развиваются такие технологии как искусственный интеллект, машинное обучение, чат-боты, синергия (совместная деятельность) между людьми и роботами с каждым годом все … Читать далее →

Двигатели постоянного тока относятся к числу наиболее часто используемых двигателей. Их можно встретить где угодно – начиная от простейших конструкций до продвинутой робототехники. В этой статье мы рассмотрим подключение двигателя постоянного тока к микроконтроллеру ATmega16 (семейство AVR). Но сначала немного … Читать далее →

Принцип действия датчиков Холла основан на так называемом «эффекте Холла», открытым Эдвином Холлом (Edwin Hall) в 1869 году. Этот эффект гласит: «эффект Холла основан на явлении возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током … Читать далее →

Широтно-импульсная модуляция (сокр. ШИМ, от англ. PWM — Pulse Width Modulation) является технологией, позволяющей изменять ширину импульсов в то время как частота следования импульсов остается постоянной. В настоящее время она применяется в разнообразных системах контроля и управления, а также в … Читать далее →

ATmega16 (семейство AVR) является дешевым 8 битным микроконтроллером и имеет достаточно большое число интерфейсов ввода-вывода общего назначения. Он поддерживает все часто используемые в настоящее время протоколы связи такие как UART, USART, SPI и I2C. Он достаточно широко применяется в робототехнике, … Читать далее →

На микроконтроллере

ATMega8 / «Hello World» на микроконтроллере

Документация

Этот урок создан специально для новичков, которые только начинают знакомство с микроконтроллером ATMega8. Предлагается собрать простую схему и залить в микроконтроллер простую прошивку, которая будет запрограммирована на мигание светодиодом. Для того, чтобы собрать такую схему нам потребуются:

• Микроконтроллер ATMega8
• Светодиод малой мощности
• Резистор на 150-500 Ом
• Программатор
• Компилятор CodeVision AVR

Для упрощения схемы внешний кварцевый генератор такта использоваться не будет. В микроконтроллере ATmega8 присутствует свой внутренний генератор такта. Однако этот генератор не всегда подходит для проектов, так как его точность зависит от многих факторов — температура, напряжение и т.д. Но в данном примере точность тактового генератора не имеет важного значения, поэтому можно использовать и его. Для подключения внутреннего генератора такта необходимо выставить так называемые фьюз-биты (Fuse-bits, нужны для аппаратной конфигурации микроконтроллера) при прошивке ATMega8 в определённое положение. Это делается с помощью компилятора CodeVision AVR следующим образом. В компиляторе CodeVision AVR выбираем из меню Tools->Chip Programmer (или можно просто нажать Shift+F4) и отмечаем галочкой чекбоксы, как на рисунке внизу.

Соберем все, как показано на принципиальной схеме

Подсоединим катод («минус») светодиода LED1 через компенсирующий резистор R1 к «земле» (отрицательному полюсу источника питания), а анод («плюс») — к любому выводу порта D микроконтроллера (на схеме — PD0).

Подключаем RESET (PC6), SCK (PB5), MISO (PB4), MOSI (PB3) и общий провод (GND) к предварительно собранному программатору. Подключаем программатор к компьютеру и только после этого подаём питание к схеме. Если всё собрано правильно и ничего не сгорело и не задымило, то можно перейти к следующему шагу.

Запускаем CodeVision AVR и создаём новый проект.

Если у вас есть какие-то замечания по этому документу или что-то осталось непонятно, то вы можете оставить свой отзыв или вопрос

Анонимная отправка сообщений запрещена! Пожалуйста зарегистрируйтесь

Управление ДХО на микроконтроллере

Микроконтроллер ДХО – это такое устройство, которое предназначено для обеспечения автоматического включения и выключения ДХО при запуске и остановке двигателя. Изделие обеспечивает звуковую сигнализацию и ряд других полезных функций. В статье наглядно описывается процесс работы и схема микроконтроллера ДХО.

Простая работа микроконтроллера

• 
  Питается устройство от 12В сети автомобиля.
• 
  После включения зажигания генератора (двигателя автомобиля) и прохождения шести импульсов с датчика скорости активизируется работа дневных ходовых огней.
• 
  При включении работы габаритов все возвращается в штатный режим работы, то есть ДХО отключаются.
• 
  Если же габариты отключаются, то работа ДХО активизируется таким же образом, как прописано во втором пункте.
• 
  Если вы остановились на дороге, например, попали в пробку, тогда через 3 минуты бездействия огни дневного света отключаются. Если же вы начинаете движение, то свет огней активизируется и процесс протекает как во втором случае.
• 
  После того, как вы остановили автомобиль и выключили зажигание — дневные огни еще 20 секунд обеспечивают свет и только после этого отключаются. Это называется режимом сопровождения, то есть подсвечивается путь водителю.

Как производится работа микроконтроллера (на примере PIC12F629):

Когда зажигание автомобиля отключено, то светодиод с маркировкой HL1 моргает. Частота такого мерцания не превышает одного раза в секунду. Такой режим сигнализирует, что устройство находится в режиме ожидания.

Во время активизации зажигания светодиод HL1 светится постоянно. Микроконтроллер таким образом находится в режиме ожидания импульса, который должен поступить от датчика скорости. При начале движения через одну секунду дневные огни автоматически загорятся и будут обеспечивать стабильное свечение до тех пор, пока не остановится автомобиль, не отключится зажигание или же не будут включены габариты, а также режим ближнего света.

Когда автомобиль останавливается, то микроконтроллер переходит в режим выдержки, то есть отсчитывает время отключения ДХО – обычно это три минуты. Сигнал выдержки обеспечивается встроенным Бипером:

• 
  2 коротких сигнала — при включенном зажигании и остановке двигателя.
• 
  4 сигнала поступает только тогда, если выключить зажигание автомобиля, например, при длительной пробке. Таким образом, 4 звуковых сигнала говорят о том, что дхо на микроконтроллере переходят из режима выдержки в режим выключения. Через 20 секунд после остановки двигателя и выключения зажигания, свет огней выключается, то есть устройство переходит в режим подсветки или же сопровождения водителя.

Во время активизации габаритных огней устройство автоматически переходит в так называемый режим ожидания. По правилам ПДД в момент включения габаритов ДХО должны отключаться и весь наружный свет перейти в режим штатной работы.

Микроконтроллер является полезным устройством в ДХО, а поэтому без него обойтись совершенно нельзя. 

Что такое микроконтроллер и как он работает?

Микроконтроллер — это компактная интегральная схема, предназначенная для управления определенной операцией во встроенной системе. Типичный микроконтроллер включает в себя процессор, память и периферийные устройства ввода-вывода (I / O) на одном кристалле.

Иногда называемые встроенным контроллером или микроконтроллером (MCU), микроконтроллеры используются, среди прочего, в транспортных средствах, роботах, офисной технике, медицинских устройствах, мобильных радиопередатчиках, торговых автоматах и ​​бытовой технике.По сути, это простые миниатюрные персональные компьютеры (ПК), предназначенные для управления небольшими функциями более крупного компонента без сложной интерфейсной операционной системы (ОС).

Как работают микроконтроллеры?

Микроконтроллер встроен в систему для управления особой функцией устройства. Он делает это, интерпретируя данные, которые он получает от периферийных устройств ввода-вывода, с помощью своего центрального процессора. Временная информация, которую получает микроконтроллер, хранится в его памяти данных, где процессор обращается к ней и использует инструкции, хранящиеся в своей программной памяти, для расшифровки и применения входящих данных.Затем он использует свои периферийные устройства ввода-вывода для связи и выполнения соответствующих действий.

Микроконтроллеры используются в большом количестве систем и устройств. Устройства часто используют несколько микроконтроллеров, которые работают вместе в устройстве для выполнения своих соответствующих задач.

Например, в автомобиле может быть множество микроконтроллеров, которые управляют различными отдельными системами внутри, такими как антиблокировочная тормозная система, контроль тяги, впрыск топлива или управление подвеской. Все микроконтроллеры общаются друг с другом, чтобы сообщить правильные действия.Некоторые могут связываться с более сложным центральным компьютером в автомобиле, а другие могут связываться только с другими микроконтроллерами. Они отправляют и получают данные, используя свои периферийные устройства ввода-вывода, и обрабатывают эти данные для выполнения назначенных им задач.

Какие элементы микроконтроллера?

Основные элементы микроконтроллера:

• Процессор (CPU) — Процессор можно рассматривать как мозг устройства. Он обрабатывает и реагирует на различные инструкции, управляющие работой микроконтроллера.Это включает в себя выполнение основных арифметических, логических операций и операций ввода-вывода. Он также выполняет операции передачи данных, которые передают команды другим компонентам в более крупной встроенной системе.
• Память — память микроконтроллера используется для хранения данных, которые процессор получает и использует для ответа на инструкции, которые он запрограммировал выполнять. Микроконтроллер имеет два основных типа памяти:
  1. Программная память, в которой хранится долгосрочная информация об инструкциях, выполняемых ЦП.Программная память — это энергонезависимая память, то есть она хранит информацию с течением времени без использования источника питания.
  2. Память данных, которая требуется для временного хранения данных во время выполнения инструкций. Память данных является энергозависимой, то есть данные, которые она хранит, являются временными и поддерживаются только в том случае, если устройство подключено к источнику питания.

Периферийные устройства ввода / вывода

• — Устройства ввода и вывода являются интерфейсом для процессора с внешним миром.Порты ввода получают информацию и отправляют ее процессору в виде двоичных данных. Процессор получает эти данные и отправляет необходимые инструкции устройствам вывода, которые выполняют задачи, внешние по отношению к микроконтроллеру.

Хотя процессор, память и периферийные устройства ввода / вывода являются определяющими элементами микропроцессора, есть и другие элементы, которые часто используются. Термин «Периферийные устройства ввода-вывода» просто относится к вспомогательным компонентам, которые взаимодействуют с памятью и процессором. Существует множество вспомогательных компонентов, которые можно отнести к категории периферийных устройств. Наличие некоторого проявления периферийных устройств ввода-вывода является элементарной задачей для микропроцессора, потому что они являются механизмом, через который применяется процессор.

Прочие вспомогательные элементы микроконтроллера включают:

• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — АЦП — это схема, преобразующая аналоговые сигналы в цифровые. Это позволяет процессору в центре микроконтроллера взаимодействовать с внешними аналоговыми устройствами, такими как датчики.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

• — ЦАП выполняет обратную функцию АЦП и позволяет процессору в центре микроконтроллера передавать свои исходящие сигналы внешним аналоговым компонентам.
• Системная шина — Системная шина — это соединительный провод, который связывает все компоненты микроконтроллера вместе.
• Последовательный порт — Последовательный порт является одним из примеров порта ввода-вывода, который позволяет микроконтроллеру подключаться к внешним компонентам.Он имеет функцию, аналогичную USB или параллельному порту, но отличается способом обмена битами.

Характеристики микроконтроллера

Процессор микроконтроллера зависит от приложения. Варианты варьируются от простых 4-битных, 8-битных или 16-битных процессоров до более сложных 32-битных или 64-битных процессоров. Микроконтроллеры могут использовать энергозависимые типы памяти, такие как оперативная память (RAM) и энергонезависимые типы памяти — сюда входят флэш-память, стираемая программируемая постоянная память (EPROM) и электрически стираемая программируемая постоянная память (EEPROM).

Как правило, микроконтроллеры проектируются так, чтобы их можно было легко использовать без дополнительных вычислительных компонентов, потому что они разработаны с достаточным объемом встроенной памяти, а также предлагают контакты для общих операций ввода-вывода, поэтому они могут напрямую взаимодействовать с датчиками и другими компонентами.

Архитектура микроконтроллера

может быть основана на архитектуре Гарварда или архитектуре фон Неймана, обе предлагают различные методы обмена данными между процессором и памятью. В гарвардской архитектуре шина данных и инструкция разделены, что позволяет осуществлять одновременную передачу.В архитектуре фон Неймана одна шина используется как для данных, так и для инструкций.

Процессоры микроконтроллеров

могут быть основаны на вычислениях со сложным набором команд (CISC) или на вычислениях с сокращенным набором команд (RISC). CISC обычно имеет около 80 инструкций, в то время как RISC имеет около 30, а также больше режимов адресации, 12-24 по сравнению с RISC 3-5. Хотя CISC может быть проще в реализации и более эффективно использует память, производительность может снижаться из-за большего количества тактовых циклов, необходимых для выполнения инструкций.RISC, который уделяет больше внимания программному обеспечению, часто обеспечивает лучшую производительность, чем процессоры CISC, которые уделяют больше внимания аппаратному обеспечению из-за упрощенного набора инструкций и, следовательно, повышенной простоты конструкции, но из-за упора на программное обеспечение, программное обеспечение может быть более сложным. Какой ISC используется, зависит от приложения.

Когда они впервые стали доступны, микроконтроллеры использовали исключительно язык ассемблера. Сегодня популярным вариантом является язык программирования C.Другие распространенные языки микропроцессоров включают Python и JavaScript.

Микроконтроллеры

оснащены входными и выходными контактами для реализации периферийных функций. К таким функциям относятся аналого-цифровые преобразователи, контроллеры жидкокристаллических дисплеев (LCD), часы реального времени (RTC), универсальный синхронный / асинхронный приемный передатчик (USART), таймеры, универсальный асинхронный приемный передатчик (UART) и универсальная последовательная шина ( USB) возможность подключения. Датчики, собирающие данные, связанные, в частности, с влажностью и температурой, также часто присоединяются к микроконтроллерам.

Типы микроконтроллеров

Стандартные микроконтроллеры

включают Intel MCS-51, часто называемый микроконтроллером 8051, который был впервые разработан в 1985 году; микроконтроллер AVR, разработанный Atmel в 1996 году; контроллер программируемого интерфейса (PIC) от Microchip Technology; и различные лицензированные микроконтроллеры Advanced RISC Machines (ARM).

Ряд компаний производят и продают микроконтроллеры, включая NXP Semiconductors, Renesas Electronics, Silicon Labs и Texas Instruments.

Приложения микроконтроллера

Микроконтроллеры

используются во многих отраслях и приложениях, в том числе в домашних условиях и на предприятиях, в автоматизации зданий, производстве, робототехнике, автомобилестроении, освещении, интеллектуальной энергетике, промышленной автоматизации, коммуникациях и развертываниях Интернета вещей (IoT).

Одно из очень специфических применений микроконтроллера — его использование в качестве процессора цифровых сигналов. Часто входящие аналоговые сигналы имеют определенный уровень шума.Шум в этом контексте означает неоднозначные значения, которые нельзя легко преобразовать в стандартные цифровые значения. Микроконтроллер может использовать свои АЦП и ЦАП для преобразования входящего аналогового сигнала с шумом в ровный исходящий цифровой сигнал.

Простейшие микроконтроллеры облегчают работу электромеханических систем, используемых в предметах повседневного обихода, таких как духовки, холодильники, тостеры, мобильные устройства, брелоки, системы видеоигр, телевизоры и системы полива газонов. Они также распространены в офисной технике, такой как копировальные аппараты, сканеры, факсы и принтеры, а также в интеллектуальных счетчиках, банкоматах и ​​системах безопасности.

Более сложные микроконтроллеры выполняют важные функции в самолетах, космических кораблях, океанских судах, транспортных средствах, медицинских системах и системах жизнеобеспечения, а также в роботах. В медицинских сценариях микроконтроллеры могут регулировать работу искусственного сердца, почек или других органов. Они также могут способствовать функционированию протезов.

Сравнение микроконтроллеров и микропроцессоров

Различие между микроконтроллерами и микропроцессорами стало менее четким, поскольку плотность и сложность микросхем стали относительно дешевыми в производстве, и микроконтроллеры, таким образом, интегрировали более «общие компьютерные» типы функциональности.В целом, однако, можно сказать, что микроконтроллеры работают сами по себе, с прямым подключением к датчикам и исполнительным механизмам, где микропроцессоры предназначены для максимизации вычислительной мощности на кристалле, с подключением к внутренней шине (а не с прямым вводом / выводом). для поддержки оборудования, такого как ОЗУ и последовательные порты. Проще говоря, в кофеварках используются микроконтроллеры; настольные компьютеры используют микропроцессоры.

Микроконтроллер Microchip Technology ATtiny817.

Микроконтроллеры

дешевле и потребляют меньше энергии, чем микропроцессоры.Микропроцессоры не имеют встроенного ОЗУ, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) или других периферийных устройств на микросхеме, а подключаются к ним своими контактами. Микропроцессор можно считать сердцем компьютерной системы, тогда как микроконтроллер можно считать сердцем встроенной системы.

Выбор подходящего микроконтроллера

При выборе микроконтроллера для проекта необходимо учитывать ряд технологических и бизнес-соображений.

Помимо стоимости, важно учитывать максимальную скорость, объем ОЗУ или ПЗУ, количество или типы контактов ввода-вывода на MCU, а также энергопотребление, ограничения и поддержку разработки.Обязательно задавайте такие вопросы, как:

• Какие аппаратные периферийные устройства требуются?
• Нужны ли внешние коммуникации?
• Какую архитектуру использовать?
• Какие сообщества и ресурсы доступны для микроконтроллера?
• На каком рынке представлен микроконтроллер?

TensorFlow Lite для микроконтроллеров

TensorFlow Lite для микроконтроллеров предназначен для запуска моделей машинного обучения
на микроконтроллерах и других устройствах с объемом памяти всего несколько килобайт. В
Среда выполнения ядра умещается в 16 КБ на Arm Cortex M3 и может запускать многие базовые
модели. Не требует поддержки операционной системы, любых стандартных C или C ++.
библиотеки или динамическое распределение памяти.

Почему микроконтроллеры важны

Микроконтроллеры

обычно представляют собой небольшие маломощные вычислительные устройства, которые
встроен в оборудование, требующее базовых вычислений. Принеся машину
обучаясь крошечным микроконтроллерам, мы можем повысить интеллект миллиардов
устройства, которые мы используем в нашей жизни, включая бытовую технику и Интернет
Вещи устройства, не полагаясь на дорогое оборудование или надежный интернет
соединения, которые часто зависят от пропускной способности и ограничений мощности и
приводит к высокой задержке.Это также может помочь сохранить конфиденциальность, поскольку нет данных
покидает устройство. Представьте себе умную технику, которая может адаптироваться к повседневной работе.
стандартные интеллектуальные промышленные датчики, которые понимают разницу между
проблемы и нормальная работа, а также волшебные игрушки, которые могут помочь детям учиться весело
и восхитительные способы.

Поддерживаемые платформы

TensorFlow Lite для микроконтроллеров написан на C ++ 11 и требует 32-битной
Платформа. Он был тщательно протестирован на многих процессорах на базе
Arm Cortex-M серии
архитектура, и была перенесена на другие архитектуры, включая
ESP32.В
framework доступен как библиотека Arduino. Он также может создавать проекты для
среды разработки, такие как Mbed. Это открытый исходный код и может быть включен в
любой проект C ++ 11.

Поддерживаются следующие платы разработки:

Изучите примеры

Каждый пример приложения включен
Github
и имеет файл README.md , в котором объясняется, как его можно развернуть в поддерживаемых
платформы. В некоторых примерах также есть сквозные учебные пособия с использованием конкретных
платформа, как указано ниже:

• Привет, мир —
  Демонстрирует абсолютные основы использования TensorFlow Lite для
  Микроконтроллеры
• Микро-речь —
  Захватывает звук с помощью микрофона для распознавания слов «да» и «нет».
• Волшебная палочка —
  Собирает данные акселерометра для классификации трех различных физических жестов
• Обнаружение человека —
  Захватывает данные камеры с помощью датчика изображения для обнаружения присутствия или отсутствия
  человека

Рабочий процесс

Следующие шаги необходимы для развертывания и запуска модели TensorFlow на
микроконтроллер:

1. Обучите модель :
2. Выполнить вывод на устройстве с помощью библиотеки и процесса C ++
   результаты, достижения.

Ограничения

TensorFlow Lite для микроконтроллеров разработан с учетом специфических ограничений
разработка микроконтроллеров. Если вы работаете на более мощных устройствах (для
например, встроенное устройство Linux, такое как Raspberry Pi), стандартный
Фреймворк TensorFlow Lite может быть проще интегрировать.

Следует учитывать следующие ограничения:

• Поддержка ограниченного набора
  Операции TensorFlow
• Поддержка ограниченного набора устройств
• Низкоуровневый C ++ API, требующий ручного управления памятью
• Обучение на устройстве не поддерживается

Следующие шаги

Остерегайтесь атак на защиту от обратного чтения микроконтроллера

Члены могут скачать эту статью в формате PDF.

Что вы узнаете:

• Каковы основные движущие силы высокопроизводительных SDR?
• Выбор подходящей платформы SDR и FPGA.
• Роль сетевых карт.
• Как NVM и NVMe реализованы в высокопроизводительной системе SDR?

Программно-определяемая радиосвязь (SDR) — это технология радиосвязи, которая реализует обычные аппаратные компоненты с помощью программного обеспечения. Мотивация систем на основе SDR — возможность перепрограммирования и простота обслуживания.Эта технология увеличивает срок службы инфраструктуры радиосвязи, позволяя поддерживать новые протоколы посредством обновлений программного обеспечения. Еще одно преимущество SDR — сокращение времени и стоимости разработки.

Одним из ключевых параметров производительности SDR является их высокая пропускная способность, то есть скорость данных, которые могут проходить через систему. Высокая пропускная способность обеспечивается широкополосными соединениями, которые могут поддерживать SDR, а также ПЛИС, используемой для взаимодействия с хост-системой.

SDR с высокой пропускной способностью находят свое применение в критичных ко времени приложениях, таких как телекоммуникации, армия и общественная безопасность.В телекоммуникационных приложениях высокая мгновенная пропускная способность означает, что по каналам можно передавать больше пользователей и данных. В военных приложениях радиолокационные системы требуют сложной обработки сигналов для определения географического положения. Анализ сигналов — это критичная по времени задача, которая должна выполняться одновременно со сбором данных, поэтому для поддержки обеих задач требуется более высокая пропускная способность.

В приложениях общественной безопасности функциональная совместимость важна для всех медицинских устройств в больницах.Одновременная передача данных между множеством устройств требует высокой пропускной способности для поддержки этой функции.

Эти интересные приложения привели к разработке широкополосных SDR. Однако эффективная потоковая передача больших объемов данных в хост-системе создает несколько проблем.

Обзор системы SDR

Чтобы лучше понять эти проблемы, давайте рассмотрим простой сценарий, в котором мы стремимся фиксировать полученные данные передачи в системе SDR. На рис. 1 мы видим цепь приема системы, где SDR принимает слабый радиочастотный сигнал от антенны, который подается на усилитель мощности.Затем сигнал сдвигается в полосу модулирующих частот модулем преобразования с понижением частоты, и, наконец, он проходит через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для отправки на ПЛИС.

1. Типичному SDR-приемнику требуется такое устройство, как FPGA, для обработки потока оцифрованных данных.

В FPGA сигнал обрабатывается и буферизуется, чтобы его можно было отправить в хост-систему через Ethernet. Затем хост-система связывает SDR с сетевой картой (NIC). Приложения пользовательского уровня могут напрямую обращаться к этим данным, минуя сетевой стек ядра, с помощью контроллеров сетевого интерфейса, таких как Data Plane Development Kit (DPDK).

Цепочка TX показана на Рисунок 2 . Он использует те же компоненты в обратном порядке, кроме цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и модуля преобразования с повышением частоты, которые необходимы для создания передаваемого сигнала.

2. Передатчику SDR потребуется преобразовать поток данных в свои радиочастотные компоненты.

Поскольку отправка и прием данных по каналу Ethernet выполняется ПЛИС, номинально гарантируется детерминированность и синхронность в пределах своей тактовой области.Однако по мере того, как данные перемещаются между SDR на основе FPGA в хост-систему, они не только пересекают домены часов, но также становятся недетерминированными. В результате синхронизация является основным требованием в этой системе, и это достигается путем определения правильной последовательности включения питания.

Обзор потока данных и проблемы

Еще одно важное соображение, которое следует принять во внимание, — это пропускная способность хост-системы. На рис. 3 показан пример различных элементов и интерфейсов, необходимых для потоковой передачи данных на устройство хранения или с него.Особое внимание необходимо уделить обеспечению достаточной пропускной способности PCI Express (PCIe) между устройствами хранения, процессорами и сетевыми картами. Для хост-машин с несколькими процессорами для этого часто требуется прочитать руководство по материнской плате, чтобы определить распределение корневых комплексов PCIe и убедиться, что они правильно распределены между различными процессорами.

При рассмотрении компонентов, представленных на Рис. 3 , возникает несколько проблем с точки зрения выбора компонентов, которые позволяют создать высокопроизводительную систему SDR.Выбор платформы FPGA и SDR имеет решающее значение, поскольку она обрабатывает всю аналоговую часть цепочки RX и TX и является ограничивающим фактором в том, сколько данных может передаваться между хост-компьютером и ЦП. Для хост-системы центральный процессор и память, устройства хранения, сетевая карта и программный интерфейс имеют решающее значение для обработки данных, отправляемых SDR.

3. Хост-системе потребуется достаточное количество линий PCI Express для обработки пропускной способности от соединения SDR.

Выбор SDR и FPGA

Использование платформы SDR имеет решающее значение при реализации высокопроизводительной системы SDR. Не только SDR полностью отвечает за аналоговую часть системы, но и за обработку сигналов на плате FPGA. В примерах, показанных на рисунках 1 и 2 , исследуются архитектуры обработки, общие для Per Vices Cyan и Crimson SDR. Per Vices Crimson SDR поддерживает пропускную способность до 20 Гбит / с, а Cyan SDR поддерживает пропускную способность от 160 до 400 Гбит / с.

Включение высокоскоростных АЦП и ЦАП с высоким разрешением критически важно для максимизации полосы пропускания RF, связанной с данными, передаваемыми между SDR и хост-машиной. В частности, приложения с высокой пропускной способностью значительно выигрывают от преобразователей с высокой частотой дискретизации.

FPGA обеспечивает выполнение основных функций SDR и обеспечивает возможность перепрограммирования и высокую пропускную способность. ПЛИС удовлетворяют требованиям к высокой пропускной способности благодаря своей параллельной архитектуре, позволяющей избежать задержек распространения, связанных с процессорами на базе ОС или процессорами с нуля.

Основные функции FPGA включают выполнение сложных задач обработки сигналов и поддержку передачи обработанных данных между устройствами преобразователя и хост-системой детерминированным образом и с высокой скоростью. Часто ограничивающим фактором является цифровой интерфейс между SDR и хост-машиной; несколько высокоскоростных интерфейсов, таких как 40/100 Гбит / с Ethernet, обеспечивают максимальную пропускную способность.

Для приложений передачи SDR также выигрывают от встроенной памяти, что помогает буферизировать передачу выборки.Это обеспечивает большие различия между мгновенной пропускной способностью системы (которая варьируется на недетерминированных платформах или платформах, работающих не в реальном времени) и средней пропускной способностью (которая должна соответствовать скорости, с которой SDR отправляет или принимает образцы).

Выбор ЦП и памяти

Хост-система должна поддерживать платформу SDR для обработки всех данных, которые ей отправляются. С этой целью центральный процессор в первую очередь учитывает количество доступных ядер, поддерживаемую архитектуру PCIe и скорость процессора.Чтобы предоставить некоторые абстрактные цифры, для поддержки приложений захвата с полной скоростью со скоростью 100 Гбит / с обычно требуется от шести до 12 ядер и минимум 32 полосы PCIe v4.0 (x16 полос для поддержки NIC и еще 4×4 полосы для поддержки NVMe). диски).

Для многопроцессорных систем критически важно обеспечить соответствие ядра между сетевой картой и дисками хранения. Необходимо соблюдать осторожность при указании сходства ядра и процесса, чтобы избежать ненужных передач через корневые комплексы PCIe, размещенные на разных процессорах.

Хост-система также должна иметь контроллер памяти, который может поддерживать коды исправления ошибок (ECC) для поддержания целостности данных. Как и в случае с платформой SDR, полезно обеспечить достаточный объем памяти, а также максимизировать пропускную способность памяти за счет заполнения всех доступных слотов памяти. Это также обеспечивает эффективное использование доступных ресурсов контроллера прямого доступа к памяти (DMA) и максимизирует размер шины памяти и пропускную способность.

NVM (SSD) и контроллер NVMe

Для быстрого ввода-вывода больших объемов данных и удовлетворения требований максимальной пропускной способности можно использовать твердотельные диски (SSD) на базе PCIe4.Твердотельные накопители представляют собой энергонезависимую память (NVM), а с дополнительной поддержкой PCIe они называются энергонезависимой памятью Express (NVMe). Помимо скорости ввода-вывода, нам также необходимо учитывать файловые системы. Высокопроизводительные файловые системы включают XFS или EXT4. Эти файловые системы надежны и быстро реализуют стандартные дисковые операции.

Сегодняшние NVMe (твердотельные накопители PCIe4), как правило, представляют собой четырехполосные устройства со средней пропускной способностью от 1,8 до 2,2 Гбит / с. Избегайте использования NVMe, использующего кэширование, поскольку их средняя пропускная способность ниже, когда диск заполнен.Системы хранения должны иметь достаточную емкость для непрерывной записи данных. Это может быть непросто, поскольку для записи 10 минут потоковой передачи РЧ-данных со скоростью 100 Гбит / с требуется более 7 ТБ емкости хранилища.

Учитывая важность согласования пропускной способности всей системы с каждым компонентом, стоит учесть, что один диск NVMe поддерживает приблизительно 16 Гбит / с. Если пропускная способность сетевой карты выше, как в случае работы 100 Гбит / с, необходимо разделить записи между различными устройствами.

В частности, для высокоскоростной работы не рекомендуется использовать программные конфигурации RAID в пользу прямого доступа к устройствам или, если это абсолютно необходимо, поддержки аппаратного RAID. Это позволяет объединить несколько более медленных устройств. Тщательно измеряя полосу пропускания, связанную с каждым устройством хранения, и сопоставляя ее с полосой пропускания сетевых адаптеров, вы можете гарантировать достаточную емкость для эффективного чтения и записи данных с устройств хранения.

Сетевая интерфейсная карта

Сетевая карта обеспечивает соединение между платформой SDR и хост-системой.Существует два распространенных решения NIC: стандартные адаптеры и специализированные адаптеры FPGA.

Хотя многие стандартные адаптеры на рынке могут обрабатывать пропускную способность 100 Гбит / с, это не при любых условиях трафика, таких как небольшие пакеты. Адаптеры на базе FPGA имеют преимущество, главным преимуществом которого являются большие буферы (в виде встроенной памяти), которые поддерживают 100% операции захвата пакетов. Некоторое ускорение FPGA также помогает снизить накладные расходы протокола, поскольку за одну операцию могут передаваться большие порции данных.Кроме того, адаптеры FPGA могут агрегировать трафик в оборудовании на линейных скоростях, в отличие от обычных адаптеров. В большинстве случаев использование сетевых карт с ускорением на ПЛИС дает существенные преимущества.

Программно-определяемая сеть (ядро против DPDK)

Как показано на рисунках 1 и 2 , ядра операционной системы управляют сетью через свой сетевой стек. Этот стек достаточно хорош для большинства приложений, но когда дело доходит до систем с высокой пропускной способностью, он просто слишком медленный.Эта проблема усугубляется тем фактом, что скорость сети увеличивается, а сетевой стек не успевает за ней.

Чтобы решить эту проблему, сетевой стек ядра можно обойти с помощью других программных сетевых инструментов, таких как DPDK. Обход сетевого стека ядра также позволяет внедрять новые технологии без необходимости изменения кода ядра операционной системы.

Стеки обхода ядра перемещают обработку протокола в пространство пользователя. Это позволяет приложениям напрямую обращаться к своим собственным сетевым пакетам и обрабатывать их, а также увеличивает пропускную способность.Это очень важное соображение для хост-системы, поскольку использование стека ядра приведет к нарушению цели проектирования аппаратных компонентов для обработки определенной пропускной способности. По этой причине использование стека обхода ядра жизненно важно для работы высокопроизводительной системы SDR.

Анализ

Чтобы проиллюстрировать, почему необходимо учитывать все эти соображения, мы можем использовать , рис. 3, , чтобы проиллюстрировать пример системы с ограничением шины. Предположим, что требование приложения для потоковой передачи данных из SDR в хранилище имеет скорость 40 Гбит / с.Для начала, очевидно, необходимо убедиться, что SDR поддерживает достаточно высокие скорости передачи данных через соответствующий интерфейс. В этом случае мы предположим, что между SDR и хост-компьютером существует связь со скоростью 40 Гбит / с.

По мере того, как данные передаются через сетевой адаптер, данные считываются по шине PCIe процессором, который передает их в память и упорядочивает для записи на запоминающее устройство NVMe. Для этого требуется достаточное количество линий PCIe (количество которых зависит от версии PCIe, поддерживаемой ЦП) для одновременного чтения данных с сетевой карты, которая выполняет запись на устройства хранения.

Заключение

Системы SDR с высокой пропускной способностью открывают доступ ко многим приложениям. И создание такой системы очень достижимо с использованием современных технологий. Высокопроизводительный потребительский компьютер имеет необходимые линии PCIe и объем памяти для поддержки большого потока данных. В сочетании с подходящим процессором и сетевым стеком обхода ядра хост-система сможет обрабатывать все данные, поступающие с платформы SDR. Подходящее решение для хранения данных можно настроить с использованием RAID и нескольких SSD-дисков.

Наконец, существует множество платформ SDR, которые могут удовлетворить потребность в аналоговом интерфейсе системы, например, высокопроизводительные решения SDR, разработанные Per Vices. Многие из этих поставщиков SDR также могут предоставить высокопроизводительные решения для хранения данных, сконфигурированные для работы с высокими скоростями передачи данных, требуемыми этими приложениями. Обеспечивая надлежащий поток данных во всем приложении, можно избежать ненужных замедлений и добиться успеха.

10 шагов к выбору микроконтроллера — Embedded blog — System

Китайская версия: 选择 微 控制器 的 10 个 步骤

Выбор подходящего микроконтроллера для продукта может оказаться непростой задачей.Необходимо учитывать не только ряд технических характеристик, но и проблемы с экономическим обоснованием, такие как стоимость и сроки выполнения, которые могут нанести вред проекту. В начале проекта существует большое искушение вмешаться и начать выбирать микроконтроллер до того, как будут проработаны детали системы. Это, конечно, плохая идея. Прежде чем подумать о микроконтроллере, инженеры по аппаратному и программному обеспечению должны разработать верхние уровни системы, блок-схему и блок-схему, и только после этого будет достаточно информации, чтобы начать принимать рациональное решение о выборе микроконтроллера.Когда эта точка будет достигнута, есть 10 простых шагов, которые помогут сделать правильный выбор.

Шаг 1. Составьте список необходимых аппаратных интерфейсов

Используя общую блок-схему оборудования, составьте список всех внешних интерфейсов, которые микроконтроллер должен будет поддерживать. Необходимо указать два основных типа интерфейсов. Первый — это коммуникационные интерфейсы. Это такие периферийные устройства, как USB, I2C, SPI, UART и так далее. Обратите особое внимание, если приложению требуется USB или какой-либо вид Ethernet.Эти интерфейсы сильно влияют на то, сколько программного пространства потребуется микроконтроллеру для поддержки. Второй тип интерфейса — это цифровые входы и выходы, аналогово-цифровые входы, ШИМ и т. Д. Эти два типа интерфейса будут определять количество контактов, которые потребуются микроконтроллеру. На рисунке 1 показан общий пример блок-схемы с перечисленными требованиями ввода-вывода.

Рисунок 1 — Список аппаратных функций

Шаг 2. Изучите архитектуру программного обеспечения

Архитектура программного обеспечения и требования могут сильно повлиять на выбор микроконтроллера.От того, насколько тяжелыми или легкими будут требования к обработке, будет зависеть, какой процессор вы выберете: 80 МГц или 8051 с частотой 8 МГц. Как и в случае с оборудованием, отметьте все важные требования. Например, требует ли какой-либо из алгоритмов математика с плавающей запятой? Есть ли высокочастотные контуры управления или датчики? Оцените, как долго и как часто нужно будет запускать каждую задачу. Получите представление о том, сколько вычислительной мощности потребуется. Требуемая вычислительная мощность будет одним из самых больших требований к архитектуре и частоте микроконтроллера.

Шаг 3. Выберите архитектуру

Используя информацию из шагов 1 и 2, инженер должен получить представление о необходимой архитектуре. Может ли приложение работать с восьмибитными архитектурами? Как насчет 16 бит? Требуется ли 32-битное ядро ​​Arm? Между приложением и требуемыми программными алгоритмами эти вопросы начнут сходиться в решении. Не забывайте учитывать возможные будущие требования и нестабильность функций. Тот факт, что вы в настоящее время можете обойтись 8-битным микроконтроллером, не означает, что вам не следует рассматривать 16-битный микроконтроллер для будущих функций или даже для простоты использования.Не забывайте, что выбор микроконтроллера может быть итеративным процессом. Вы можете выбрать 16-битную часть на этом этапе, но затем на более позднем этапе обнаружите, что 32-битная часть Arm работает лучше. Этот шаг просто для того, чтобы заставить инженера смотреть в правильном направлении.

Шаг 4. Определение потребностей в памяти

Flash и RAM — два очень важных компонента любых микроконтроллеров. Убедиться, что у вас не закончилось пространство для программы или пространство для переменных, несомненно, является наивысшим приоритетом. Намного легче выбрать деталь, в которой этих функций слишком много, чем недостаточно.Добраться до конца дизайна и обнаружить, что вам нужно 110% или что функции нужно урезать, просто не получится. В конце концов, вы всегда можете начать с большего, а затем перейти к более ограниченной детали в том же семействе микросхем. Используя программную архитектуру и коммуникационные периферийные устройства, включенные в приложение, инженер может оценить, сколько флэш-памяти и оперативной памяти потребуется приложению. Не забудьте оставить место для появления новых функций и следующих версий! Это избавит от многих головных болей в будущем.

Шаг 5: Начните поиск микроконтроллеров

Теперь, когда есть лучшее представление о необходимых характеристиках микроконтроллера, можно приступить к поиску! Хорошим местом для начала может быть поставщик микроконтроллеров, такой как Arrow, Avnet, Future Electronics или аналогичный. Обсудите с FAE ваше приложение и требования, и часто они могут направить вас к новой детали, которая является передовой и соответствует требованиям. Просто имейте в виду, что в то время они могли оказать на них давление, чтобы подтолкнуть определенное семейство микроконтроллеров!

Следующее лучшее место для начала — это поставщик микросхем, с которым вы уже знакомы.Например, если вы использовали детали Microchip в прошлом и имели хороший опыт работы с ними, начните с их веб-сайта. Большинство поставщиков микросхем имеют поисковую систему, которая позволяет вам вводить данные о наборах периферийных устройств, вводе-выводе и требованиях к питанию, а также сужает список компонентов, соответствующих критериям. Из этого списка инженер может перейти к выбору микроконтроллера.

Шаг 6. Изучите ограничения затрат и мощности

На данный момент процесс отбора выявил ряд потенциальных кандидатов.Это прекрасное время, чтобы изучить требования к питанию и стоимость детали. Если устройство будет питаться от аккумулятора и будет мобильным, то убедиться, что детали маломощные, абсолютно непросто. Если он не соответствует требованиям к питанию, продолжайте просматривать список, пока у вас не будет нескольких избранных. Не забудьте также проверить цену процессора за штуку. Хотя цены на многие детали неуклонно приближались к 1 доллару, если это узкоспециализированный или высокопроизводительный обрабатывающий станок, цена может иметь решающее значение.Не забывайте об этом ключевом элементе.

Шаг 7. Проверьте наличие запчастей

Имея в наличии список потенциальных деталей, сейчас хорошее время, чтобы начать проверять, насколько доступна эта деталь. Некоторые вещи, о которых следует помнить, — это время выполнения заказа на эту деталь? Хранятся ли они на складе у нескольких дистрибьюторов или время выполнения заказа составляет 6–12 недель? Каковы ваши требования к доступности? Вы не хотите застревать с большим заказом и ждать три месяца, чтобы его выполнить.Затем возникает вопрос, насколько новая деталь и будет ли она сохраняться на протяжении всего жизненного цикла вашего продукта. Если ваш продукт прослужит 10 лет, вам нужно найти деталь, которая, по гарантии производителя, будет построена через 10 лет.

Шаг 8: Выберите комплект разработчика

Одна из лучших частей выбора нового микроконтроллера — это найти комплект средств разработки, с которым можно поиграть и изучить внутреннюю работу контроллера. Как только инженер определился с той частью, которую он хочет использовать, он должен изучить, какие комплекты для разработки доступны.Если комплект разработчика недоступен, выбранная часть, скорее всего, не является хорошим выбором, и им следует вернуться на несколько шагов назад и найти лучшую часть. Большинство комплектов для разработки сегодня стоят менее 100 долларов. Платить больше (если только он не предназначен для работы с несколькими процессорами) — это слишком много. Другая часть может быть лучшим выбором.

Шаг 9. Изучите компиляторы и инструменты

Выбор комплекта разработчика почти укрепляет выбор микроконтроллера. Последнее соображение — изучить компилятор и доступные инструменты.У большинства микроконтроллеров есть несколько вариантов компиляторов, примеров кода и инструментов отладки. Важно убедиться в наличии всех необходимых инструментов для детали. Без правильных инструментов процесс разработки может стать утомительным и дорогостоящим.

Шаг 10: Начните экспериментировать

Даже с выбором микроконтроллера ничего не предопределено. Обычно комплект разработчика прибывает задолго до появления первого прототипа оборудования. Воспользуйтесь преимуществами, создав тестовые схемы и связав их с микроконтроллером.Выбирайте части с высокой степенью риска и заставляйте их работать над комплектом разработки. Возможно, вы обнаружите, что деталь, которая, по вашему мнению, будет отлично работать, имеет непредвиденную проблему, которая заставит выбрать другой микроконтроллер. В любом случае, экспериментирование на раннем этапе гарантирует, что вы сделали правильный выбор, и что в случае необходимости изменения влияние будет минимальным!

jacobbeningo — консультант по встроенным системам и преподаватель, специализирующийся на разработке устройств с ограниченными ресурсами и устройств с низким энергопотреблением.Он работает с компаниями, чтобы сократить затраты и время вывода на рынок, сохраняя при этом качественный и надежный продукт. Он заядлый твиттер, гуру подсказок и уловок, знаток домашнего пивоварения и фанат ананаса! Не стесняйтесь обращаться к нему на его сайте.

Определение микроконтроллера Merriam-Webster

ми · кро · контроль · лер

| \ ˈMī-krō-kən-ˌtrō-lər

\

: интегральная схема, которая содержит микропроцессор вместе с памятью и связанными схемами и которая управляет некоторыми или всеми функциями электронного устройства (например, бытового прибора) или системы.

Микроконтроллер

— Написание первой программы и передача

Микроконтроллер — Руководство для начинающих — Написание первой программы для включения светодиода
и перенос программы в микроконтроллер

Я знаю, что вы готовы написать первую программу.Вы через многое прошли
так далеко! Раз уж мы затронули эту тему, давайте подведем итоги событий. Вы вышли и купили
микроконтроллер AVR Atmel
на ваш выбор. Я выбрал ATMega32
для моего использования. Вас познакомили с
представление о микроконтроллерах, как они работают; а также были представлены
программист, устройство, помогающее переносить программу в микроконтроллер.
Ты
построен удобный интерфейс, который используется для подключения контактов SPI к
правильные выводы микроконтроллера.Вы подтвердили, что
программатор (USBTinyISP) правильно установил драйверы для 32-битной
и 64-битные версии Windows (XP, 7 и Vista). Вы также установили программу
среда установлена
«Среда программирования» под названием WinAVR, чтобы у вас была среда
в котором можно написать свою программу, а затем передать ее в микроконтроллер. И
чтобы убедиться, что все работает правильно, вы использовали avrdude для
протестировал программатор при подключении к компьютеру и микроконтроллеру.Напомним, что эта программа является утилитой передачи программ для перемещения нашей скомпилированной программы.
в память микроконтроллера. Наконец, вы построили первую схему, так что
что у нас есть для чего написать программу. Уф … это было много! Но
так как вы преодолели все эти препятствия, тяжелая работа окончена и все гладко
плавание отсюда. Надеюсь, вы смогли пройти предыдущие шаги
без проблем — так что приступим к нашей первой программе.

Для упрощения разберем функции микроконтроллера по категориям.
на три категории: контроль, зондирование и коммуникация. Подробности оставим
о том, как разработать каждую из этих функций, и углубляться в эти детали, когда мы будем писать
различные программы. Обратите внимание, что есть много способов запрограммировать эти функции.
Для первой программы мы заставим микроконтроллер чем-то «управлять».И, как
Вы знаете из предыдущего поста, что для этой цели мы будем использовать светодиод. По сути,
мы включим светодиод. Да я знаю … скучно, правда? Что ж, мне нужно с чего-то начать!
По мере того, как я знакомлю вас с опытом программирования, я добавляю больше сложности
понемногу, чтобы вы могли легко осмыслить эти важные
концепции.

Так что здесь вы, вероятно, спрашиваете…как сделать программу для управления
ВЕЛ? Что ж, это действительно просто: мы просто скажем Pin0 на PORTB вывести 5 вольт.
Помните, что это вывод, к которому подключен положительный вывод (анод). В
первый ключ в этом сценарии — «выход», а следующий — «5 вольт». Есть выход
мы можем указать, что конкретный вывод должен быть установлен как выход из MCU. Однажды булавка
был настроен для вывода, вы сможете управлять этим контактом и делать
он либо высокий (5 вольт), либо низкий (нулевое напряжение).А поскольку есть только
два состояния для этого вывода в режиме вывода (5 В или 0 В) и только два состояния для
сам режим (ввод или вывод), вам нужно только установить значение либо логическое
1 или 0. Обратите внимание, что это должно быть выполнено для каждого вывода, который мы хотим использовать в нашем
схема. Но прежде чем мы перейдем к подключению 1 или 0, давайте поговорим о вводе по сравнению с
выход. Когда вывод находится в режиме ввода, он прослушивает напряжение.Когда булавка
находится в режиме вывода, он может заряжаться при 5 В или не заряжаться при 0 В. Вот и все!

Есть много способов сделать это. Это не для того, чтобы вас запутать, а для того, чтобы
проще. Я познакомлю вас с одним из многих способов выполнить эту задачу,
а позже я объясню некоторые другие методы при написании других программ. Однако обратите внимание
что, хотя этот первый метод отлично подходит для ознакомления с концепцией, он, вероятно,
не так хорошо на практике.Поэтому в будущих программах вы увидите другие методы.
что оставит контекстные булавки (эти булавки по обе стороны от интересующей булавки)
не затронуты, поскольку они вполне могли быть ранее установлены в программе. Но с тех пор
мы пишем простую программу, сейчас мы не будем беспокоиться об этой сложности.

Чтобы выбрать режим вывода для вывода, вы будете использовать регистр направления данных (DDR).
О чувак! Что такое реестр?!? Пусть это вас не беспокоит.Регистр — это просто память
место, которое заставляет микроконтроллер каким-то образом реагировать. Мы используем регистр для
установить состояние микроконтроллера или заставить микроконтроллер что-то делать. Это
как рефлексы или щекотки. Когда человек щекочет другого человека, это вызывает смех.
Мы можем заставить MCU что-то делать, установив определенное значение в регистре. Это
все, что вам нужно знать на данный момент.

Поэтому, когда вы используете регистр DDR, вы можете установить вывод для вывода данных,
или примите ввод данных.Но мы сказали ввод или вывод, теперь вы также говорите данные.
Используемый здесь термин «данные» просто добавляет еще одно измерение к этой идее в
форма «время». Если сделать пин 5 вольт, потом ноль вольт, а потом снова 5 вольт … вы
на самом деле отправляют единицы и нули. Для штифта это не что иное, как высокий (5
вольт), а затем состояние низкого (ноль вольт): MCU видит эту логику высокого / низкого уровня.
Таким же образом можно получать данные.

Есть несколько способов установить pin0 для порта B на вывод. Один из способов сделать это —
напишите:

DDRB = 0b00000001;

Позволь мне объяснить. «DDRB» относится к регистру направления данных для порта B; «0b» — это
чтобы сообщить компилятору, что далее следует двоичное выражение числа; и
цифра «1» на конце обозначает положение вывода 0 (первый вывод в порту B).Отзывать
что есть 8 контактов для порта B; пины от 0 до 7. В нашем
строка кода. Таким образом, каждая цифра представляет собой контакт порта, и мы можем использовать индивидуальный
цифры, которые конкретно относятся к любому из контактов в порту B. Таким образом, «1» на
конец нашего оператора кода относится к первому контакту порта B, который в данном случае
является выводом 0. (Напомним, что C и C ++ — это языки с нулевым отсчетом, поэтому первый индекс
структура данных относится к нулевому элементу; второй индекс относится к
первый элемент и т. д.) На этом этапе нам действительно не нужно усложнять,
так как это будет более подробно рассмотрено в будущих уроках. Однако если вы
хотел бы узнать больше о
двоичная система, проверьте здесь.

Теперь нам нужно подать на вывод 5В. Это работает так же, как оператор кода DDR.
мы использовали выше. Мы будем использовать двоичное число, чтобы подать 5 В на этот вывод (вывод 0), используя этот
выписка:

PORTB = 0b00000001;

Единственная разница между этим и предыдущим утверждением состоит в том, что теперь мы используем
регистр ПОРТ.Этот регистр знает контакты этого конкретного порта и дает
us, чтобы указать фактическое значение данных (логический 0 или 1) для этих контактов.

Теперь нам нужно немного поговорить об общей структуре нашей программы. Все программы
нужно указанное место для начала исполнения. Это как дать кому-то набор
инструкции о том, как приготовить торт, не говоря им, с какого шага начать.
«Основная» функция — это место, где все программы на C / C ++ начинают выполнение.Итак, мы
создаст основную функцию.

int main (пусто)
{
}

Чтобы программа понимала информацию о регистрах DDR и PORT и
как они работают в микроконтроллере, необходимо добавить оператор include,
содержит всю информацию о микроконтроллерах AVR. Это заявление о включении
вероятно будет во всех ваших программах.

#include
int main (пусто)
{
}

Когда начинается процесс компиляции, препроцессорная часть компилятора выглядит
в каталоге «avr» для файла «io.h». Расширение «.h» здесь означает, что
это файл заголовка, и (как следует из его названия) код в этом файле будет
быть вставленным в начало (заголовок) исходного файла, который вы создаете.Сейчас мы
может вставлять операторы DDR и PORT в наш код, поскольку включение
Заголовочный файл io.h сообщил о них компилятору.

#include
int main (пусто)
{

DDRB = 0b00000001; // Регистр направления данных устанавливает pin0
на вывод, а остальные выводы на ввод

PORTB = 0b00000001; // Установите pin0 на 5 вольт

}

Теперь направление pin0 установлено на выход со значением, установленным на 5 В.Но мы
все еще не закончен. Нам нужно, чтобы микроконтроллер работал бесконечно, поэтому
нам нужен распорядок, чтобы сделать это. Это называется бесконечным (или бесконечным) циклом. В
бесконечный цикл гарантирует, что микроконтроллер не перестанет выполнять свои операции.
Я объясню это более подробно, когда у нас будет что-то делать в этом цикле. Там
есть несколько типов циклов, которые мы можем использовать для этой цели, но для этой демонстрации
Я буду использовать цикл while.На английском это означает то же самое, что и в коде: For
Например, «пока» я поднял руку, вы должны продолжать хлопать в ладоши.

#include
int main (пусто)
{
DDRB = 0b00000001; // Регистр направления данных устанавливает вывод 0 на вывод
а остальные контакты как вход
PORTB = 0b00000001; // Установите pin0 на 5 вольт
, а (1)
{

// Код был бы здесь, если бы его нужно было выполнить повторно и
вновь и вновь … бесконечно

}
}

Обратите внимание, что мы используем «1» в качестве аргумента цикла while, потому что все остальные
чем «0» — это логическая истина. Следовательно, условие цикла while никогда не будет ничем
кроме логически истинного, и программа будет продолжать выполняться бесконечно
(т.е. я держу руку поднятой).

Итак, вот плод
нашего труда.До сих пор это была долгая поездка, но я обещаю, что с этого момента все будет в порядке.
будет приятным и займет гораздо меньше времени. В следующем видео и инструкции,
мы заставим светодиод мигать. Мы исследуем, как создать задержку, чтобы светодиод
не мигает так быстро, как будто не мигает.

(PDF) Экологичная система оповещения о чрезвычайных ситуациях (EFEAS) на основе микроконтроллера и приложения для Android

Содержимое этой работы может использоваться в соответствии с условиями Creative Commons Attribution 3.0 лицензия. Любое дальнейшее распространение

этой работы должно содержать указание на автора (авторов) и название работы, цитирование журнала и DOI.

Издается по лицензии IOP Publishing Ltd

3-я Международная конференция по экологическим инженерным разработкам

IOP Conf. Серия: Наука о Земле и окружающей среде 426 (2020) 012160

IOP Publishing

doi: 10.1088 / 1755-1315 / 426/1/012160

1

Eco Friendly Emergency Alert System (EFEAS) на базе микроконтроллера

и Android заявка

Мухаммад Эдо Сяхпутра, Даниэль Патрико Хутабарат *, Сантосо Будиджоно,

Джонатан Лукас

Кафедра компьютерной инженерии, инженерный факультет, Бина Нусантара

Университет, Джакарта, Индонезия 11480

* Автор для корреспонденции.edu

Аннотация. Eco Friendly Emergency Alert System (EFEAS) — это система домашней безопасности, цель которой

— помочь жителям получить экстренную помощь, когда в их дом входит угроза.

EFEAS разработан с использованием микроконтроллера, приложения для Android и устройств на солнечных батареях.

Микроконтроллер используется для разработки основного устройства EFEAS, которое функционирует для активации сирены,

отправки SMS, переключения электропитания с солнечных панелей на обычный источник или наоборот, а также

для связи со смартфоном Android.Приложение Android разработано и используется для подключения

смартфона Android к системе. Эта система будет активировать сирену, отправлять оповещения

и местоположение дома, когда пользователь нажимает кнопку паники.