¿Cuáles son las diferencias en la aplicación y desarrollo de microcontroladores en el mundo actual?

El desarrollo de los sistemas informáticos obviamente se está desarrollando en tres direcciones: giganteización, monomerización y creación de redes. Para resolver cálculos de sistemas complejos y procesamiento de datos de alta velocidad, todavía funcionan las supercomputadoras. Por lo tanto, las supercomputadoras están trabajando para lograr alta velocidad y potencia de procesamiento. Cuando surgieron los microcontroladores, Intel llamó a sus microcontroladores microcontroladores integrados. La ventaja más obvia de la microcomputadora de un solo chip es que puede integrarse en diversos instrumentos y equipos. Esto es imposible con supercomputadoras y redes.

Este artículo presenta los últimos avances tecnológicos de los microcontroladores, incluida la tecnología y la tecnología de microcontroladores digitales, la tecnología y la tecnología de microcontroladores difusos, la tecnología de confiabilidad de los microcontroladores y los sistemas integrados con microcontroladores como núcleo.

Desarrollo Tecnológico de los Microcontroladores Digitales

El progreso tecnológico de los microcontroladores digitales se refleja en la estructura interna, el consumo de energía, el nivel de voltaje externo y el proceso de fabricación. En estos aspectos, normalmente ilustra el nivel de los microcontroladores digitales. En la actualidad, los usuarios tienen cada vez más demandas de microcontroladores, pero los requisitos también son cada vez mayores. Los siguientes cuatro aspectos profundizan respectivamente en el progreso tecnológico de los microcontroladores.

1. Progreso de la estructura interna

El microcontrolador integra cada vez más componentes, incluidos circuitos de uso común, como temporizadores, comparadores, convertidores A/D, convertidores D/A y comunicación en serie. Interfaz, circuito de vigilancia, controlador LCD, etc.

Para formar una red de control o LAN, algunos microcontroladores contienen un módulo de control LAN CAN. Por ejemplo, las series C 505C, C515C, C167CR, C167CS-32FM, 81c 90 de Motorola, etc. Especialmente en el microcontrolador C167CS-32FM se encuentran dos CAN en su interior. Por lo tanto, este tipo de microcontrolador es muy fácil de formar una red. Especialmente cuando el control y el sistema son más complejos, formar una red de control es muy útil.

Para facilitar el uso de microcontroladores en el control de conversión de frecuencia, se ha creado el sistema de control integrado más económico. Algunos microcontroladores tienen circuitos de control de modulación de ancho de pulso especialmente utilizados para el control de conversión de frecuencia, como las series MB89850 y MB89860 de Fujitsu, Motorola MR24, etc. En estos microcontroladores, el circuito de modulación de ancho de pulso tiene seis salidas, puede generar voltaje CA de modulación de ancho de pulso trifásico y tiene funciones como control de zona muerta.

Lo que llama especialmente la atención es que algunos microcontroladores adoptan la denominada estructura TrCore. Esta es una arquitectura basada en el concepto de sistema en chip. Este microcontrolador consta de tres núcleos: uno es el microcontrolador y el núcleo DSP, el otro es el núcleo de almacenamiento de datos y programas, y el último es el ASIC. La característica más importante de este microcontrolador es que el DSP y el microcontrolador están en el mismo chip. Aunque desde el punto de vista de la definición estructural, DSP es un tipo de microcomputadora de un solo chip, sus funciones se reflejan principalmente en procesamientos especiales, como el cálculo de alta velocidad y la transformada rápida de Fourier. Integrarlo con un microcontrolador tradicional mejora enormemente la funcionalidad del microcontrolador. Este es uno de los mayores avances en microcontroladores actualmente. El más típico es el TC 10GP de Infineon; SH7410, SH7612, etc. de Hitachi. Estos microcontroladores son todos microcontroladores de alta gama. La MCU es de 32 bits, mientras que el DSP utiliza una estructura de 16 o 32 bits y la frecuencia de funcionamiento generalmente es superior a 60 MHz.

2. Progreso en el consumo de energía, el embalaje y el voltaje de la fuente de alimentación

Hoy en día, el consumo de energía de los nuevos microcontroladores es cada vez menor, especialmente muchos microcontroladores están configurados con múltiples modos de trabajo. , incluyendo espera, pausa, suspensión, inactividad, ahorro de energía, etc. El microcontrolador P87LPC762 de Philips es un ejemplo típico. Cuando está inactivo, su consumo de energía es de 1,5 mA, y en modo de ahorro de energía, su consumo de energía es de solo 0,5 mA. El consumo de energía más sorprendente es el de la serie de microcontroladores MSP430 de TI, que es una serie de consumo de energía ultrabajo de 16 bits. Sus modos de bajo consumo son LPM1, LPM3 y LPM4.

Cuando la fuente de alimentación es de 3 V, si trabaja en modo LMP1, incluso si el circuito periférico está activo, dado que la CPU está inactiva, el oscilador está a 1 ~ 4 mhz y el consumo de energía es de solo 50? A. En LPM3, ¿el oscilador está a 32 kHz y el consumo de energía es solo de 1,3? Respuesta En LPM4, la CPU, los periféricos y los osciladores están todos inactivos a 32 kHz, por lo que el consumo de energía es solo de 0,1. Respuesta.

En la actualidad, el nivel de empaquetado de los microcontroladores ha mejorado enormemente. Con la aparición de la tecnología de chips, los microcontroladores también han adoptado ampliamente varios métodos de empaquetado de tecnología de chips integrados para reducir el tamaño. En esta situación, llama especialmente la atención el microcontrolador de 8 pines lanzado por Microchip. Esta es la foto 12 de la serie XXX. Contiene memoria de programa de 0,5 ~ 2 K, memoria de datos de 25 ~ 128 bytes, 6 puertos de E/S y un temporizador, y algunos también contienen 4 canales de A/D, que pueden satisfacer plenamente las aplicaciones de algunos sistemas subyacentes. Ampliar el rango de voltaje de la fuente de alimentación y aún poder operar a voltajes más bajos es uno de los objetivos de desarrollo de los microcontroladores actuales. En la actualidad, los microcontroladores generales pueden funcionar en condiciones de 3,3 ~ 5,5 V. Por otro lado, los microcontroladores producidos por algunos fabricantes pueden funcionar en condiciones de 2,2 ~ 6 V. Estos microcontroladores incluyen las series MB 89191 ~ 89195, MB 89121 ~ 125a, MB89130 de Fujitsu, etc. Cabe decir que el voltaje de funcionamiento de los microcontroladores de la serie F2MC-8L de la mayoría de las empresas y de la serie MSP430X11X de TI es tan bajo como 2,2 V V...

3 Progreso tecnológico

Hoy en día. Básicamente, todos los microcontroladores utilizan tecnología CMOS, pero la mayoría utiliza 0,6? Algunas empresas, como Motorola, han adoptado 0,35? ¿M es incluso 0,25? tecnología m. Estos avances tecnológicos han mejorado enormemente la densidad interna y la confiabilidad de los microcontroladores.

Sistemas integrados con microcontrolador como núcleo

Otro nombre para microcontrolador es microcontrolador integrado, porque puede integrarse en cualquier micro o pequeño instrumento o dispositivo. En la actualidad, es una tendencia conectar sistemas integrados con microcontroladores a Internet. Sin embargo, Internet siempre ha sido una tecnología que utiliza servidores pesados ​​y usuarios ligeros. Esta tecnología es adecuada para almacenar y acceder a grandes cantidades de datos en Internet, pero es un "asesino" para controlar dispositivos integrados. Para lograr la conexión entre los dispositivos integrados y la Intranet, es necesario subvertir la teoría tradicional de Internet y la práctica de los dispositivos integrados. Para poder conectar realmente dispositivos integrados complejos o simples, como máquinas herramienta controladas por microcontroladores, cerraduras de puertas controladas por microcontroladores, etc., a Internet, es necesario diseñar un servidor de red dedicado a dispositivos con microcontroladores integrados de modo que los dispositivos integrados puedan estar conectado a Internet, control de procesos a través de un navegador web estándar.

Actualmente, para poder conectar sistemas embebidos con microcontroladores e Internet, muchas empresas están investigando más en esta área. Ejemplos típicos a este respecto son emWare y TASKING.

EmWare ha propuesto una solución para que los sistemas integrados accedan a la tecnología de transmisión de red. Esta tecnología consta de tres partes principales: emMicro, emGateway y navegador web. Entre ellos, emMicro es un servidor de red muy pequeño integrado en el dispositivo, que ocupa solo 1 KB de capacidad de memoria; EmGateway sirve como un potente usuario o servidor para administrar múltiples dispositivos integrados, así como acceso estándar a comunicación por Internet y soporte para navegador web. Los navegadores web utilizan emObjects para transferir datos entre la pantalla y el dispositivo integrado.

Si el dispositivo integrado tiene recursos suficientes, emMicro y emGateway se pueden cargar en el dispositivo integrado al mismo tiempo para lograr acceso directo a Internet. De lo contrario, se pedirá a emGateway y al navegador web que cooperen. La tecnología de software EMIT de EmWare utiliza protocolos de Internet estándar para administrar dispositivos integrados de 8 y 16 bits, pero con muchos menos gastos generales que los tradicionales.

La aplicación actual de los microcontroladores plantea una nueva pregunta: ¿Cómo interconectar productos controlados por microcontroladores de 8 y 16 bits, es decir, productos o equipos integrados, con Internet?

La asignación de tareas actualmente proporciona una solución a este problema.

La empresa integra el paquete de software EMIT de emWare con el software relacionado para formar un entorno de desarrollo integrado para brindar a los usuarios comodidad de desarrollo. ETI (Embedded Internet Alliance) está trabajando estrechamente para desarrollar soluciones integradas de Internet. Los resultados se anunciarán pronto.

El desarrollo de tecnología de confiabilidad para aplicaciones de microcomputadoras de un solo chip

En la aplicación de microcomputadoras de un solo chip, la confiabilidad es el factor principal. Para ampliar el alcance de la aplicación y el campo de las microcomputadoras de un solo chip, mejorar la confiabilidad de las microcomputadoras de un solo chip es un método eficaz. En los últimos años, los fabricantes de microcontroladores han adoptado varias tecnologías nuevas en el diseño de microcontroladores para mejorar la confiabilidad. Estas nuevas tecnologías son las siguientes:

1. Tecnología EFT (Electroluminiscencia Fast Transient)

La tecnología EFT es una tecnología antiinterferencia, lo que significa que cuando la señal sinusoidal del circuito de oscilación se ve afectado por Cuando hay interferencia externa, se superpondrán varias rebabas en la forma de onda. Si se le da forma utilizando un circuito Schmitt, la falla se convierte en un reloj que desencadena una interferencia normal en la señal. Cuando se utilizan alternativamente el circuito Schmitt y el circuito de filtro RC, se pueden eliminar estas rebabas o desactivar sus funciones, asegurando así el funcionamiento normal de la señal de reloj del sistema. De esta forma se mejora la fiabilidad del microcontrolador. La serie de microcontroladores MC68HC08 de Motorola adopta esta tecnología.

2. Tecnología de cableado y tecnología de conducción de bajo ruido

En los microcontroladores tradicionales, los cables de alimentación y de tierra están en pines simétricos de la carcasa del circuito integrado, generalmente en la parte superior izquierda e inferior. derecha O en los dos pares de puntos de simetría en la parte superior derecha e inferior izquierda. De esta forma, el ruido de la fuente de alimentación atraviesa todo el chip e interfiere con el circuito interno del microcontrolador. Muchos microcontroladores ahora colocan los pines de tierra y de alimentación en dos pines adyacentes. Esto no sólo reduce la corriente que fluye a través de todo el chip, sino que los condensadores de desacoplamiento también se pueden colocar fácilmente en la placa de circuito impreso, reduciendo así el ruido del sistema.

Hoy en día, para satisfacer las necesidades de diversas aplicaciones, las capacidades de salida de muchos microcontroladores se han mejorado enormemente. La corriente del puerto de E/S del microcontrolador de Motorola puede alcanzar más de 8 mA, mientras que el microcontrolador de Microchip puede alcanzar los 25 mA. Otras empresas: AMD, Fujitsu, NEC, Infineon, Hitachi, Ateml, Tosbiba, etc. Básicamente puede alcanzar el nivel de 8 ~ 20 mA. Estos circuitos impulsores de alta corriente están integrados en el chip y generan diversos ruidos durante el funcionamiento. Para reducir este efecto, los microcontroladores ahora utilizan un método para conectar varios tubos pequeños en paralelo para formar un tubo grande y conectar resistencias con diferentes valores de resistencia equivalentes en serie en el extremo de salida de cada tubo pequeño para reducir di/dt. , que es la llamada "tecnología de suavizado de bordes de transición" para eliminar el ruido causado por grandes transitorios de corriente.

3. Utilice relojes de baja frecuencia

Los relojes externos de alta frecuencia son una de las fuentes de ruido. No solo interferirán con el sistema de aplicación del microcontrolador, sino que también interferirán con el externo. circuitos, lo que hace que la compatibilidad electromagnética no cumpla con los requisitos. Para sistemas que requieren alta confiabilidad, un reloj externo de baja frecuencia resulta útil para reducir el ruido del sistema. Si se utiliza tecnología de bucle interno de bloqueo de fase en algunos microcontroladores, la velocidad del bus interno puede ser mayor cuando el reloj externo es más bajo, lo que garantiza la velocidad y reduce el ruido. La serie MC68HC08 de Motorola y sus microcontroladores de 16/32 bits utilizan esta tecnología para mejorar la confiabilidad.

Conclusión

En la situación de desarrollo actual, los microcontroladores están mostrando varias tendencias importantes:

La confiabilidad y aplicabilidad son cada vez mayores, y la conexión a Internet es obvia. tendencia.

Cada vez se integran más componentes; los microcontroladores de NS (National Semiconductor) también han integrado componentes de voz e imagen en el microcontrolador. En otras palabras, la importancia de los microcontroladores radica en los circuitos integrados de un solo chip. No se trata de su función; si es funcionalmente hablando, se puede decir que es una máquina universal. La razón es que integra varios circuitos de aplicación.

El consumo de energía es cada vez menor y cada vez se combinan más circuitos analógicos.

Con el desarrollo de la tecnología de semiconductores y la mejora del nivel de diseño del sistema, los microcontroladores continuarán produciendo nuevos cambios y avances. Con el tiempo, las personas pueden descubrir que la distancia entre los microcontroladores y los sistemas de microcomputadoras es cada vez más pequeña. e incluso puede resultar difícil de identificar.

※Autor: Ai Xuan 2000-10-30 9:47:20.