Advies
Deze tekst is automatisch vertaald.
Wat u moet weten over microcontrollerboards en kits (MCU)
-
Wat is een microcontroller-kaart?
-
Toepassingsgebieden van microcontrollers
-
Hoe worden microcontroller-kaarten geprogrammeerd?
-
Waarin verschilt een microcontroller van een computer met één bord, zoals de Raspberry Pi?
-
Onze praktische tip: voldoe aan ESD-bescherming
-
Waar moet je op letten bij het kopen van microcontrollerborden en -kits?
Wat is een microcontroller-kaart?
Microcontroller boards en kits zijn zowel geschikt voor professioneel gebruik in de industrie als voor privétoepassingen. Eenmaal geprogrammeerd, kunnen ze controle- en regeltaken op zich nemen. In de vorm van microcontroller-kits stellen ze u in staat uw eigen kits te ontwikkelen en zijn ze ook ideaal voor onderwijs- en trainingsdoeleinden.
Microcontroller-kaarten bieden plaats aan de eigenlijke microcontroller (MCU) op een printplaat, evenals aan een programmeerinterface, die vaak is ontworpen als een USB-verbinding. Daarnaast zijn er perifere interfaces die verantwoordelijk zijn voor de daadwerkelijke communicatie en aansturing van de bijbehorende hardware. Afhankelijk van de versie bevat het bord bijvoorbeeld interfaces zoals analoog-naar-digitaal converters, LAN-interfaces, I.²C, LCD-controller, seriële interfaces, PWM-uitgangen, CAN-, LIN- en SPI-interfaces.
Microcontrollers met meerdere van deze interfaces worden vaak evaluatie- of ontwikkelaarborden genoemd, omdat ze kunnen worden aangesloten op de juiste sensoren en actuatoren. Zo kan de programmering van de processor snel en eenvoudig worden gecontroleerd en aangepast aan het praktische model, dat een uiterst eenvoudige en gebruiksvriendelijke oplossing is en korte ontwikkeltijden mogelijk maakt.
Een aantal boards is ook voorzien van zogenaamde shields, dit zijn plug-in of koppelbare functionele uitbreidingen in de vorm van extra modules en breakout boards.
Microcontroller voor krachtige besturing van WLAN-signalen.
Toepassingsgebieden van microcontrollers
Vanwege hun eenvoudige programmeerbaarheid en flexibiliteit worden MCU's inmiddels op grote schaal gebruikt in de industrie en in de consumentensector. Ze worden onder meer toegepast in de automobielsector, in de medische technologie en in de automatisering en energiesector. Door de toepassingsspecifieke programmering en de kleine en duidelijk gestructureerde instructieset is een processor met gemiddelde prestaties voldoende om uitstekende prestaties te behalen.
Dit is niet in de laatste plaats te wijten aan het feit dat de microcontroller alleen de echt essentiële taken uitvoert en niet - zoals conventionele computers - talloze secundaire processen hoeft te verwerken en te handelen binnen een complex besturingssysteem. Uiteindelijk zorgt deze "lean" structuur voor een zeer robuuste bedrijfszekerheid en een goede beheersbaarheid evenals minimale starttijden. Een complex besturingssysteem hoeft niet te worden geladen, noch is toegang tot externe, in vergelijking relatief trage, massaopslagapparaten en randapparatuur nodig.
Dit komt tot uiting in lage inkoopprijzen, wat het gebruik in massaproducten in grote hoeveelheden interessant maakt. Door de lage hardwarekosten kunnen extreem compacte ontwerpen ook met microcontrollers worden gerealiseerd; sommige miniatuurversies zijn nauwelijks groter dan een postzegel en slechts enkele millimeters hoog.
Hoe worden microcontroller-kaarten geprogrammeerd?
Programmeerbare microcontroller voor een pc-randapparaat.
Elk bord heeft een geïntegreerde programmeerinterface waarmee het programma naar de microcontroller wordt overgebracht. De programmering zelf gebeurt met behulp van een geïntegreerde programmeeromgeving (IDE "Integrated Development Environment") op de pc, bijvoorbeeld in C ++, die een compiler vervolgens vertaalt naar het betreffende formaat. Deze tools zijn verkrijgbaar bij de respectievelijke microcontrollerleveranciers en zitten meestal al in een complete kit. Naast de compiler zijn er nog andere handige tools beschikbaar als programmeerondersteuning, zoals broncode-editors en debuggers voor het opsporen en corrigeren van programmeerfouten.
In principe is er maar een klein beetje dat niet kan worden geïmplementeerd met de zeer flexibele microcontrollers. Het lage stroomverbruik in combinatie met een relatief eenvoudige programmering maakt het mogelijk om het te gebruiken in batterijgevoede of batterijondersteunde, mobiele systemen en, dankzij de beheersbare programmacomplexiteit, betrouwbaar testen in relatief korte tijd. Dit komt de bedrijfszekerheid en stabiliteit van het systeem ten goede, zodat zelfs toepassingen met hoge veiligheidseisen zeer economisch kunnen worden gerealiseerd.
Enkele toepassingsvoorbeelden voor oplossingen met microcontrollers zijn voertuigbesturingsapparatuur, computerrandapparatuur, entertainmentelektronica, huishoudelijke apparaten, displaybesturingen, motorbesturingen en nog veel meer.
Waarin verschilt een microcontroller van een computer met één bord, zoals de Raspberry Pi?
Single Board Computers (SBC) zijn in feite volwaardige computers in termen van structuur die alle elementaire componenten integreren, zoals een microprocessor, inclusief chipset en klok, geheugen en cache, evenals grafische processor en grafische uitvoer op slechts een enkel bord. Dit omvat ook - in verschillende scopes - interfaces, kaartsleuven, WLAN, Bluetooth en in sommige gevallen slots voor uitbreidingen.
In SBC's worden multi-tasking besturingssystemen zoals Linux of Windows gebruikt, terwijl microcontroller boards eerst geprogrammeerd moeten worden met het gewenste programma voor een speciale applicatie.
Naast de microcontroller (MCU) is er maar één interface voor programmeren en - afhankelijk van de versie - andere interfaces in de vorm van I²C, USB, Ethernet en indien nodig AD-converter, PWM-uitgangen of LCD-controller.
Raspberry Pi®3 Model A + met 64-bits processor en microSD-geheugen.
Onze praktische tip: voldoe aan ESD-bescherming
Zoals vrijwel alle elektronische samenstellingen, moeten ook microcontrollers worden beschermd tegen de schadelijke effecten van elektrostatische ontladingen. Het uitpakken en hanteren moet daarom plaatsvinden in een ESD-beschermde werkplek. Aangezien de printplaten geen eigen stroomvoorziening hebben, moet u ervoor zorgen dat de polariteit correct is en dat de vereiste spanning wordt aangehouden, zodat er geen schade is. Als veiligheidskritische toepassingen worden aangestuurd met de controller, ligt de verantwoordelijkheid voor het naleven van de relevante veiligheidsvoorschriften en bedrijfsveiligheid bij de ontwikkelaar.
Waar moet ik op letten bij het kopen van microcontroller-kits en -borden?
Er is nu een relatief groot aanbod aan microcontrollers en de bijbehorende accessoires daarvoor. Afhankelijk van de complexiteit van de taak, moet ervoor worden gezorgd dat er voldoende computerprestaties en de grootte van het programmageheugen zijn. Versies die aansluitmogelijkheden voor uitbreidingen bieden, zijn universeel inzetbaar. Voor mobiele toepassingen worden ontwerpen met een laag stroomverbruik en een compact, lichtgewicht ontwerp aanbevolen. Als er nieuwe ontwikkelingen op de planning staan, is het raadzaam om een kit aan te schaffen die naast de hardware ook het benodigde softwarepakket voor programmeren, compileren en troubleshooting bevat. Dit omvat meestal gedetailleerde documentatie en vaak aanvullende hardware voor experimenten en testdoeleinden.