Краткое описание технологии ИС для микроконтроллеров и встроенных систем

Каждое электронное устройство, которое мы используем в повседневной жизни, разработано с использованием электрических и электронных схем. Эти электрические и электронные схемы могут быть разработаны с использованием различных технологий, таких как технология электронных ламп, транзисторная технология, интегральная схема или технология IC, микропроцессорная технология и технология микроконтроллеров. Эти технологии могут быть реализованы с использованием дискретных электрических и электронных компонентов, интегральных схем, микропроцессоров и микроконтроллеров. В этой статье мы обсудим лучшую технологию для встроенных систем среди технологий ИС и передовую технологию ИС, такую ​​как технология ИС микроконтроллеров. Но прежде чем продолжить, мы должны знать, что такое технология IC и технология IC микроконтроллера.

Технология IC

Раньше устройства встраиваемых систем разрабатывались с использованием электронных ламп, они были бы намного больше по размеру и были бы более дорогими. Первый транзистор с точечным контактом был разработан Джоном Бардином и Уолтером Браттейном в Bell Labs в 1947 году. Затем изобретение транзисторов уменьшило объем и заменило громоздкие дорогие электронные лампы в компьютерных конструкциях. Впоследствии использование транзисторов уменьшило размер схем, так как эти транзисторы меньше по размеру, экономичны, быстрее работают, надежны и потребляют меньше энергии. Схемы, построенные с использованием транзисторов и других дискретных электронных компонентов, называются дискретными схемами.

Революционные изменения произошли в проектировании электрических и электронных схем и компьютеров с изобретением интегральных схем или технологии IC. Интегральные схемы очень маленькие по размеру, очень надежные, наиболее экономичные и очень простые в использовании. Эта концепция технологии IC была представлена ​​в 1958 году, и эта технология IC уменьшила в размерах множество электрических и электронных устройств, таких как мобильные телефоны, ноутбуки, компьютеры и многие другие устройства. Интегральная схема может быть определена как набор электронных схем, интегрированных на небольшую пластину из полупроводникового материала, обычно называемую кремниевым кристаллом. Каждая ИС может быть очень компактной и содержать миллионы транзисторов и других компонентов на очень небольшой площади.

Поколения технологии IC

Существуют различные поколения интегральных схем, классифицируемые по количеству транзисторов, используемых в микросхемах интегральных схем. Это:малая интеграция (SSI), интегральные схемы, содержащие несколько десятков транзисторов. 1960-е годы стали свидетелями средней интеграции (MSI), микросхем интегральных схем, содержащих сотни транзисторов. В 1970-х годах существовала крупномасштабная интеграция (БИС), при которой десятки тысяч транзисторов интегрированы в каждый кристалл. В 1980-х годах была очень крупномасштабная интеграция (СБИС), когда сотни тысяч транзисторов интегрированы в каждый кристалл. Кроме того, разрабатываются сверхбольшая интеграция (ULSI), интеграция более одного миллиона транзисторов на чип, интеграция в масштабе пластины (WSI), система на кристалле (SOC) и трехмерные интегральные схемы (3D-IC). Интегральные схемы, такие как 555timer IC, операционные усилители 741, CMOS, NMOS, технология BICMOS и т. Д., Считаются практическими примерами технологии IC.

Существуют различные типы интегральных схем, такие как АЦП, ЦАП, усилители, ИС управления питанием, ИС часов и таймеров, а также ИС интерфейсов, которые используются для различных приложений встроенных систем.

/ P>

Применение технологии IC

Проект контроллера заряда солнечной энергии, не основанного на микроконтроллере, представляет собой простое приложение технологии IC. В этом проекте достигается управляемый механизм зарядки, позволяющий избежать условий недостаточной зарядки, перезарядки и глубокой разрядки без использования микроконтроллера. Набор операционных усилителей используется в качестве компараторов для непрерывного контроля напряжения панели и тока нагрузки. Для индикации используются зеленый и красный светодиоды. Зеленые светодиоды используются для индикации состояния полностью заряженной батареи, а в условиях зарядки, перегрузки или глубокой разрядки - красными светодиодами.

Силовой полупроводниковый переключатель MOSFET используется для отключения нагрузки, если красные светодиоды указывают на низкий заряд батареи или состояние перегрузки. Если зеленые светодиоды указывают на полностью заряженное состояние батареи, то солнечная энергия передается на фиктивную нагрузку в цепи с помощью транзистора. Таким образом, аккумулятор защищен от перезарядки. Этот проект может быть дополнительно расширен с помощью GSM-модема и микроконтроллера для обеспечения связи с солнечной системой и диспетчерской для мониторинга состояния системы.

ИС микроконтроллера

Микроконтроллер - это усовершенствованная ИС или интегральная схема, в которую встроены дополнительные периферийные устройства. Развитие и использование приложений встроенных систем увеличивается с развитием технологий ИС, таких как микропроцессорная технология и технология микроконтроллеров. Недостатки транзисторной технологии, технологии IC были уменьшены с помощью передовых микропроцессорных технологий IC и микроконтроллерной технологии. Микропроцессор объединяет функции центрального процессора (ЦП) компьютера на одной или нескольких интегральных схемах. Микроконтроллер можно рассматривать как небольшой компьютер на единой интегральной схеме, которая состоит из небольшого центрального процессора, кварцевого генератора, таймеров, сторожевого устройства и аналогового ввода / вывода. Существуют разные типы регистров, прерываний, которые используются для каких-то конкретных задач. Микроконтроллеры бывают разных типов, такие как микроконтроллер AVR, микроконтроллер PIC и так далее. Но обычно ИС микроконтроллера 8051 используется для большинства приложений встраиваемых систем.

Если мы используем технологию IC, то для выполнения некоторых задач во встроенных системах требуется несколько количеств дискретных компонентов. Если мы используем передовые технологии IC, такие как технология микроконтроллеров, то, просто написав несколько простых программных строк, мы сможем выполнять несколько задач. Таким образом, количество дискретных компонентов, размер схем, сложность и стоимость могут быть уменьшены во встроенных системах за счет использования микроконтроллерной технологии.

Применение микроконтроллерной технологии

Контроллер заряда солнечной батареи, использующий микроконтроллер, является типичным применением передовой технологии IC микроконтроллера. Для эффективного использования солнечной энергии в сельских и городских районах используются системы освещения на солнечных батареях, в том числе солнечные фонари, солнечные уличные фонари и солнечные системы освещения домов и садов. Солнечная энергетическая система в основном состоит из четырех основных компонентов:фотоэлектрического модуля, аккумуляторной батареи, нагрузки и контроллера заряда солнечной батареи.

Блок-схема солнечной энергосистемы с четырьмя основными блоками, использующая микроконтроллерную технологию, показана на рисунке. Среди этих четырех компонентов рассмотрим контроллер заряда солнечной батареи, использующий микроконтроллер, который играет важную роль в повышении общей производительности солнечной энергетической системы. Аппаратными компонентами, используемыми для схемы контроллера заряда солнечной батареи, являются микроконтроллер AT89C2051, последовательный ADC0831, регулятор напряжения IC7805, силовой полупроводниковый переключатель MOSFET, ЖК-дисплей, аккумулятор, контроль заряда, датчик от заката до рассвета и контроль нагрузки.

Батарея используется для обеспечения регулируемого источника постоянного тока 5 В для питания микроконтроллера, который используется для контроля напряжения батареи с помощью АЦП. Напряжение 0–20 В понижается до 5–5 В с помощью делителя потенциала с резистором, установленным на выводе 2 АЦП, и эти значения отображаются на ЖК-дисплее. При использовании метода параллельного регулирования зарядный ток может течь в аккумулятор и прекращает зарядку аккумулятора, если аккумулятор полностью заряжен. На основе входных сигналов, полученных от датчика сумерек-рассвета, микроконтроллер переключает реле зарядки или нагрузки. ЖК-дисплей управляется микроконтроллером для отображения сообщения о зарядке.

Если аккумулятор полностью заряжен (до 14 В), реле запитывается через полевой МОП-транзистор, чтобы прервать зарядку. Затем микроконтроллер запустит 5-минутный таймер, и на ЖК-дисплее отобразится сообщение о полном заряде батареи. По истечении этого таймера аккумулятор снова подключается к солнечной панели с помощью реле, и, таким образом, зарядный ток от солнечной батареи будет пульсирующим, пока присутствует солнечное напряжение. Если напряжение солнечной панели падает ниже напряжения стабилитрона датчика от заката до рассвета, то микроконтроллер получает сигнал от датчика заката до рассвета, затем активирует нагрузку через полевой МОП-транзистор, и на ЖК-дисплее отображается сообщение о включении нагрузки. Если напряжение падает ниже 10 В датчика от заката до рассвета, микроконтроллер отключает нагрузку через полевой МОП-транзистор.

Лучшая технология для встраиваемых систем

В этой статье ранее вкратце обсуждались технология ИС и технология ИС микроконтроллера, а также их примеры, типы и практическое применение микроконтроллеров и технологий ИС во встроенных системах. Вышеупомянутый контроллер заряда солнечной батареи с бывшей технологией IC и передовой технологией IC, такой как технология микроконтроллера IC, показывает различия между обеими технологиями. И это также показывает, что обе технологии все еще используются в зависимости от требований. Обе технологии имеют некоторые преимущества и недостатки при использовании во встраиваемых системах.

Технология IC уменьшила размер схем по сравнению с размером схемы, построенной с использованием дискретных компонентов. Усовершенствованная технология ИС микроконтроллера уменьшает размер схем за счет замены многих интегральных схем в схеме одной ИС микроконтроллера. Таким образом, стоимость схем с технологией IC ниже, чем с дискретной или транзисторной технологией. Стоимость микросхем микроконтроллеров, использующих технологию IC, ниже по сравнению со стоимостью схем, разработанных с использованием технологии IC. Аналогичным образом, для нескольких параметров технология микроконтроллеров предпочтительнее для встроенных систем по сравнению с технологией IC и технологией дискретных компонентов или транзисторов.

На рисунке показаны приложения для встроенных систем, разработанные с использованием различных технологий. Для некоторых конкретных приложений встроенных систем технология IC предпочтительнее, чем технология микроконтроллеров. Но в большинстве приложений встроенных систем используется технология микроконтроллеров, поскольку она более продвинута и имеет больше преимуществ по сравнению с технологией IC. Кроме того, вам будет предоставлена ​​техническая помощь от Edgefx technologies в выборе конкретной технологии для вашей академической проектной работы на основе вашего интереса к встроенным системам.