अपने एम्बेडेड अनुप्रयोग के लिए सही माइक्रोकंट्रोलर का चयन कैसे करें

एक माइक्रोकंट्रोलर अनिवार्य रूप से एक चिप पर एक छोटा कंप्यूटर होता है, किसी भी कंप्यूटर की तरह, इसमें मेमोरी होती है और आमतौर पर इनपुट प्राप्त करने, गणना करने और आउटपुट उत्पन्न करने के लिए एम्बेडेड सिस्टम में प्रोग्राम किया जाता है। एक प्रोसेसर के विपरीत, यह एक चिप पर मेमोरी, सीपीयू, आई / ओ और अन्य बाह्य उपकरणों को शामिल करता है जैसे नीचे लेआउट में दिखाया गया है।

किसी परियोजना के लिए सही माइक्रोकंट्रोलर चुनना हमेशा एक जटिल निर्णय होता है क्योंकि यह परियोजना का दिल है और सिस्टम की सफलता या विफलता इस पर निर्भर करती है।

एक हजार विभिन्न प्रकार के माइक्रोकंट्रोलर हैं, उनमें से प्रत्येक एक विशिष्ट सुविधा या फॉर्म फैक्टर से प्रतिस्पर्धी लाभ के साथ, पैकेज आकार के लिए, RAM और ROM की क्षमता के लिए जो उन्हें कुछ अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है और कुछ अनुप्रयोगों के लिए अयोग्य बनाता है। इस प्रकार अक्सर, सिरदर्द को रोकने के लिए जो सही एक को चुनने के साथ आता है, डिजाइनर माइक्रोकंट्रोलर के लिए चुनते हैं कि वे परिचित हैं जो कई बार, यहां तक कि वे वास्तव में परियोजना की आवश्यकताओं को पूरा नहीं करते हैं। आज का लेख आर्किटेक्चर, मेमोरी, इंटरफेसेस और दूसरों के बीच आई / ओ रियल एस्टेट सहित एक माइक्रोकंट्रोलर का चयन करते समय कुछ महत्वपूर्ण कारकों पर ध्यान देगा।

एमसीयू का चयन करते समय महत्वपूर्ण कारक

आर्किटेक्चर, मेमोरी, इंटरफेसेस और दूसरों के बीच I / O रियल एस्टेट सहित एक माइक्रोकंट्रोलर का चयन करते समय देखने के लिए कुछ महत्वपूर्ण कारक निम्नलिखित हैं।

1. आवेदन

किसी भी परियोजना के लिए माइक्रोकंट्रोलर का चयन करने से पहले पहली बात यह है कि उस कार्य की गहरी समझ विकसित करना जिसके लिए माइक्रोकंट्रोलर आधारित समाधान को तैनात किया जाना है। इस प्रक्रिया के दौरान एक तकनीकी विनिर्देश शीट हमेशा विकसित की जाती है और यह उन विशिष्ट विशेषताओं को निर्धारित करने में मदद करेगी जो कि माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग परियोजना के लिए किया जाएगा। डिवाइस का अनुप्रयोग / उपयोग कैसे निर्धारित करता है इसका उपयोग करने के लिए माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करने का एक अच्छा उदाहरण तब प्रदर्शित होता है जब एक फ़्लोटिंग पॉइंट यूनिट के साथ एक माइक्रोकंट्रोलर को एक डिवाइस के डिज़ाइन के लिए अपनाया जाता है जिसका उपयोग बहुत सारे दशमलव संख्याओं के संचालन के लिए किया जाता है।

2. माइक्रोकंट्रोलर आर्किटेक्चर का चयन करें

माइक्रोकंट्रोलर का आर्किटेक्चर यह बताता है कि माइक्रोकंट्रोलर को आंतरिक रूप से कैसे संरचित किया जाता है। माइक्रोकंट्रोलर्स के डिजाइन के लिए उपयोग किए जाने वाले दो प्रमुख आर्किटेक्चर हैं;

वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर
हार्वर्ड आर्किटेक्चर

वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर में डेटा संचारित करने और मेमोरी से इंस्ट्रक्शन सेट लाने के लिए एक ही बस के उपयोग की सुविधा है। इसलिए डेटा ट्रांसफर और इंस्ट्रक्शन एक ही समय पर नहीं किए जा सकते हैं और आमतौर पर शेड्यूल किए जाते हैं। दूसरी ओर हार्वर्ड वास्तुकला में डेटा के प्रसारण के लिए अलग-अलग बसों के उपयोग और निर्देशों को लाने की सुविधा है।

इनमें से प्रत्येक आर्किटेक्चर अपने स्वयं के लाभ और नुकसान के साथ आता है। उदाहरण के लिए हार्वर्ड आर्किटेक्चर RISC (कम इंस्ट्रक्शन सेट) कंप्यूटर हैं और इस प्रकार CISC (कॉम्प्लेक्स इंस्ट्रक्शन सेट) कंप्यूटरों की तुलना में कम चक्रों के साथ अधिक निर्देशों का प्रदर्शन करने में सक्षम हैं जो वॉन न्यूमैन आर्किटेक्चर पर आधारित हैं। हार्वर्ड (RISC) आधारित माइक्रोकंट्रोलर्स का एक महत्वपूर्ण लाभ यह तथ्य है कि डेटा और इंस्ट्रक्शन सेट के लिए अलग-अलग बसों की मौजूदगी मेमोरी एक्सेस और अरिथमेटिक और लॉजिक यूनिट (ALU) के संचालन को सक्षम बनाती है। यह माइक्रोकंट्रोलर द्वारा आवश्यक कम्प्यूटेशनल शक्ति की मात्रा को कम करता है और यह कम लागत, कम बिजली की खपत और गर्मी लंपटता की ओर जाता है जो उन्हें बैटरी संचालित उपकरणों के डिजाइन के लिए आदर्श बनाता है। कई एआरएम,एवीआर और पीआईसी माइक्रोकंट्रोलर हार्वर्ड वास्तुकला पर आधारित हैं। वॉन न्यूमैन वास्तुकला का उपयोग करने वाले माइक्रोकंट्रोलर्स के उदाहरण में 8051, ज़िलॉग ज़ेड 80 अन्य शामिल हैं।

3. बिट आकार

एक माइक्रोकंट्रोलर या तो 8 बिट्स, 16 बिट्स, 32 बिट्स और 64 बिट्स हो सकता है जो कि माइक्रोकंट्रोलर के पास वर्तमान अधिकतम बिट आकार है। एक माइक्रोकंट्रोलर का बिट आकार माइक्रोकंट्रोलर के निर्देश सेट में उपयोग किए जाने वाले "शब्द" के आकार का प्रतिनिधित्व करता है। 8-बिट माइक्रोकंट्रोलर में इसका मतलब है, प्रत्येक निर्देश, पता, चर या रजिस्टर का प्रतिनिधित्व 8-बिट लेता है। बिट आकार के प्रमुख निहितार्थों में से एक माइक्रोकंट्रोलर की मेमोरी क्षमता है। उदाहरण के लिए 8-बिट माइक्रोकंट्रोलर में, बिट साइज़ के अनुसार 255 यूनीक मेमोरी लोकेशन होते हैं, जबकि 32-बिट माइक्रोकंट्रोलर में 4,294,967,295 यूनीक मेमोरी लोकेशन होते हैं, जिसका मतलब होता है कि बिट साइज जितना ज्यादा होगा, यूनिक की संख्या उतनी ही ज्यादा होगी। माइक्रोकंट्रोलर पर उपयोग के लिए उपलब्ध स्मृति स्थान। निर्माता इन दिनों हालांकि,पेजिंग और एड्रेसिंग के माध्यम से छोटे बिट आकार के माइक्रोकंट्रोलरों को अधिक मेमोरी लोकेशन तक पहुंच प्रदान करने के तरीके विकसित कर रहे हैं, ताकि 8 बिट्स माइक्रोकंट्रोलर 16 बिट्स एड्रेसेबल हो जाएं, लेकिन यह एम्बेडेड सॉफ्टवेयर डेवलपर के लिए प्रोग्रामिंग को जटिल बनाता है।

विशेष रूप से अंकगणितीय संचालन के लिए माइक्रोकंट्रोलर के लिए फर्मवेयर विकसित करते समय बिट आकार का प्रभाव अधिक महत्वपूर्ण रूप से अनुभव किया जाता है। विभिन्न डेटा प्रकारों में अलग-अलग माइक्रोकंट्रोलर बिट आकार के लिए अलग-अलग मेमोरी आकार होते हैं। उदाहरण के लिए, एक अहस्ताक्षरित पूर्णांक के रूप में घोषित एक वैरिएबल का उपयोग करने पर जो डेटा प्रकार के कारण 16 बिट मेमोरी की आवश्यकता होगी, कोड में एक 8 बिट माइक्रोकंट्रोलर पर निष्पादित होने के लिए डेटा में सबसे महत्वपूर्ण बाइट का नुकसान होगा जो कई बार हो सकता है उस कार्य की उपलब्धि के लिए बहुत महत्वपूर्ण है जिसके लिए जिस उपकरण पर माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग किया जाना है, उसे डिज़ाइन किया गया था।

इस प्रकार एक बिटकॉइन के साथ एक माइक्रोकंट्रोलर का चयन करना महत्वपूर्ण है जो कि संसाधित होने वाले डेटा से मेल खाता है ।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि इन चिप्सों में शामिल तकनीकी प्रगति के कारण इन दिनों अधिकांश अनुप्रयोग 32 बिट्स और 16 बिट्स माइक्रोकंट्रोलर के बीच हैं।

4. संचार के लिए इंटरफेस

माइक्रोकंट्रोलर और प्रोजेक्ट के लिए उपयोग किए जाने वाले कुछ सेंसर और एक्चुएटर्स के बीच संचार को संचार की सुविधा के लिए माइक्रोकंट्रोलर और सेंसर या एक्चुएटर के बीच एक इंटरफेस के उपयोग की आवश्यकता हो सकती है। उदाहरण के लिए एक एनालॉग सेंसर को एक माइक्रोकंट्रोलर से कनेक्ट करने के लिए आवश्यक होगा कि माइक्रोकंट्रोलर के पास पर्याप्त एडीसी (डिजिटल कन्वर्टर्स के अनुरूप) हो या जैसा कि मैंने पहले उल्लेख किया है, डीसी मोटर की गति अलग-अलग होने के कारण माइक्रोकंट्रोलर पर पीडब्लूएम इंटरफेस के उपयोग की आवश्यकता हो सकती है। इसलिए यह पुष्टि करना महत्वपूर्ण होगा कि चुने जाने वाले माइक्रोकंट्रोलर के पास UART, SPI, I2C सहित अन्य इंटरफेस की पर्याप्त आवश्यकता है।

5. ऑपरेटिंग वोल्टेज

ऑपरेटिंग वोल्टेज वोल्टेज स्तर है जिस पर एक सिस्टम संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह वोल्टेज स्तर भी है जिससे सिस्टम की कुछ विशेषताएं संबंधित हैं। हार्डवेयर डिज़ाइन में ऑपरेटिंग वोल्टेज कई बार तर्क स्तर का निर्धारण करता है जिस पर सिस्टम को बनाने वाले अन्य घटकों के साथ माइक्रोकंट्रोलर संचार करता है।

5V और 3.3V वोल्टेज स्तर माइक्रोकंट्रोलर्स के लिए उपयोग किए जाने वाले सबसे लोकप्रिय ऑपरेटिंग वोल्टेज हैं और एक निर्णय किया जाना चाहिए कि डिवाइस के तकनीकी विनिर्देश विकसित करने की प्रक्रिया के दौरान इनमें से किस वोल्टेज स्तर का उपयोग किया जाएगा। एक डिवाइस के डिज़ाइन में 3.3V ऑपरेटिंग वोल्टेज के साथ एक माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करना जहां अधिकांश बाहरी घटक, सेंसर और एक्चुएटर 5V वोल्टेज स्तर पर काम करेंगे, एक बहुत ही स्मार्ट निर्णय नहीं होगा क्योंकि तर्क स्तर को लागू करने की आवश्यकता होगी शिफ्टर्स या कन्वर्टर्स माइक्रोकंट्रोलर और अन्य घटकों के बीच डेटा के आदान-प्रदान को सक्षम करने के लिए और इससे विनिर्माण की लागत और डिवाइस की समग्र लागत अनावश्यक रूप से बढ़ जाएगी।

6. I / O पिंस की संख्या

माइक्रोकंट्रोलर के पास सामान्य या विशेष उद्देश्य इनपुट / आउटपुट पोर्ट और (या) पिन की संख्या सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक है जो माइक्रोकंट्रोलर की पसंद को प्रभावित करती है।

यदि एक माइक्रोकंट्रोलर को इस लेख में उल्लिखित अन्य सभी विशेषताओं के साथ होना चाहिए, लेकिन प्रोजेक्ट द्वारा आवश्यक के रूप में पर्याप्त IO पिन नहीं है, तो इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है। यह महत्वपूर्ण है कि उदाहरण के लिए, डीसी मोटर्स की संख्या को नियंत्रित करने के लिए माइक्रोकंट्रोलर के पास पर्याप्त पीडब्लूएम पिन हैं, जिनकी गति डिवाइस द्वारा विविध होगी। जबकि माइक्रोकंट्रोलर पर I / O पोर्ट की संख्या को शिफ्ट रजिस्टर के उपयोग द्वारा विस्तारित किया जा सकता है, लेकिन इसका उपयोग सभी प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए नहीं किया जा सकता है और उन उपकरणों की लागत को बढ़ाता है जिनमें इसका उपयोग किया जाता है। इसलिए, यह सुनिश्चित करने के लिए बेहतर है कि परियोजना के लिए आवश्यक डिजाइन की सामान्य और विशेष उद्देश्य I / O पोर्ट के लिए माइक्रोकंट्रोलर का चयन किया जाए।

एक अन्य महत्वपूर्ण बात जो किसी परियोजना के लिए आवश्यक सामान्य या विशेष उद्देश्य I / O पिंस की मात्रा निर्धारित करते समय ध्यान में रखना है, भविष्य का सुधार है जो डिवाइस में किया जा सकता है और उन सुधारों से I / O पिनों की संख्या कैसे प्रभावित हो सकती है आवश्यकता है।

7. मेमोरी आवश्यकताएँ

एक माइक्रोकंट्रोलर के साथ कई प्रकार की मेमोरी जुड़ी होती हैं जो चयन करते समय डिजाइनर को दिखना चाहिए। सबसे महत्वपूर्ण हैं RAM, ROM और EEPROM। इन स्मृतियों में से प्रत्येक की मात्रा का उपयोग होने तक अनुमान लगाना मुश्किल हो सकता है, लेकिन माइक्रोकंट्रोलर के लिए आवश्यक कार्य की मात्रा को देखते हुए, भविष्यवाणियां की जा सकती हैं। ऊपर उल्लिखित ये मेमोरी डिवाइस माइक्रोकंट्रोलर के डेटा और प्रोग्राम मेमोरी को बनाते हैं।

माइक्रोकंट्रोलर की प्रोग्राम मेमोरी माइक्रोकंट्रोलर के लिए फर्मवेयर को स्टोर करती है, इसलिए जब पावर को माइक्रोकंट्रोलर से डिस्कनेक्ट किया जाता है, तो फर्मवेयर खो नहीं जाता है। प्रोग्राम मेमोरी की आवश्यकता डेटा की मात्रा पर निर्भर करती है जैसे लाइब्रेरी, टेबल, छवियों के लिए बाइनरी फाइलें आदि जो फर्मवेयर को सही ढंग से काम करने के लिए आवश्यक हैं।

दूसरी ओर डेटा मेमोरी का उपयोग रन टाइम के दौरान किया जाता है। रन-टाइम के दौरान अन्य गतिविधियों के बीच प्रसंस्करण के परिणामस्वरूप उत्पन्न सभी चर और डेटा इस मेमोरी में संग्रहीत होते हैं। इस प्रकार, रन-टाइम के दौरान होने वाली गणनाओं की जटिलता का उपयोग माइक्रोकंट्रोलर के लिए आवश्यक डेटा मेमोरी की मात्रा का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है।

8. पैकेज का आकार

पैकेज का आकार माइक्रोकंट्रोलर के फार्म कारक को संदर्भित करता है । माइक्रोकंट्रोलर आम तौर पर QFP, TSSOP, SOIC से SSOP और नियमित DIP पैकेज के पैकेज में आते हैं, जो प्रोटोटाइप को आसान बनाने के लिए ब्रेडबोर्ड पर बढ़ते हैं। विनिर्माण से आगे की योजना बनाना और पैकेज तैयार करना सबसे अच्छा होगा।

9. बिजली की खपत

माइक्रोकंट्रोलर का चयन करते समय यह विचार करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक है, खासकर जब इसे IoT उपकरणों जैसे बैटरी चालित एप्लिकेशन में तैनात किया जाना है, जहां यह वांछित है कि माइक्रोकंट्रोलर जितना संभव हो उतना कम शक्ति हो। अधिकांश माइक्रोकंट्रोलर्स की डेटशीट में कई हार्डवेयर और (या) सॉफ़्टवेयर आधारित तकनीकों की जानकारी होती है, जिनका उपयोग विभिन्न मोड में माइक्रोकंट्रोलर द्वारा खपत की गई बिजली की मात्रा को कम करने के लिए किया जा सकता है। सुनिश्चित करें कि आप जो माइक्रोकंट्रोलर चुन रहे हैं, वह आपके प्रोजेक्ट के लिए बिजली की आवश्यकता को पूरा करता है।

10. माइक्रोकंट्रोलर के लिए समर्थन

यह महत्वपूर्ण है कि आप जिस माइक्रोकंट्रोलर के साथ काम करना चाहते हैं उसमें पर्याप्त समर्थन शामिल है; कोड के नमूने, संदर्भ डिजाइन और यदि संभव हो तो एक बड़े समुदाय को ऑनलाइन। पहली बार एक माइक्रोकंट्रोलर के साथ काम करना विभिन्न चुनौतियों के साथ आ सकता है और इन संसाधनों तक पहुंच होने से आपको उन्हें जल्दी से दूर करने में मदद मिलेगी। नवीनतम माइक्रोकंट्रोलर्स का उपयोग करते समय क्योंकि उन शांत नई विशेषताओं के साथ यह एक अच्छी बात है, यह सुनिश्चित करना उचित है कि माइक्रोकंट्रोलर कम से कम 3-4 महीनों के लिए रहा है ताकि अधिकांश शुरुआती समस्याओं को सुनिश्चित किया जा सके जो माइक्रोकंट्रोलर के साथ जुड़ी हो सकती हैं विभिन्न ग्राहकों ने विभिन्न अनुप्रयोगों के साथ माइक्रोकंट्रोलर के बहुत सारे परीक्षण किए होंगे, क्योंकि यह हल हो गया है।

एक अच्छी मूल्यांकन किट के साथ एक माइक्रोकंट्रोलर का चयन करना भी महत्वपूर्ण है, इसलिए आप जल्दी से प्रोटोटाइप का निर्माण शुरू कर सकते हैं और आसानी से सुविधाओं का परीक्षण कर सकते हैं। मूल्यांकन किट अनुभव प्राप्त करने का एक अच्छा तरीका है, विकास के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण श्रृंखला से परिचित हों, और डिवाइस के विकास के दौरान समय बचाएं।

एक परियोजना के लिए सही माइक्रोकंट्रोलर का चयन करना, एक समस्या बनी रहेगी, हर हार्डवेयर डिजाइनर को हल करना होगा और जबकि कुछ और कारक हैं जो माइक्रोकंट्रोलर की पसंद को प्रभावित कर सकते हैं, ऊपर वर्णित ये कारक सबसे महत्वपूर्ण हैं।