Giới thiệu tóm tắt về công nghệ vi mạch cho bộ vi điều khiển và hệ thống nhúng

Mọi thiết bị điện tử mà chúng ta sử dụng trong cuộc sống hàng ngày đều được thiết kế bằng điện và dự án điện tử Chu trình. Những điện vàthiết bị điện tửmạch có thể được thiết kế bằng cách sử dụng các công nghệ khác nhau như chân khôngốngcông nghệ, công nghệ bóng bán dẫn, công nghệ vi mạch hoặc mạch tích hợp, công nghệ vi xử lý vàvi điều khiểnCông nghệ. Những công nghệ này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các thành phần điện và điện tử rời rạc, mạch tích hợp, bộ vi xử lý và vi điều khiển. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ thảo luận về công nghệ tốt nhất cho hệ thống nhúng trong số các công nghệ vi mạch và công nghệ vi mạch tiên tiến như công nghệ vi mạch vi điều khiển. Tuy nhiên, trước khi tiếp tục, chúng ta phải biết công nghệ vi mạch là gì vàvi điều khiểnCông nghệ vi mạch.

Công nghệ hệ thống nhúng

Công nghệ vi mạch

Trong những ngày trước đó, các thiết bị hệ thống nhúng được thiết kế bằng cách sử dụng ống chân không sẽ có kích thước rất lớn và đắt hơn. Bóng bán dẫn tiếp xúc điểm đầu tiên được phát triển bởi John Bardeen và Walter Brattain tại Bell Labs vào năm 1947. Sau đó, việc phát minh ra bóng bán dẫn đã giảm và thay thếcồng kềnh đắt tiềnống chân không trongmáy vi tínhkiểu dáng. Sau đó,Linh kiện bán dẫnViệc sử dụng làm giảm kích thước của mạch, vì các bóng bán dẫn này có kích thước nhỏ hơn, tiết kiệm, hiệu suất nhanh hơn, đáng tin cậy và tiêu thụ rất ít điện năng. Chu trìnhxây dựngsử dụng bóng bán dẫn và các linh kiện điện tử rời được gọi là mạch rời rạc.

Công nghệ vi mạch

Thay đổi mang tính cách mạng đã được thực hiện trong thiết kế điện vàthiết bị điện tửChu trình và máy tính với việc phát minh ra mạch tích hợp hoặc công nghệ vi mạch. Các mạch tích hợp có kích thước rất nhỏ, rất đáng tin cậy, tiết kiệm nhất và sử dụng rất đơn giản. Khái niệm công nghệ vi mạch này được giới thiệu vào năm 1958, và công nghệ vi mạch này đã thu nhỏ rất nhiều thiết bị điện và điện tử như điện thoại di động, máy tính xách tay, máy tính và nhiều thiết bị khác. Mạch tích hợp có thể được định nghĩa làbộmạch điện tử tích hợp trên một tấm vật liệu bán dẫn nhỏ, thường được gọi là chip silicon. Mỗi vi mạch có thể rất nhỏ gọn, chứa hàng tỷ bóng bán dẫn và các thành phần khác trong một diện tích rất nhỏ.

Thế hệ công nghệ vi mạch

Có nhiều thế hệ mạch tích hợp khác nhau, phân loại dựa trêncon sốcủa bóng bán dẫn sử dụng trên chip mạch tích hợp. Đó là: Tích hợp quy mô nhỏ (SSI), các mạch tích hợp chứa một số lượng vài chục bóng bán dẫn. Những năm 1960 chứng kiến ​​tích hợp quy mô trung bình (MSI), các chip mạch tích hợp chứa hàng trăm bóng bán dẫn. TrongNhững năm 1970 có rất nhiềutích hợp quy mô (LSI), trong đó hàng chục nghìn bóng bán dẫn được tích hợp trên mỗi chip. Vào những năm 1980 đã có sự tích hợp quy mô rất lớn (VLSI), trong đó hàng trăm nghìn bóng bán dẫn được tích hợp trên mỗi chip. Hơn nữa, tích hợp quy mô cực lớn (ULSI), tích hợp hơn một triệu bóng bán dẫn trên mỗi chip, tích hợp quy mô wafer (WSI), hệ thống trên chip (SOC) và mạch tích hợp ba chiều (3D-IC) đang được phát triển. Các mạch tích hợp như IC 555timer, bộ khuếch đại hoạt động 741, CMOS, NMOS, Công nghệ BICMOS , và như vậy được coi là ví dụ thực tế của công nghệ vi mạch.

Các loại IC

Có khác nhau các loại mạch tích hợp chẳng hạn như ADC, DAC, bộ khuếch đại, IC quản lý nguồn, IC đồng hồ và bộ định thời, và các IC giao diện được sử dụngchocác ứng dụng hệ thống nhúng khác nhau.

Ứng dụng công nghệ vi mạch

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời sử dụng công nghệ vi mạch của Edgefxkits.com

Không phải-vi điều khiểndựa trên bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời dự án là một ứng dụng đơn giản của công nghệ vi mạch. Trong dự án này, cơ chế tính phí có kiểm soát đạt được để tránh bị tính phí,quá phívà điều kiện xả sâu mà không cần sử dụngvi điều khiển. Một tập hợp các Mổ nội soi được sử dụnglàm bộ so sánh cho điện áp bảng giám sát và dòng tảiliên tục. Đèn LED xanh và đỏ được sử dụng để chỉ báo. Đèn LED màu xanh lá cây được sử dụng để chỉ báo tình trạng pin đã sạc đầy và trong điều kiện sạc hoặc quá tải hoặc xả sâu được chỉ báo bằng đèn LED màu đỏ.

Mạch điều khiển sạc năng lượng mặt trời sử dụng công nghệ vi mạch của Edgefxkits.com

Công tắc bán dẫn công suất MOSFETđược sử dụng để cắt bỏtải, nếu đèn LED màu đỏ cho biết pin yếu hoặc tình trạng quá tải. Nếu đèn LED xanhbiểu thịtình trạng sạc đầy củaắc quy, sau đó năng lượng mặt trời được chuyển qua một tải giả trong mạch bằng cách sử dụng bóng bán dẫn. Nhờ đó, pin được bảo vệhình thứcsạc quá mức. Dự án này có thể được nâng cao hơn nữa với Modem GSM vàvi điều khiểnđể đạt được hệ thống năng lượng mặt trời liên lạc và phòng điều khiển để giám sát tình trạng củahệ thống.

Vi điều khiểnVi mạch

Vi điều khiển là một vi mạch hoặc mạch tích hợp tiên tiến được kết hợp với các thiết bị ngoại vi bổ sung. Sự phát triển và sử dụng những hệ thống nhúng' các ứng dụng đang tăngvới sự tiến bộ trong các công nghệ vi mạch như công nghệ vi xử lý vàvi điều khiểnCông nghệ. Nhược điểm của công nghệ bóng bán dẫn, công nghệ vi mạch đã được giảm bớt với các công nghệ vi mạch tiên tiến vi xử lý và công nghệ vi điều khiển. Bộ vi xử lý tích hợp các chức năng của bộ xử lý trung tâm của máy tính (CPU) trên một hoặc một vài mạch tích hợp. Làicrocontrollerđơn vị có thể được coi là mộtmáy tính nhỏtrên một mạch tích hợp duy nhất bao gồm bộ xử lý trung tâm nhỏ, bộ dao động tinh thể, bộ định thời, cơ quan giám sát và I / O tương tự. Có nhiều loại thanh ghi, ngắt được sử dụng cho một số nhiệm vụ cụ thể.Vi điều khiểnthuộc nhiều loại khác nhau như vi điều khiển AVR, vi điều khiển PIC, v.v. Nhưng thông thường 8051vi điều khiển IC được sử dụng cho hầu hết các ứng dụng hệ thống nhúng.

Bộ vi điều khiển 8051

Nếu chúng ta sử dụng công nghệ vi mạch, thì cần có nhiều thành phần rời rạc để thực hiện một số tác vụ trong hệ thống nhúng. Nếu chúng ta sử dụng công nghệ vi mạch tiên tiến nhưvi điều khiểncông nghệ, thì chỉ cần viết một vài dòng lập trình đơn giản là chúng ta có thể thực hiện nhiều tác vụ. Do đó,con sốcác thành phần rời rạc, kích thước của mạch, độ phức tạp và chi phí có thể được giảm bớt trong các hệ thống nhúng bằng cách sử dụngvi điều khiểnCông nghệ.

Ứng dụng công nghệ vi điều khiển

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời sử dụng vi điều khiển là một ứng dụng điển hình của vi điều khiển vi mạch tiên tiếnCông nghệ. Để sử dụng năng lượng mặt trời một cách hiệu quả, chiếu sáng bằng năng lượng mặt trờihệ thống bao gồmđèn năng lượng mặt trời, đèn đường năng lượng mặt trời và hệ thống chiếu sáng nhà và vườn năng lượng mặt trời đang được sử dụng ở nông thôn cũng như thành thị. Hệ thống điện mặt trời chủ yếu bao gồm bốncác thành phần: quang điệnmô-đun, pin sạc, tải và bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời.

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời sử dụng công nghệ vi điều khiển

Sơ đồ khối của hệ thống điện mặt trời với bốn khối chính sử dụngvi điều khiểncông nghệ được thể hiện trong hình. Trong số bốn thành phần này, hãy xem xét bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời sử dụng vi điều khiển đóng vai trò chính trong việc tăng hiệu suất tổng thể của hệ thống điện mặt trời. Các thành phần phần cứng được sử dụng chomạch điều khiển sạc năng lượng mặt trờilà AT89C2051vi điều khiển, nối tiếp ADC0831, điều chỉnh điện áp IC7805 , công tắc bán dẫn nguồn MOSFET, màn hình LCD, pin sạc, điều khiển sạc, cảm biến hoàng hôn đến bình minh và điều khiển tải.

Pinđược sử dụng để cung cấp nguồn điện được điều chỉnh 5V DC để cấp nguồn chovi điều khiểnđược sử dụng để theo dõi điện áp pin bằng ADC.Điện áp0V-20V được thu nhỏ xuống V-5V bằng cách sử dụng một bộ chia điện thế có bố trí điện trở được thực hiện ở chân 2 của ADC và các giá trị này được hiển thị trên màn hình LCD. Sử dụng kỹ thuật điều chỉnh song song, dòng điện sạc được phép chạy vàoắc quyvà ngừng sạc pin nếu pin đã được sạc đầy. Dựa trên các tín hiệu đầu vào nhận được từ cảm biến từ hoàng hôn đến bình minh,vi điều khiểnchuyển mạch sạc hoặc rơ le tải. CácMàn hình LCDđược thúc đẩy bởivi điều khiểnđể hiển thị thông báo tính phí.

Mạch điều khiển sạc năng lượng mặt trời sử dụng công nghệ vi điều khiển

Nếuắc quyđược sạc đầy (lên đến14V), sau đótiếp sứcđược cung cấp năng lượng thông qua MOSFET để ngắt sạc. Sau đó, hẹn giờ 5 phút sẽ được bắt đầubởi vi điều khiểnvà màn hình LCD hiển thị thông báo là pin đầy. Nếu bộ hẹn giờ này đã trôi qua, thìắc quyđược kết nối lại với bảng điều khiển năng lượng mặt trời bằng một rơ le và do đó dòng điện sạc năng lượng mặt trời được phát xung miễn làđiện áp mặt trờilà quà tặng. Nếubảng điều khiển năng lượng mặt trời điện áprơi xuống dưới điện áp diode zenercảm biến từ hoàng hôn đến bình minh , sau đóvi điều khiểnnhận tín hiệu từ cảm biến từ hoàng hôn đến bình minh, sau đó kích hoạt tải thông qua MOSFET và thông báo BẬT tải được hiển thị trên màn hình LCD. NếuVôngiảm xuống dưới 10V của cảm biến từ hoàng hôn đến bình minh, thìvi điều khiểntắt tải thông quaMOSFET.

Công nghệ tốt nhất cho hệ thống nhúng

Trong bài viết này, trước đó công nghệ vi mạch vàvi điều khiểnCông nghệ vi mạch cùng với các ví dụ của chúng,các loạivà thiết thực ứng dụng củavi điều khiển và công nghệ vi mạch trong ứng dụng hệ thống nhúng đã được thảo luận ngắn gọn. Phần trên đã thảo luận về bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời với công nghệ vi mạch trước đây và với công nghệ vi mạch tiên tiến nhưvi điều khiểnCông nghệ vi mạch cho thấy sự khác biệt giữa cả hai công nghệ. Và nó cũng cho thấy rằng cả hai công nghệ vẫn đang được sử dụng dựa trên yêu cầu. Cả hai công nghệ đều có một số ưu và nhược điểm khi được sử dụng cho các hệ thống nhúng.

Công nghệ vi mạch làm giảm kích thước của mạch so với kích thước mạch được xây dựng bằng các linh kiện rời. Nâng caovi điều khiểnCông nghệ vi mạch làm giảm kích thước của mạch bằng cách thay thế nhiều mạch tích hợp trong mạch bằng mộtIC vi điều khiển. Do đó, chi phí của các mạch với công nghệ vi mạch thấp hơn so với công nghệ rời rạc hoặc bóng bán dẫn.Vi điều khiểnChi phí cho các mạch công nghệ IC thấp hơn so với chi phí của các mạch được thiết kế bằng công nghệ IC. Tương tự, đối với một số tham số,vi điều khiểncông nghệ thích hợp hơn cho hệ thống nhúng so với công nghệ vi mạch và công nghệ linh kiện rời rạc hoặc bóng bán dẫn.

Các ứng dụng hệ thống nhúng sử dụng các công nghệ khác nhau

Nhân vậttrình diễn ứng dụng hệ thống nhúng được thiết kế với các công nghệ khác nhau. Đối với một số ứng dụng cụ thể của hệ thống nhúng, công nghệ vi mạch được ưu tiên hơnvi điều khiểnCông nghệ. Nhưng hầu hết các ứng dụng hệ thống nhúng đều sử dụngvi điều khiểncông nghệ, vì nó tiên tiến hơn và có nhiều ưu điểm hơn so với công nghệ vi mạch. Hơn nữa, trợ giúp kỹ thuật sẽ được cung cấp cho bạn từ các công nghệ Edgefx trong việc lựa chọncông nghệ cụ thểcho bạn dự án học tập dựa trên sự quan tâm của bạn đến các hệ thống nhúng.