- Faktor penting untuk dipertimbangkan saat memilih MCU
- 1. Aplikasi
- 2. Pilih Arsitektur Mikrokontroler
- 3. Ukuran Bit
- 4. Antarmuka Komunikasi
- 5. Tegangan Operasi
- 6. Jumlah Pin I / O
- 7. Persyaratan Memori
- 8. Ukuran Paket
- 9. Konsumsi Daya
- 10. Dukungan untuk Mikrokontroler
Mikrokontroler pada dasarnya adalah komputer kecil dalam sebuah chip, seperti komputer mana pun, ia memiliki memori dan biasanya diprogram dalam sistem tertanam untuk menerima masukan, melakukan kalkulasi, dan menghasilkan keluaran. Tidak seperti prosesor, ini menggabungkan memori, CPU, I / O, dan periferal lain pada satu chip seperti yang ditunjukkan pada tata letak di bawah ini.
Memilih mikrokontroler yang tepat untuk suatu proyek selalu merupakan keputusan yang rumit untuk dibuat karena itu adalah inti dari proyek dan keberhasilan atau kegagalan sistem bergantung padanya.
Ada ribuan jenis mikrokontroler, masing-masing dengan fitur unik atau keunggulan kompetitif mulai dari faktor bentuk, ukuran paket, hingga kapasitas RAM dan ROM yang membuatnya cocok untuk aplikasi tertentu dan tidak sesuai untuk aplikasi tertentu. Jadi sering kali, untuk menghindari sakit kepala yang datang dengan memilih yang tepat, desainer memilih mikrokontroler yang mereka kenal yang terkadang, bahkan mereka tidak benar-benar memenuhi persyaratan proyek. Artikel hari ini akan melihat beberapa faktor penting yang harus dilihat ketika memilih mikrokontroler termasuk Arsitektur, memori, Antarmuka dan real estat I / O antara lain.
Faktor penting untuk dipertimbangkan saat memilih MCU
Berikut ini adalah beberapa faktor penting yang harus diperhatikan ketika memilih mikrokontroler termasuk Arsitektur, memori, Antarmuka, dan I / O real estate.
1. Aplikasi
Hal pertama yang harus dilakukan sebelum memilih mikrokontroler untuk proyek apa pun adalah mengembangkan pemahaman yang mendalam tentang tugas yang akan digunakan solusi berbasis mikrokontroler. Lembar spesifikasi teknis selalu dikembangkan selama proses ini dan itu akan membantu untuk menentukan fitur-fitur spesifik yang akan digunakan mikrokontroler untuk proyek tersebut. Contoh yang baik tentang bagaimana aplikasi / penggunaan perangkat menentukan mikrokontroler yang akan digunakan ditunjukkan ketika mikrokontroler dengan unit floating point diadopsi untuk desain perangkat yang akan digunakan untuk melakukan operasi yang melibatkan banyak bilangan desimal.
2. Pilih Arsitektur Mikrokontroler
Arsitektur mikrokontroler mengacu pada bagaimana mikrokontroler disusun secara internal. Ada dua arsitektur utama yang digunakan untuk desain mikrokontroler;
- Arsitektur Von Neumann
- Arsitektur Harvard
Arsitektur von Neumann memiliki fitur penggunaan bus yang sama untuk mengirimkan data dan mengambil set instruksi dari memori. Oleh karena itu transfer data dan pengambilan instruksi tidak dapat dilakukan pada waktu yang bersamaan dan biasanya dijadwalkan. Arsitektur Harvard di sisi lain menampilkan penggunaan bus terpisah untuk transmisi data dan pengambilan instruksi.
Masing-masing arsitektur ini memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri. Arsitektur Harvard misalnya adalah komputer RISC (Reduced instruction Set) dan dengan demikian mampu melakukan lebih banyak instruksi dengan siklus yang lebih rendah daripada komputer CISC (Complex instruction Set) yang didasarkan pada arsitektur von Neumann. Satu keuntungan penting dari mikrokontroler berbasis Harvard (RISC) adalah kenyataan bahwa keberadaan bus yang berbeda untuk set data dan instruksi memungkinkan pemisahan akses memori dan operasi unit Aritmatika dan logika (ALU). Ini mengurangi jumlah daya komputasi yang dibutuhkan oleh mikrokontroler dan itu mengarah pada pengurangan biaya, konsumsi daya yang rendah dan pembuangan panas yang membuatnya ideal untuk desain perangkat yang dioperasikan dengan baterai. Banyak ARM,Mikrokontroler AVR dan PIC didasarkan pada arsitektur Harvard. Contoh mikrokontroler yang menggunakan arsitektur Von Neumann termasuk 8051, zilog Z80 antara lain.
3. Ukuran Bit
Mikrokontroler dapat berupa 8bits, 16bits, 32bits dan 64bits yang merupakan ukuran bit maksimum saat ini yang dimiliki oleh mikrokontroler. Ukuran bit dari mikrokontroler mewakili ukuran "kata" yang digunakan dalam set instruksi mikrokontroler. Artinya dalam mikrokontroler 8 bit representasi setiap instruksi, alamat, variabel atau register membutuhkan waktu 8 bit. Salah satu implikasi utama dari ukuran bit adalah kapasitas memori mikrokontroler. Pada mikrokontroler 8 bit misalnya terdapat 255 lokasi memori unik yang ditentukan oleh ukuran bit sedangkan pada mikrokontroler 32 bit terdapat 4.294.967.295 lokasi memori unik, yang artinya semakin tinggi ukuran bit maka semakin tinggi jumlah unique memory lokasi memori tersedia untuk digunakan pada mikrokontroler. Produsen hari ini bagaimanapun,sedang mengembangkan cara untuk menyediakan akses ke lebih banyak lokasi memori ke mikrokontroler ukuran bit yang lebih kecil melalui paging dan pengalamatan, sehingga mikrokontroler 8bits menjadi 16 bit yang dapat dialamatkan tetapi ini cenderung mempersulit pemrograman untuk pengembang perangkat lunak yang disematkan.
Pengaruh ukuran bit mungkin lebih dialami saat mengembangkan firmware untuk mikrokontroler terutama untuk operasi aritmatika. Berbagai tipe data memiliki ukuran memori yang berbeda untuk ukuran bit mikrokontroler yang berbeda. Misalnya, menggunakan variabel yang dideklarasikan sebagai unsigned integer yang karena tipe datanya akan membutuhkan memori 16bits, dalam kode yang akan dieksekusi pada mikrokontroler 8bit akan menyebabkan hilangnya byte paling signifikan dalam data yang kadang-kadang dapat terjadi. sangat penting untuk pencapaian tugas yang dirancang untuk perangkat yang akan menggunakan mikrokontroler.
Oleh karena itu, penting untuk memilih mikrokontroler dengan ukuran bit yang sesuai dengan data yang akan diproses.
Mungkin penting untuk dicatat bahwa sebagian besar aplikasi saat ini berada di antara mikrokontroler 32 bit dan 16 bit karena kemajuan teknologi yang digabungkan pada chip ini.
4. Antarmuka Komunikasi
Komunikasi antara mikrokontroler dengan beberapa sensor dan aktuator yang akan digunakan untuk proyek tersebut mungkin memerlukan penggunaan antarmuka antara mikrokontroler dan sensor atau aktuator untuk memudahkan komunikasi. Ambil contoh untuk menghubungkan sensor analog ke mikrokontroler akan mengharuskan mikrokontroler memiliki cukup ADC (konverter analog ke digital) atau seperti yang saya sebutkan sebelumnya, memvariasikan kecepatan motor DC mungkin memerlukan penggunaan antarmuka PWM pada mikrokontroler. Jadi, penting untuk memastikan bahwa mikrokontroler yang akan dipilih memiliki cukup antarmuka yang diperlukan termasuk UART, SPI, I2C, dan lain-lain.
5. Tegangan Operasi
Tegangan operasi adalah tingkat tegangan di mana sistem dirancang untuk beroperasi. Ini juga merupakan level tegangan yang terkait dengan karakteristik tertentu dari sistem. Dalam perancangan perangkat keras, tegangan operasi kadang-kadang menentukan level logika di mana mikrokontroler berkomunikasi dengan komponen lain yang membentuk sistem.
Tingkat tegangan 5V dan 3.3V adalah tegangan operasi paling populer yang digunakan untuk mikrokontroler dan keputusan harus dibuat tentang tingkat tegangan mana yang akan digunakan selama proses pengembangan spesifikasi teknis perangkat. Menggunakan mikrokontroler dengan tegangan operasi 3.3V dalam desain perangkat di mana sebagian besar komponen eksternal, sensor, dan aktuator akan beroperasi pada level tegangan 5V tidak akan menjadi keputusan yang sangat cerdas karena akan ada kebutuhan untuk menerapkan level logika pemindah atau konverter untuk mengaktifkan pertukaran data antara mikrokontroler dan komponen lainnya dan ini akan meningkatkan biaya pembuatan dan keseluruhan biaya perangkat yang tidak perlu.
6. Jumlah Pin I / O
Banyaknya port input / output tujuan umum atau khusus dan (atau) pin yang dimiliki oleh mikrokontroler merupakan salah satu faktor terpenting yang mempengaruhi pemilihan mikrokontroler.
Jika mikrokontroler memiliki semua fitur lain yang disebutkan dalam artikel ini tetapi tidak memiliki cukup pin IO seperti yang dipersyaratkan oleh proyek, itu tidak dapat digunakan. Mikrokontroler harus memiliki pin PWM yang cukup misalnya, untuk mengontrol jumlah motor DC yang kecepatannya akan divariasikan oleh perangkat. Meskipun jumlah port I / O pada mikrokontroler dapat ditingkatkan dengan menggunakan register geser, ini tidak dapat digunakan untuk semua jenis aplikasi dan meningkatkan biaya perangkat yang digunakan. Oleh karena itu, lebih baik memastikan mikrokontroler yang akan dipilih untuk desain memiliki jumlah port I / O tujuan umum dan khusus yang diperlukan untuk proyek tersebut.
Satu hal penting lainnya yang perlu diingat saat menentukan jumlah pin I / O tujuan umum atau khusus yang diperlukan untuk suatu proyek, adalah peningkatan di masa mendatang yang dapat dilakukan untuk perangkat dan bagaimana peningkatan tersebut dapat memengaruhi jumlah pin I / O yg dibutuhkan.
7. Persyaratan Memori
Ada beberapa jenis memori yang terkait dengan mikrokontroler yang harus diperhatikan desainer saat membuat pilihan. Yang paling penting adalah RAM, ROM dan EEPROM. Jumlah dari masing-masing memori yang diperlukan ini mungkin sulit diperkirakan sampai digunakan, tetapi menilai jumlah pekerjaan yang diperlukan mikrokontroler, prediksi dapat dibuat. Perangkat memori yang disebutkan di atas membentuk data dan memori program mikrokontroler.
Memori program mikrokontroler menyimpan firmware untuk mikrokontroler sehingga pada saat dicabut daya dari mikrokontroler, firmware tidak hilang. Jumlah memori program yang dibutuhkan tergantung pada jumlah data seperti perpustakaan, tabel, file biner untuk gambar, dll yang diperlukan agar firmware berfungsi dengan benar.
Memori data di sisi lain digunakan selama run time. Semua variabel dan data yang dihasilkan sebagai hasil pemrosesan, di antara aktivitas lain selama run-time, disimpan dalam memori ini. Dengan demikian, kompleksitas komputasi yang akan terjadi selama run-time dapat digunakan untuk memperkirakan jumlah memori data yang dibutuhkan mikrokontroler.
8. Ukuran Paket
Ukuran paket mengacu pada faktor bentuk mikrokontroler. Mikrokontroler umumnya datang dalam paket mulai dari QFP, TSSOP, SOIC hingga SSOP dan paket DIP reguler yang memudahkan pemasangan pada papan tempat memotong roti untuk pembuatan prototipe. Sangat penting untuk merencanakan jauh-jauh hari pembuatan dan membayangkan paket mana yang terbaik.
9. Konsumsi Daya
Ini adalah salah satu faktor terpenting untuk dipertimbangkan ketika memilih mikrokontroler terutama ketika akan digunakan dalam aplikasi bertenaga baterai seperti perangkat IoT di mana mikrokontroler diharapkan memiliki daya serendah mungkin. Lembar data sebagian besar mikrokontroler berisi informasi tentang beberapa teknik berbasis perangkat keras dan (atau) perangkat lunak yang dapat digunakan untuk meminimalkan jumlah daya yang dikonsumsi oleh mikrokontroler dalam berbagai mode. Pastikan mikrokontroler yang Anda pilih memenuhi kebutuhan daya untuk proyek Anda.
10. Dukungan untuk Mikrokontroler
Penting mikrokontroler yang Anda pilih untuk bekerja memiliki dukungan yang cukup termasuk; contoh kode, desain referensi dan jika mungkin komunitas online yang besar. Bekerja dengan mikrokontroler untuk pertama kalinya mungkin memiliki tantangan yang berbeda dan memiliki akses ke sumber daya ini akan membantu Anda mengatasinya dengan cepat. Meskipun menggunakan mikrokontroler terbaru karena fitur-fitur baru yang keren di dalamnya adalah hal yang baik, disarankan untuk memastikan bahwa mikrokontroler telah ada setidaknya selama 3-4 bulan untuk memastikan sebagian besar masalah awal yang mungkin terkait dengan mikrokontroler akan terselesaikan karena berbagai pelanggan akan melakukan banyak pengujian mikrokontroler dengan aplikasi yang berbeda.
Penting juga untuk memilih mikrokontroler dengan perangkat evaluasi yang baik, sehingga Anda dapat dengan cepat mulai membuat prototipe dan menguji fitur dengan mudah. Kit evaluasi adalah cara yang baik untuk memperoleh pengalaman, membiasakan diri dengan rantai alat yang digunakan untuk pengembangan, dan menghemat waktu selama pengembangan perangkat.
Memilih mikrokontroler yang tepat untuk suatu proyek, akan terus menjadi masalah, setiap perancang perangkat keras harus menyelesaikannya dan sementara ada beberapa faktor lagi yang dapat mempengaruhi pilihan mikrokontroler, faktor-faktor yang disebutkan di atas adalah yang paling penting.