Plusieurs problèmes clés à prendre en compte dans la conception de matériel embarqué

Dans un projet de développement embarqué, vous devez d'abord effectuer une analyse de la demande, puis examiner de manière exhaustive l'analyse de la demande, voici quelques problèmes auxquels une attention particulière doit être accordée lors de la conception de matériel embarqué.

1, le choix du MCU

Lors du choix d'un MCU, tenez compte des fonctions que le MCU peut remplir, du prix du MCU, de la consommation d'énergie, de la tension d'alimentation, du niveau du port d'E / S, du nombre de broches et du package du MCU. La consommation d'énergie du MCU peut être trouvée à partir de ses paramètres de performances électriques. La tension d'alimentation a des modes d'alimentation ultra-basse tension de 5 V, 3,3 V et 1,8 V. Afin d'allouer raisonnablement les ressources d'E / S du MCU, une table d'allocation de broches peut être dessinée pendant la sélection du MCU pour une utilisation future de conception.

2, alimentation

Tenez compte des exigences d'alimentation des systèmes embarqués. Par exemple, les systèmes embarqués ont besoin de plusieurs sources d'alimentation, telles que 24 V, 12 V, 5 V ou 3,3 V, etc., et estimez la puissance ou le courant maximum (mA) dont chacun a besoin. Une certaine marge doit être prise en compte lors du calcul de la puissance totale de l'alimentation, qui peut être calculée selon la formule «puissance totale de l'alimentation = 2 × puissance totale de l'appareil».

Compte tenu de la demande de fluctuation de puissance des puces et des appareils. En règle générale, la plage de fluctuation de l'alimentation électrique autorisée est de ± 5%. La tension de référence de la puce de conversion A / N doit généralement être de ± 1%.

Conception matérielle intégrée

Vérifiez si le bloc d'alimentation en état de marche est un module d'alimentation ou un bloc d'alimentation externe.

3, port d'E / S ordinaire

Résistances pull-up et pull-down: envisagez d'utiliser des résistances pull-up / pull-down internes ou externes. La résistance pull-up / pull-down interne est généralement d'environ 700 Ω, ce qui ne convient pas au mode de faible consommation d'énergie. La résistance externe haut / bas peut être sélectionnée de 10KΩ à 1MΩ selon les besoins.

Entrée de commutation: doit s'assurer que les tensions haute et basse sont distinctes. Idéalement, le niveau haut est la tension d'alimentation et le niveau bas est le niveau du sol. Si le circuit externe ne peut pas distinguer correctement les niveaux haut et bas, mais qu'il existe toujours une grande différence de pression entre les niveaux haut et bas, envisagez d'utiliser la méthode d'acquisition A / N pour la conception et le traitement. Pour le point d'échantillonnage en mode de division de tension, la sélection de la résistance du diviseur de tension doit être prise en compte, de sorte que le courant traversant le port d'échantillonnage à ce point ne soit pas inférieur au courant d'entrée minimum d'échantillonnage, sinon l'échantillonnage ne peut pas être effectué.

Sortie de commutation: Le principe de base est de s'assurer que le niveau haut de sortie est proche de la tension d'alimentation et que le niveau bas est proche du niveau du sol. Le courant d'absorption du port E / S est généralement supérieur au courant de décharge. La meilleure façon de contrôler les composants à faible puissance est d'utiliser une commande de bas niveau. Dans des circonstances normales, si l'exigence de charge est inférieure à 10mA, elle peut être directement contrôlée par les broches de la puce; lorsque le courant est de 10 ~ 100mA, il peut être contrôlé par un transistor, et quand il est de 100mA ~ 1A, il peut être contrôlé par IC; un courant plus important convient au contrôle du relais, et il est recommandé de l'utiliser Puce d'isolation photoélectrique.

4, circuit A / D et circuit N / A

Circuit A / N: pour être clair sur les principes de base de l'échantillonnage frontal, utilisez différents circuits de collecte pour les capteurs de résistance, de courant et de tension. Si le signal collecté est faible, envisagez également comment amplifier le signal.

Circuit N / A: considérez le type de circuit de sortie utilisé par la broche MCU pour contrôler l'objet réel.

5. Circuit de commande

Le circuit de commande externe doit prêter attention à la redondance de la conception et aux contre-tests, et disposer de mesures d'isolation de signal appropriées. Lors de l'évaluation de la disposition de la conception, il est nécessaire de percer des trous de détection aux extrémités d'entrée et de sortie du composant pour faciliter la mesure lors du dépannage des erreurs.

Conception matérielle intégrée

6, considérez une faible consommation d'énergie

La conception basse consommation permet non seulement d'économiser de l'énergie, mais également de réduire le coût des modules d'alimentation et des systèmes de refroidissement. La réduction du courant réduit également les interférences du rayonnement électromagnétique et du bruit thermique. À mesure que la température de l'appareil diminue, la durée de vie de l'appareil est prolongée en conséquence. Pour obtenir une faible consommation d'énergie, les points suivants doivent être pris en compte:

Tous les signaux de bus ne doivent pas être tirés vers le haut. Il y a également des problèmes de consommation d'énergie avec les résistances pull-up et pull-down à prendre en compte. La résistance pull-up et pull-down tire un simple signal d'entrée, et le courant est inférieur à des dizaines de microampères. Mais en tirant un signal entraîné, son courant atteindra le niveau du milliampère. Il est donc nécessaire de considérer l'influence des résistances pull-up et pull-down sur la consommation électrique totale du système embarqué.

Ne suspendez pas les ports d'E / S inutilisés. S'ils sont vacants, un peu d'interférence de l'extérieur peut devenir un signal d'entrée qui oscille à plusieurs reprises, et la consommation d'énergie des périphériques MOS dépend essentiellement du nombre de retournements du circuit de porte.

La consommation d'énergie de certaines petites puces périphériques doit également être prise en compte. Il est difficile de déterminer la consommation d'énergie de la puce interne moins complexe, qui est principalement déterminée par le courant sur la broche. Par exemple, certaines broches de puce consomment moins de 1 mA lorsqu'il n'y a pas de charge, mais lorsque la charge augmente, cela peut consommer beaucoup d'énergie.

7, considérez le faible coût

Choisissez correctement la valeur de résistance et la valeur de capacité

Par exemple, une résistance pull-up, vous pouvez utiliser une résistance 4.5K-5.3K, vous pensez que vous choisissez un entier 5K, en fait, il n'y a pas de résistance 5K sur le marché, la plus proche est 4.99K (précision 1%), suivi de 5.1 K (précision de 5%), son coût est 4 fois et 2 fois supérieur à celui de 4,7K avec une précision de 20%. Les valeurs de résistance des résistances de précision à 20% ne sont que de 1, 1,5, 2,2, 3,3, 4,7, 6,8 (y compris les multiples entiers de 10); de même, les condensateurs de précision à 20% n'ont que les valeurs ci-dessus, si vous choisissez d'autres types La valeur doit utiliser une précision plus élevée, le coût sera doublé plusieurs fois, mais cela n'apportera aucun avantage.

Sélection des voyants lumineux

Quelle couleur doit choisir le voyant lumineux du panneau? Certaines personnes choisissent en fonction de la couleur. Par exemple, elles choisissent le bleu si elles aiment le bleu. Cependant, d'autres couleurs comme le rouge, le vert, le jaune et l'orange sont matures depuis des décennies, quelle que soit la taille (moins de 5 mm), et le prix est généralement inférieur à 50 cents, tandis que le bleu a été inventé au cours des trois ou quatre dernières années et que la technologie est mature. Le degré et la stabilité de l'offre sont tous deux médiocres, mais le prix est quatre ou cinq fois plus cher.

Ne choisissez pas le meilleur

Dans un système embarqué à haute vitesse, toutes les parties de celui-ci ne fonctionnent pas à haute vitesse, et chaque fois que la vitesse de l'appareil augmente d'un niveau, le prix double presque, et cela a également un impact négatif important sur les problèmes d'intégrité du signal.