Как проверить микроконтроллер на работоспособность: Как проверить микроконтроллер на работоспособность

Содержание

Как проверить микроконтроллер на работоспособность

В ремонте техники и сборке схем всегда нужно быть уверенным в исправности всех элементов, а иначе вы зря потратите время. Микроконтроллеры тоже могут сгореть, но как его проверить, если нет внешних признаков: трещин на корпусе, обугленных участков, запаха гари и прочего? Для этого нужно:

Источник питания со стабилизированным напряжением;

Внимание:

Полная проверка всех узлов микроконтроллера трудна – лучший способ заменить заведомо исправным, или на имеющийся прошить другой программный код и проверить его выполнение. При этом программа должна включать как проверку всех пинов (например, включение и отключение светодиодов через заданный промежуток времени), а также цепи прерываний и прочего.

Теория

Микроконтроллер – это сложное устройство в нём многофункциональных узлов:

интерфейсы и прочее.

Поэтому при диагностике микроконтроллера возникают проблемы:

Работа очевидных узлов не гарантирует работу остальных составных частей.

Прежде чем приступать к диагностике любой интегральной микросхемы нужно ознакомиться с технической документацией, чтобы её найти напишите в поисковике фразу типа: «название элемента datasheet», как вариант – «atmega328 datasheet».

На первых же листах вы увидите базовые сведения об элементе, для примера рассмотрим отдельные моменты из даташита на распространенную 328-ю атмегу, допустим, она у нас в dip28 корпусе, Нужно найти цоколевки микроконтроллеров в разных корпусах, рассмотрим интересующий нас dip28.

Первое на что мы обратим внимание – это то, что выводы 7 и 8 отвечают за плюс питания и общий провод. Теперь нам нужно узнать характеристики цепей питания и потребление микроконтроллера. Напряжение питания от 1.8 до 5.5 В, ток потребляемый в активном режиме – 0.2 мА, в режиме пониженного энергопотребления – 0.75 мкА, при этом включены 32 кГц часы реального времени. Температурный диапазон от -40 до 105 градусов цельсия.

Этих сведений нам достаточно, чтобы провести базовую диагностику.

Основные причины

Микроконтроллеры выходят из строя, как по неконтролируемым обстоятельствам, так и из-за неверного обращения:

1. Перегрев при работе.

2. Перегрев при пайке.

3. Перегрузка выводов.

4. Переполюсовка питания.

5. Статическое электричество.

6. Всплески в цепях питания.

7. Механические повреждения.

8. Воздействие влаги.

Рассмотрим подробно каждую из них:

1. Перегрев может возникнуть, если вы эксплуатируете устройство в горячем месте, или если вы свою конструкцию поместили в слишком маленький корпус. Температуру микроконтроллера может повысить и слишком плотный монтаж, неверная разводка печатной платы, когда рядом с ним находятся греющиеся элементы – резисторы, транзисторы силовых цепей, линейные стабилизаторы питания. Максимально допустимые температуры распространенных микроконтроллеров лежат в пределах 80-150 градусов цельсия.

2. Если паять слишком мощным паяльником или долго держать жало на ножках вы можете перегреть мк. Тепло через выводы дойдёт до кристалла и разрушит его или соединение его с пинами.

3. Перегрузка выводов возникает из-за неверных схемотехнических решений и коротких замыканий на землю.

4. Переполюсовка, т.е. подача на Vcc минуса питания, а на GND – плюса может быть следствием неправильной установки ИМС на печатную плату, или неверного подключения к программатору.

5. Статическое электричество может повредить чип, как при монтаже, если вы не используете антистатическую атрибутику и заземление, так и в процессе работы.

6. Если произошел сбой, пробило стабилизатор или еще по какой-то причине на микроконтроллер было подано напряжение выше допустимого – он вряд ли останется цел. Это зависит от продолжительности воздействия аварийной ситуации.

7. Также не стоит слишком усердствовать при монтаже детали или разборке устройства, чтобы не повредить ножки и корпус элемента.

8. Влага становится причиной окислов, приводит к потере контактов, короткого замыкания. Причем речь идет не только о прямом попадании жидкости на плату, но и о длительной работе в условиях с повышенной влажностью (возле водоёмов и в подвалах).

Проверяем микроконтроллер без инструментов

Начните с внешнего осмотра: корпус должен быть целым, пайка выводов должна быть безупречной, без микротрещин и окислов. Это можно сделать даже с помощью обычного увеличительного стекла.

Если устройство вообще не работает – проверьте температуру микроконтроллера, если он сильно нагружен, он может греться, но не обжигать, т.е. температура корпуса должна быть такой, чтобы палец терпел при долгом удерживании. Больше без инструмента вы ничего не сделаете.

Проверка мультиметром

Проверьте, приходит ли напряжение на выводы Vcc и Gnd. Если напряжение в норме нужно замерить ток, для этого удобно разрезать дорожку, ведущую к выводу питания Vcc, тогда вы сможете локализоровать измерения до конкретной микросхемы, без влияния параллельно подключенных элементов.

Не забудьте зачистить покрытие платы до медного слоя в том месте, где будете прикасаться щупом. Если разрезать аккуратно, восстановить дорожку можно каплей припоя, или кусочком меди, например из обмотки трансформатора.

Как вариант можно запитать микроконтроллер от внешнего источника питания 5В (или другого подходящего напряжения), и замерить потребление, но дорожку резать все равно нужно, чтобы исключить влияние других элементов.

Для проведения всех измерений нам достаточно сведений из даташита. Не будет лишним посмотреть, на какое напряжение рассчитан стабилизатор питания для микроконтроллера. Дело в том, что разные микроконтроллерные схемы питаются от разных напряжений, это может быть и 3.3В, и 5В и другие. Напряжение может присутствовать, но не соответствовать номиналу.

Если напряжения нет – проверьте, нет ли КЗ в цепи питания, и на остальных ножках. Чтобы быстро это сделать отключите питание платы, включите мультиметр в режим прозвонки, поставьте один щуп на общий провод платы (массу).

Обычно она проходит по периметру платы, а на местах крепления с корпусом имеются залуженные площадки или на корпусах разъёмов. А вторым проведите по всем выводам микросхемы. Если он где-то запищит – проверьте что это за пин, прозвонка должна сработать на выводе GND (8-й вывод на atmega328).

Если не сработала – возможно, оборвана цепь между микроконтроллером и общим проводом. Если сработала на других ножках – смотрите по схеме, нет ли низкоомных сопротивлений между пином и минусом. Если нет – нужно выпаять микроконтроллер и прозвонить повторно. То же самое проверяем, но теперь между плюсом питания (с 7-м выводом) и выводами микроконтроллера. При желании прозваниваются все ножки между собой и проверяется схема подключения.

Проверка осциллографом

Осциллограф – глаза электронщика. С его помощью вы можете проверить наличие генерации на резонаторе. Он подключается между выводами XTAL1,2 (ножки 9 и 10).

Но щуп осциллографа имеет ёмкость, обычно 100 пФ, если установить делитель на 10 ёмкость щупа снизится до 20 пФ. Это вносит изменения в сигнал. Но для проверки работоспособности это не столь существенно, нам нужно увидеть есть ли колебания вообще. Сигнал должен иметь форму наподобие этой, и частоту соответствующую конкретному экземпляру.

Если в схеме используется внешняя память, то проверить можно очень легко. На линии обмена данными должны быть пачки прямоугольных импульсов.

Это значит, что микроконтроллер исправно выполняет код и обменивается информацией с памятью.

Используем программатор

Если выпаятьмикроконтроллер и подключить его к программатору можно проверить его реакцию. Для этого в программе на ПК нажмите кнопку Read, после чего вы увидите ID программатора, на AVR можно попробовать читать фьюзы. Если нет защиты от чтения, вы можете считать дамп прошивки, загрузить другую программу, проверить работу на известном вам коде.Это эффективный и простой способ диагностики неисправностей микроконтроллера.

Программатор может быть как специализированным, типа USBASP для семейства АВР:

Так и универсальный, типа Miniprog.

Схема подключения USBASP к atmega 328:

Заключение

Как таковая проверка микроконтроллера не отличается от проверки любой другой микросхемы, разве что у вас появляется возможность использовать программатор и считать информацию микроконтроллера. Так вы убедитесь в его возможности взаимосвязи с ПК. Тем не менее, случаются неисправности, которые нельзя детектировать таким образом.

Вообще управляющее устройство редко выходит из строя, чаще проблема заключается в обвязке, поэтому не стоит сразу же лезть к микроконтроллеру со всем инструментарием, проверьте всю схему, чтобы не получить проблем с последующей прошивкой.

Не все знают, как проверить микросхему на работоспособность мультиметром. Даже при наличии прибора не всегда удается это сделать. Бывает, выявить причину неисправности легко, но иногда на это уходит много времени, и в итоге нет никаких результатов. Приходится заменять микросхему.

Способы проверки

Проверка микросхем — это трудный, иногда невыполнимый процесс. Все дело в сложности микросхемы, которая состоит из огромного количества различных элементов.

Есть три основных способа, как проверить микросхему, не выпаивая, мультиметром или без него:

  1. Внешний осмотр микросхемы. Если внимательно на нее посмотреть и изучить каждый элемент, то не исключено, что удастся найти какой-либо видимый дефект. Это может быть, например, перегоревший контакт (возможно, даже не один). Также при проведении внешнего осмотра микросхемы можно обнаружить трещину на корпусе. При таком способе проверки микросхемы нет необходимости пользоваться специальным устройством мультиметром. Если дефекты видны невооруженным глазом, можно обойтись и без приспособлений.
  2. Проверка микросхемы с использованием мультиметра. Если причиной выхода из строя детали стало короткое замыкание, то можно решить проблему, заменив элемент питания.
  3. Выявление нарушений в работе выходов. Если у микросхемы есть не один, а сразу несколько выходов, и если хотя бы один из них работает некорректно или вовсе не работает, то это отразится на работоспособности всей микросхемы.

Разумеется, самым простым способом проверки микросхемы является первый из вышеописанных: то есть осмотр детали. Для этого достаточно внимательно посмотреть сначала на одну ее сторону, а затем на другую, и попытаться заметить какие-то дефекты. Самый же сложный способ — проверка с помощью мультиметра.

Влияние разновидности микросхем

Сложность проверки во многом зависит не только от способа, но и от самих схем. Ведь эти детали электронно-вычислительных устройств хоть и имеют один и тот же принцип построения, но нередко сильно отличаются друг от друга.

Например:

  1. Наиболее простыми для проверки являются схемы, относящиеся к серии «КР142″. Они имеют только 3 вывода, следовательно, как только на один из входов подается какое-либо напряжение, можно использовать проверяющий прибор на выходе. Сразу же после этого можно делать выводы о работоспособности.
  2. Более сложными типами являются «К155″, «К176″. Чтобы их проверить, приходится применять колодку, а также источник тока с определенным показателем напряжения, который специально подбирается под микросхему. Суть проверки такая же, как и в первом варианте. Необходимо лишь на вход подать напряжение, а затем посредством мультиметра проверить показатели на выходе.
  3. Если же необходимо провести более сложную проверку — такую, для которой простой мультиметр уже не годится, на помощь радиоэлектронщикам приходят специальные тестеры для схем. Способ называется прозвонить микросхему мультиметром-тестером. Такие устройства можно либо изготовить самостоятельно, либо купить в готовом виде. Тестеры помогают определить, работает ли тот или иной узел схемы. Данные, получаемые при проведении проверки, как правило, выводятся на экран устройства.

Важно помнить, что подаваемое на микросхему (микроконтроллер) напряжение не должно превышать норму или, наоборот, быть меньше необходимого уровня. Предварительную проверку можно провести на специально подготовленной проверочной плате.

Нередко после тестирования микросхемы приходится удалять некоторые ее радиоэлементы. При этом каждый из узлов должен быть проверен отдельно.

Работоспособность транзисторов

Перед проверкой радиодетали мультиметром, не выпаивая, нужно обязательно определить, к каким из двух типов относится транзистор — полевым или биполярным. Если к первым, то можно применять следующий способ проверки:

  1. Установить прибор в режим «прозвонки», а затем использовать красный щуп, подключая его к проверяемому элементу. Другой — черный — щуп должен быть приставлен к выводу коллектора.
  2. Сразу после выполнения этих несложных действий на экране устройства появится число, которое будет обозначать пробивное напряжение. Аналогичный уровень можно будет увидеть и при проведении «прозвона» электрической цепи, заключенной между эмиттером и базой. Важно при этом не перепутать щупы: красный должен соприкасаться с базой, а черный — с эмиттером.
  3. Далее можно проверять все эти же выходы транзистора, но уже в обратном подключении: нужно будет поменять местами красный и черный щупы. Если транзистор работает хорошо, то на экране мультиметра должна быть показана цифра «1″, которая говорит о том, что сопротивление в сети является бесконечно большим.

Если транзистор является биполярным, то щупы должны меняться местами. Разумеется, цифры на экране прибора в этом случае будут обратные.

Конденсаторы, резисторы и диоды

Работоспособность конденсатора микросхемы также проверяется путем прикладывания щупов к его выходам. За очень короткий промежуток времени значение показываемого прибором сопротивления должно увеличиться от нескольких единиц до бесконечности. При изменении мест щупов должен наблюдаться тот же самый процесс.

Чтобы узнать, работает ли резистор схемы, необходимо определить его сопротивление. Значение этой характеристики должно быть больше нуля, однако не являться бесконечно большим. Если при проверке на дисплее прибора отображается не ноль и не бесконечность, значит, резистор работает корректно.

Не отличается особой сложностью и процесс проверки диодов. Сначала нужно определить сопротивление между катодом и анодом в одной последовательности, а затем, поменяв местоположение черного и красного щупов прибора, в другой. Об исправности диода будет говорить стремление отображаемого на экране числа к бесконечности в одном из этих двух случаев и нахождение его на отметке в несколько единиц — в другом.

Индуктивность, тиристор и стабилитрон

Проверяя микросхему на наличие неисправностей, возможно, придется также использовать мультиметр на катушке с током. Если где-то ее провод оборван, то прибор обязательно даст об этом знать. Главное, конечно, правильно его применить.

Все, что необходимо сделать для проверки катушки — замерить ее сопротивление: оно не должно быть бесконечным. Стоит помнить, что не каждый из имеющихся сегодня в продаже мультиметров может проверять индуктивность. Если нужно определить, является ли исправным такой элемент микросхемы, как тиристор, то следует выполнить следующие действия:

  1. Сначала соединить красный щуп с анодом, а черный, соответственно, с катодом. Сразу после этого на экране прибора появится информация о том, что сопротивление стремится к бесконечности.
  2. Выполнить соединение управляющего электрода с анодом и смотреть за тем, как значение сопротивления будет падать от бесконечности до нескольких единиц.
  3. Как только процесс падения завершится, можно отсоединять друг от друга анод и электрод. В результате этого отображаемое на экране мультиметра сопротивление должно остаться прежним, то есть равным нескольким Ом.

Если при проверке все будет именно так, значит, тиристор работает правильно, никаких неисправностей у него нет.

Чтобы проверить стабилитрон, нужно его анод соединить с резистором, а затем включить ток и постепенно поднимать его. На экране прибора должен отображаться постепенный рост напряжения. Через некоторое время этот показатель останавливается в какой-то точке и прекращает увеличиваться, даже если проверяющий по-прежнему увеличивает его посредством блока питания. Если рост напряжения прекратился, значит, проверяемый элемент микросхемы работает правильно.

Проверка микросхемы на исправность — это процесс, который требует серьезного подхода. Иногда можно обойтись без специального прибора и попробовать обнаружить дефекты визуально, используя для этого, например, увеличительное стекло.

Не все знают, как проверить микросхему на работоспособность мультиметром. Даже при наличии прибора не всегда удается это сделать. Бывает, выявить причину неисправности легко, но иногда на это уходит много времени, и в итоге нет никаких результатов. Приходится заменять микросхему.

Способы проверки

Проверка микросхем — это трудный, иногда невыполнимый процесс. Все дело в сложности микросхемы, которая состоит из огромного количества различных элементов.

Есть три основных способа, как проверить микросхему, не выпаивая, мультиметром или без него:

  1. Внешний осмотр микросхемы. Если внимательно на нее посмотреть и изучить каждый элемент, то не исключено, что удастся найти какой-либо видимый дефект. Это может быть, например, перегоревший контакт (возможно, даже не один). Также при проведении внешнего осмотра микросхемы можно обнаружить трещину на корпусе. При таком способе проверки микросхемы нет необходимости пользоваться специальным устройством мультиметром. Если дефекты видны невооруженным глазом, можно обойтись и без приспособлений.
  2. Проверка микросхемы с использованием мультиметра. Если причиной выхода из строя детали стало короткое замыкание, то можно решить проблему, заменив элемент питания.
  3. Выявление нарушений в работе выходов. Если у микросхемы есть не один, а сразу несколько выходов, и если хотя бы один из них работает некорректно или вовсе не работает, то это отразится на работоспособности всей микросхемы.

Разумеется, самым простым способом проверки микросхемы является первый из вышеописанных: то есть осмотр детали. Для этого достаточно внимательно посмотреть сначала на одну ее сторону, а затем на другую, и попытаться заметить какие-то дефекты. Самый же сложный способ — проверка с помощью мультиметра.

Влияние разновидности микросхем

Сложность проверки во многом зависит не только от способа, но и от самих схем. Ведь эти детали электронно-вычислительных устройств хоть и имеют один и тот же принцип построения, но нередко сильно отличаются друг от друга.

Например:

  1. Наиболее простыми для проверки являются схемы, относящиеся к серии «КР142″. Они имеют только 3 вывода, следовательно, как только на один из входов подается какое-либо напряжение, можно использовать проверяющий прибор на выходе. Сразу же после этого можно делать выводы о работоспособности.
  2. Более сложными типами являются «К155″, «К176″. Чтобы их проверить, приходится применять колодку, а также источник тока с определенным показателем напряжения, который специально подбирается под микросхему. Суть проверки такая же, как и в первом варианте. Необходимо лишь на вход подать напряжение, а затем посредством мультиметра проверить показатели на выходе.
  3. Если же необходимо провести более сложную проверку — такую, для которой простой мультиметр уже не годится, на помощь радиоэлектронщикам приходят специальные тестеры для схем. Способ называется прозвонить микросхему мультиметром-тестером. Такие устройства можно либо изготовить самостоятельно, либо купить в готовом виде. Тестеры помогают определить, работает ли тот или иной узел схемы. Данные, получаемые при проведении проверки, как правило, выводятся на экран устройства.

Важно помнить, что подаваемое на микросхему (микроконтроллер) напряжение не должно превышать норму или, наоборот, быть меньше необходимого уровня. Предварительную проверку можно провести на специально подготовленной проверочной плате.

Нередко после тестирования микросхемы приходится удалять некоторые ее радиоэлементы. При этом каждый из узлов должен быть проверен отдельно.

Работоспособность транзисторов

Перед проверкой радиодетали мультиметром, не выпаивая, нужно обязательно определить, к каким из двух типов относится транзистор — полевым или биполярным. Если к первым, то можно применять следующий способ проверки:

  1. Установить прибор в режим «прозвонки», а затем использовать красный щуп, подключая его к проверяемому элементу. Другой — черный — щуп должен быть приставлен к выводу коллектора.
  2. Сразу после выполнения этих несложных действий на экране устройства появится число, которое будет обозначать пробивное напряжение. Аналогичный уровень можно будет увидеть и при проведении «прозвона» электрической цепи, заключенной между эмиттером и базой. Важно при этом не перепутать щупы: красный должен соприкасаться с базой, а черный — с эмиттером.
  3. Далее можно проверять все эти же выходы транзистора, но уже в обратном подключении: нужно будет поменять местами красный и черный щупы. Если транзистор работает хорошо, то на экране мультиметра должна быть показана цифра «1″, которая говорит о том, что сопротивление в сети является бесконечно большим.

Если транзистор является биполярным, то щупы должны меняться местами. Разумеется, цифры на экране прибора в этом случае будут обратные.

Конденсаторы, резисторы и диоды

Работоспособность конденсатора микросхемы также проверяется путем прикладывания щупов к его выходам. За очень короткий промежуток времени значение показываемого прибором сопротивления должно увеличиться от нескольких единиц до бесконечности. При изменении мест щупов должен наблюдаться тот же самый процесс.

Чтобы узнать, работает ли резистор схемы, необходимо определить его сопротивление. Значение этой характеристики должно быть больше нуля, однако не являться бесконечно большим. Если при проверке на дисплее прибора отображается не ноль и не бесконечность, значит, резистор работает корректно.

Не отличается особой сложностью и процесс проверки диодов. Сначала нужно определить сопротивление между катодом и анодом в одной последовательности, а затем, поменяв местоположение черного и красного щупов прибора, в другой. Об исправности диода будет говорить стремление отображаемого на экране числа к бесконечности в одном из этих двух случаев и нахождение его на отметке в несколько единиц — в другом.

Индуктивность, тиристор и стабилитрон

Проверяя микросхему на наличие неисправностей, возможно, придется также использовать мультиметр на катушке с током. Если где-то ее провод оборван, то прибор обязательно даст об этом знать. Главное, конечно, правильно его применить.

Все, что необходимо сделать для проверки катушки — замерить ее сопротивление: оно не должно быть бесконечным. Стоит помнить, что не каждый из имеющихся сегодня в продаже мультиметров может проверять индуктивность. Если нужно определить, является ли исправным такой элемент микросхемы, как тиристор, то следует выполнить следующие действия:

  1. Сначала соединить красный щуп с анодом, а черный, соответственно, с катодом. Сразу после этого на экране прибора появится информация о том, что сопротивление стремится к бесконечности.
  2. Выполнить соединение управляющего электрода с анодом и смотреть за тем, как значение сопротивления будет падать от бесконечности до нескольких единиц.
  3. Как только процесс падения завершится, можно отсоединять друг от друга анод и электрод. В результате этого отображаемое на экране мультиметра сопротивление должно остаться прежним, то есть равным нескольким Ом.

Если при проверке все будет именно так, значит, тиристор работает правильно, никаких неисправностей у него нет.

Чтобы проверить стабилитрон, нужно его анод соединить с резистором, а затем включить ток и постепенно поднимать его. На экране прибора должен отображаться постепенный рост напряжения. Через некоторое время этот показатель останавливается в какой-то точке и прекращает увеличиваться, даже если проверяющий по-прежнему увеличивает его посредством блока питания. Если рост напряжения прекратился, значит, проверяемый элемент микросхемы работает правильно.

Проверка микросхемы на исправность — это процесс, который требует серьезного подхода. Иногда можно обойтись без специального прибора и попробовать обнаружить дефекты визуально, используя для этого, например, увеличительное стекло.

022-Тестовая прошивка для AVR микроконтроллеров (проверка работоспособности портов).

Вот и пришло время для первой прошивки. Данная прошивка является тестовой. Она не производит ни каких полезных действий, кроме дрыганья ножками по определенному алгоритму. Этой прошивкой можно проверить работоспособность всего микроконтроллера и портов ввода-вывода в частности.
Чтобы проверить микроконтроллер необходимо загрузить прошивку и посмотреть, что происходит на ножках. «Смотреть» можно или мультиметром, или простым пробником – светодиод последовательно с резистором 300 Ом – 1 кОм. Без резистора проверять не стоит – можно спалить порт ввода-вывода. Уровни сигналов на ножках меняются с «1» через «Z»-состояние в «0» и обратно. «Z» состояние введено в последовательность для контроля работоспособности порта в режиме входа.

Тестовая прошивка для микроконтроллера ATMega48/88/168.
Алгоритм работы прошивки ATMega48/88/168 показан на картинке (микроконтроллер установлен на макетной плате ATMega48/88/168, описанной ранее).

Микроконтроллер работает от внутреннего генератора, поэтому нет необходимости во внешнем кварце. Ножки 9 и 10 (подключение внешнего кварца) не задействованы, на случай если там окажется внешний кварц. Также не задействованы ножки 1 (сброс) и 21(опорное напряжение для АЦП). Проверить работоспособность можно двумя способами (смотри рисунок) – смотреть изменение уровня сигналов относительно земли (GND) или относительно ножки питания (VCC).
022-M48.HEX V1.0 [277 bytes] - Тестовая прошивка для ATMega48/88/168

Фьюзы для тестовой прошивки ATMega48/88/168

Как прошить микроконтроллер >

Тестовая прошивка для микроконтроллера ATTiny2313.
Алгоритм работы прошивки ATTiny2313 показан на картинке (микроконтроллер установлен на макетной плате ATTiny2313, описанной ранее).

Микроконтроллер работает от внутреннего генератора, поэтому нет необходимости во внешнем. Ножки 4 и 5 (подключение внешнего кварца) не задействованы на случай если там окажется внешний кварц. Также не задействована ножка 1 (сброс). Проверить работоспособность можно двумя способами – смотреть изменение уровня сигналов относительно земли (GND) и относительно ножки питания (VCC).
022-T2313.HEX V1.0 [259 bytes] - Тестовая прошивка для ATTiny2313

Фьюзы для тестовой прошики ATTiny2313

Как прошить микроконтроллер >

Тестовая прошивка для микроконтроллера ATTiny13.
Алгоритм работы прошивки ATTiny13 показан на картинке (микроконтроллер установлен на макетной плате ATTiny13, описанной ранее).

Микроконтроллер работает от внутреннего генератора (внешний большая роскошь для этого микроконтроллера, поэтому даже не рассматриваем). Естественно, не задействована ножка 1 (сброс). Проверяем работоспособность так же, как и у предыдущих микроконтроллеров.
022-T13.HEX V1.0 [240 bytes] - Тестовая прошивка для ATTiny13

Фьюзы для тестовой прошики ATTiny13

Как прошить микроконтроллер >

Проверка работоспособности «Z»-состояния портов ввода-вывода.

«Z»-состояние это состояние когда ножка сконфигурирована на вход и на ней нет ни какого уровня (она как-бы болтается в воздухе ни к чему не подключена). Для того чтобы проконтролировать наличие такого состояния можно воспользоваться резисторным делителем. При уровне «1» на делителе будет напряжение питания +5v, при уровне «0» – земля 0v, а при «Z»-состоянии порт ввода-вывода перестанет вмешиваться в работу делителя и он поделит напряжение питания и мы получим +2.5v.

ФАЙЛЫ:
022-AVR-tests - Исходники тестовых прошивок

ATMega48/88/168, ATTiny13, ATTiny2313, Начинающим, Отладка

Как проверить конденсатор самым простым, дешевым мультиметром

Как проверить обычным мультиметром исправность конденсатора?

Итак, у вас есть проблема — нужно проверить исправность конденсатора, но подходящего измерительного прибора с функцией измерения емкости под рукой нет. Что же делать? Бежать в магазин и купить нужный мультиметр? Если вы будете постоянно иметь дело с измерением емкости и проверкой конденсаторов, такой шаг будет более чем оправдан, но для разовой, простой проверки подойдет и обычный, самый простой прибор.

Так что давайте узнаем, как можно проверить работоспособность конденсатора с помощью данного измерительного прибора, который вообще не имеет функции измерения емкости конденсаторов. Единственный недостаток этого способа — измерение емкости конденсатора таким способом просто невозможно.

Так что же нужно делать?

Начнем проверку. Представим, что вы уже разобрали прибор или устройство на котором нужно проверить конденсаторы, или же они и вовсе отпаяны. С последними работать будет даже проще. Но если конденсаторы нужно только проверить, лучше не выпаивать их с устройства. Особенно если сомневаетесь, что получится их выпаять и припаять на место.

  • Итак, включаем мультиметр в режим измерения сопротивления. При этом выставляем самый высокий предел.

  • Неважно, выпаян конденсатор или находится на плате — главное подключить щупы к выводам конденсатора. Но некоторые радиолюбители советуют отпаять хотя бы одну ножку конденсатора, чтобы устранить «паразитные помехи» прочих компонентов сети.

  • Теперь наблюдаем за показаниями. На экране устройства вы увидите, что сопротивление конденсатора постепенно возрастает. Если это так — конденсатор исправен.
Как это работает?

Когда конденсатор набирает заряд его сопротивление, соответственно, растет. Если вы наблюдаете рост сопротивления, значит, конденсатор заряжается. При измерении сопротивления мультиметры подают через щупы определенное, фиксированное напряжение. Именно оно и заряжает конденсатор. Если сопротивление остается постоянным — конденсатор пробит и не набирает заряд.

Для такой вот проверки конденсатора годиться любая модель, которая может измерять сопротивление. Это может быть как универсальный цифровой прибор, так и простой, аналоговый измеритель. Но вот снимать данные простым, аналоговым инструментом интереснее.

  • Аналоговый мультиметр должен быть включен в режим измерения сопротивления. Можно выбрать средний диапазон.
  • Как и в случае с цифровым, дотроньтесь щупами к контактам конденсатора.
  • Наблюдайте за стрелкой. Она будет до определенного момента ползти вверх, а потом падать назад. Если это происходит, значит, конденсатор заряжается и разряжается.
Как видите, все достаточно просто!

Стоит заметить, что мультиметры не смогут измерить емкость конденсатора. Хотя в большинстве случаев достаточно просто проверить работоспособность компонента.

Поделиться в соцсетях

Как прозванивать мультиметром микросхему - Армия и оружие

В ремонте техники и сборке схем всегда нужно быть уверенным в исправности всех элементов, а иначе вы зря потратите время. Микроконтроллеры тоже могут сгореть, но как его проверить, если нет внешних признаков: трещин на корпусе, обугленных участков, запаха гари и прочего? Для этого нужно:

Источник питания со стабилизированным напряжением;

Внимание:

Полная проверка всех узлов микроконтроллера трудна – лучший способ заменить заведомо исправным, или на имеющийся прошить другой программный код и проверить его выполнение. При этом программа должна включать как проверку всех пинов (например, включение и отключение светодиодов через заданный промежуток времени), а также цепи прерываний и прочего.

Теория

Микроконтроллер – это сложное устройство в нём многофункциональных узлов:

интерфейсы и прочее.

Поэтому при диагностике микроконтроллера возникают проблемы:

Работа очевидных узлов не гарантирует работу остальных составных частей.

Прежде чем приступать к диагностике любой интегральной микросхемы нужно ознакомиться с технической документацией, чтобы её найти напишите в поисковике фразу типа: «название элемента datasheet», как вариант – «atmega328 datasheet».

На первых же листах вы увидите базовые сведения об элементе, для примера рассмотрим отдельные моменты из даташита на распространенную 328-ю атмегу, допустим, она у нас в dip28 корпусе, Нужно найти цоколевки микроконтроллеров в разных корпусах, рассмотрим интересующий нас dip28.

Первое на что мы обратим внимание – это то, что выводы 7 и 8 отвечают за плюс питания и общий провод. Теперь нам нужно узнать характеристики цепей питания и потребление микроконтроллера. Напряжение питания от 1.8 до 5.5 В, ток потребляемый в активном режиме – 0.2 мА, в режиме пониженного энергопотребления – 0.75 мкА, при этом включены 32 кГц часы реального времени. Температурный диапазон от -40 до 105 градусов цельсия.

Этих сведений нам достаточно, чтобы провести базовую диагностику.

Основные причины

Микроконтроллеры выходят из строя, как по неконтролируемым обстоятельствам, так и из-за неверного обращения:

1. Перегрев при работе.

2. Перегрев при пайке.

3. Перегрузка выводов.

4. Переполюсовка питания.

5. Статическое электричество.

6. Всплески в цепях питания.

7. Механические повреждения.

8. Воздействие влаги.

Рассмотрим подробно каждую из них:

1. Перегрев может возникнуть, если вы эксплуатируете устройство в горячем месте, или если вы свою конструкцию поместили в слишком маленький корпус. Температуру микроконтроллера может повысить и слишком плотный монтаж, неверная разводка печатной платы, когда рядом с ним находятся греющиеся элементы – резисторы, транзисторы силовых цепей, линейные стабилизаторы питания. Максимально допустимые температуры распространенных микроконтроллеров лежат в пределах 80-150 градусов цельсия.

2. Если паять слишком мощным паяльником или долго держать жало на ножках вы можете перегреть мк. Тепло через выводы дойдёт до кристалла и разрушит его или соединение его с пинами.

3. Перегрузка выводов возникает из-за неверных схемотехнических решений и коротких замыканий на землю.

4. Переполюсовка, т.е. подача на Vcc минуса питания, а на GND – плюса может быть следствием неправильной установки ИМС на печатную плату, или неверного подключения к программатору.

5. Статическое электричество может повредить чип, как при монтаже, если вы не используете антистатическую атрибутику и заземление, так и в процессе работы.

6. Если произошел сбой, пробило стабилизатор или еще по какой-то причине на микроконтроллер было подано напряжение выше допустимого – он вряд ли останется цел. Это зависит от продолжительности воздействия аварийной ситуации.

7. Также не стоит слишком усердствовать при монтаже детали или разборке устройства, чтобы не повредить ножки и корпус элемента.

8. Влага становится причиной окислов, приводит к потере контактов, короткого замыкания. Причем речь идет не только о прямом попадании жидкости на плату, но и о длительной работе в условиях с повышенной влажностью (возле водоёмов и в подвалах).

Проверяем микроконтроллер без инструментов

Начните с внешнего осмотра: корпус должен быть целым, пайка выводов должна быть безупречной, без микротрещин и окислов. Это можно сделать даже с помощью обычного увеличительного стекла.

Если устройство вообще не работает – проверьте температуру микроконтроллера, если он сильно нагружен, он может греться, но не обжигать, т.е. температура корпуса должна быть такой, чтобы палец терпел при долгом удерживании. Больше без инструмента вы ничего не сделаете.

Проверка мультиметром

Проверьте, приходит ли напряжение на выводы Vcc и Gnd. Если напряжение в норме нужно замерить ток, для этого удобно разрезать дорожку, ведущую к выводу питания Vcc, тогда вы сможете локализоровать измерения до конкретной микросхемы, без влияния параллельно подключенных элементов.

Не забудьте зачистить покрытие платы до медного слоя в том месте, где будете прикасаться щупом. Если разрезать аккуратно, восстановить дорожку можно каплей припоя, или кусочком меди, например из обмотки трансформатора.

Как вариант можно запитать микроконтроллер от внешнего источника питания 5В (или другого подходящего напряжения), и замерить потребление, но дорожку резать все равно нужно, чтобы исключить влияние других элементов.

Для проведения всех измерений нам достаточно сведений из даташита. Не будет лишним посмотреть, на какое напряжение рассчитан стабилизатор питания для микроконтроллера. Дело в том, что разные микроконтроллерные схемы питаются от разных напряжений, это может быть и 3.3В, и 5В и другие. Напряжение может присутствовать, но не соответствовать номиналу.

Если напряжения нет – проверьте, нет ли КЗ в цепи питания, и на остальных ножках. Чтобы быстро это сделать отключите питание платы, включите мультиметр в режим прозвонки, поставьте один щуп на общий провод платы (массу).

Обычно она проходит по периметру платы, а на местах крепления с корпусом имеются залуженные площадки или на корпусах разъёмов. А вторым проведите по всем выводам микросхемы. Если он где-то запищит – проверьте что это за пин, прозвонка должна сработать на выводе GND (8-й вывод на atmega328).

Если не сработала – возможно, оборвана цепь между микроконтроллером и общим проводом. Если сработала на других ножках – смотрите по схеме, нет ли низкоомных сопротивлений между пином и минусом. Если нет – нужно выпаять микроконтроллер и прозвонить повторно. То же самое проверяем, но теперь между плюсом питания (с 7-м выводом) и выводами микроконтроллера. При желании прозваниваются все ножки между собой и проверяется схема подключения.

Проверка осциллографом

Осциллограф – глаза электронщика. С его помощью вы можете проверить наличие генерации на резонаторе. Он подключается между выводами XTAL1,2 (ножки 9 и 10).

Но щуп осциллографа имеет ёмкость, обычно 100 пФ, если установить делитель на 10 ёмкость щупа снизится до 20 пФ. Это вносит изменения в сигнал. Но для проверки работоспособности это не столь существенно, нам нужно увидеть есть ли колебания вообще. Сигнал должен иметь форму наподобие этой, и частоту соответствующую конкретному экземпляру.

Если в схеме используется внешняя память, то проверить можно очень легко. На линии обмена данными должны быть пачки прямоугольных импульсов.

Это значит, что микроконтроллер исправно выполняет код и обменивается информацией с памятью.

Используем программатор

Если выпаятьмикроконтроллер и подключить его к программатору можно проверить его реакцию. Для этого в программе на ПК нажмите кнопку Read, после чего вы увидите ID программатора, на AVR можно попробовать читать фьюзы. Если нет защиты от чтения, вы можете считать дамп прошивки, загрузить другую программу, проверить работу на известном вам коде.Это эффективный и простой способ диагностики неисправностей микроконтроллера.

Программатор может быть как специализированным, типа USBASP для семейства АВР:

Так и универсальный, типа Miniprog.

Схема подключения USBASP к atmega 328:

Заключение

Как таковая проверка микроконтроллера не отличается от проверки любой другой микросхемы, разве что у вас появляется возможность использовать программатор и считать информацию микроконтроллера. Так вы убедитесь в его возможности взаимосвязи с ПК. Тем не менее, случаются неисправности, которые нельзя детектировать таким образом.

Вообще управляющее устройство редко выходит из строя, чаще проблема заключается в обвязке, поэтому не стоит сразу же лезть к микроконтроллеру со всем инструментарием, проверьте всю схему, чтобы не получить проблем с последующей прошивкой.

В жизни каждого домашнего мастера, умеющего держать в руках паяльник и пользоваться мультиметром, наступает момент, когда поломалась какая-то сложная электронная техника и он стоит перед выбором: сдать на ремонт в сервис или попытаться отремонтировать самостоятельно. В этой статье мы разберем приемы, которые могут помочь ему в этом.

Итак, у вас сломалась какая-либо техника, например ЖК телевизор, с чего нужно начать ремонт? Все мастера знают, что начинать ремонт надо не с измерений, или даже сходу перепаивать ту деталь, которая вызвала подозрение в чем-либо, а с внешнего осмотра. В это входит не только осмотр внешнего вида плат телевизора, сняв его крышку, на предмет подгоревших радиодеталей, вслушивание с целью услышать высокочастотный писк либо щелканье.

Включаем в сеть прибор

Для начала нужно просто включить телевизор в сеть и посмотреть: как он себя ведет после включения, реагирует ли на кнопку включения, либо моргает светодиод индикации дежурного режима, или изображение появляется на несколько секунд и пропадает, либо изображение есть, а звук отсутствует, или же наоборот. По всем этим признакам, можно получить информацию, от которой можно будет оттолкнуться при дальнейшем ремонте. Например в мигании светодиода, с определённой периодичностью, можно установить код поломки, самотестирования телевизора.

Коды ошибок ТВ по миганию LED

После того, как признаки установлены, следует поискать принципиальную схему устройства, а лучше если выпущен Service manual на устройство, документацию со схемой и перечнем деталей, на специальных сайтах посвященных ремонту электроники. Также не лишним, будет в дальнейшем, вбить в поисковик полное название модели, с кратким описанием поломки, передающим в нескольких словах, ее смысл.

Правда иногда лучше искать схему по шасси устройства, либо названию платы, например блока питания ТВ. Но как же быть, если схему все же найти не удалось, а вы не знакомы со схемотехникой данного устройства?

Блок схема ЖК ТВ

В таком случае, можно попробовать попросить помощи на специализированных форумах по ремонту техники, после проведения предварительной диагностики самостоятельно, с целью собрать информацию, от которой мастера, помогающие вам смогут оттолкнуться. Какие этапы включает в себя, эта предварительная диагностика? Для начала, вы должны убедиться в том, что питание поступает на плату, если устройство вообще не подает никаких признаков жизни. Может быть это покажется банальным, но не лишним будет прозвонить шнур питания на целостность, в режиме звуковой прозвонки. Читайте тут как пользоваться обычным мультиметром.

Тестер в режиме звуковой прозвонки

Затем в ход идет прозвонка предохранителя, в этом же режиме мультиметра. Если у нас здесь все нормально, следует померять напряжения на разъемах питания, идущих на плату управления ТВ. Обычно напряжения питания, присутствующие на контактах разъема, бывают подписаны рядом с разъемом на плате.

Разъем питания платы управления ТВ

Итак, мы замеряли и напряжение какое-либо у нас отсутствует на разъеме – это говорит о том, что схема функционирует не правильно, и нужно искать причину этого. Наиболее частой причиной поломок встречающейся в ЖК ТВ, являются банальные электролитические конденсаторы, с завышенным ESR, эквивалентным последовательным сопротивлением. Про ESR подробнее здесь.

Таблица ESR конденсаторов

В начале статьи я писал про писк, который вы возможно услышите, так вот, его проявление, в частности и есть следствие завышенного ESR конденсаторов небольшого номинала, стоящих в цепях дежурного напряжения. Чтобы выявить такие конденсаторы требуется специальный прибор, ESR (ЭПС) метр, либо транзистор тестер, правда в последнем случае, конденсаторы придется выпаивать для измерения. Фото своего ESR метра позволяющего измерять данный параметр без выпаивания выложил ниже.

Мой прибор ESR метр

Как быть если таких приборов нет в наличии, а подозрение пало на эти конденсаторы? Тогда нужно будет проконсультироваться на форумах по ремонту, и уточнить, в каком узле, какой части платы, следует заменить конденсаторы, на заведомо рабочие, а таковыми могут считаться только новые (!) конденсаторы из радиомагазина, потому что у бывших в употреблении этот параметр, ESR, может также зашкаливать или уже быть на грани.

Фото – вздувшийся конденсатор

То что вы могли выпаять их из устройства, которое ранее работало, в данном случае значения не имеет, так как этот параметр важен только для работы в высокочастотных цепях, соответственно ранее, в низкочастотных цепях, в другом устройстве, этот конденсатор мог прекрасно функционировать, но иметь параметр ESR сильно зашкаливающий. Сильно облегчает работу то, что конденсаторы большого номинала имеют в своей верхней части насечку, по которой в случае прихода в негодность просто вскрываются, либо образовывается припухлость, характерный признак их непригодности для любого, даже начинающего мастера.

Мультиметр в режиме Омметра

Если вы видите почерневшие резисторы, их нужно будет прозвонить мультиметром в режиме омметра. Сначала следует выбрать режим 2 МОм, если на экране будут значения отличающиеся от единицы, или превышения предела измерения, нам следует соответственно уменьшить предел измерения на мультиметре, для установления его более точного значения. Если же на экране единица, то скорее всего такой резистор находится в обрыве, и его следует заменить.

Цветовая маркировка резисторов

Если есть возможность прочитать его номинал, по маркировке цветными кольцами, нанесенными на его корпус, хорошо, в противном случае без схемы, не обойтись. Если схема есть в наличии, то нужно посмотреть его обозначение, и установить его номинал и мощность. Если резистор прецизионный, (точный) его номинал можно набрать, путем включения двух обычных резисторов последовательно, большего и меньшего номиналов, первым мы задаем номинал грубо, последним мы подгоняем точность, при этом их общее сопротивление сложится.

Транзисторы разные на фото

Транзисторы, диоды и микросхемы: у них не всегда можно определить неисправность по внешнему виду. Потребуется измерение мультиметром в режиме звуковой прозвонки. Если сопротивление какой либо из ножек, относительно какой то другой ножки, одного прибора, равно нулю, или близко к к этому, в диапазоне от нуля до 20-30 Ом, скорее всего, такая деталь подлежит замене. Если это биполярный транзистор, нужно вызвонить в соответствии с распиновкой, его p-n переходы.

Проверка транзистора мультиметром

Чаще всего такой проверки бывает достаточно, чтобы считать транзистор рабочим. Более качественный метод описан тут. У диодов мы также вызваниваем p-n переход, в прямом направлении, должны быть цифры порядка 500-700 при измерении, в обратном направлении единица. Исключение составляют диоды Шоттки, у них меньшее падение напряжения, и при прозвонке в прямом направлении на экране будут цифры в диапазоне 150-200, в обратном также единица. Мосфеты, полевые транзисторы, обычным мультиметром без выпаивания так не проверить, приходится часто считать их условно рабочими, если их выводы не звонятся между собой накоротко, или в низком сопротивлении.

Мосфет в SMD и обычном корпусе

При этом следует учитывать, что у мосфетов между Стоком и Истоком стоит встроенный диод, и при прозвонке будут показания 600-1600. Но здесь есть один нюанс: в случае, если например вы прозваниваете мосфеты на материнской плате и при первом прикосновении слышите звуковой сигнал, не спешите записывать мосфет в пробитый. В его цепях стоят электролитические конденсаторы фильтра, которые в момент начала заряда, как известно, на какое-то время ведут себя, как будто цепь замкнута накоротко.

Мосфеты на материнской плате ПК

Что и показывает наш мультиметр, в режиме звуковой прозвонки, писком, первые 2-3 секунды, а затем на экране побегут увеличивающиеся цифры, и установится единица, по мере заряда конденсаторов. Кстати по этой же причине, с целью сберечь диоды диодного мостика, в импульсных блоках питания ставят термистор, ограничивающий токи заряда электролитических конденсаторов, в момент включения, через диодный мост.

Диодные сборки на схеме

Многих знакомых начинающих ремонтников, обращающихся за удаленной консультацией в Вконтакте, шокирует – им говоришь прозвони диод, они прозваниют и сразу-же говорят: он пробитый. Тут стандартно всегда начинается объяснение, что нужно либо приподнять, выпаять одну ножку диода, и повторить измерение, либо проанализировать схему и плату, на наличие параллельно подключенных деталей, в низком сопротивлении. Таковыми часто бывают вторичные обмотки импульсного трансформатора, которые как раз и подключаются параллельно выводам диодной сборки, или иначе говоря сдвоенного диода.

Параллельное и последовательное соединение резисторов

Здесь лучше всего один раз запомнить, правило подобных соединений:

  1. При последовательном соединении двух и более деталей, их общее сопротивление будет больше большего каждой, по отдельности.
  2. А при параллельном соединении, сопротивление будет меньше меньшего каждой детали. Соответственно наша обмотка трансформатора, имеющая сопротивление в лучшем случае 20-30 Ом, шунтируя, имитирует для нас “пробитую” диодную сборку.

Конечно все нюансы ремонтов, к сожалению, в одной статье раскрыть не реально. Для предварительной диагностики большинства поломок, как выяснилось, бывает достаточно обычного мультиметра, применяемого в режимах вольтметра, омметра, и звуковой прозвонки. Часто при наличии опыта, в случае простой поломки, и последующей замены деталей, на этом ремонт бывает закончен, даже без наличия схемы, проведенный так зазываемым “методом научного тыка”. Что конечно не совсем правильно, но как показывает практика, работает, и, к счастью, совсем не так как изображено на картинке выше). Всем удачных ремонтов, специально для сайта Радиосхемы – AKV.

Обсудить статью ДИАГНОСТИКА И РЕМОНТ ЭЛЕКТРОНИКИ БЕЗ СХЕМ

Не все знают, как проверить микросхему на работоспособность мультиметром. Даже при наличии прибора не всегда удается это сделать. Бывает, выявить причину неисправности легко, но иногда на это уходит много времени, и в итоге нет никаких результатов. Приходится заменять микросхему.

Способы проверки

Проверка микросхем — это трудный, иногда невыполнимый процесс. Все дело в сложности микросхемы, которая состоит из огромного количества различных элементов.

Есть три основных способа, как проверить микросхему, не выпаивая, мультиметром или без него:

  1. Внешний осмотр микросхемы. Если внимательно на нее посмотреть и изучить каждый элемент, то не исключено, что удастся найти какой-либо видимый дефект. Это может быть, например, перегоревший контакт (возможно, даже не один). Также при проведении внешнего осмотра микросхемы можно обнаружить трещину на корпусе. При таком способе проверки микросхемы нет необходимости пользоваться специальным устройством мультиметром. Если дефекты видны невооруженным глазом, можно обойтись и без приспособлений.
  2. Проверка микросхемы с использованием мультиметра. Если причиной выхода из строя детали стало короткое замыкание, то можно решить проблему, заменив элемент питания.
  3. Выявление нарушений в работе выходов. Если у микросхемы есть не один, а сразу несколько выходов, и если хотя бы один из них работает некорректно или вовсе не работает, то это отразится на работоспособности всей микросхемы.

Разумеется, самым простым способом проверки микросхемы является первый из вышеописанных: то есть осмотр детали. Для этого достаточно внимательно посмотреть сначала на одну ее сторону, а затем на другую, и попытаться заметить какие-то дефекты. Самый же сложный способ — проверка с помощью мультиметра.

Влияние разновидности микросхем

Сложность проверки во многом зависит не только от способа, но и от самих схем. Ведь эти детали электронно-вычислительных устройств хоть и имеют один и тот же принцип построения, но нередко сильно отличаются друг от друга.

Например:

  1. Наиболее простыми для проверки являются схемы, относящиеся к серии «КР142″. Они имеют только 3 вывода, следовательно, как только на один из входов подается какое-либо напряжение, можно использовать проверяющий прибор на выходе. Сразу же после этого можно делать выводы о работоспособности.
  2. Более сложными типами являются «К155″, «К176″. Чтобы их проверить, приходится применять колодку, а также источник тока с определенным показателем напряжения, который специально подбирается под микросхему. Суть проверки такая же, как и в первом варианте. Необходимо лишь на вход подать напряжение, а затем посредством мультиметра проверить показатели на выходе.
  3. Если же необходимо провести более сложную проверку — такую, для которой простой мультиметр уже не годится, на помощь радиоэлектронщикам приходят специальные тестеры для схем. Способ называется прозвонить микросхему мультиметром-тестером. Такие устройства можно либо изготовить самостоятельно, либо купить в готовом виде. Тестеры помогают определить, работает ли тот или иной узел схемы. Данные, получаемые при проведении проверки, как правило, выводятся на экран устройства.

Важно помнить, что подаваемое на микросхему (микроконтроллер) напряжение не должно превышать норму или, наоборот, быть меньше необходимого уровня. Предварительную проверку можно провести на специально подготовленной проверочной плате.

Нередко после тестирования микросхемы приходится удалять некоторые ее радиоэлементы. При этом каждый из узлов должен быть проверен отдельно.

Работоспособность транзисторов

Перед проверкой радиодетали мультиметром, не выпаивая, нужно обязательно определить, к каким из двух типов относится транзистор — полевым или биполярным. Если к первым, то можно применять следующий способ проверки:

  1. Установить прибор в режим «прозвонки», а затем использовать красный щуп, подключая его к проверяемому элементу. Другой — черный — щуп должен быть приставлен к выводу коллектора.
  2. Сразу после выполнения этих несложных действий на экране устройства появится число, которое будет обозначать пробивное напряжение. Аналогичный уровень можно будет увидеть и при проведении «прозвона» электрической цепи, заключенной между эмиттером и базой. Важно при этом не перепутать щупы: красный должен соприкасаться с базой, а черный — с эмиттером.
  3. Далее можно проверять все эти же выходы транзистора, но уже в обратном подключении: нужно будет поменять местами красный и черный щупы. Если транзистор работает хорошо, то на экране мультиметра должна быть показана цифра «1″, которая говорит о том, что сопротивление в сети является бесконечно большим.

Если транзистор является биполярным, то щупы должны меняться местами. Разумеется, цифры на экране прибора в этом случае будут обратные.

Конденсаторы, резисторы и диоды

Работоспособность конденсатора микросхемы также проверяется путем прикладывания щупов к его выходам. За очень короткий промежуток времени значение показываемого прибором сопротивления должно увеличиться от нескольких единиц до бесконечности. При изменении мест щупов должен наблюдаться тот же самый процесс.

Чтобы узнать, работает ли резистор схемы, необходимо определить его сопротивление. Значение этой характеристики должно быть больше нуля, однако не являться бесконечно большим. Если при проверке на дисплее прибора отображается не ноль и не бесконечность, значит, резистор работает корректно.

Не отличается особой сложностью и процесс проверки диодов. Сначала нужно определить сопротивление между катодом и анодом в одной последовательности, а затем, поменяв местоположение черного и красного щупов прибора, в другой. Об исправности диода будет говорить стремление отображаемого на экране числа к бесконечности в одном из этих двух случаев и нахождение его на отметке в несколько единиц — в другом.

Индуктивность, тиристор и стабилитрон

Проверяя микросхему на наличие неисправностей, возможно, придется также использовать мультиметр на катушке с током. Если где-то ее провод оборван, то прибор обязательно даст об этом знать. Главное, конечно, правильно его применить.

Все, что необходимо сделать для проверки катушки — замерить ее сопротивление: оно не должно быть бесконечным. Стоит помнить, что не каждый из имеющихся сегодня в продаже мультиметров может проверять индуктивность. Если нужно определить, является ли исправным такой элемент микросхемы, как тиристор, то следует выполнить следующие действия:

  1. Сначала соединить красный щуп с анодом, а черный, соответственно, с катодом. Сразу после этого на экране прибора появится информация о том, что сопротивление стремится к бесконечности.
  2. Выполнить соединение управляющего электрода с анодом и смотреть за тем, как значение сопротивления будет падать от бесконечности до нескольких единиц.
  3. Как только процесс падения завершится, можно отсоединять друг от друга анод и электрод. В результате этого отображаемое на экране мультиметра сопротивление должно остаться прежним, то есть равным нескольким Ом.

Если при проверке все будет именно так, значит, тиристор работает правильно, никаких неисправностей у него нет.

Чтобы проверить стабилитрон, нужно его анод соединить с резистором, а затем включить ток и постепенно поднимать его. На экране прибора должен отображаться постепенный рост напряжения. Через некоторое время этот показатель останавливается в какой-то точке и прекращает увеличиваться, даже если проверяющий по-прежнему увеличивает его посредством блока питания. Если рост напряжения прекратился, значит, проверяемый элемент микросхемы работает правильно.

Проверка микросхемы на исправность — это процесс, который требует серьезного подхода. Иногда можно обойтись без специального прибора и попробовать обнаружить дефекты визуально, используя для этого, например, увеличительное стекло.

Для чего прошивается микроконтроллер и как это сделать.

    Микроконтроллер и его популярные разновидности

Для начала определим, что такое микроконтроллер. Микроконтроллер – это микрочип или микросхема, которая предназначена для управления различными устройствами, имеющими возможность интеграции в них, то есть устройствах. Отличается от микропроцессора тем, что он более прост, но имеет внутри себя контакты вводов и выводов, таймеры, внутреннюю память и процессор.


    Появился первый патент микроконтроллера, который был выдан в 1971 году двум инженерам из компании Texas Instrumrnts. Затем фирма Intel и Motorola начали выпускать первые микроконтроллеры – это началось с 1976 года. В СССР впервые выпустили микросхему «Электроника НЦ» в 1979 году. 

Сегодня самыми популярными микроконтроллерами на производстве являются AVR-микроконтроллеры фирмы Atmel и PIC-микроконтроллеры фирмы Microchip. Часто ведут споры в интернет что лучше: PIC или AVR. На самом деле у каждого свои достоинства и недостатки и самое главное – это использовать те микроконтроллеры, в устройстве и принципах применения которых Вы лучше разбираетесь.

    Технология прошивки микроконтроллера

    Когда выбрана нужная марка и модель микроконтроллера по своим параметрам относительно сути поставленной задачи, будь то марки AVR, либо PIC, либо STM либо какая-то другая, стоит для начала собрать схему цепи на макетной плате, подсоединив все элементы правильно с точки зрения логики и работоспособности. Это удобно делать, применяя популярную программу Proteus, которую можно найти в сети. В Proteus можно наглядно собрать виртуальную модель схемы цепи и проверить ее работоспособность, а потом уже собрать подобную ей на макетной плате из физических элементов. Чтобы проверить работоспособность и видеть результат работы будущей схемы, которую реализуют потом на текстолите, в Proteus предусмотрено подключение готовой прошивки под конкретную модель микроконтроллера. Саму же прошивку следует ещё написать. 

    Для написания прошивки обычно используют один из двух языков программирования (или оба вместе, когда используют ассемблерные вставки в язык C): язык ассемблера и язык C. При написании кода прошивки и сборке схемы в Proteus, нужно найти в интернете так называемый «даташит» (datasheet) – лист с информацией по конкретной модели микроконтроллера, где указаны ценные данные, такие как например, описание, свойства, порты ввода-вывода в виде таблицы, электрические и температурные параметры по данной модели микроконтроллера. 

    Пишут прошивку для AVR часто в AVR Studio, а для PIC – в MPLab, либо других программных средах по вкусу, функционалу и удобству.

    Когда прошивка под конкретную модель микроконтроллера написана, и схема в Proteus собрана и работает, остается записать данную прошивку в сам физический микроконтроллер. Для этого используют специальное устройство, называемое «программатор». Существует множество программаторов: одни из них применимы только для PIC, другие только для AVR, но есть и такие, которые подходят и для того и для другого. Здесь стоит поискать хороший программатор. Сам же программатор с подключенным микроконтроллером подключают к компьютеру и прошивают в специальной программе. Для примера, можно взять программатор Pickit 3, предназначенный для прошивки PIC-контроллеров. Под него есть такая программа как PICkit3 Programmer Application. В ней-то и можно прошить PIC-контроллер.

    Применение прошитых микроконтроллеров

    Итак, микроконтроллер прошит и ошибок нет, иначе его стоит перепрошить заново, предварительно стерев в программе, как в примере выше PICkit3 Programmer Application. Его пора интегрировать в схему на текстолите, а точнее припаять. Для это используют паяльную станцию вместо обычного паяльника, которая с помощью высокой температуры так называемого фена вплавляет микроконтроллер на свое место на плате. Аналогичным образом он выплавляется оттуда, кстати говоря.

    Где же собственно применяют микроконтроллеры? Да много где: в микроволновых печах, холодильниках, различных автоматизированных системах управления, фотоаппаратах, плеерах, принтерах, 3D-принтерах, кнопочных телефонах и во многих других девайсах. Спектр применения очень широк.

Обзор микроконтроллеров семейства AVR компании Atmel

32-разрядные микроконтроллеры

Богатый набор функций и лучшая производительность в своём классе микроконтроллеров Atmel AVR обеспечиваются наличием встроенных блоков цифровой обработки сигналов с фиксированной запятой (DSP), портом SRAM, контроллером прямого DMA, продуманной архитектурой, построенной на проверенных и инновационных решениях Atmel. 

Палитра устройств включает несколько серий, каждая из которых заслуживает детального рассмотрения.


1. Серия L.
Архитектура МК разрабатывалась для портативных устройств.
На первом месте в списке достоинств находится низкое энергопотребление, составляющее 165 мкА/МГц в активном режиме, 600 нА и 9 нА при включенных и отключенных часах реального времени, на втором - производительность.

Для взаимодействия с пользователем в микросхеме встроен CAT-контроллер на 17 аппаратных каналов. Безопасное хранение программ во флэш-памяти обеспечивается технологией FlashVault.

  • Семейство AT32UC3L с ёмкостью флэш-памяти 16-256 кб, 48 выводов. Встроенная поддержка технологии picoPower. Модуль безопасного доступа (SAU) обеспечивает повышенную безопасность и целостность программы и данных. Рабочая частота 50 МГц, интерфейсы SPI – 5, I2C – 2, UART – 4. Встроенных АЦП до 8, выходов ШИМ до 35, напряжение выводов 1,62-3,6 В. Отладка по интерфейсам JTAG или aWire.
  • Семейство ATUC..L3U – ATUC..L4U. Низкое энергопотребление, благодаря технологии picoPower. Вcтроенный полноскоростной USB приёмопередатчик. Разнообразные интерфейсы: SPI – 1, I2C – 2, UART – 4, LIN – 4, SSC – 1. Имеются АЦП и ЦАП. До 6 встроенных плюс сторожевой таймер. Напряжение выводов 1,62-3,6 В. Отладка по интерфейсам JTAG или aWire.

 Маркировка микросхем Atmel

2. Серия С.
Основное назначение микроконтроллеров AT32UC3C – высокопроизводительные автомобильные системы.
Отдельно выделим микроконтроллеры AT32UC3C0512CAU c возможностью загрузки лицензированного ПО от Atmel для аудиосистем. Наличие интерфейса Ethernet, производительность и богатые коммуникационные возможности делают этот МК отличным решением для создания концентратора датчиков Интернета Вещей (IoT).

К ключевым особенностям устройства относятся:
  • Разнообразные интерфейсы: SPI, I2C, UART, CAN, LIN, SSC, Ethernet.
  • Рабочая частота 66 МГц.
  • Встроенный модуль USB + OTG.
  • Блок FPU для операций с плавающей запятой и технология безопасного хранения кода FlashVault.
  • 12-разрядные быстродействующие ЦАП и АЦП, до 20 каналов ШИМ.
  • Уровни напряжений выводов 3,0 – 5,5 В.
  • 32-кГц RTC, 6 таймеров, сторожевой таймер.
  • Отладка по JTAG.

3. Серия D.
Микроконтроллеры ATUC..D3-ATUC..D4 для начинающих конструкторов. Просты в освоении, мощные и функциональные. В МК реализована технология SleepWalking, позволяющая подключенным устройствам выводить микроконтроллер из спящего режима.

Технические характеристики:
  • Рабочая частота 48 МГц.
  • Встроенный модуль USB.
  • CAT-контроллер для устройств сенсорного ввода на 25 каналов.
  • Интерфейсы: SPI, I2C, UART.
  • 10-разрядные АЦП, до 7 каналов ШИМ.
  • Уровни напряжений выводов 3,0, 3,6 В.
  • 32-кГц часы реального времени, 3 таймера, сторожевой таймер.
  • Отладка по JTAG и aWire.

4. Микроконтроллеры A0, A1, A3, A4
Ориентированы для применения в устройствах и системах, выполняющих операции по обработке больших массивов данных. Производитель наделил микроконтроллеры большой пропускной способностью и высокоскоростными портами, работающими в режиме USB как хоста или периферийного устройства.
Микроконтроллеры А0, А1 имеют встроенный интерфейс Ethernet, встроенную поддержка SD-карт памяти, высокую производительность. 

5. Серия B.
Рабочая частота 60 МГц, вкупе с высокой пропускной способностью и производительностью, встроенным модулем USB с OTG и низким энергопотреблением делают микроконтроллеры незаменимыми при:
  • конструировании устройств хранения данных с USB интерфейсом;
  • портативных устройств;
  • несложных промышленных систем управления.

 С чего начать изучение FPGA Altera?


Семейство MegaAVR Atmel


Если кратко характеризовать всё многообразие этого семейства микросхем Atmel, то можно отметить, что это 8-битные микроконтроллеры, различие между которыми в следующих характеристиках:

  1. Объём флэш-памяти от 4 до 128 кб.
  2. Выводов от 20 до 100.
  3. Встроенный CAN-контроллер.
  4. Встроенный LIN-контроллер.
  5. Специальные функции для управления электродвигателями, LCD-дисплеями, USB-интерфейсами.

Быстродействие более 20 млн операций в секунду позволяет загружать и выполнять программы большого объёма. Специальные исполнения микросхем picoPower от Atmel позволяют конструировать микроконтроллеры с низким энергопотреблением, а внутрисхемная отладка и обновление программного кода в режиме исполнения, делают тестирование приложений простым, быстрым и удобным.

Рассмотрим наиболее интересные устройства семейства MEGA AVR


1. Микроконтроллеры со встроенным CAN-контроллером AT90CAN128, AT90CAN32, AT90CAN64.
Как видно из обозначения, различия в микросхемах в объёме флэш-памяти – 128, 32 и 64 кб, каждая имеет по 64 вывода.

Основные технические характеристики:

  • Частота 16 МГц.
  • Пинов ввода-вывода 53.
  • Внешних прерываний до 8.
  • Интерфейсы SPI – 1, I2C – 1, UART – 2, CAN – 1.
  • 8 10-битных АЦП, ЦАП отсутствует.
  • Напряжение выводов 2,7..5,5 В.
  • Отладочный интерфейс JTAG.
  • Температура эксплуатации -40..85 °С.
Для оценки возможностей МК предназначен набор ATDVK90CAN1 в комплекте с программным обеспечением.
Наибольшее распространение протокол CAN имеет в автомобильной промышленности, в том числе, для критичных систем. По этой причине устройства идеально подходят для создания бортовых устройств автомобиля, сопряжённых с его электронными системами и датчиками.

 Жизненный цикл импортных электронных компонентов


2. Для бортовых систем автомобиля, работающих с протоколами CAN и LIN предназначены микроконтроллеры ATMega16M1, ATMega32M1, ATMEga64M1. Микроконтроллеры имеют объём встроенной флэш-памяти 16..64 кб и 32 пина, повышенную производительность.

Краткие характеристики устройств:
  • Частота 16 МГц.
  • Пинов ввода-вывода 27.
  • Внешних прерываний до 27.
  • Интерфейсы SPI – 1, UART – 1, CAN – 1, LIN – 1.
  • 11 10-битных АЦП, 1 10-битный ЦАП.
  • ШИМ каналов до 10.
  • Напряжение выводов 2,7..5,5 В.
  • Отладочный интерфейс debugWIRE.
  • Температура эксплуатации -40..85 °С.
С помощью микроконтроллера возможно подключение к проектируемому устройству электронных подсистем автомобиля с низкой ответственностью по протоколу LIN.

3. Архитектура микросхем AT90PWM Lighting оптимизирована для управления электродвигателями и системами освещения за счёт наличия двух 12-битных высокоскоростных контроллеров и гибких таймеров с режимами сравнения.
Ёмкость флэш-памяти МК 8-16 кб, количество пинов 20-32.

Характеристики:
  • Частота до 16 МГц.
  • Интерфейсы UART, SPI.
  • 8 10-битных АЦП, 1 10-битный ЦАП.
  • До 7 выходов ШИМ.
  • Отладочный интерфейс debugWIRE.
  • Температура эксплуатации -40..105 °С.

4. Микроконтроллеры AT90USB отличает разнообразие встроенных интерфейсов: SPI – 2, I2C – 1, UART – 1.
Однако серия не зря названа USB. В МК встроен USB приёмопередатчик, работающий на полной скорости.

5. Достаточно большое подсемейство ATMega169, ATMega329 и ATMega649 с LCD-контроллером, имеющим встроенный регулятор контрастности.



Заявка на поставку импортных микросхем

Мы специализируется на поставках импортных микросхем для производства приборов связи и навигационного оборудования для авиа- и судостроения. Получить подробную информацию о поставляемых брендах и условиях сотрудничества можно тут: https://import.el-ra.ru

Кроме этого, мы выполняем полный комплекс услуг по организации проверки и испытаниям электронных компонентов импортного производства, включая входной контроль, проверку на работоспособность, а также специальные проверки, механические и климатические испытания.

Если вы заинтересованы в работы с нами, то заполните форму по ссылке: www.el-ra.ru/zayavka

Ssm 16hr как проверить работоспособность

Двигатель поворотного стола

Для полноценной реализации функций поворотного стола, двигатель его привода должен обладать малыми оборотами вращения и довольно большой величиной крутящего момента. При этом, для снижения стоимости печи, он должен быть прост технологически в производстве и питаться от источника переменного напряжения.

В современных микроволновых печах для этих целей применяется синхронный двигатель малой мощности (Рисунок 1). Синхронный двигатель состоит из статора представляющего собой одну круговую обмотку, намотанную на каркасе в виде кольца и ротора, который является постоянным магнитом. Мощность такого двигателя не велика и составляет приблизительно 4Вт., а количество оборотов ротора равняется частоте тока питающей сети. Для снижения количества оборотов двигателя и для повышения крутящего момента, такие двигатели оснащены редуктором, расположенным в одном корпусе с элементами двигателя. В итоге получается довольно компактное устройство с малым количеством оборотов – 5 – 6 оборотов в минуту и с весьма большим усилием на выходе, способным поворачивать поддон, нагруженный продуктами весом в несколько килограмм, на протяжении длительного времени.

Обмотка двигателя намотана медным проводом на круглом пластиковом каркасе. Для удобства подвода питания, концы обмотки выведены под плоские клеммы. Каркас обмотки помещен на дно круглого металлического корпуса, в центре которого, размещена, ось ротора. Ротор состоит из цилиндра, представляющего собой постоянный магнит. В центр цилиндра запрессована пластиковая втулка – выполняющая, роль подшипника. Для взаимодействия с редуктором, вал ротора оснащен зубчатой шестерней. Сверху обмотку двигателя фиксирует металлическая пластина, которая одновременно – является основанием редуктора.

На пластине размещены стальные оси, на которых вращаются шестерни редуктора. Для бесперебойной работы и предотвращения преждевременного износа деталей, механизм редуктора обильно смазан смазкой. Для защиты от внешних воздействий и попадания пыли внутрь, вся конструкция двигателя плотно закрыта металлической крышкой (Рисунок 2).

Выпускаемые современной промышленностью двигатели поворотного стола могут отличаться друг от друга, как конструкцией редуктора – это, прежде всего форма выходного вала адаптированная под конкретный вид переходной муфты, так и параметрами самого двигателя, в частности напряжением питания и мощностью. Информация о параметрах двигателя размещена на наклейке приклеенной к нижней части его корпуса (Рисунок 3).

Неисправности в двигателе поворотного стола могут возникать, как в электрической его части, так и в механической. Чаще всего, в результате различного рода перегрузок, выходит из строя редуктор двигателя. В более ранних моделях двигателей, применялся редуктор, шестерни которого были выполнены из металла. Шестерни редукторов современных двигателей, как правило, изготавливаются из пластика, что делает двигатель более дешевым в производстве, но отрицательно сказывается на его качестве. Шестерни из пластика менее прочны, чем металлические и больше подвержены различного рода деформациям в процессе эксплуатации.

Часто встречается такое явление, как сворачивание вала двигателя (Рисунок 4). Такое может произойти в, следствии перегрузки или искусственного торможения поворотного стола. При эксплуатации своей микроволновой печи, будьте внимательны! Соблюдайте все условия и рекомендации, изложенные в инструкции по эксплуатации. Не нагружайте поворотный стол больше, чем положено и внимательно следите, что бы помещенная в камеру печи посуда, при вращении поворотного стола, не задевала края камеры и тем самым не тормозила поддон. При наличии запасных частей или двигателя с другой неисправностью, вышедший из строя редуктор, можно легко отремонтировать. Для получения доступа к механизму нужно отогнуть четыре крепежных лепестка удерживающих крышку редуктора (на рисунке 1 обозначены желтыми стрелками), затем, острым инструментом, аккуратно поддеть и снять крышку, заменить вышедшую из строя шестерню и собрать двигатель в обратном порядке. При сборке, проследите, что бы оси всех шестеренок попали в свои отверстия в крышке редуктора.

К неисправностям электрической части двигателя, относятся обрыв или межвитковое замыкание обмотки двигателя. Проверить обмотку на обрыв, можно с помощью омметра. Обмотка двигателя рассчитанного на рабочее напряжение 220В., намотана очень тонким проводом и содержит довольно большое количество витков, поэтому величина сопротивление такой обмотки, может достигать 13 – 15кОм. Сопротивление обмотки двигателей рассчитанных на низкие напряжения питания – 30В. и 21В., имеет более низкое значение и лежит в пределах 100 – 200Ом. Если омметр показывает «бесконечность» — обмотка оборвана.

Межвитковое замыкание обмотки двигателя, без специального прибора, определить трудно. Но работа двигателя с замкнутой обмоткой почти всегда сопровождается чрезмерным нагревом двигателя, а это можно определить простым осмотром.

В микроволновой печи, двигатель поворотного стола размещен в нижней ее части и крепится к днищу камеры печи посредством винтов – саморезов. Вал двигателя имеет выход во внутрь камеры. В случае необходимости замены двигателя, совсем не обязательно разбирать всю микроволновку. В днище любой печи, есть закрытое технологическое окно. Для открытия этого окна и получения доступа к двигателю, необходимо бокорезами перекусить перемычки, как это показано на рисунке 5, и снять крышку окна. Затем открутить винт крепления двигателя, снять разъем с клемм питания и извлечь неисправный двигатель. Установить новый двигатель в обратном порядке, перевернуть крышку технологического окна и вставить выступы крышки в пазы сделанные в днище печи. Прикрутить крышку винтом – саморезом подходящего размера, через отверстие к днищу микроволновки. Все, замена двигателя завершена.

Внимание! Не пытайтесь провернуть вал редуктора, с помощью какого либо инструмента, удерживая двигатель в руках и касаясь руками клемм питания двигателя! Во первых, такими действиями, вы можете вывести из строя редуктор. Во вторых, помните, что этот тип двигателей обладает обратным эффектом, т. е., если вращать ротор двигателя с номинальной частотой вращения, то двигатель становится генератором и на клеммах питания возникает напряжение по величине соответствующее напряжению питания данного двигателя. Иначе говоря, если вы держите в руках двигатель, рассчитанный на 220В. и вращаете вал редуктора с частотой 5 – 6 оборотов в минуту при этом, касаясь клемм питания руками, то вы можете получить весьма ощутимый удар электрическим током. Будьте осторожны.

Двигатель поворотного стола

Для полноценной реализации функций поворотного стола, двигатель его привода должен обладать малыми оборотами вращения и довольно большой величиной крутящего момента. При этом, для снижения стоимости печи, он должен быть прост технологически в производстве и питаться от источника переменного напряжения.

В современных микроволновых печах для этих целей применяется синхронный двигатель малой мощности (Рисунок 1). Синхронный двигатель состоит из статора представляющего собой одну круговую обмотку, намотанную на каркасе в виде кольца и ротора, который является постоянным магнитом. Мощность такого двигателя не велика и составляет приблизительно 4Вт., а количество оборотов ротора равняется частоте тока питающей сети. Для снижения количества оборотов двигателя и для повышения крутящего момента, такие двигатели оснащены редуктором, расположенным в одном корпусе с элементами двигателя. В итоге получается довольно компактное устройство с малым количеством оборотов – 5 – 6 оборотов в минуту и с весьма большим усилием на выходе, способным поворачивать поддон, нагруженный продуктами весом в несколько килограмм, на протяжении длительного времени.

Обмотка двигателя намотана медным проводом на круглом пластиковом каркасе. Для удобства подвода питания, концы обмотки выведены под плоские клеммы. Каркас обмотки помещен на дно круглого металлического корпуса, в центре которого, размещена, ось ротора. Ротор состоит из цилиндра, представляющего собой постоянный магнит. В центр цилиндра запрессована пластиковая втулка – выполняющая, роль подшипника. Для взаимодействия с редуктором, вал ротора оснащен зубчатой шестерней. Сверху обмотку двигателя фиксирует металлическая пластина, которая одновременно – является основанием редуктора.

На пластине размещены стальные оси, на которых вращаются шестерни редуктора. Для бесперебойной работы и предотвращения преждевременного износа деталей, механизм редуктора обильно смазан смазкой. Для защиты от внешних воздействий и попадания пыли внутрь, вся конструкция двигателя плотно закрыта металлической крышкой (Рисунок 2).

Выпускаемые современной промышленностью двигатели поворотного стола могут отличаться друг от друга, как конструкцией редуктора – это, прежде всего форма выходного вала адаптированная под конкретный вид переходной муфты, так и параметрами самого двигателя, в частности напряжением питания и мощностью. Информация о параметрах двигателя размещена на наклейке приклеенной к нижней части его корпуса (Рисунок 3).

Неисправности в двигателе поворотного стола могут возникать, как в электрической его части, так и в механической. Чаще всего, в результате различного рода перегрузок, выходит из строя редуктор двигателя. В более ранних моделях двигателей, применялся редуктор, шестерни которого были выполнены из металла. Шестерни редукторов современных двигателей, как правило, изготавливаются из пластика, что делает двигатель более дешевым в производстве, но отрицательно сказывается на его качестве. Шестерни из пластика менее прочны, чем металлические и больше подвержены различного рода деформациям в процессе эксплуатации.

Часто встречается такое явление, как сворачивание вала двигателя (Рисунок 4). Такое может произойти в, следствии перегрузки или искусственного торможения поворотного стола. При эксплуатации своей микроволновой печи, будьте внимательны! Соблюдайте все условия и рекомендации, изложенные в инструкции по эксплуатации. Не нагружайте поворотный стол больше, чем положено и внимательно следите, что бы помещенная в камеру печи посуда, при вращении поворотного стола, не задевала края камеры и тем самым не тормозила поддон. При наличии запасных частей или двигателя с другой неисправностью, вышедший из строя редуктор, можно легко отремонтировать. Для получения доступа к механизму нужно отогнуть четыре крепежных лепестка удерживающих крышку редуктора (на рисунке 1 обозначены желтыми стрелками), затем, острым инструментом, аккуратно поддеть и снять крышку, заменить вышедшую из строя шестерню и собрать двигатель в обратном порядке. При сборке, проследите, что бы оси всех шестеренок попали в свои отверстия в крышке редуктора.

К неисправностям электрической части двигателя, относятся обрыв или межвитковое замыкание обмотки двигателя. Проверить обмотку на обрыв, можно с помощью омметра. Обмотка двигателя рассчитанного на рабочее напряжение 220В., намотана очень тонким проводом и содержит довольно большое количество витков, поэтому величина сопротивление такой обмотки, может достигать 13 – 15кОм. Сопротивление обмотки двигателей рассчитанных на низкие напряжения питания – 30В. и 21В., имеет более низкое значение и лежит в пределах 100 – 200Ом. Если омметр показывает «бесконечность» — обмотка оборвана.

Межвитковое замыкание обмотки двигателя, без специального прибора, определить трудно. Но работа двигателя с замкнутой обмоткой почти всегда сопровождается чрезмерным нагревом двигателя, а это можно определить простым осмотром.

В микроволновой печи, двигатель поворотного стола размещен в нижней ее части и крепится к днищу камеры печи посредством винтов – саморезов. Вал двигателя имеет выход во внутрь камеры. В случае необходимости замены двигателя, совсем не обязательно разбирать всю микроволновку. В днище любой печи, есть закрытое технологическое окно. Для открытия этого окна и получения доступа к двигателю, необходимо бокорезами перекусить перемычки, как это показано на рисунке 5, и снять крышку окна. Затем открутить винт крепления двигателя, снять разъем с клемм питания и извлечь неисправный двигатель. Установить новый двигатель в обратном порядке, перевернуть крышку технологического окна и вставить выступы крышки в пазы сделанные в днище печи. Прикрутить крышку винтом – саморезом подходящего размера, через отверстие к днищу микроволновки. Все, замена двигателя завершена.

Внимание! Не пытайтесь провернуть вал редуктора, с помощью какого либо инструмента, удерживая двигатель в руках и касаясь руками клемм питания двигателя! Во первых, такими действиями, вы можете вывести из строя редуктор. Во вторых, помните, что этот тип двигателей обладает обратным эффектом, т. е., если вращать ротор двигателя с номинальной частотой вращения, то двигатель становится генератором и на клеммах питания возникает напряжение по величине соответствующее напряжению питания данного двигателя. Иначе говоря, если вы держите в руках двигатель, рассчитанный на 220В. и вращаете вал редуктора с частотой 5 – 6 оборотов в минуту при этом, касаясь клемм питания руками, то вы можете получить весьма ощутимый удар электрическим током. Будьте осторожны.

Не все знают, как проверить микросхему на работоспособность мультиметром. Даже при наличии прибора не всегда удается это сделать. Бывает, выявить причину неисправности легко, но иногда на это уходит много времени, и в итоге нет никаких результатов. Приходится заменять микросхему.

Способы проверки

Проверка микросхем — это трудный, иногда невыполнимый процесс. Все дело в сложности микросхемы, которая состоит из огромного количества различных элементов.

Есть три основных способа, как проверить микросхему, не выпаивая, мультиметром или без него:

  1. Внешний осмотр микросхемы. Если внимательно на нее посмотреть и изучить каждый элемент, то не исключено, что удастся найти какой-либо видимый дефект. Это может быть, например, перегоревший контакт (возможно, даже не один). Также при проведении внешнего осмотра микросхемы можно обнаружить трещину на корпусе. При таком способе проверки микросхемы нет необходимости пользоваться специальным устройством мультиметром. Если дефекты видны невооруженным глазом, можно обойтись и без приспособлений.
  2. Проверка микросхемы с использованием мультиметра. Если причиной выхода из строя детали стало короткое замыкание, то можно решить проблему, заменив элемент питания.
  3. Выявление нарушений в работе выходов. Если у микросхемы есть не один, а сразу несколько выходов, и если хотя бы один из них работает некорректно или вовсе не работает, то это отразится на работоспособности всей микросхемы.

Разумеется, самым простым способом проверки микросхемы является первый из вышеописанных: то есть осмотр детали. Для этого достаточно внимательно посмотреть сначала на одну ее сторону, а затем на другую, и попытаться заметить какие-то дефекты. Самый же сложный способ — проверка с помощью мультиметра.

Влияние разновидности микросхем

Сложность проверки во многом зависит не только от способа, но и от самих схем. Ведь эти детали электронно-вычислительных устройств хоть и имеют один и тот же принцип построения, но нередко сильно отличаются друг от друга.

Например:

  1. Наиболее простыми для проверки являются схемы, относящиеся к серии «КР142″. Они имеют только 3 вывода, следовательно, как только на один из входов подается какое-либо напряжение, можно использовать проверяющий прибор на выходе. Сразу же после этого можно делать выводы о работоспособности.
  2. Более сложными типами являются «К155″, «К176″. Чтобы их проверить, приходится применять колодку, а также источник тока с определенным показателем напряжения, который специально подбирается под микросхему. Суть проверки такая же, как и в первом варианте. Необходимо лишь на вход подать напряжение, а затем посредством мультиметра проверить показатели на выходе.
  3. Если же необходимо провести более сложную проверку — такую, для которой простой мультиметр уже не годится, на помощь радиоэлектронщикам приходят специальные тестеры для схем. Способ называется прозвонить микросхему мультиметром-тестером. Такие устройства можно либо изготовить самостоятельно, либо купить в готовом виде. Тестеры помогают определить, работает ли тот или иной узел схемы. Данные, получаемые при проведении проверки, как правило, выводятся на экран устройства.

Важно помнить, что подаваемое на микросхему (микроконтроллер) напряжение не должно превышать норму или, наоборот, быть меньше необходимого уровня. Предварительную проверку можно провести на специально подготовленной проверочной плате.

Нередко после тестирования микросхемы приходится удалять некоторые ее радиоэлементы. При этом каждый из узлов должен быть проверен отдельно.

Работоспособность транзисторов

Перед проверкой радиодетали мультиметром, не выпаивая, нужно обязательно определить, к каким из двух типов относится транзистор — полевым или биполярным. Если к первым, то можно применять следующий способ проверки:

  1. Установить прибор в режим «прозвонки», а затем использовать красный щуп, подключая его к проверяемому элементу. Другой — черный — щуп должен быть приставлен к выводу коллектора.
  2. Сразу после выполнения этих несложных действий на экране устройства появится число, которое будет обозначать пробивное напряжение. Аналогичный уровень можно будет увидеть и при проведении «прозвона» электрической цепи, заключенной между эмиттером и базой. Важно при этом не перепутать щупы: красный должен соприкасаться с базой, а черный — с эмиттером.
  3. Далее можно проверять все эти же выходы транзистора, но уже в обратном подключении: нужно будет поменять местами красный и черный щупы. Если транзистор работает хорошо, то на экране мультиметра должна быть показана цифра «1″, которая говорит о том, что сопротивление в сети является бесконечно большим.

Если транзистор является биполярным, то щупы должны меняться местами. Разумеется, цифры на экране прибора в этом случае будут обратные.

Конденсаторы, резисторы и диоды

Работоспособность конденсатора микросхемы также проверяется путем прикладывания щупов к его выходам. За очень короткий промежуток времени значение показываемого прибором сопротивления должно увеличиться от нескольких единиц до бесконечности. При изменении мест щупов должен наблюдаться тот же самый процесс.

Чтобы узнать, работает ли резистор схемы, необходимо определить его сопротивление. Значение этой характеристики должно быть больше нуля, однако не являться бесконечно большим. Если при проверке на дисплее прибора отображается не ноль и не бесконечность, значит, резистор работает корректно.

Не отличается особой сложностью и процесс проверки диодов. Сначала нужно определить сопротивление между катодом и анодом в одной последовательности, а затем, поменяв местоположение черного и красного щупов прибора, в другой. Об исправности диода будет говорить стремление отображаемого на экране числа к бесконечности в одном из этих двух случаев и нахождение его на отметке в несколько единиц — в другом.

Индуктивность, тиристор и стабилитрон

Проверяя микросхему на наличие неисправностей, возможно, придется также использовать мультиметр на катушке с током. Если где-то ее провод оборван, то прибор обязательно даст об этом знать. Главное, конечно, правильно его применить.

Все, что необходимо сделать для проверки катушки — замерить ее сопротивление: оно не должно быть бесконечным. Стоит помнить, что не каждый из имеющихся сегодня в продаже мультиметров может проверять индуктивность. Если нужно определить, является ли исправным такой элемент микросхемы, как тиристор, то следует выполнить следующие действия:

  1. Сначала соединить красный щуп с анодом, а черный, соответственно, с катодом. Сразу после этого на экране прибора появится информация о том, что сопротивление стремится к бесконечности.
  2. Выполнить соединение управляющего электрода с анодом и смотреть за тем, как значение сопротивления будет падать от бесконечности до нескольких единиц.
  3. Как только процесс падения завершится, можно отсоединять друг от друга анод и электрод. В результате этого отображаемое на экране мультиметра сопротивление должно остаться прежним, то есть равным нескольким Ом.

Если при проверке все будет именно так, значит, тиристор работает правильно, никаких неисправностей у него нет.

Чтобы проверить стабилитрон, нужно его анод соединить с резистором, а затем включить ток и постепенно поднимать его. На экране прибора должен отображаться постепенный рост напряжения. Через некоторое время этот показатель останавливается в какой-то точке и прекращает увеличиваться, даже если проверяющий по-прежнему увеличивает его посредством блока питания. Если рост напряжения прекратился, значит, проверяемый элемент микросхемы работает правильно.

Проверка микросхемы на исправность — это процесс, который требует серьезного подхода. Иногда можно обойтись без специального прибора и попробовать обнаружить дефекты визуально, используя для этого, например, увеличительное стекло.

В ремонте техники и сборке схем всегда нужно быть уверенным в исправности всех элементов, а иначе вы зря потратите время. Микроконтроллеры тоже могут сгореть, но как его проверить, если нет внешних признаков: трещин на корпусе, обугленных участков, запаха гари и прочего? Для этого нужно:

Источник питания со стабилизированным напряжением;

Внимание:

Полная проверка всех узлов микроконтроллера трудна – лучший способ заменить заведомо исправным, или на имеющийся прошить другой программный код и проверить его выполнение. При этом программа должна включать как проверку всех пинов (например, включение и отключение светодиодов через заданный промежуток времени), а также цепи прерываний и прочего.

Теория

Микроконтроллер – это сложное устройство в нём многофункциональных узлов:

интерфейсы и прочее.

Поэтому при диагностике микроконтроллера возникают проблемы:

Работа очевидных узлов не гарантирует работу остальных составных частей.

Прежде чем приступать к диагностике любой интегральной микросхемы нужно ознакомиться с технической документацией, чтобы её найти напишите в поисковике фразу типа: «название элемента datasheet», как вариант – «atmega328 datasheet».

На первых же листах вы увидите базовые сведения об элементе, для примера рассмотрим отдельные моменты из даташита на распространенную 328-ю атмегу, допустим, она у нас в dip28 корпусе, Нужно найти цоколевки микроконтроллеров в разных корпусах, рассмотрим интересующий нас dip28.

Первое на что мы обратим внимание – это то, что выводы 7 и 8 отвечают за плюс питания и общий провод. Теперь нам нужно узнать характеристики цепей питания и потребление микроконтроллера. Напряжение питания от 1.8 до 5.5 В, ток потребляемый в активном режиме – 0.2 мА, в режиме пониженного энергопотребления – 0.75 мкА, при этом включены 32 кГц часы реального времени. Температурный диапазон от -40 до 105 градусов цельсия.

Этих сведений нам достаточно, чтобы провести базовую диагностику.

Основные причины

Микроконтроллеры выходят из строя, как по неконтролируемым обстоятельствам, так и из-за неверного обращения:

1. Перегрев при работе.

2. Перегрев при пайке.

3. Перегрузка выводов.

4. Переполюсовка питания.

5. Статическое электричество.

6. Всплески в цепях питания.

7. Механические повреждения.

8. Воздействие влаги.

Рассмотрим подробно каждую из них:

1. Перегрев может возникнуть, если вы эксплуатируете устройство в горячем месте, или если вы свою конструкцию поместили в слишком маленький корпус. Температуру микроконтроллера может повысить и слишком плотный монтаж, неверная разводка печатной платы, когда рядом с ним находятся греющиеся элементы – резисторы, транзисторы силовых цепей, линейные стабилизаторы питания. Максимально допустимые температуры распространенных микроконтроллеров лежат в пределах 80-150 градусов цельсия.

2. Если паять слишком мощным паяльником или долго держать жало на ножках вы можете перегреть мк. Тепло через выводы дойдёт до кристалла и разрушит его или соединение его с пинами.

3. Перегрузка выводов возникает из-за неверных схемотехнических решений и коротких замыканий на землю.

4. Переполюсовка, т.е. подача на Vcc минуса питания, а на GND – плюса может быть следствием неправильной установки ИМС на печатную плату, или неверного подключения к программатору.

5. Статическое электричество может повредить чип, как при монтаже, если вы не используете антистатическую атрибутику и заземление, так и в процессе работы.

6. Если произошел сбой, пробило стабилизатор или еще по какой-то причине на микроконтроллер было подано напряжение выше допустимого – он вряд ли останется цел. Это зависит от продолжительности воздействия аварийной ситуации.

7. Также не стоит слишком усердствовать при монтаже детали или разборке устройства, чтобы не повредить ножки и корпус элемента.

8. Влага становится причиной окислов, приводит к потере контактов, короткого замыкания. Причем речь идет не только о прямом попадании жидкости на плату, но и о длительной работе в условиях с повышенной влажностью (возле водоёмов и в подвалах).

Проверяем микроконтроллер без инструментов

Начните с внешнего осмотра: корпус должен быть целым, пайка выводов должна быть безупречной, без микротрещин и окислов. Это можно сделать даже с помощью обычного увеличительного стекла.

Если устройство вообще не работает – проверьте температуру микроконтроллера, если он сильно нагружен, он может греться, но не обжигать, т.е. температура корпуса должна быть такой, чтобы палец терпел при долгом удерживании. Больше без инструмента вы ничего не сделаете.

Проверка мультиметром

Проверьте, приходит ли напряжение на выводы Vcc и Gnd. Если напряжение в норме нужно замерить ток, для этого удобно разрезать дорожку, ведущую к выводу питания Vcc, тогда вы сможете локализоровать измерения до конкретной микросхемы, без влияния параллельно подключенных элементов.

Не забудьте зачистить покрытие платы до медного слоя в том месте, где будете прикасаться щупом. Если разрезать аккуратно, восстановить дорожку можно каплей припоя, или кусочком меди, например из обмотки трансформатора.

Как вариант можно запитать микроконтроллер от внешнего источника питания 5В (или другого подходящего напряжения), и замерить потребление, но дорожку резать все равно нужно, чтобы исключить влияние других элементов.

Для проведения всех измерений нам достаточно сведений из даташита. Не будет лишним посмотреть, на какое напряжение рассчитан стабилизатор питания для микроконтроллера. Дело в том, что разные микроконтроллерные схемы питаются от разных напряжений, это может быть и 3.3В, и 5В и другие. Напряжение может присутствовать, но не соответствовать номиналу.

Если напряжения нет – проверьте, нет ли КЗ в цепи питания, и на остальных ножках. Чтобы быстро это сделать отключите питание платы, включите мультиметр в режим прозвонки, поставьте один щуп на общий провод платы (массу).

Обычно она проходит по периметру платы, а на местах крепления с корпусом имеются залуженные площадки или на корпусах разъёмов. А вторым проведите по всем выводам микросхемы. Если он где-то запищит – проверьте что это за пин, прозвонка должна сработать на выводе GND (8-й вывод на atmega328).

Если не сработала – возможно, оборвана цепь между микроконтроллером и общим проводом. Если сработала на других ножках – смотрите по схеме, нет ли низкоомных сопротивлений между пином и минусом. Если нет – нужно выпаять микроконтроллер и прозвонить повторно. То же самое проверяем, но теперь между плюсом питания (с 7-м выводом) и выводами микроконтроллера. При желании прозваниваются все ножки между собой и проверяется схема подключения.

Проверка осциллографом

Осциллограф – глаза электронщика. С его помощью вы можете проверить наличие генерации на резонаторе. Он подключается между выводами XTAL1,2 (ножки 9 и 10).

Но щуп осциллографа имеет ёмкость, обычно 100 пФ, если установить делитель на 10 ёмкость щупа снизится до 20 пФ. Это вносит изменения в сигнал. Но для проверки работоспособности это не столь существенно, нам нужно увидеть есть ли колебания вообще. Сигнал должен иметь форму наподобие этой, и частоту соответствующую конкретному экземпляру.

Если в схеме используется внешняя память, то проверить можно очень легко. На линии обмена данными должны быть пачки прямоугольных импульсов.

Это значит, что микроконтроллер исправно выполняет код и обменивается информацией с памятью.

Используем программатор

Если выпаятьмикроконтроллер и подключить его к программатору можно проверить его реакцию. Для этого в программе на ПК нажмите кнопку Read, после чего вы увидите ID программатора, на AVR можно попробовать читать фьюзы. Если нет защиты от чтения, вы можете считать дамп прошивки, загрузить другую программу, проверить работу на известном вам коде.Это эффективный и простой способ диагностики неисправностей микроконтроллера.

Программатор может быть как специализированным, типа USBASP для семейства АВР:

Так и универсальный, типа Miniprog.

Схема подключения USBASP к atmega 328:

Заключение

Как таковая проверка микроконтроллера не отличается от проверки любой другой микросхемы, разве что у вас появляется возможность использовать программатор и считать информацию микроконтроллера. Так вы убедитесь в его возможности взаимосвязи с ПК. Тем не менее, случаются неисправности, которые нельзя детектировать таким образом.

Вообще управляющее устройство редко выходит из строя, чаще проблема заключается в обвязке, поэтому не стоит сразу же лезть к микроконтроллеру со всем инструментарием, проверьте всю схему, чтобы не получить проблем с последующей прошивкой.

Задать вопрос

Задавайте Ваши вопросы по ремонту любой бытовой техники или электроники. Мы смогли помочь уже 211274 посетителям нашего сайта.

Для проверки двигателя вращения поддона необходимо замерить сопротивление. Если тестер покажет обрыв цепи, значит двигатель неисправен. Также возможно замерить напряжение, если напрежение подходит к двигателю и оно соответствует нормам, а двигатель не вращается, то он неисправен.

Задавайте Ваши вопросы по ремонту любой бытовой техники или электроники. Мы смогли помочь уже 211274 посетителям нашего сайта.

Задавайте Ваши вопросы по ремонту любой бытовой техники или электроники. Мы смогли помочь уже 211274 посетителям нашего сайта.

Тестирование производительности микроконтроллеров

- производитель электроники

Производительность - это выполнение данной задачи, измеренное в соответствии с известными в настоящее время стандартами точности, полноты, стоимости и скорости. Никогда не было легко сравнивать разные микроконтроллеры на основе их производительности, поскольку в отрасли доступны сотни микроконтроллеров с различными функциями / конфигурациями для любого конкретного приложения. Бенчмаркинг - это решение этой сложной задачи.

В течение почти полутора десятилетий тест Dhrystone был единственным тестом для ядра MCU. Программа тестирования синтетических вычислений Dhrystone была разработана в 1984 году Райнхольдом П. Вайкером и должна была служить представителем системного (целочисленного) программирования. Dhrystone - это простая программа, которая тщательно разработана для статистического моделирования использования процессора определенным общим набором программ. Dhrystone может представлять результат более значимым образом, чем MIPS (миллион инструкций в секунду), потому что сравнение количества инструкций между различными наборами инструкций (например,г. RISC vs. CISC) может затруднить простые сравнения. Например, одна и та же высокоуровневая задача может потребовать гораздо больше инструкций на RISC-машине, но может выполняться быстрее, чем одна инструкция CISC. Таким образом, для сравнения, оценка Dhrystone учитывает только количество завершений итераций программы в секунду, что позволяет отдельным машинам выполнять этот расчет индивидуально для каждой машины.

Идеальный тест должен дать оценку, которая полностью отражает возможности производительности ядра MCU, независимо от остальной системы.Но это невозможно, поскольку все ядра MCU должны взаимодействовать с другим набором памяти - кеш-памятью, памятью данных, а также памятью инструкций, которая может не работать с оптимальной частотой ядра MCU. Основная производительность MCU также связана с цепочками инструментов, такими как компиляторы. Разные компиляторы генерируют разные коды для одного и того же кода C. Следовательно, общий бенчмаркинг должен включать ядро ​​MCU, скорость памяти и компиляторы, чего нельзя сказать о тестировании Dhrystone.

В 1996 году Маркус Леви выполнил практический проект, направленный на устранение неэффективности Dhrystone MIPS как инструмента для оценки производительности встроенных процессоров и для создания нового набора тестов, которые предоставили бы более точную информацию для помощи в анализе микропроцессоров. микроконтроллеры и компиляторы.В 1997 году Маркус Леви предложил идею EEMBC на конференции, в которой приняли участие компании AMD, ARM, DEC, Hitachi, IBM, Intel, LSI Logic, Microchip, Motorola, National Semiconductor, NEC, Philips, SGS-Thomson, Siemens, Sun, TEMIC, Texas Instruments и Toshiba, некоторые из которых впоследствии станут первоначальными членами EEMBC. Шесть месяцев спустя при финансировании и юридическом одобрении 12 первоначальных членов EEMBC был основан как некоммерческий консорциум, соответствующий отраслевым стандартам. С тех пор членство EEMBC расширилось до более чем 50 участников, а его тестовые наборы эффективно заменили Dhrystone MIPS в качестве отраслевого стандарта для измерения производительности процессоров, DSP и компиляторов.Вот некоторые популярные тесты EEMBC:

  • CoreMark
  • Тест UPL
  • ScaleMark
  • FP Benchmark
  • Бенчмарк при просмотре
  • Тест IoT
  • AndEBench-Pro

В этой статье освещаются тесты Coremark и ULP, которые легко доступны для оценки ядер микроконтроллеров.

CoreMark

CoreMark - это небольшой тест, выпущенный EEMBC, нацеленный на ядро ​​ЦП.CoreMark избегает таких проблем, как вычисление компилятором работы во время компиляции, и использует реальные алгоритмы, а не полностью синтетические. Чтобы оценить ценность CoreMark, давайте обсудим его тестовые компоненты, которые представляют собой списки, строки и массивы (точнее, матрицы).

Списки

Списки обычно представляют собой указатели, которые также характеризуются паттернами непоследовательного доступа к памяти. Что касается тестирования ядра ЦП, обработка списков в основном проверяет, насколько быстро данные могут использоваться для сканирования списка.Для списков, размер которых превышает доступный кэш ЦП, обработка списков может также проверить эффективность кеш-памяти и иерархии памяти.

Обработка списка состоит из обращения, поиска или сортировки списка по различным параметрам на основе содержимого элементов данных списка. Для проверки правильности работы CoreMark выполняет проверку с помощью циклического избыточного кода (CRC) 16b на основе данных, содержащихся в элементах списка. Поскольку CRC также часто используется во встроенных приложениях, этот расчет включен во временную часть CoreMark.Во многих реализациях простых списков программы выделяют элементы списка по мере необходимости с помощью вызова malloc. Однако во встроенных системах с ограниченной памятью списки обычно ограничиваются конкретными блоками памяти, управляемыми программистом. CoreMark использует последний подход, чтобы избежать вызовов библиотечного кода (malloc / free).

Поскольку указатели на ЦП могут иметь диапазон от 8 до 64 бит, количество элементов, инициализированных для списка, рассчитывается таким образом, чтобы список содержал одинаковое количество элементов независимо от размера указателя.Другими словами, ЦП с 8-битными указателями будет использовать ¼ памяти, которую 32-битный ЦП использует для хранения заголовков списка).

Матричная обработка

Многие алгоритмы используют матрицы и массивы, требующие значительных исследований по оптимизации этого типа обработки. Эти алгоритмы проверяют эффективность операций цикла, а также способность ЦП и IDE компилятора использовать ускорители ISA, такие как блоки MAC и инструкции SIMD. CoreMark выполняет простые операции с входными матрицами, включая умножение на константу, вектор или другую матрицу.CoreMark также тестирует работу с частью данных в матрице в виде извлечения битов из каждого элемента матрицы для операций. Чтобы проверить, что все операции были выполнены, CoreMark снова вычисляет CRC по результатам матричного теста.

Государственный машиностроительный завод

ЦП должен обрабатывать управляющие операторы, отличные от цикла. Конечный автомат на основе оператора switch или if - идеальный кандидат для проверки этой возможности.Существует 2 общих метода для конечных автоматов - с использованием оператора переключения с или с использованием таблицы переходов состояний . Поскольку CoreMark уже использует последний метод в алгоритме обработки списка для тестирования поведения загрузки / сохранения, CoreMark использует первый метод, переключение и операторы «если» для проверки структуры управления ЦП.

Конечный автомат проверяет входную строку, чтобы определить, является ли ввод числом, если это не число, он перейдет в «недействительное» состояние.Это простой конечный автомат с 9 состояниями. Входные данные - это поток байтов, инициализированный, чтобы гарантировать передачу всех доступных состояний на основе входных данных, недоступных во время компиляции. Этот конечный автомат сканирует весь входной буфер.

Общая функциональность обработки конечного автомата CoreMark.

Для проверки работы CoreMark ведет подсчет количества посещений каждого состояния. Во время каждой итерации CoreMark некоторые данные повреждаются из-за ввода, недоступного во время компиляции.В конце обработки данные восстанавливаются на основе входных данных, недоступных во время компиляции.

Чтобы оставаться доступной как можно большему количеству встроенных систем, больших и малых, программа имеет размер кода 2 КБ.

Результаты CoreMark:

На сайте http://www.eembc.org/coremark/index.php доступно около 408 результатов CoreMark. Эти результаты представлены как CoreMark, CoreMark / MHz и CoreMark / Core (больше - лучше ) с версией компилятора и скоростью работы.

Вы можете заметить, что для STM32L476 с одинаковыми компиляторами и одинаковой скоростью работы есть три разных результата. Выбрав их, вы можете просмотреть эти результаты подробно и обнаружить, что код выполнялся с разными параметрами памяти. Итак, с помощью CoreMark мы находим подробный тест MCU.

Тест UPL

В любом оборудовании IOT / с батарейным питанием мощность является одной из наиболее важных характеристик при разработке продукта.В зависимости от области применения критерий выбора устройства варьируется. В большинстве таких приложений система большую часть времени находится в спящем режиме и только при определенных событиях просыпается и работает в соответствии с требованиями системы. Таким образом, в зависимости от соотношения активного времени и времени ожидания / сна разработчик должен выбрать компоненты на основе тока активного / спящего режима. В целом приложение требует сочетания всего вышеперечисленного или компромиссов.

Однако в большинстве приложений ЦП - не единственный потребитель энергии.Периферийные устройства могут вносить значительный вклад в общее потребление энергии. Это затрудняет создание тестов, поскольку периферийные устройства сильно различаются между поставщиками микроконтроллеров и даже между несколькими платформами от одного и того же поставщика. Таким образом, тестовый код должен быть разработан таким образом, чтобы обеспечить гибкость и простоту внедрения или интеграции в любую систему микроконтроллера. Следующим важным фактором, влияющим на мощность, является частота, с которой MCU выходит из режима ожидания.

В любом приложении с низким энергопотреблением рабочий цикл активного режима должен быть как можно меньше, а система должна оставаться в спящем режиме большую часть времени.Однако это должно быть сбалансировано с потребностями системы в реальном времени. Например, в системе может быть функция календаря, которая должна обновляться каждую секунду. Другой пример, который следует рассмотреть, - это промышленные датчики, требующие сбора выборок АЦП со скоростью 1 ksps, после чего данные оцениваются и обрабатываются. Тест ULPBench использовал интервал пробуждения в 1 секунду. Этот интервал служит цели обеспечения разумного времени отключения питания, а также учета энергетического баланса, необходимого для перевода системы в режимы энергосбережения и из них.Энергетический бюджет во время пробуждения не всегда указывается непосредственно в таблицах данных MCU и поэтому является полезной частью оценки производительности.

T Тестовый пакет создается в несколько этапов разработки. Первый этап - CoreProfile - охватывает ЦП, доступ к памяти, часы реального времени и функции энергосбережения. CoreProfile применим к большому количеству приложений и предоставляет ценное средство для сравнения различных микроконтроллеров. В CoreProfile определенное базовое правило гласит, что приложение ULP должно работать от одной батареи CR2032 [емкостью 225 мАч] более четырех лет.Типичный профиль приложения имеет по крайней мере одну активную фазу в секунду и выполняет заранее определенные задачи в этой активной фазе.

Аппаратные требования MCU для запуска CoreProfile следующие:

- ЦП, ОЗУ, энергонезависимая память программ

- Таймер / счетчик RTC для односекундного прерывания пробуждения

- генератор 32 кГц для RTC

- Схема сброса для правильного запуска

- Диапазон блоков питания, включающий 3 В

Тест CoreProfile имеет два режима.Первый - это активный режим, в котором ЦП выполняет заранее определенный набор функций. Второй - это режим энергосбережения, при котором ЦП остается в режиме ожидания, а RTC выводит его из спящего режима один раз в секунду для повторного выполнения предварительно определенной задачи.

Тест ULPBench предоставит набор профилей, ориентированных на различные реальные приложения. На основе этих профилей пользователи могут определять и масштабировать требования своих приложений и анализировать количество энергии, которое целевое приложение может потреблять для данного микроконтроллера.

TI в этой области:

При профилировании семейства микроконтроллеров MSP430 со сверхнизким энергопотреблением от TI, при выполнении CoreProfile можно наблюдать значительные расхождения в результатах тестов. Эти вариации в рейтинге ULPBench обусловлены различными факторами, которые влияют на потребление энергии при выполнении указанной задачи, а также возможностью экономить энергию во время фазы энергосбережения и переходов между ними. Некоторые другие факторы, которые могут повлиять на оценку, - это размер памяти (и связанная с этим нагрузка на шину адреса и данных), техпроцесс и шину питания (цифровое ядро, питаемое от шины питания с широким диапазоном значений по сравнению сРегулируемое напряжение LDO).

Результаты ULPBench CoreProfile по сравнению различных микроконтроллеров на базе флэш-памяти и FRAM MSP430

Как видно из рисунка ниже, микроконтроллер MSP430FR5969 на основе технологии FRAM со сверхнизкой утечкой от TI и интеллектуальной системы управления питанием дает очень убедительные результаты ULPBench CoreProfile, которые доказывают его неотъемлемая способность удовлетворять самые строгие требования к энергопотреблению в широком спектре приложений.

Блок-схема микроконтроллера FRAM MSP430FR5969 со сверхнизким энергопотреблением компании TI.

Преимущества ULPBench

ULPBench - это первый комплексный тест, который позволяет разработчикам использовать беспристрастный метод для сравнения различных микроконтроллеров со сверхнизким энергопотреблением на основе энергопотребления во время выполнения заранее определенной задачи в реальном времени. Любой поставщик микроконтроллеров может предоставить эталонный тест, перенесенный на свою конкретную архитектуру микроконтроллеров, а также предоставить передовые методы оптимизации своего кода для достижения наилучших результатов. Продавцы также могут предоставить оборудование (например,г. периферийное устройство) и настройки программного обеспечения (например, компилятора), используемых в процессе тестирования. Таким образом, разработчики могут сэкономить время и усилия, затрачиваемые на понимание методов оптимизации энергопотребления, и просто использовать код ULPBench, предоставляемый поставщиками, в качестве «золотого стандарта» для минимального энергопотребления. Это помогает процессу оценки MCU стать более быстрым, портативным, более эффективным и беспристрастным.

Профили ULPBench будущего

CoreProfile - это первый этап в наборе профилей тестов для приложений со сверхнизким энергопотреблением.Вторая фаза, называемая Peripheral Profile, добавит определенные периферийные средства доступа и функциональные возможности в набор тестов энергоэффективности. Этот профиль будет охватывать преобразование АЦП, генерацию ШИМ, связь SPI и функциональность RTC.

Об авторе

Викас Чола, менеджер по приложениям EP - Северная Индия, Texas Instruments

Как выбрать микроконтроллер для вашего нового продукта

Как правильно выбрать микроконтроллер для вашего конкретного аппаратного продукта? Эта статья покажет вам все факторы, которые нужно учитывать при выборе самого лучшего микроконтроллера.

При выборе подходящего микроконтроллера для проекта вы должны учитывать стоимость, производительность, энергопотребление и общий размер. Доступность соответствующих программных и аппаратных средств также является важным фактором.

Поддержка выбранной платформы также очень важна - не только со стороны производителя, но и со стороны сообщества в целом. Также помогает, если у выбранного микроконтроллера есть легкодоступная плата для разработки.

Наконец, время разработки можно значительно сократить, если выбранный микроконтроллер имеет обширные, полностью отлаженные программные библиотеки с хорошо документированными интерфейсами прикладного программирования или API.

В этой статье будут представлены только микроконтроллеры, которые в целом соответствуют указанным выше критериям.

Все современные микроконтроллеры обладают некоторыми основными функциями. Помимо процессора, у них есть определенное количество флэш-памяти, которая используется для хранения кода приложения, некоторого количества SRAM и, в большинстве случаев, некоторого количества EEPROM.

Им нужен источник тактовой частоты, который обычно обеспечивается либо внутренним генератором резистора-конденсатора (RC), либо использованием внешнего кварцевого резонатора для более критичных по времени приложений.У них есть несколько цифровых портов ввода-вывода и как минимум один таймер / счетчик.

Кроме того, за исключением микроконтроллеров очень низкого уровня, большинство из них имеют по крайней мере один UART для последовательной связи. Помимо этого, микроконтроллеры различаются объемом памяти, который они имеют, количеством и типом других периферийных устройств, интегрированных в чип, и скоростью, с которой они запускают пользовательские приложения.

Это зависит не только от исходной тактовой частоты; это также зависит от объема данных процессора и любых включенных функций аппаратного ускорения.

Микроконтроллеры для встраиваемых систем в основном делятся на три категории в зависимости от ширины их шин данных: 8-битные, 16-битные и 32-битные. Есть и другие, но самые популярные.

В целом, 8-разрядные микроконтроллеры предназначены для приложений нижнего уровня, 32-разрядные - для приложений более высокого уровня, а 16-разрядные - для приложений среднего уровня.

Безусловно, большинство продуктов, над которыми я работаю, как правило, включают 32-битные микроконтроллеры, но 8- или 16-битные микроконтроллеры могут быть хорошим выбором для недорогих продуктов низкого уровня.

8-битные микроконтроллеры

Если приложение не предъявляет очень высоких требований к вычислительной мощности и имеет относительно небольшой размер, то имеет смысл рассмотреть 8-битный микроконтроллер.

Для справки: большинство Arduinos основано на 8-битных микроконтроллерах. Итак, если вы создали свой ранний прототип с использованием Arduino, вы можете использовать 8-битный микроконтроллер в своем конечном продукте.

Не оставляйте без внимания цену, хотя и направляйте ваше решение, и во многих случаях 32-битные микроконтроллеры могут быть дешевле 8-битных чипов.

Например, Atmega328p - это 8-битный микроконтроллер, использующий Arduino Uno. При объемах порядка 10 тыс. Штук он стоит немногим более 1 доллара. Он работает на частоте 20 МГц и включает 32 КБ флэш-памяти и 2 КБ ОЗУ.

С другой стороны, вы можете приобрести 32-битные микроконтроллеры, работающие на частоте 48 МГц, с аналогичной памятью всего за 60 центов. Вероятно, это связано с тем, что популярность 32-разрядных микроконтроллеров снижает их стоимость.

При этом доступны даже более дешевые 8-битные микроконтроллеры, которые стоят менее 25 центов при аналогичных объемах.

8-битные микроконтроллеры обычно следует рассматривать для приложений, которые предназначены только для выполнения одной работы, с ограниченным пользовательским интерфейсом и небольшой обработкой данных.

8-битные микроконтроллеры бывают всех размеров от небольших 6-контактных устройств до микросхем с 64 контактами. Они имеют размеры флэш-памяти от 512 байт до 256 КБ, размеры SRAM от 32 до 8 КБ или более и EEPROM от 0 до 4 КБ или более. Минимальная система может быть такой же простой, как одна микросхема с байпасным конденсатором на шине питания.

Три самых популярных линейки 8-битных микроконтроллеров - это серия 8051, серия PIC от Microchip и серия AVR от Atmel, теперь часть Microchip.

Серия 8051

Этот микроконтроллер, изначально созданный Intel, а теперь выпускаемый другими компаниями, до сих пор широко используется, он встроен во многие устройства.

Хотя они доступны как автономные устройства, 8051 в настоящее время в основном используются в качестве ядер IP (интеллектуальной собственности), которые встроены в микросхемы специализированных микросхем для конкретных приложений, таких как некоторые беспроводные радиоприемопередатчики.

Очень редко 8051 может быть правильным выбором в качестве основного микроконтроллера для вашего продукта.

Серия PIC

Микроконтроллеры

PIC довольно популярны и имеют широкую поддержку как Microchip, так и сторонних производителей.

Microchip предоставляет свою интегрированную среду разработки (IDE) MPLAB ® X, которая включает в себя C-компилятор бесплатно. Также бесплатно в качестве подключаемого модуля IDE доступен конфигуратор кода MPLAB, который генерирует C-код для встроенных периферийных устройств.

Затем его можно интегрировать в код приложения. Существуют модели PIC с комбинациями интерфейсов USART, SPI, I 2 C, ADC, USB, LIN, CAN и другими. Microchip также предлагает несколько инструментов разработки, включая MPLAB PICkit 4, ICD 4 и Real ICE.

Также доступны более качественные коммерческие компиляторы с лучшей оптимизацией кода. Вот краткое справочное руководство по микроконтроллерам PIC в формате PDF.

АРН серии

AVR - еще одна серия очень популярных 8-битных микроконтроллеров.Хотя они находятся в том же пространстве, что и описанные выше PIC, и имеют сопоставимые характеристики, у них есть одна большая претензия на славу: Arduino.

Рисунок 1. Большинство плат Arduino основаны на 8-битных микроконтроллерах AVR

Все оригинальные Arduinos, такие как Uno, Leonardo и Mega, используют микроконтроллеры AVR. Из-за очень широкого диапазона доступных библиотек для Arduinos, AVR заслуживают серьезного рассмотрения для 8-битных приложений, даже если только для доказательства концептуальных прототипов.

Поскольку библиотеки Arduino написаны на C ++, их можно легко включить в любое приложение, написанное на C / C ++.

Инструменты разработки программного обеспечения включают AVR studio или, если используется Arduino, обычно используются Arduino IDE и Platform IO. Компилятор, используемый в этих IDE, - это AVR GCC, бесплатный, очень хорошо поддерживаемый и поддерживаемый компилятор C / C ++.

Инструменты разработки оборудования включают Atmel ICE и PICkit 4. Кроме того, по-прежнему широко доступны зрелые инструменты, такие как STK600 и AVR Dragon.Вот ссылка на краткое справочное руководство в формате PDF для микроконтроллеров AVR.

16-битные микроконтроллеры

16-разрядные микроконтроллеры

- это следующий шаг по сравнению с 8-разрядными, при этом они имеют многие из тех же атрибутов. Они быстрее, поддерживают еще больше периферийных устройств и, как правило, предлагают больше памяти, как флэш-памяти, так и SRAM.

В дополнение к большему количеству контактов ввода-вывода, большинство из них также имеют аппаратные умножители, которые значительно быстрее и используют меньше программной памяти по сравнению с чисто программными реализациями.

Легко найти устройства, которые имеют как АЦП, так и ЦАП, или устройства с емкостными сенсорными датчиками, драйверами сегментированных ЖК-дисплеев и Ethernet.

Внутри эти устройства также имеют аппаратные блоки, которые обычно не встречаются в устройствах нижнего уровня. К ним относятся механизмы шифрования, операционные или программируемые усилители усиления и контроллеры прямого доступа к памяти.

Хотя 16-битные микроконтроллеры можно найти у различных производителей, таких как Microchip (их dsPIC33 - популярный выбор), NXP, Infineon или Cypress, серия TI MSP430 будет представлена ​​здесь как типичный пример этого сегмента микроконтроллеров.

TI MSP430 серии

MSP430 - это серия 16-разрядных микроконтроллеров с очень низким энергопотреблением, которые доступны во многих вариантах. Они варьируются от моделей общего назначения до очень специализированных.

Одна интересная особенность специализированных вариантов этих микроконтроллеров заключается в том, что они фактически разветвляются на две крайности: очень специализированные, очень недорогие модели и высокопроизводительные модели с интерфейсами аналоговых датчиков и цифровой обработкой сигналов (DSP).

Примером высокотехнологичного применения является ультразвуковой датчик потока.На нижнем уровне TI также производит микросхемы на базе MSP430, которые решают многие очень специфические аппаратные функции. Для получения дополнительной информации см. Этот электронный документ.

Например, нужен интерфейс SPI-UART, расширитель ввода-вывода или мост UART-UART? Все это есть, и все это менее чем за 0,3 доллара за этот чип.

Наконец, конечно, MSP430 поддерживается рядом недорогих инструментов и наборов для разработки.

В таблице 1 ниже показаны дополнительные функции, доступные в некоторых основных версиях.

MSP430FR2x MSP430FR4x MSP430FR5x MSP430FR6x
Программная память До 32 КБ до 16 КБ До 256 КБ До 128 КБ
Количество контактов от 16 до 64 в различных упаковках от 48 до 64 в различных упаковках от 24 до 100 в различных упаковках от 56 до 100 в различных упаковках
Периферийные устройства обычно не доступны в 8-битных контроллерах ЦАП, PGA, трансимпедансные и операционные усилители Логика ИК-модуляции DMA, AES DMA, AES
Драйверы сегментов ЖК-дисплея До 256 До 320

Таблица 1 - Обзор основных функций MSP430

32-битные микроконтроллеры

32-разрядные микроконтроллеры

- это мощные устройства с функциями микропроцессора.Некоторые из расширенных функций включают конвейерную обработку команд, прогнозирование ветвлений, вложенные векторные прерывания (NVI), блоки с плавающей запятой (FPU), защиту памяти и встроенные отладчики.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

Конвейерная обработка инструкций означает, что ядро ​​процессора предварительно выбирает последующие инструкции, а прогнозирование ветвления предварительно выбирает следующие инструкции для обоих результатов условия if-else, таким образом ускоряя выполнение кода.

NVI обеспечивает приоритеты прерываний, при которых одно прерывание может вытеснить прерывание с более низким приоритетом.

FPU

могут выполнять вычисления с плавающей запятой намного быстрее, чем методы, реализованные в программном обеспечении.

Защита памяти гарантирует, что код приложения не сможет случайно перезаписать критические разделы, выделенные, например, для операционной системы.

Наконец, встроенная отладка позволяет заглядывать в регистры и другие области системы, чтобы облегчить отладку кода приложения.Все это вместе позволяет этим микроконтроллерам запускать большие, быстрые и надежные приложения.

Кроме того, их чистая вычислительная мощность означает, что они могут легко поддерживать операционные системы реального времени (RTOS), которые, в свою очередь, обеспечивают возможности многозадачности.

Несмотря на то, что на рынке представлено много 32-битных микроконтроллеров, в этой заметке основное внимание будет уделено устройствам на базе ARM Cortex M, с особым упоминанием ESP32 от Espressif.

ARM Holdings фактически разрабатывает только IP-адреса процессорных ядер, которые затем лицензируются различным поставщикам полупроводников, которые включают их вместе с некоторыми периферийными устройствами в свои собственные кремниевые микросхемы.Многие производители микросхем предлагают микроконтроллеры на базе архитектуры Cortex-M.

Два известных производителя чипов на базе ARM - это Atmel со своей линейкой устройств SAM и STMicroelectronics со своей линейкой продуктов STM32.

Устройства SAM заслуживают упоминания здесь из-за их использования в некоторых Arduino-совместимых платах. Однако в целом устройства STM32 предлагают больше вариантов, и им следует уделять первоочередное внимание при проектировании встроенного 32-разрядного микроконтроллера.

Микроконтроллеры STM32

Ядра

ARM Cortex M бывают разных версий.Самыми популярными из них являются M0 / M0 +, M1, M3, M4 и M7, каждый из которых предлагает все более высокую производительность. Микроконтроллеры STM32 содержат ядра M0 / M0 +, M3, M4 или M7.

На рис. 1 показано семейство микроконтроллеров на базе ARM Cortex M STM32 и их предполагаемые сегменты приложений.


Рисунок 2 - Семейство микроконтроллеров STM32

В каждой из категорий, показанных на рисунке 1, есть много семейств, которые можно выбрать для более точного соответствия заданному приложению.

Например, на рисунке 2 показаны основные варианты, доступные в категории «мейнстрим», и их относительная кривая производительности. Обратите внимание, что внутри каждого семейства существует множество вариантов с различными комбинациями периферийных устройств и объемом памяти.

Фактически, в настоящее время существует более трехсот микроконтроллеров STM32, доступных в этой категории.


Рисунок 3 - Семейство микроконтроллеров в категории STM32 Mainstream

Поддержка оборудования STM32: Семейство STM32 поддерживается широким спектром аппаратных средств, предоставляемых как ST Microelectronics, так и сторонними производителями.

Недорогой внутрисхемный отладчик / программатор - STLink V2. Он сделан ST и доступен в таких местах, как Digi-Key; однако также доступны очень недорогие клоны.

ST Microelectronics также предлагает большой выбор плат для разработки семейств Nucleo и Discovery.

Оба содержат интерфейс отладки STLink. Все, что требуется, - это компьютер с USB-портом, на котором запущено соответствующее программное обеспечение для оценки выбранного микроконтроллера.

Платы

Discovery включают в себя дополнительные внешние периферийные устройства, такие как датчики MEM и емкостные сенсорные панели.Однако у Nucleos есть заголовки, совместимые с щитами Arduino.

Рисунок 4 - Макетная плата ST Discovery для микроконтроллера STM32F407

Перед тем, как покинуть этот раздел, стоит упомянуть еще об одной очень недорогой плате для разработки. Эта плата, обычно известная как Blue Pill, оснащена чипом на базе STM32F103 Cortex M3 и стоит менее 2 долларов США из некоторых источников.

Привлекательной особенностью этой платы является то, что ее можно сделать совместимой с Arduino, чтобы можно было использовать Arduino IDE или Platform IO для написания и загрузки кода для быстрой проверки концептуальных проектов.

Хотя процесс обеспечения совместимости с Arduino немного сложен, есть несколько мест, где продаются готовые к Arduino платы. Просто выполните поиск "STM32duino".

Чтобы узнать, как разработать собственную плату микроконтроллера на базе STM32, обязательно просмотрите это руководство и ознакомьтесь с этим углубленным платным курсом.

Поддержка программного обеспечения STM32: STMicroelectronics предоставляет версию пакета разработки ARM Mbed для всей линейки продуктов STM32. Сюда входят IDE, компилятор и обширный набор библиотек.

Для разработчиков, которые предпочитают использовать другие компиляторы, ST предоставляет свой STMCube. Это программа-генератор кода, которая производит коды инициализации для периферийных устройств STM32.

При этом нет необходимости полностью настраивать биты нескольких регистров для настройки периферийных устройств, таких как, например, порты ввода-вывода или таймеры.

ESP32

ESP32 - это микроконтроллер от Espressif Systems. Как показано на рисунке 3, он имеет все функции типичного 32-разрядного микроконтроллера.

Рисунок 5 - Модуль Espressif ESP32

Однако, что отличает этот конкретный микроконтроллер от других, так это наличие в чипе оборудования Wi-Fi и Bluetooth.

Это включает не только стеки протоколов, но и сами радиоприемопередатчики. ESP32 также доступен в виде небольшого предварительно сертифицированного модуля со встроенной антенной.

Для приложений, требующих подключения по Wi-Fi или Bluetooth, ESP32 заслуживает серьезного внимания.Цена ESP32 (как дискретного чипа, так и модуля) очень доступная, особенно с учетом количества функций и производительности, заложенных в этот чип.

Рисунок 6 - Функциональная блок-схема ESP32

Заключение

Микроконтроллер, пожалуй, самый важный компонент, который вы должны выбрать для своего продукта. Переход на новый микроконтроллер в середине проекта может быть кошмаром, поэтому убедитесь, что вы сделали этот выбор заранее.

Другие компоненты в конструкции, как правило, можно изменить, не требуя масштабных общесистемных изменений.Это не относится к микроконтроллеру, который служит ядром вашего продукта.

Выбирая микроконтроллер, вы обычно выбираете тот, который дает вашему продукту пространство для роста. Например, если вы определили, что вам требуется 16 контактов GPIO, вы не хотите выбирать микроконтроллер только с 16 контактами GPIO.

Что произойдет, если вы решите добавить новую кнопку в будущем, и вам понадобится еще один вывод GPIO? Если ваш микроконтроллер не дает вам возможности для роста, вы можете обнаружить, что кажущиеся простыми обновления конструкции в будущем потребуют масштабной модернизации, поскольку необходим новый микроконтроллер.

С другой стороны, вы не хотите выбирать больше производительности или функций, чем вы когда-либо предполагали.

Например, если ваш продукт просто отслеживает температуру и влажность, вам никогда не понадобится усовершенствованный 32-битный микроконтроллер, работающий на сотнях МГц. Это было бы излишним, поскольку добавляло ненужных затрат и усложняло дизайн вашему продукту.

Вместо этого вам нужно найти золотую середину между тем, чтобы иметь место для роста, если это необходимо, но при этом не платить за производительность или функции, которые вам никогда не понадобятся.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатный PDF-файл : Ultimate Guide to Develop и Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который может вам понравиться:

CPU Benchmark - MCU Benchmark - CoreMark - Консорциум EEMBC Embedded Microprocessor Benchmark Consortium

Последние сертифицированные результаты

Хотя любой может загрузить оценку CoreMark, сертифицированные результаты прошли тщательный анализ сертификационной лаборатории EEMBC.

Загрузка ...

CoreMarks: {{parseFloat (score.coremarks) .toPrecision (3)}}
CoreMarks / МГц: {{parseFloat (score.coremarks_per_mhz) .toPrecision (3)}}

Дополнительные оценки. ..

Заинтересованы в CoreMark Power?

Наш пакет ULPMark теперь предлагает вариант CoreMark, который четко определяет, как измерять и записывать мощность CoreMark единообразным образом, что упрощает сравнение!

Подробности

CoreMark® EEMBC - это тест, который измеряет производительность микроконтроллеров (MCU) и центральных процессоров (CPU), используемых во встроенных системах.Заменив устаревший тест Dhrystone, Coremark содержит реализации следующих алгоритмов: обработка списков (поиск и сортировка), управление матрицей (общие операции с матрицами), конечный автомат (определение того, содержит ли входной поток допустимые числа) и CRC (проверка циклическим избыточным кодом) . Он разработан для работы на устройствах от 8-битных микроконтроллеров до 64-битных микропроцессоров.

Как переносить CoreMark, 2009

Алгоритм CRC выполняет двойную функцию; он обеспечивает рабочую нагрузку, обычно наблюдаемую во встроенных приложениях, и обеспечивает правильную работу теста CoreMark, по сути обеспечивая механизм самопроверки.В частности, для проверки правильности работы выполняется 16-битная CRC для данных, содержащихся в элементах связанного списка.

Чтобы компиляторы не могли предварительно вычислить результаты во время компиляции, каждая операция в тесте производительности получает значение, недоступное во время компиляции. Более того, весь код, используемый во временной части теста, является частью самого теста (без вызовов библиотеки).

Более подробное объяснение CoreMark можно найти в этом техническом документе от EEMBC.

Ключевые факторы, которые следует учитывать при выборе микроконтроллера

Какой из них выбрать при разработке встроенной системы с микроконтроллером? Это руководство содержит краткий обзор, который поможет вам сузить круг выбора.

Микроконтроллер (MCU) - самый маленький и самый простой компьютер. Работая на одном чипе, он имеет ЦП, память (RAM и ROM) и интерфейсы (порты ввода / вывода) для таких дополнений, как видео, аудио, USB и камеры. В отличие от микропроцессора, который обслуживает более общие приложения, микроконтроллер предназначен для более конкретных приложений.

Микроконтроллер имеет множество применений: в бытовой электронике, такой как игрушки и бытовая техника, в устройствах связи, таких как сотовые телефоны и компьютеры, и в медицинских инструментах, таких как аппараты ЭКГ и мониторы. Кроме того, в промышленных условиях его можно использовать для контроля температуры или давления, подсчета времени, измерения скорости или активации тормозной системы. Поскольку микроконтроллеры подходят для конкретных задач, важно выбрать микроконтроллер, наиболее подходящий для проекта. Следует учитывать множество факторов.

Энергоэффективность . Существует компромисс между производительностью обработки и потреблением энергии: устройство с более высокой вычислительной мощностью будет потреблять больше энергии. Следовательно, если ваш микроконтроллер является беспроводным и работает от перезаряжаемой батареи, вам нужно взвесить, жертвуя энергоэффективностью, получая большую вычислительную мощность, или наоборот. Некоторые энергоэффективные микроконтроллеры включают в себя серию STM32 STMicroelectronics, серию NXP Kinetis L, серию Renesas H8 Super Low Power, серию Cypress PSoC 6, серию Microchip eXtreme Low Power PIC и серию Texas Instruments MSP430.

Температурный допуск . В зависимости от среды, в которой работают ваши микроконтроллеры, вам могут потребоваться устройства, выдерживающие экстремальные температуры. Будет компромисс между допуском к температуре и стоимостью. Некоторые термостойкие микроконтроллеры включают серию STMicroelectronics STM32F103, серию NXP Kinetis EA, Renesas RX24T и RX24U, серию Infineon XMC и серию AURIX ™, микроконтроллеры Microchip: PIC и AVR и MSP430F2619S-HT от Texas Instruments.

Безопасность. Число хакерских атак, нацеленных на устройства Интернета вещей, растет, и эта угроза особенно актуальна для микроконтроллеров, используемых в автомобилях. В ответ производители микроконтроллеров реализуют такие уровни безопасности, как криптография и физическая безопасность. Теперь пользователи могут приобретать микроконтроллеры, сертифицированные по последним стандартам безопасности, или использовать микроконтроллеры со встроенным защищенным оборудованием. Компании, предлагающие автономные микроконтроллеры безопасности, включают STMicroelectronics (серия ST33), Renesas (серии AE-5 и RS-4), Infineon (OPTIGA Trust и OPTIGA TPM), Cypress (PSoC 64), Microchip (32-разрядная и 16-разрядная версии). bit MCU для безопасности) и Texas Instruments (серия MSP430).Компании, предлагающие встроенное оборудование безопасности, включают NXP (серия Kinetis) и Infineon (AURIX).

Архитектура оборудования . Упаковка микроконтроллера напрямую влияет на его размер и производительность. Двухрядная упаковка является наиболее распространенным типом. Транзисторы с малыми габаритами занимают мало места, а четырехканальные плоские блоки занимают больше площади, но меньше места по вертикали. Масштабные микросхемы на уровне пластины намного меньше и обладают большей вычислительной мощностью, но более дороги в производстве.Плоские корпуса без свинца лучше рассеивают тепло. Матрицы с шариковой решеткой (BGA) обладают высокими характеристиками благодаря компактному корпусу, но при этом стоят дороже в производстве.

Некоторые из микроконтроллеров с наименьшей занимаемой площадью включают ATtiny20-UUR от Microchip (ранее Atmel), PSoC 4000 от Cypress, LPC1102UK от NXP, STMicroelectronics STM32F042T6Y6 и MSP430G2252 от Texas Instrument.

Вычислительная мощность . Сколько вычислительной мощности вам требуется для выполнения этой задачи, будет ли достаточно одноядерного процессора или вам нужен двухъядерный? Многоядерный процессор будет значительно быстрее, но при этом потребляет больше энергии.Кроме того, потребуется ли графический процессор (ГП)?

Память . Необходимый объем памяти (RAM и ROM) будет зависеть от программ, которые вы будете запускать. Большему количеству программ требуется больше оперативной памяти (RAM). Кроме того, графическому процессору потребуется не только больше оперативной памяти, но и более быстрое время чтения / записи.

Аппаратный интерфейс . Характер задачи диктует потребность в аппаратных интерфейсах, таких как USB, Wi-Fi, Bluetooth, аудио, видео или камера.

Архитектура программного обеспечения .Некоторые микроконтроллеры могут работать с несколькими ОС, а другие - нет. Если вам нужно масштабировать, лучше использовать ту же программную архитектуру, чтобы повысить функциональную совместимость.

Стоимость . Микроконтроллеры относятся к широкому диапазону цен: от сотни единиц за несколько долларов до нескольких долларов за единицу. Если вы хотите масштабироваться, вам нужно учитывать общую стоимость в сравнении с индивидуальной производительностью микроконтроллера.

Вот примеры специализированных микроконтроллеров от разных производителей:

Устранение ограничений производительности микроконтроллеров

Эта статья «Практическое руководство по использованию продукта» посвящена использованию определенного продукта во встроенной системе и написана представителем компании.

Современные микроконтроллеры должны выполнять широкий спектр задач, включая управление алгоритмами управления в реальном времени, декодирование протоколов высокоскоростной связи и обработку сигналов с высокочастотных датчиков. Методы опроса, такие как проверка портов интерфейса на предмет поступления новых данных, потребляют слишком много циклов ЦП, а также часто имеют слишком большое максимальное время отклика для надежного обслуживания ввода-вывода и периферийных устройств. Для большинства встроенных приложений разработчики полагаются на прерывания для удовлетворения своих требований в реальном времени для управления периферийными устройствами.

Однако прерывания

могут определять только то, что произошло событие в реальном времени. Разработчики по-прежнему должны напрямую задействовать ЦП для чтения операций ввода-вывода и периферийных устройств, прежде чем данные будут потеряны. Обработка прерывания требует потенциально прерывания других задач, чувствительных к задержке, вызывает накладные расходы на переключение контекста и вводит широкий спектр эзотерических проблем, таких как управление задержкой при одновременном возникновении нескольких прерываний, что снижает предсказуемость и эффективность процессора.

Чтобы иметь возможность обрабатывать высокие скорости передачи данных и частоты ввода-вывода в реальном времени и периферийных устройств, микроконтроллеры должны обеспечивать более высокую эффективность обработки.Однако эта эффективность должна быть основана не на увеличении тактовой частоты (что происходит за счет более высокого энергопотребления), а за счет внутренних изменений в архитектуре микроконтроллеров. В частности, микроконтроллеры начали интегрировать сопроцессоры, которые разгружают определенные блоки задач, многоканальные контроллеры DMA для облегчения доступа к памяти без штрафных санкций и интегрированные системы событий, которые маршрутизируют сигналы между внутренними подсистемами для разгрузки ввода-вывода и управления периферией.

Более одного способа разгрузки ЦП

Интегрированные сопроцессоры получили достаточно широкое распространение в широком диапазоне встраиваемых микроконтроллеров.Среди наиболее широко известных сопроцессоров - механизмы шифрования и разгрузки TCP / IP. По сути, сопроцессоры разгружают все задачи или помогают выполнять более требовательные к компьютеру части сложных алгоритмов.

Например, механизм шифрования сокращает вычисления AES на ЦП с 1000 циклов до 100 циклов на операцию, в то время как механизм разгрузки TCP / IP позволяет завершить соединение Ethernet с небольшими издержками на ЦП. Кроме того, механизмы разгрузки упрощают реализацию этих задач, устраняя необходимость в обширном создании кода драйвера, позволяя разработчикам получать доступ к этой расширенной функциональности с помощью простых API-интерфейсов.

DMA и технологии событийных систем менее знакомы разработчикам и часто не используются по этой причине. Контроллеры DMA разгружают управление перемещением данных от ЦП, выполняя доступ к данным, таким как регистры периферийных устройств, во внутреннюю или внешнюю SRAM в фоновом режиме. Например, разработчик может настроить контроллер DMA для предварительной загрузки блока данных во встроенное ОЗУ, чтобы он был доступен для быстрого доступа до того, как он понадобится ЦП, тем самым устраняя состояния ожидания и задержки зависимостей.В качестве альтернативы, контроллер прямого доступа к памяти может взять на себя большую часть нагрузки по управлению коммуникационными периферийными устройствами », см. Таблицу 1.

Таблица 1: Контроллеры DMA могут взять на себя большую часть нагрузки по управлению коммуникационными периферийными устройствами.

Экономия циклов от использования контроллера DMA может быть значительной: многие разработчики встроенных систем оказались не в состоянии уместить приложение в пределах ресурсов микроконтроллера только для того, чтобы производитель представил их DMA и внезапно обнаружил, что у них есть дополнительные циклы. , иногда порядка 30–50 процентов по системе.

Многие разработчики впервые обнаруживают неиспользованный потенциал, доступный им с самого начала, только когда они сталкиваются со стеной обработки.

Еще меньше разработчиков знакомы с системами событий, которые работают вместе с контроллерами DMA для дальнейшей разгрузки циклов ЦП, а также снижения общего энергопотребления. Система событий - это шина, которая может соединять внутренние сигналы от одного периферийного устройства микроконтроллера к другому. Когда событие происходит на периферийном устройстве, оно может инициировать действие, которое должно быть выполнено на других периферийных устройствах без участия ЦП и с задержкой в ​​два цикла.во многом так же, как человеческое тело обрабатывает рефлексы, например, вытаскивание руки из огня без предварительной консультации с мозгом.

В частности, система событий направляет сигналы через микроконтроллер, используя выделенную сеть, соединяющую ЦП, шину данных, периферийные устройства и контроллер прямого доступа к памяти. Обычно периферийные устройства должны прерывать работу ЦП, чтобы инициировать какое-либо действие, включая чтение периферийного устройства. Маршрутизируя события напрямую между периферийными устройствами, система событий фактически разгружает эти прерывания от ЦП.Разработчики могут гибко настраивать периферийные устройства для отслеживания различных каналов событий, тем самым определяя конкретную маршрутизацию событий, необходимую для удовлетворения конкретных потребностей приложения.

Комбинация DMA и системы событий позволяет разработчикам разгружать целые задачи, как это делает сопроцессор. Одно из ключевых отличий заключается в том, что сопроцессоры не программируются. Они реализуют четко определенную задачу на оборудовании и в лучшем случае настраиваются. Программируемость контроллера прямого доступа к памяти и системы событий делает их подходящими для множества задач, от самых простых до очень сложных.В случае использования DMA с системой событий, DMA управляет передачей данных по всей архитектуре микроконтроллера, в то время как система событий контролирует, когда эти передачи происходят с низкой задержкой и высокой степенью точности. Другими словами, система событий гарантирует, что значения, управляемые DMA, выбираются или выводятся в нужное время / с нужной частотой.

На рисунке 1 показана блок-схема совместной работы системы событий и прямого доступа к памяти. АЦП подключен к датчику и будет собирать образцы.Внутренний счетчик настроен на соответствие частоте выборки, обеспечивая регулярные и точные интервалы. Вместо того, чтобы прерывать ЦП для выборки АЦП, система событий напрямую инициирует выборку АЦП. Это приводит к тому, что частота дискретизации является чрезвычайно точной по сравнению с часами микроконтроллера. Когда АЦП установится и преобразование завершится, АЦП запускает DMA для сохранения значения через систему событий.

Рис. 1. Контроллер DMA и система событий работают вместе, чтобы выгрузить периферийную обработку из ЦП.Внутренний счетчик устанавливает частоту дискретизации, обеспечивая регулярные и точные интервалы, или входной сигнал (событие 1) может запустить АЦП для выборки (событие 2) и сохранить значение в DMA (событие 3) до тех пор, пока буфер DMA не заполнится (событие 4 ). В этой конфигурации ЦП прерывается только тогда, когда имеется полный буфер данных для обработки.

Управление событиями может быть расширено за счет включения нескольких событий, подключения нескольких периферийных устройств для создания более сложных конфигураций. Например, входной сигнал (событие 1) может инициировать выборку АЦП (событие 2) и сохранение значения в DMA (событие 3) до тех пор, пока буфер DMA не заполнится (событие 4).В этой конфигурации ЦП прерывается только тогда, когда имеется полный буфер данных для обработки.

Как контроллеры DMA, так и системы событий также поддерживают несколько каналов. Это позволяет разработчикам настраивать взаимосвязанную структуру, которая работает параллельно с основным процессором. В результате несколько одновременных задач в реальном времени могут координироваться детерминированным образом.

Детерминизм и латентность

Детерминизм играет ключевую роль в ограничении задержки и управлении скоростью реакции встроенных систем реального времени.Чем более детерминирована система, тем более последовательной будет ее отзывчивость. Основным фактором, влияющим на детерминизм, является количество прерываний, которые система должна обрабатывать одновременно. Как правило, увеличение количества прерываний в системе подрывает ее детерминизм.

Рассмотрим систему с одним прерыванием, которое выполняется за 50 циклов. Таким образом, задержка для такого прерывания постоянно составляет порядка 50 циклов. Обратите внимание, что даже самые простые прерывания занимают порядка 50 циклов к тому времени, когда микроконтроллер сохраняет контекст для ограниченного числа регистров, обращается к периферийному устройству, сохраняет данные, восстанавливает контекст и страдает сбросом конвейера.

Однако перспектива обработки единственного прерывания не создает для разработчиков наибольших проблем с точки зрения детерминизма и задержки. Скорее, сложная задача соблюдения сроков в реальном времени возникает, когда одновременно происходит много прерываний. Например, если в систему вводится прерывание с более высоким приоритетом, которое завершается в течение 75 циклов, это влияет на задержку первого прерывания, поскольку задача с более высоким приоритетом может прерываться. Задержка теперь составляет от 50 до 125 циклов для задачи с более низким приоритетом.

По мере того, как вводится больше прерываний, задержка для прерываний с более низким приоритетом увеличивается по мере уменьшения детерминизма. Задача с 50 циклами может прерываться несколько раз, и для ее выполнения требуется от 100 до 1000 циклов. Этот фактор важен, потому что не все прерывания могут иметь высокий приоритет по отношению друг к другу.

Детерминизм напрямую влияет на отзывчивость, надежность и точность. Если разработчик знает, что задержка зафиксирована на уровне 50 или 500 циклов, это можно учесть во время обработки.Однако, когда задержка может варьироваться от 50 до 500 циклов, лучшее, что могут сделать разработчики, - это предположить типичную задержку, такую ​​как 200 циклов, и принять любое изменение как ошибку. Кроме того, задержка в наихудшем случае может начать приближаться к ограничениям сроков в реальном времени и угрожать надежности системы. Уменьшение потенциального количества одновременных прерываний, даже низкочастотных, с помощью контроллера прямого доступа к памяти и системы событий может существенно повысить детерминированность системы, а также снизить задержку . Более высокий детерминизм также приводит к важным факторам, таким как более высокая точность.

Чтобы понять, как детерминизм влияет на точность, рассмотрите реализацию задачи контроля мощности, чтобы максимизировать эффективность мощности переменного тока при работе с большой нагрузкой, такой как двигатель. Поскольку наибольшая энергия доступна, когда напряжение находится на пике и совпадает по фазе с током, именно в этот момент система должна потреблять наибольший ток.

И наоборот, чем ближе напряжение к нулю (т. Е. Точка перехода через ноль), тем меньше доступная мощность и, следовательно, менее эффективное потребление тока.За счет реализации коррекции коэффициента мощности (PFC) энергоэффективность повышается за счет включения и выключения больших конденсаторов, которые регулируют нагрузку, чтобы поддерживать переменный ток и напряжение в фазе.

Обычно для обнаружения перехода через ноль используется компаратор. Когда напряжение падает ниже или выше установленного порога, компаратор переключается. Вместо того, чтобы компаратор запускал прерывание и заставлял ЦП переключать конденсаторы, система событий может направить событие компаратора непосредственно на выход таймера / счетчика, управляя переключателем без вмешательства ЦП.

Задержка прерывания для задачи с низким приоритетом, такой как PFC, может составлять тысячи циклов, в зависимости от того, сколько прерываний с более высоким приоритетом происходит одновременно. Более высокая задержка означает, что конденсаторы переключаются позже оптимального момента, что значительно снижает общую эффективность. Для сравнения, задержка при маршрутизации событий составляет не более двух циклов.

Учитывайте эти числа по тактовой частоте микроконтроллера.

Если микроконтроллер работает на частоте 32 МГц, двухцикловая задержка вносит незначительную ошибку (2 / 32M).С другой стороны, задержка в тысячи циклов может существенно повлиять на точность высокочастотных задач, которые сами должны обрабатываться каждые несколько тысяч циклов. Обратите внимание, что эта задержка может быть уменьшена до 50 циклов, если прерывание сделать задачей с более высоким приоритетом. Однако это приводит к назначению приоритета на основе требований к точности, а не важности функции для системы. Это также просто переносит неточности из-за отсутствия детерминизма на другие задачи.

Более высокая точность также играет ключевую роль при генерации сигналов, а не только при их выборке. Рассмотрите возможность создания сигнала 100 кГц. При использовании прерываний на точность формы сигнала будет влиять переменная задержка относительно скорости сигнала, немного медленнее или быстрее, в зависимости от переключения контекста и других накопившихся прерываний. Обратите внимание, что хотя форма сигнала будет в среднем точной, во многих случаях важна относительная разница между двумя последовательными выборками.

Обработка высокочастотных сигналов

Генерация сигналов становится все более распространенной задачей в широком спектре встроенных приложений.Сигналы используются для генерации звука, управления регулятором преобразователя напряжения, управления исполнительными механизмами в промышленных приложениях и выполняют множество других функций. Чем выше частота сигнала, тем выше нагрузка на ЦП при использовании прерываний и тем выше вероятность увеличения задержки для других задач.

Для событий с более высокой частотой возникновения загрузка ЦП становится основным фактором. Например, высокоскоростной датчик должен собирать образцы до того, как будет готов следующий образец, чтобы предотвратить потерю данных.Учитывая, что расходомер, многокоординатная система позиционирования или измерительная система, собирающая 2 миллиона отсчетов в секунду для быстрых и точных измерений, потребуют от десятков до сотен миллионов циклов каждую секунду только для сбора образцов.

С системой событий и контроллером DMA все эти циклы выгружаются из ЦП для фактической обработки выборок, а не просто для их буферизации. Даже если принять простую задачу, которая требует всего 50 циклов для выполнения задачи с накладными расходами на переключение контекста, это приведет к выгрузке 100 млн циклов из ЦП.По этой причине многие системы могут использовать отдельный микроконтроллер для управления отдельными высокочастотными датчиками или двигателями.

Для более частых задач система событий и контроллер прямого доступа к памяти также позволяют:

Точная отметка времени: образцы отметки времени позволяют разработчикам лучше синхронизировать сигналы с внешними событиями. При задержке в два цикла отметки времени намного точнее, чем отметки прерываний с задержкой порядка тысяч циклов.

Передискретизация: Одним из способов увеличения разрешения сенсора является передискретизация.Например, деление счетчика на 16 приведет к увеличению количества собранных образцов в 16 раз, что повысит общую точность датчика. Поскольку ЦП не принимает непосредственного участия в отборе и хранении образцов, становится возможным сверхдискретизация без особых штрафов.

Динамическая частота: для некоторых приложений более высокая точность измерения требуется только в определенное время или при определенных условиях эксплуатации. Например, водомер может отбирать быстрее, когда скорость потока меняется быстро, и уменьшать масштаб, когда поток отключен или постоянный.Частота дискретизации легко регулируется, не влияя на скорость отклика в реальном времени.

Уменьшенный размер стека: Дополнительным эффектом уменьшения количества одновременных прерываний является возможность поддерживать меньший стек. Поскольку каждое прерывание должно выполнять сохранение контекста, помещая в стек потенциально десятки регистров, устранение нескольких уровней сохранений контекста значительно уменьшает размер требуемого стека. Это может привести к тому, что приложение сможет использовать меньше оперативной памяти.

Невосприимчивость к масштабированию: учитывая, что разные микроконтроллеры поддерживают разное количество периферийных устройств, количество прерываний может варьироваться в приложении в зависимости от его ценовой категории. Даже если используется то же семейство микроконтроллеров, система более высокого уровня, которая поддерживает больше функций, будет иметь больше прерываний, что ухудшает общий детерминизм. Таким образом, миграция конструкции на более интегрированный микроконтроллер может повлиять на задержку сигнала и, следовательно, на точность как для выборки, так и для вывода.

Простые изменения программного обеспечения: благодаря обработке событий, исключающей вмешательство ЦП, изменения программного обеспечения могут быть внесены без влияния на ответы в реальном времени. Даже если для обработки дополнительных функций требуется больше процессорного времени, обработка событий и время отклика останутся неизменными. Без этого может быть сложно реализовать изменения в течение жизненного цикла продукта для приложений реального времени. Встроенный микроконтроллер может выполнять множество задач, чтобы снизить энергопотребление, повысить точность и улучшить взаимодействие с пользователем.Многие из таких задач - всего лишь простые мониторы, проверяющие только одно значение. Например, монитор батареи наблюдает, пока напряжение не упадет ниже определенного уровня. Затем система запускает завершение работы, чтобы сохранить данные приложения, пока для этого еще достаточно энергии.

Улучшение пользовательского опыта часто является ключевым отличием многих потребительских товаров. Например, система событий обеспечивает более быструю реакцию на нажатие клавиши пробуждения или периферийный ввод, позволяя реагировать в течение 2 циклов. Сравните это с отзывчивостью при использовании прерывания.Прерывания также требуют возврата системы в активный режим, что снижает энергоэффективность. По этой причине разработчики часто увеличивают интервалы таймера, снижая скорость отклика.

При использовании прерываний стоимость реализации таких задач была слишком высокой с точки зрения требуемой обработки ЦП, дополнительной задержки и снижения детерминизма. С помощью системы событий и контроллера DMA разработчики могут реализовать такие функции, эффективно обходя центральный процессор. Это не только уменьшает количество прерываний, которыми должна управлять система, но также упрощает выполнение задач и управление ими.

Например, рассмотрим приложение, которое будет воспроизводить предупреждающее сообщение для пользователя при определенных рабочих условиях. Предварительно установленный звуковой файл можно сохранить в буфере и передать в динамик через соответствующее периферийное устройство с помощью DMA. Система событий, использующая таймер, гарантирует, что данные применяются с частотой точно 44 056 кГц. В качестве дополнительного преимущества, поскольку частота точная и постоянная, также повышается точность воспроизведения звука. С точки зрения производительности, как только DMA и система событий настроены, ЦП полностью не участвует в задаче воспроизведения.

Сказать, что такие задачи становятся «бесплатными», было бы преувеличением. Однако реализация их таким образом делает их применимыми в гораздо более широком спектре приложений. Комбинация сопроцессоров, контроллера DMA и системы событий освобождает контроллер для обработки только сигнала, вместо того, чтобы большая часть его ресурсов потреблялась при интенсивном циклическом захвате сигнала. В результате ЦП сохраняет большую часть своей вычислительной мощности для обработки сигналов.

Таким образом, один контроллер может управлять несколькими высокочастотными задачами, а не только одной.Это также упрощает конструкцию системы, позволяет выполнять больше задач по более низкой цене на одном микроконтроллере, упрощает корреляцию между несколькими сигналами и повышает энергоэффективность.

Для многих приложений возможность поддержки нескольких задач может привести к важной дифференциации продукта. Например, приложение для управления двигателем, использующее контроллер прямого доступа к памяти и систему событий, может высвободить достаточно ресурсов микроконтроллера, чтобы разработчики могли реализовать расширенные функции, такие как PFC, без увеличения спецификации системы.

Помимо увеличения производительности микроконтроллера за счет разгрузки прерываний, система событий может также снизить энергопотребление до 7 раз, в зависимости от приложения. В таблице 2 показаны значения мощности для приложения, требующего 1,2 млн циклов / с. На частоте 12 МГц микроконтроллер находится в активном режиме 10 процентов времени, а остальное время находится в режиме ожидания.

Реализация контроллера DMA и системы событий снижает количество циклов, которые ЦП должен выполнять каждую секунду, позволяя микроконтроллеру перейти в спящий режим ожидания.Учитывая, что потребление тока в активном режиме значительно больше, чем в спящем режиме ожидания, даже несколько процентных изменений в активном режиме приводят к значительной экономии энергии.

Таблица 2: Система событий и контроллер DMA не только увеличивают емкость и производительность ЦП, они также могут значительно снизить энергопотребление в зависимости от приложения, позволяя микроконтроллеру чаще переходить в режим ожидания или спящий режим. Учитывая, что потребление тока в активном режиме значительно больше, чем в режиме ожидания или сна, даже небольшое процентное изменение в активном режиме приводит к значительной экономии энергии.

Встроенные микроконтроллеры продолжают улучшать производительность за счет архитектурных изменений, которые увеличивают общую емкость ЦП. Сопроцессоры разгружают четко определенные, ресурсоемкие задачи с ЦП, контроллеры DMA освобождают ЦП от перемещения данных по системе, а системы событий устраняют узкие места, связанные с множественными и часто срабатывающими прерываниями.

Уменьшая количество одновременных прерываний, которые должна обрабатывать система, разработчики могут повысить детерминизм системы, что приведет к снижению задержки, улучшенному разрешению и точности сигнала, большей согласованности и предсказуемости, а также большей надежности системы.В результате один микроконтроллер может выполнять работу нескольких старых микроконтроллеров без снижения стоимости системы и энергопотребления.

Кристиан Сэтер ([email protected]) - менеджер по маркетингу продукции AVR в Atmel в Норвегии

Продолжить чтение

10 шагов к выбору микроконтроллера - Embedded blog - System

Китайская версия: 选择 微 控制器 的 10 个 步骤

Выбор подходящего микроконтроллера для продукта может оказаться непростой задачей.Необходимо учитывать не только ряд технических характеристик, но и проблемы с экономическим обоснованием, такие как стоимость и сроки выполнения, которые могут нанести вред проекту. В начале проекта существует большое искушение вмешаться и начать выбирать микроконтроллер до того, как будут проработаны детали системы. Это, конечно, плохая идея. Прежде чем подумать о микроконтроллере, инженеры по аппаратному и программному обеспечению должны разработать верхние уровни системы, блок-схему и блок-схему, и только после этого будет достаточно информации, чтобы начать принимать рациональное решение о выборе микроконтроллера.Когда эта точка будет достигнута, есть 10 простых шагов, которые помогут сделать правильный выбор.

Шаг 1. Составьте список необходимых аппаратных интерфейсов

Используя общую блок-схему оборудования, составьте список всех внешних интерфейсов, которые микроконтроллер должен будет поддерживать. Необходимо указать два основных типа интерфейсов. Первый - это коммуникационные интерфейсы. Это такие периферийные устройства, как USB, I2C, SPI, UART и так далее. Обратите особое внимание, если приложению требуется USB или какой-либо вид Ethernet.Эти интерфейсы сильно влияют на то, сколько программного пространства потребуется микроконтроллеру для поддержки. Второй тип интерфейса - это цифровые входы и выходы, аналогово-цифровые входы, ШИМ и т. Д. Эти два типа интерфейса будут определять количество контактов, которые потребуются микроконтроллеру. На рисунке 1 показан общий пример блок-схемы с перечисленными требованиями ввода-вывода.

Рисунок 1 - Список аппаратных функций

Шаг 2. Изучите архитектуру программного обеспечения

Архитектура программного обеспечения и требования могут сильно повлиять на выбор микроконтроллера.От того, насколько тяжелыми или легкими будут требования к обработке, будет зависеть, какой процессор вы выберете: 80 МГц или 8051, 8 МГц. Как и в случае с оборудованием, отметьте все важные требования. Например, требует ли какой-либо из алгоритмов математика с плавающей запятой? Есть ли высокочастотные контуры управления или датчики? Оцените, как долго и как часто нужно будет запускать каждую задачу. Получите представление о том, сколько вычислительной мощности потребуется. Требуемая вычислительная мощность будет одним из самых больших требований к архитектуре и частоте микроконтроллера.

Шаг 3: Выберите архитектуру

Используя информацию из шагов 1 и 2, инженер должен получить представление о необходимой архитектуре. Может ли приложение работать с восьмибитными архитектурами? Как насчет 16 бит? Требуется ли 32-битное ядро ​​Arm? Между приложением и требуемыми программными алгоритмами эти вопросы начнут сходиться в решении. Не забывайте учитывать возможные будущие требования и нестабильность функций. Тот факт, что в настоящее время вы можете обойтись 8-битным микроконтроллером, не означает, что вам не следует рассматривать 16-битный микроконтроллер для будущих функций или даже для простоты использования.Не забывайте, что выбор микроконтроллера может быть итеративным процессом. Вы можете выбрать 16-битную часть на этом этапе, но затем на более позднем этапе обнаружите, что 32-битная часть Arm работает лучше. Этот шаг просто для того, чтобы заставить инженера смотреть в правильном направлении.

Шаг 4. Определение потребностей в памяти

Flash и RAM - два очень важных компонента любых микроконтроллеров. Убедиться, что у вас не закончилось пространство для программы или пространство для переменных, несомненно, является наивысшим приоритетом. Намного легче выбрать деталь, в которой этих функций слишком много, чем недостаточно.Добраться до конца дизайна и обнаружить, что вам нужно 110% или что функции нужно урезать, просто не получится. В конце концов, вы всегда можете начать с большего, а затем перейти к более ограниченной детали в том же семействе микросхем. Используя программную архитектуру и коммуникационные периферийные устройства, включенные в приложение, инженер может оценить, сколько флэш-памяти и оперативной памяти потребуется приложению. Не забудьте оставить место для появления новых функций и следующих версий! Это избавит от многих головных болей в будущем.

Шаг 5: Начните поиск микроконтроллеров

Теперь, когда есть лучшее представление о необходимых характеристиках микроконтроллера, можно приступить к поиску! Хорошим местом для начала может быть поставщик микроконтроллеров, такой как Arrow, Avnet, Future Electronics или аналогичный. Обсудите с FAE ваше приложение и требования, и часто они могут направить вас к новой детали, которая является передовой и соответствует требованиям. Просто имейте в виду, что в то время они могли оказать на них давление, чтобы подтолкнуть определенное семейство микроконтроллеров!

Следующее лучшее место для начала - это поставщик микросхем, с которым вы уже знакомы.Например, если вы использовали детали Microchip в прошлом и имели хороший опыт работы с ними, начните с их веб-сайта. Большинство поставщиков микросхем имеют поисковую систему, которая позволяет вам вводить данные о наборах периферийных устройств, вводе-выводе и требованиях к питанию, а также сужает список компонентов, соответствующих критериям. Из этого списка инженер может перейти к выбору микроконтроллера.

Шаг 6: Изучите ограничения затрат и мощности

На данный момент процесс отбора выявил ряд потенциальных кандидатов.Это прекрасное время, чтобы изучить требования к питанию и стоимость детали. Если устройство будет питаться от аккумулятора и будет мобильным, то удостовериться, что детали маломощны, абсолютно ненадежно. Если он не соответствует требованиям к питанию, продолжайте просматривать список, пока у вас не будет нескольких избранных. Не забудьте также проверить цену процессора за штуку. Хотя цены на многие детали неуклонно приближались к 1 доллару, если это узкоспециализированный или высокопроизводительный обрабатывающий станок, цена может иметь решающее значение.Не забывайте об этом ключевом элементе.

Шаг 7: Проверьте наличие запчастей

Имея в наличии список потенциальных деталей, сейчас хорошее время, чтобы начать проверять, насколько доступна эта деталь. Некоторые вещи, о которых следует помнить, - это время выполнения заказа для данной детали? Хранятся ли они на складе у нескольких дистрибьюторов или время выполнения заказа составляет 6–12 недель? Каковы ваши требования к доступности? Вы же не хотите застревать с большим заказом и ждать три месяца, чтобы его выполнить.Затем возникает вопрос, насколько новая деталь и будет ли она сохраняться на протяжении всего жизненного цикла вашего продукта. Если ваш продукт прослужит 10 лет, вам нужно найти деталь, которая, по гарантии производителя, будет построена через 10 лет.

Шаг 8: Выберите комплект разработчика

Одна из лучших частей выбора нового микроконтроллера - это найти комплект средств разработки, с которым можно поиграть и изучить внутреннюю работу контроллера. Как только инженер определился с той частью, которую он хочет использовать, он должен изучить, какие комплекты для разработки доступны.Если комплект разработчика недоступен, выбранная часть, скорее всего, не является хорошим выбором, и им следует вернуться на несколько шагов назад и найти лучшую часть. Большинство комплектов для разработки сегодня стоят менее 100 долларов. Платить больше (если только он не предназначен для работы с несколькими процессорами) - это слишком много. Другая часть может быть лучшим выбором.

Шаг 9. Изучите компиляторы и инструменты

Выбор комплекта разработчика почти укрепляет выбор микроконтроллера. Последнее соображение - изучить компилятор и доступные инструменты.У большинства микроконтроллеров есть несколько вариантов компиляторов, примеров кода и инструментов отладки. Важно убедиться в наличии всех необходимых инструментов для детали. Без правильных инструментов процесс разработки может стать утомительным и дорогостоящим.

Шаг 10: Начните экспериментировать

Даже с выбором микроконтроллера ничего не предопределено. Обычно комплект разработчика прибывает задолго до появления первого прототипа оборудования. Воспользуйтесь преимуществами, создав тестовые схемы и связав их с микроконтроллером.Выбирайте части с высокой степенью риска и заставляйте их работать над комплектом разработки. Возможно, вы обнаружите, что деталь, которая, по вашему мнению, будет отлично работать, имеет непредвиденную проблему, которая заставит выбрать другой микроконтроллер. В любом случае ранние эксперименты гарантируют, что вы сделали правильный выбор, и что в случае необходимости изменения влияние будет минимальным!

jacobbeningo - консультант по встроенным системам и преподаватель, специализирующийся на разработке устройств с ограниченными ресурсами и устройств с низким энергопотреблением.Он работает с компаниями, чтобы сократить затраты и время вывода на рынок, сохраняя при этом качественный и надежный продукт. Он заядлый твитер, гуру подсказок и уловок, знаток домашнего пивоварения и фанат ананасов! Не стесняйтесь обращаться к нему на его веб-сайте.

Тестовые микроконтроллеры

- qaru

Есть только один полезный способ - написать приложение и для него, и для времени. Тесты по большей части являются фиктивными, существует слишком много факторов, и довольно тривиально создать тест, который использует преимущества различий или даже использует преимущества общих функций таким образом, чтобы две вещи выглядели по-разному.

Я регулярно выполняю этот трюк, последний раз это код

  .globl ASMDELAY
ASMDELAY:
    сабвуферы r0, r0, # 1
    bne ASMDELAY
    bx lr
  

Запустите на raspberry pi (голый металл) тот же самый raspberry pi, не сравнивая два, просто сравнивая его сам с собой, очевидно, сборка, так что даже не принимая во внимание особенности / приемы компилятора, которые вы можете намеренно или случайно кодировать в тесте. Две из этих трех инструкций важны для целей тестирования, цикл выполнялся десятки тысяч раз, я думаю, что использовал 0x100000.Изюминкой этой производительности было то, что две инструкции в цикле выполнялись со скоростью 93662 такта таймера и так медленно, как 4063837 тактов таймера для циклов 0x10000. Конечно, я включаю и выключаю кеширование и прогнозирование ветвлений для различных тестов. Но даже при включенном прогнозировании ветвления и включенном кэше i эти две инструкции будут различаться по скорости в зависимости от того, где они находятся в строке выборки и строке кеша.

Микроконтроллер делает это значительно хуже в зависимости от того, что вы сравниваете, у некоторых есть вспышки, которые могут использовать одно и то же состояние ожидания для широкого диапазона тактовых частот, некоторые ограничены по скорости, и для каждого N Mhz вам нужно добавить другое состояние ожидания, поэтому в зависимости от того, где вы устанавливаете свои часы, это влияет на производительность в этом диапазоне и определенно чуть ниже и чуть выше границы, где вы добавляете состояние ожидания (24 МГц минус немного и 24 МГц с дополнительным состоянием ожидания, если это было из 2-3 состояний ожидания, тогда выборка только что стала на 50% медленнее, 36 МГц минус smidge, она все еще может быть в 3 состояниях ожидания, но 3 состояния ожидания на 36 минус smidge быстрее, чем 24 МГц 3 состояния ожидания).если вы запускаете один и тот же код в sram vs flash для этих платформ, обычно нет проблемы с состоянием ожидания, sram обычно может соответствовать часам процессора, и поэтому код на любой скорости может быть быстрее, чем тот же код, запускаемый из flash.

Если вы сравниваете два микроконтроллера от одного производителя и одного семейства, то это обычно бессмысленно, внутреннее устройство такое же, они обычно просто различаются по количеству, количеству флэш-банков, количеству sram-банков, количеству UART, количеству таймеров, количеству штифты и др.

Один из моих доводов в том, что если вы не знаете нюансов общей архитектуры, вы можете сделать тот же код, который вы сейчас выполняете на той же плате, на несколько процентов или в десятки раз быстрее, просто понимая, как все работает.Включение функций, которые вы не знали, где они находятся, правильное выравнивание кода, которое часто выполняется (простое переупорядочение ваших функций в файле C может / повлияет на производительность), добавление одного или нескольких nops в бутстрап для изменения выравнивания всей программы может и поменяет производительность.

Затем вы перейдете к различиям в компиляторах и параметрам компилятора, вы можете поиграть с ними, а также добиться улучшения (или потери) в несколько или десятки раз.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *