Elk elektronisch apparaat dat we in ons dagelijks leven gebruiken, is ontworpen met elektrische en elektronica projecten circuits. Deze elektrische enelektronicaschakelingen kunnen worden ontworpen met behulp van verschillende technologieën, zoals vacuümbuizentechnologie, transistortechnologie, geïntegreerde schakeling of IC-technologie, microprocessortechnologie, enmicrocontrollertechnologie. Deze technologieën kunnen worden geïmplementeerd met behulp van discrete elektrische en elektronische componenten, geïntegreerde schakelingen, microprocessors en microcontrollers. In dit artikel bespreken we de beste technologie voor embedded systemen tussen IC-technologieën en geavanceerde IC-technologie zoals microcontroller IC-technologie. Maar vooral voordat we verder gaan, moeten we weten wat IC-technologie is enmicrocontrollerIC-technologie.
Embedded Systems Technologies
IC-technologie
Vroeger werden embedded systeem-apparaten ontworpen met behulp van vacuümbuizen die veel groter en duurder zouden zijn. De eerste transistor met puntcontact werd in 1947 ontwikkeld door John Bardeen en Walter Brattain bij Bell Labs. Vervolgens heeft de uitvinding van transistors deomvangrijk duurvacuümbuizen incomputersontwerpen. Vervolgens detransistorsgebruik verminderde de omvang van circuits, aangezien deze transistors kleiner zijn, zuiniger, sneller qua prestaties, betrouwbaar zijn en minder stroom verbruiken. Circuitsbouwenmet behulp van transistors en andere discrete elektronische componenten worden discrete circuits genoemd.
IC-technologie
Er is een revolutionaire verandering aangebracht in het ontwerp elektrisch enelektronicacircuits en computers met de uitvinding van geïntegreerde schakelingen of IC-technologie. Geïntegreerde schakelingen zijn erg klein, zeer betrouwbaar, zuinig in gebruik en zeer eenvoudig te gebruiken. Dit concept van IC-technologie werd geïntroduceerd in 1958, en deze IC-technologie heeft veel elektrische en elektronische gadgets geminiaturiseerd, zoals mobiele telefoons, laptops, computers en vele andere apparaten. Geïntegreerde schakeling kan worden gedefinieerd als eensetvan elektronische schakelingen die zijn geïntegreerd op een kleine plaat van halfgeleidermateriaal, meestal siliciumchip genoemd. Elke IC kan zeer compact zijn, met een groot aantal miljard transistors en andere componenten in een zeer klein gebied.
Generaties van IC-technologie
Er zijn verschillende generaties geïntegreerde schakelingen, geclassificeerd op basis van deaantalvan transistors gebruikt op geïntegreerde schakelingenchips. Het zijn: kleinschalige integratie (SSI), geïntegreerde schakelingen met enkele tientallen transistors. In de jaren zestig was er sprake van middelgrote schaalintegratie (MSI), geïntegreerde schakelingchips met honderden transistors. InDe jaren 70 waren er grootschaalintegratie (LSI), waarbij tienduizenden transistors op elke chip zijn geïntegreerd. In de jaren tachtig was er sprake van integratie op zeer grote schaal (VLSI), waarbij honderdduizenden transistors op elke chip zijn geïntegreerd. Verder worden ultra grootschalige integratie (ULSI), meer dan een miljoen transistors per chip geïntegreerd, wafer-scale integratie (WSI), systeem-op-chip (SOC) en driedimensionale geïntegreerde schakelingen (3D-IC) ontwikkeld. Geïntegreerde schakelingen zoals 555timer IC, 741 operationele versterkers, CMOS, NMOS, BICMOS-technologie , enzovoort, worden beschouwd als praktische voorbeelden van IC-technologie.
Soorten IC's
Er zijn verschillende soorten geïntegreerde schakelingen zoals ADC, DAC, versterkers, energiebeheer-IC's, klok- en timer-IC's en interface-IC's die worden gebruiktvoorverschillende embedded systeemtoepassingen.
Toepassing van IC-technologie
Solar Charge Controller met behulp van IC-technologie door Edgefxkits.com
Niet-microcontrollergebaseerd zonne-laadcontroller project is een eenvoudige toepassing van IC-technologie. In dit project wordt een gecontroleerd laadmechanisme bereikt om onderlading te voorkomen,overbelasting, en diepe ontladingsomstandigheden zonder gebruikmicrocontrollerEen set van operationele versterkers worden gebruiktals vergelijkers voor het bewaken van paneelspanning en belastingsstroomdoorlopendGroene en rode LED's worden gebruikt voor indicatie. Groene leds worden gebruikt om de toestand van de volledig opgeladen batterij aan te geven en onder geladen of overbelaste of diepe ontlading worden aangegeven door rode leds.
Solar Charge Controller Circuit met behulp van IC-technologie door Edgefxkits.com
Power halfgeleiderschakelaar MOSFETwordt gebruikt om af te snijdenladen, als rode LED's een lage batterijspanning of overbelasting aangeven. Als groene LED'swijzen opvolledig opgeladen toestand vanbatterij, dan wordt zonne-energie omgeleid naar een schijnbelasting in het circuit met behulp van een transistor. De batterij is dus beschermdhet formulieroverladen. Dit project kan verder worden uitgebreid met een GSM-modem enmicrocontrollerom communicatie zonnestelsel en controlekamer te bereiken voor het bewaken van de status van desysteem
MicrocontrollerIC
Microcontroller is een geavanceerd IC of geïntegreerd circuit dat is opgenomen met extra randapparatuur. De ontwikkeling en het gebruik van de embedded systemen ' toepassingen neemt toemet de vooruitgang in IC-technologieën zoals microprocessortechnologie, enmicrocontrollertechnologie. Nadelen van transistortechnologie, IC-technologie, werden verminderd met de geavanceerde IC-technologieën microprocessor- en microcontrollertechnologie. Een microprocessor integreert functies van de centrale verwerkingseenheid (CPU) van een computer op een enkele of enkele geïntegreerde schakelingen. Een microcontrollereenheid kan worden behandeld als eenkleine computerop één geïntegreerd circuit dat bestaat uit een kleine centrale verwerkingseenheid, kristaloscillator, timers, watchdog en analoge I / O. Er zijn verschillende soorten registers, interrupts die voor een aantal specifieke taken worden gebruikt.Microcontrollerszijn van verschillende typen, zoals AVR-microcontroller, PIC-microcontroller, enzovoort. Maar typisch 8051microcontroller IC wordt gebruikt voor de meeste embedded-systeemtoepassingen.
8051 Microcontroller
Als we IC-technologie gebruiken, zijn er meerdere aantallen discrete componenten nodig om bepaalde taken in embedded systemen uit te voeren. Als we geavanceerde IC-technologie gebruiken, zoalsmicrocontrollertechnologie, dan kunnen we door het schrijven van een paar eenvoudige programmeerregels meerdere taken uitvoeren. Dus deaantalvan discrete componenten, de grootte van circuits, complexiteit en kosten kunnen worden verminderd in embedded systemen door gebruik te maken vanmicrocontrollertechnologie.
Toepassing van microcontroller-technologie
Zonne-laadcontroller met behulp van microcontroller is een typische toepassing van microcontroller geavanceerde ICtechnologie. Om de zonne-energie efficiënt te gebruiken, verlichting op zonne-energiesystemen inclusieflantaarns op zonne-energie, straatverlichting op zonne-energie en verlichtingssystemen voor huis en tuin op zonne-energie worden zowel in landelijke als stedelijke gebieden gebruikt. Zonne-energiesysteem bestaat voornamelijk uit vier grotecomponenten: fotovoltaïschemodule, oplaadbare batterij, belasting en zonnelaadcontroller.
Solar Charge Controller met behulp van microcontroller-technologie
Het blokschema van een zonne-energiesysteem met vier hoofdblokken metmicrocontrollertechnologie wordt getoond in de figuur. Beschouw onder deze vier componenten de zonnelaadcontroller met behulp van een microcontroller die een belangrijke rol speelt bij het verbeteren van de algehele prestaties van het zonne-energiesysteem. De hardwarecomponenten die worden gebruikt voorzonne-laadcontroller circuitzijn AT89C2051microcontroller, serieel ADC0831, spanningsregelaar IC7805 , power halfgeleiderschakelaar MOSFET, lcd-scherm, oplaadbare batterij, laadregeling, schemering tot zonsopgang sensor en een lastregeling.
Een batterijwordt gebruikt om 5V DC gereguleerde voeding te leveren om demicrocontrollerdie wordt gebruikt om de batterijspanning te bewaken met behulp van ADC.De spanningvan 0V-20V wordt teruggeschaald naar V-5V met behulp van een potentiaalverdeler met een weerstandsopstelling op pin 2 van ADC en deze waarden worden weergegeven op het LCD-scherm. Met behulp van een parallelle regeltechniek kan laadstroom in debatterijen stopt het opladen van de batterij als de batterij volledig is opgeladen. Op basis van de ingangssignalen die worden ontvangen van de schemersensor, wordt demicrocontrollerschakelt het laad- of laadrelais. DeLCD schermwordt aangedreven door demicrocontrollerom het oplaadbericht weer te geven.
Solar Charge Controller Circuit met behulp van Microcontroller-technologie
Als hetbatterijis volledig opgeladen (tot14V), danrelaiswordt bekrachtigd via MOSFET om het opladen te onderbreken. De timer van 5 minuten wordt gestartdoor microcontrolleren LCD geeft het bericht weer als een volle batterij. Als deze timer is verstreken, is debatterijwordt door een relais weer met het zonnepaneel verbonden en zo wordt de laadstroom van de zonne-energie zolang gepulseerdzonne-spanningis aanwezig. Als hetzonnepaneel spanningvalt onder zenerdiode spanningvan de schemering tot zonsopgang sensor , dan demicrocontrollerontvangt een signaal van de schemering tot zonsopgang sensor, activeert vervolgens de belasting via de MOSFET en een laad AAN-bericht wordt weergegeven op het LCD-scherm. AlsSpanningdaalt onder 10V van de schemering tot zonsopgang sensor, dan demicrocontrollerschakelt de belasting uit via deMOSFET
Beste technologie voor ingebedde systemen
In dit artikel zijn eerder de IC-technologie enmicrocontrollerIC-technologie samen met hun voorbeelden,soorten, en praktisch toepassing vanmicrocontroller en IC-technologie in embedded systeemtoepassingen zijn kort besproken. De hierboven besproken zonnelaadcontroller met de vroegere IC-technologie en met geavanceerde IC-technologie zoalsmicrocontrollerIC-technologie laat verschillen zien tussen beide technologieën. En het laat ook zien dat beide technologieën nog steeds worden gebruikt op basis van de vereiste. Beide technologieën hebben een aantal voor- en nadelen wanneer ze worden gebruikt voor embedded systemen.
IC-technologie verminderde de grootte van circuits in vergelijking met de circuitgrootte die is gebouwd met behulp van discrete componenten. Een gevorderdemicrocontrollerIC-technologie verkleint de omvang van circuits door veel geïntegreerde circuits in het circuit te vervangen door éénmicrocontroller ICDe kosten van de circuits met de IC-technologie zijn dus lager dan die van de discrete of transistortechnologie.MicrocontrollerDe kosten van circuits met IC-technologie zijn lager, vergeleken met de kosten van circuits die zijn ontworpen met IC-technologie. Evenzo, voor verschillende aantallen parameters, demicrocontrollertechnologie verdient de voorkeur voor embedded systemen in vergelijking met IC-technologie en discrete component- of transistortechnologie.
Embedded Systems-toepassingen die verschillende technologieën gebruiken
Figuurshows embedded systeemtoepassingen ontworpen met verschillende technologieën. Voor sommige specifieke toepassingen van embedded systemen verdient IC-technologie de voorkeur bovenmicrocontrollertechnologie. Maar de meeste embedded-systeemtoepassingen gebruikenmicrocontrollertechnologie, aangezien het geavanceerder is en meer voordelen heeft in vergelijking met IC-technologie. Bovendien krijgt u technische hulp van Edgefx-technologieën bij het kiezenbepaalde technologieVoor jouw academisch projectwerk op basis van uw interesse in embedded systemen.
