Задача выбора микроконтроллеров (МК) основана на анализе порядка 50 параметров и затрагивает почти все этапы проектирования, от тактовой частоты, объема памяти и производительности до энергопотребления, температурного режима и типа корпуса. Среди параметров, одним из приоритетных выступает ориентировочная стоимость, что дает разработчику возможность сравнивать микроконтроллеры одного ценового диапазона. База микроконтроллеров постоянно пополняется и обновляется и разработчикам приходится постоянно обновлять свои изделия, создавая более конкурентоспособные.
Задача выбора на данном этапе актуальна, одна из приоритетных, поскольку ее результат напрямую влияет на проектирование и жизненный цикл устройства.
Анализируя линейку параметров МК, выделим те, которые значимо влияют на выбор. Результат анализа представлен в таблице.
Параметры микроконтроллеров
|
Параметр МК |
Описание |
|
Тактовая частота, МГц |
Максимальная тактовая частота процессорного ядра |
|
Производительность, MIPS |
Производительность МК в миллионах операций в секунду |
|
Кол-во линий ввода-вывода |
Количество линий общего назначения |
|
Объем flash-памяти |
Электрически перепрограммируемая память |
|
Возможность запуска ОС Linux |
Определяется наличием блока MMU |
|
Типы корпуса |
Параметр, определяющий внешний вид корпуса и тип монтажа |
|
ОЗУ, Кб |
Объем ОЗУ, встроенного в виде отдельного аппаратного блока |
|
EEPROM, Байт |
Электрически стираемое перепрограммируемоеПЗУ |
|
Диапазон напряжений питания, В |
Уровень напряжения, подаваемый на цепь питания |
|
Рабочий температурный диапазон, °C |
Параметр, определяющий температурные условия эксплуатации |
|
Поддержка самопрограммирования |
Возможности изменять содержимое FLASH-памяти непосредственно из пользовательской программы |
|
I2C/TWI/SMBUS |
Последовательные шинные интерфейсы |
|
SPI |
Последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого сопряжения микроконтроллеров и периферии |
|
UART/USART |
Универсальный асинхронный приёмопередатчик. Узел вычислительных устройств, предназначенный для организации связи с другими цифровыми устройствами. Преобразует передаваемые данные в последовательный вид так, чтобы было возможно передать их по цифровой линии другому аналогичному устройству |
|
Возможность подключения внешней памяти |
Внешняя память данных предназначена для временного хранения информации, используемой в процессе выполнения программы |
|
Интерфейс отладки |
Специальный интерфейс, предназначенный для отладки изделия |
|
Количество векторов прерываний и сброса |
Вектор прерывания — закреплённый за устройством номер, который идентифицирует соответствующий обработчик прерываний. Векторы прерываний объединяются в таблицу векторов прерываний, содержащую адреса обработчиков прерываний |
|
Каналов 10-разрядного АЦП |
Аналого-цифровой преобразователь — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал) |
|
Частота дискретизации АЦП, тыс.отсчетов в сек. |
Частота взятия отсчетов непрерывного во времени сигнала при его дискретизации. |
|
Количество встроенных RC-генераторов |
Линейные электронные осцилляторные схемы, которые генерируют синусоидальный выходной сигнал, состоят из усилителя и частотно избирательного элемента – фильтра |
|
Частота встроенного RC-генератора |
Частота работы RC-генератора |
|
Количество кварцевых генераторов |
Возможное количество внешних кварцевых или керамических резонаторов |
|
Количество умножителей тактовой частоты (PLL) |
Устройство, предназначенное для увеличения в целое число разчастоты подводимых к нему периодических электрических колебаний |
|
Количество 16-битных таймеров |
Основные предназначения устройств: строгая привязка ко времени выполнения программы, генерация частоты и прямоугольных импульсов, управление событиями и измерение временных характеристик цифровых сигналов |
|
Каналов ШИМ |
Цифровая широтно-импульсная модуляция (ШИМ) приближение бинарного сигнала (с двумя уровнями — вкл/выкл) к многоуровневому или непрерывному сигналу так, чтобы их средние значения за период времени были бы приблизительно равны |
|
Каналов DMA |
Канал обмена данными между внешним устройством и памятью без участия процессора |
|
Поддержка языков программирования |
Возможность использования ранее созданных фрагментов |
|
Наличие технической и информационной поддержки |
Доступность информационных ресурсов, включая описание на разработанный МК и среду отладки |
В данной работе для выявления весомых параметров использовались экспертные оценки, в частности метод ранжирования. Были привлечены экспертытрехорганизаций – разработчики предприятий г. Пензы и Пензенской области. Им была предложена таблица параметров (таблица 1). Ранжирование подобных параметров возможно при рассмотрении некоего конкретного круга задач. Возьмем, например, ряд задач, связанных с управлением. В этом направлении разработчикиотмечают как приоритетныеследующие параметры: объём памяти(ОЗУ и ПЗУ), быстродействие, потребление мощности в динамическом и статическом режимах, наличие необходимых интерфейсов.Согласно методу ранжирования значения весовых коэффициентов рассчитываются как:
,
где λi– значение весового коэффициента, ri – ранг параметра, назначаемый экспертом.
Учитывая данные сведения и опуская вычисления матрицы критериев, важность параметров приобрела следующий вид (в порядке убывания): тактовая частота, объем памяти, рабочий температурный диапазон, количество АЦП и др.
Подобная статистика показывает, что приоритеты параметров могутменяются от типа задач. Учитывая подобные разночтения, в задаче выбора следует использовать аппарат нечеткой логики, варьируярангами параметров.
В многокритериальных задачах оптимального проектирования возникает необходимость объективной оценки важности частных критериев, включаемых в аддитивный, мультипликативный или минимаксный критерии оптимальности.
Данный анализ показывает, какие параметры следует включить в математическую модель задачи выбора, которая также учтет и алгоритм обработки сигналов. В продолжение работы над задачей выбора есть идея сформировать функции принадлежности каждому параметру, выполнить их оценку путем свертки, свести параметры МК и параметры алгоритмов обработки цифровых сигналов в частные критериальные функции. Подобные функции, объединяясь в некий целевой функционал способны отразить объективную картину выбора МК.
Библиографическая ссылка
Башвеев Ю.А., Литвинская О.С. РАНЖИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ В ЗАДАЧЕ ВЫБОРА // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-2. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=12466 (дата обращения: 21.11.2024).