PIC mikro denetleyicilerinin gömülü PCB tasarımına sığdığı yerler

PIC mikrodenetleyici: Ne olduğu, nereye sığdığı ve bir tane ile tasarlamadan önce ne kontrol etmeniz gerektiğini

Bir PIC mikrodenetleyici, bir CPU, bellek ve giriş/çıkış çevre birimlerini tek bir pakette birleştiren Microchip’ten programlanabilir kompakt bir çiptir. Bir tasarımcı, birkaç ayrı IC’den bir kontrol sistemi oluşturmak yerine, sensörleri okumak, çıktıları çalıştırmak, diğer cihazlarla iletişim kurmak ve gömülü ürün yazılımını çalıştırmak için bir mikrodenetleyici kullanabilir.

PIC cihazları onlarca yıldır var, bu yüzden hala endüstriyel kontroller, tüketici ürünleri, hobi panoları, bakım değiştirme ve ters mühendislik işlerinde görünüyorlar. Daha yeni ARM tabanlı parçalar birçok yeni tasarıma hakim olsa bile, PIC parçaları maliyete duyarlı ürünlerde ve servise veya yeniden tasarıma ihtiyaç duyan eski ekipmanlarda yaygın olarak kalır.

Donanım ekipleri için pratik soru sadece “PIC mikrodenetleyicisi nedir?” değildir. Bir PIC ailesinin, oluşturduğunuz ürünün G/Ç sayısı, voltaj aralığı, zamanlama ihtiyaçları, bellenim karmaşıklığı ve yaşam döngüsü riski ile eşleşip eşleşmediğidir. Tahta tasarımı, parça seçimi ve üretim detaylarının önemli olmaya başladığı yer burasıdır.

Bu kılavuz, bir PIC mikrodenetleyicisinin ne olduğunu, nasıl çalıştığını, nerede kullanıldığını, diğer MCU seçenekleriyle nasıl karşılaştırıldığını ve yeni veya yedek bir cihaza koymadan önce ne izlemeniz gerektiğini açıklar. baskılı devre kartı.

PIC mikrodenetleyici nedir?

PIC, günlük mühendislik kullanımında insanlar genellikle sadece “PIC MCU” veya “PIC mikro denetleyicisi” demelerine rağmen, Çevresel Arabirim Denetleyicisi anlamına gelir. Bir PIC cihazı, işlemci çekirdeği, flash veya program belleği, RAM, zamanlayıcılar, GPIO ve UART, SPI veya I2C gibi iletişim bloklarına sahip tek çipli bir denetleyicidir.

Farklı PIC aileleri, farklı karmaşıklık düzeylerini hedefler. Küçük 8 bitlik parçalar genellikle röle zamanlaması, tuş takımı taraması, LED kontrolü veya pille çalışan temizlik görevleri gibi basit kontrol işleri için kullanılır. Üst düzey PIC aileleri, motor kontrolünü, USB’yi, analog algılamayı, güvenlik özelliklerini ve daha zorlu ürün yazılımını işleyebilir.

PIC parçalarının alakalı kalmasının bir nedeni, büyük bir kurulu tabanın olmasıdır. Bir müşterinin başarısız bir kontrol panosunun kopyalanması, onarılması veya güncellenmesi gerekiyorsa, orijinal tasarım zaten bir PIC MCU’ya bağlı olabilir. Bu durumlarda, farklı bir mimari etrafında yeniden tasarlamak, gereksiz bellenim ve doğrulama çalışması yaratabilir.

Bir PIC mikrodenetleyicisi bir PCB’de nasıl çalışır?

Bir PCB’de, mikrodenetleyici kontrol merkezi görevi görür. Anahtarlar, sensörler, termistörler, kodlayıcılar veya iletişim paketleri gibi girişleri okur. Daha sonra ürün yazılımına dayalı olarak karar verir ve MOSFET’ler, ekranlar, röleler, sesli uyarılar, motorlar veya durum LED’leri gibi çıkışları çalıştırır.

Çipin kendisi tasarımın sadece bir parçasıdır. Kullanılabilir bir PIC tabanlı kart ayrıca temiz bir güç rayına, sıfırlama işlemine, kapasitörleri ayırmaya, kapasitörlere, seçilen parçanın yalnızca dahili bir osilatör kullanmadığına, programlama erişimine ve gerçekten donanım sorunu olan ürün yazılımı hata ayıklama sorunlarını önlemek için yeterli yönlendirme disiplinine ihtiyaç duyar.

Örneğin, basit bir termostat kartı, sıcaklık okumak, geri dönüş düğmelerini okumak ve bir fan rölesini değiştirmek için bir PIC kullanabilir. Küçük bir endüstriyel dahili kart, analog voltajları izlemek ve UART üzerinden yukarı akışta veri aktarmak için bir PIC kullanabilir. Her iki durumda da MCU merkezidir, ancak kartın güvenilirliği hala sese bağlıdır. PCB şematik tasarımı ve düzen seçenekleri.

Yaygın PIC mikrodenetleyici uygulamaları

PIC mikrodenetleyiciler, büyük bir işletim sistemi veya ağır yazılım yığını olmadan öngörülebilir kontrole ihtiyaç duyan ürünlerde yaygındır. Tipik örnekler arasında cihaz kontrolleri, küçük güç kaynakları, sensör modülleri, el tipi test ekipmanı, erişim kontrol donanımı, motor sürücüleri ve otomotiv alt montajları bulunur.

Ayrıca onarım ve ters mühendislik işlerinde de yaygındır. Başarısız bir pano, başlatma zamanlamasını, güvenlik kilitlemelerini veya bir ana kartla iletişimi kontrol eden bir PIC kullanabilir. Orijinal kart eskiyse, mühendislerin MCU ailesini tanımlaması, destek devrelerini izlemesi ve onarım, klonlama veya fonksiyonel yeniden tasarımın daha düşük riskli yol olup olmadığına karar vermesi gerekebilir.

PIC parçaları, her yeni proje için otomatik olarak en iyi seçim değildir. Bir ürünün yüksek hızlı grafiklere, kablosuz yığınlara veya önemli DSP çalışmasına ihtiyacı varsa, başka bir MCU ailesi daha temiz bir uyum sağlayabilir. Ancak birçok kontrol odaklı gömülü ürün için, bir PIC hala gereksinimi daha büyük bir platformdan daha az ek yük ile karşılar.

Ana resim aileleri ve seçim farklılıkları

PIC dizisi geniştir, bu nedenle aile seçimi tek başına marka adından daha önemlidir. Daha eski 8-bit cihazlar, ucuz ve iyi anlaşılmış oldukları için basit kontrol panolarında yaygındır. Orta kademe cihazlar daha iyi çevre birimleri ve bellek derinliği ekler. Üst düzey 16 bit ve 32 bit aileler, daha fazla kod alanı, daha iyi matematik performansı ve daha geniş arayüz seçeneklerini destekler.

Parçaları karşılaştırırken önce beş şeyi kontrol edin:

1. Mevcut G/Ç ve paket boyutu. 2. Gerekli besleme voltajı ve analog performans. 3. Mevcut ürün yazılımı ve gelecekteki revizyonlar için bellek boyutu. 4. Ürünün ihtiyaç duyduğu iletişim arayüzleri. 5. Getirme ve servis sırasında programlama ve hata ayıklama desteği.

Paket aralığının düşük maliyetli tamir edilebilir bir kart için çok sıkı olup olmadığı veya seçilen MCU’nun kırılgan bir tedarik zincirinin arkasında kilitli olup olmadığı gibi saat hızına aşırı odaklanmak ve daha pratik bir sorunu gözden kaçırmak kolaydır. Uzun hizmet ömrüne ihtiyaç duyabilecek ürünler için, bulunabilirlik küçük bir performans kazancından daha önemli olabilir.

PIC diğer mikrodenetleyicilere karşı

Olağan karşılaştırma, AVR, STM32, MSP430 veya ESP sınıfı bir cihaza karşı PIC’dir. Evrensel bir kazanan yoktur çünkü doğru cevap işe bağlıdır. PIC parçaları, bir tasarımın basit kontrol mantığına, olgun takımlara ve yıllardır benzer ürünlerde kullanılan bir parça aileye ihtiyaç duyduğunda genellikle tercih edilir.

Bir STM32, karmaşık gömülü işler için daha fazla boşluk ve daha zengin bir ekosistem sunabilir. Wi-Fi veya Bluetooth zorunluysa bir ESP32 daha çekici olabilir. AVR parçaları Arduino merkezli geliştirmede hala yaygındır. Ancak daha eski bir tasarımı devralıyorsanız, bir PIC mimarisini yeniden kullanmak, kart değişikliklerini, ürün yazılımı yeniden yazma çabasını ve yeterlilik riskini azaltabilir.

Bu takas özellikle ters mühendislikte önemlidir. MCU ailesini değiştiren bir yeniden tasarım, kağıt üzerinde zarif görünebilir, ancak PIN eşleme, kesme zamanlaması, ADC davranışı, programlama akışı ve test kapsamını da değiştirebilir. Hizmet odaklı bir proje için, istikrar genellikle yeniliği yener.

PIC tabanlı panolar için PCB tasarım ipuçları

Güç bütünlüğü ile başlayın. Her bir MCU besleme pinine yakın ayırma kapasitörleri koyun, güç dönüşünü kısa tutun ve hassas analog pinler tarafından kullanılan aynı yerel toprak yolundan gürültülü anahtarlama akımlarını yönlendirmekten kaçının. Küçük resim panoları genellikle incelikli şekillerde başarısız olur, çünkü MCU’nun etrafındaki donanım sonradan düşünülmüş olarak kabul edilir.

Pratik bir programlama başlığı gösterin. Ekip ister ICSP ister desteklenen başka bir yöntem kullansın, programlama pinlerine erişilebilir ve etiketlendiğinde hata ayıklama çok daha kolaydır. Bu aynı zamanda saha servisi ve küçük partili yeniden işleme için de yararlıdır.

Sıfırlama ve saat devrelerini muhafazakar tutun. Bazen önyükleme yapmayan bir pano, günlerce ürün yazılımı araştırmasını boşa harcayabilir. Tasarım harici bir osilatör kullanıyorsa, veri sayfası kılavuzunu yakından izleyin ve ağı fiziksel olarak sıkı tutun.

Disiplinli yerleştirme ve yönlendirme kullanın. Genel PCB Düzeni Yönergeleri Yine de geçerlidir, ancak PIC kartları genellikle analog referans yolları, programcı erişimi ve düşük seviyeli sensör izleri ve anahtarlama çıkışları arasındaki izolasyon konusunda ekstra dikkatten yararlanır.

Kurul, bir onarım veya klonlama çabasının bir parçasıysa, bilinenleri ve çıkarılanları belgeleyin. Bu, PIN işlevlerini, önyükleme davranışını, test noktalarını ve orijinal cihazın kod okumaya karşı korumalı görünüp görünmediğini içerir. Bu ayrıntılar, projenin bir onarım mı, uyumlu bir yeniden tasarım mı yoksa tam bir PCB Tersine Mühendislik çaba.

Firmware ve üretim konuları

Mikrodenetleyici seçimi asla yalnızca bir ürün yazılımı kararı değildir. Montaj testini, saha güncelleme prosedürlerini ve onarım ekibinin daha sonra gerçekçi bir şekilde destekleyebileceklerini etkiler. MCU üretimde programlanacaksa, bunun montajdan önce mi, montajdan mı sonra mı yoksa son testte bir fikstür aracılığıyla mı olduğunu tanımlayın.

Ayrıca, tasarımın ikameleri parçalamak için ne kadar toleranslı olması gerektiğine erken karar vermeye de değer. PIN uyumlu bir değiştirme, yalnızca bellenim görüntüsü, sigorta ayarları, osilatör varsayımları ve çevresel eşleme geçerli kalırsa yararlıdır. Aksi takdirde, bir “bırakma” ikamesi gizli bir üretim sorunu haline gelebilir.

Servis ağırlıklı ürünler için teşhis için yer bırakın. Birkaç etiketli test pedi, mantıklı bir programlama konektörü ve belgelenmiş bir önyükleme yolu, onarılan bir kartın doğrulanmasını çok daha kolay hale getirebilir. Takımlar teklifi mikrodenetleyici geliştirme Veya pano yeniden tasarımı, genellikle yalnızca kodun kendisine değil, bu pratik ayrıntılara önemli ölçüde zaman harcar.

PIC mikrodenetleyici kullanırken yaygın hatalar

Yaygın bir hata, ilk bellenim yapısı için yeterli belleğe sahip bir parça seçmektir. Bu, hata düzeltmeleri, protokol değişiklikleri veya gelecekteki özellikler için hiçbir marj bırakmaz.

Bir diğeri, programlamayı ve hata ayıklama erişimini hafife alıyor. Panolar bazen, muhafaza monte edildikten sonra bir programcıyı bağlamanın kolay bir yolu olmadan prototip aşamasına ulaşır. bu önlenebilir.

Tasarımcılar ayrıca karışık sinyal sorunlarına yakalanırlar. Analog sensörleri okuyan ve ayrıca röleleri veya PWM yüklerini değiştiren bir PIC, zemin stratejisi özensizse kötü davranabilir. Belirti, ölçüm yoluna gerçekten gürültü bağlantısı olduğunda rastgele ürün yazılımı kararsızlığı gibi görünebilir.

Son olarak, bazı ekipler bir resim seçer çünkü eski bir tasarım, günümüzün kullanılabilirliğini, araç zinciri desteğini ve toplam yeniden tasarım maliyetini yeniden kontrol etmeden bir tane kullandı. Yeniden kullanım yararlıdır, ancak yalnızca teknik ve ticari olarak haklı olduğunda.

Bir PIC mikrodenetleyici doğru uygun olduğunda

Bir PIC mikrodenetleyici, ürün güvenilir gömülü kontrole, mütevazı kaynak gereksinimlerine, uzun servis ömrüne ve pratik bir mühendislik iş akışı tarafından desteklenebilecek bir donanım platformuna ihtiyaç duyduğunda genellikle doğru uyum sağlar. Halihazırda bir PIC mimarisine bağlı olan mevcut bir kartı korurken veya yeniden oluştururken de mantıklı bir seçimdir.

Projenin temiz bir tahta dönüşü, bellenim desteği veya eski bir kontrol panosunun yeniden yapılandırılması gerekiyorsa, daha iyi soru, PIC’nin eski mi yoksa yeni mi olduğu değildir. Daha iyi soru, gerçek kontrol problemini kabul edilebilir risk, maliyet ve desteklenebilirlik ile çözüp çözmediğidir.

Birçok onarım, klonlama ve kontrol uygulaması için cevap hala evet.