Dove i microcontrollori PIC si adattano alla progettazione di PCB embedded

Microcontrollore PIC: dove si adatta e cosa devi controllare prima di progettare con uno?

Il microcontrollore PIC è un chip programmabile da un microchip che combina l’ingresso/uscita di CPU, memoria e periferiche in un unico pacchetto. Designer, diversi circuiti integrati separatiInvece di creare un sistema di controllo da, può utilizzare un microcontrollore per leggere i sensori, eseguire le uscite, comunicare con altri dispositivi ed eseguire il firmware incorporato.

I dispositivi PIC sono in circolazione da decenni, quindi appaiono ancora nel controllo industriale, nei prodotti di consumo, nelle schede per hobby, nella sostituzione della manutenzione e nei lavori di reverse engineering. Anche se le nuove parti basate su ARM dominano molti nuovi design, i pezzi di ricambio PIC rimangono ampiamente in prodotti sensibili ai costi e vecchie apparecchiature che richiedono assistenza o riprogettazione.

La domanda pratica per il team hardware è solo “Cos’è il microcontrollore PIC?” no. La famiglia PIC corrisponde al numero di I/O, all’intervallo di tensione, ai requisiti di tempo, alla complessità del firmware e al rischio del ciclo di vita del prodotto creato? Il design della scheda, la selezione delle parti e i dettagli della produzione iniziano ad essere importanti qui.

Questa guida spiega cos’è un microcontrollore PIC, come funziona, dove viene utilizzato, come viene confrontato con altre opzioni MCU e cosa dovresti guardare prima di sostituirlo. Board Circuito stampato.

Cos’è un microcontrollore PIC?

PIC sta per Environmental Interface Controller, ma nell’ingegneria quotidiana le persone di solito dicono semplicemente “Pic MCU” o “Pic Microcontroller”. Il dispositivo PIC è un controller a chip singolo con core CPU, memoria flash o programma, RAM, timer, GPIO e UART, SPI o I2C.

Diverse famiglie di PIC mirano a diversi livelli di complessità. Le piccole sezioni a 8 bit vengono spesso utilizzate per semplici lavori di controllo come il tempo di inoltro, la scansione della tastiera, il controllo a LED o le faccende domestiche alimentate a batteria. Famiglia PIC di fascia alta, controllo motore, USBYI può gestire il rilevamento analogico, le funzionalità di sicurezza e il firmware più impegnativo.

Uno dei motivi per cui la parte PIC rimane rilevante è che ha un’ampia base collegata. Se il cliente ha bisogno di una scheda di controllo che non può essere copiata, riparata o aggiornata, il design originale è già MCU PICpuò essere collegato. In questi casi, la riprogettazione attorno a diverse architetture può creare firmware e un lavoro di verifica non necessari.

PIC Micro Controller PCBCome funziona?

PCBAgisce anche come centro di controllo del microcontrollore. Legge input come interruttori, sensori, termistori, encoder o pacchetti di comunicazione. Quindi prendere decisioni in base al firmware e alle uscite dell’unità come MOSFET, display, relè, cicalino, motore o stato del LED.

Il chip stesso è solo una parte del design. Le schede basate su PIC usate richiedono anche una disciplina di routing sufficiente per evitare rail di alimentazione chiari, reset, analisi dei condensatori, clock, accesso alla programmazione e problemi di debug del firmware che sono davvero un problema hardware se la parte selezionata non utilizza un oscillatore interno.

Ad esempio, una semplice scheda del termostato, PIC per leggere la temperatura, rimuovere il pulsante e sostituire il relè della ventola.può usarlo. Piccola scheda industriale per bambini, monitora la tensione analogica e i dati UARTuna foto da trasmettere correttamentepuò usarlo. In entrambi i casi l’MCU è centrale, ma l’affidabilità della scheda dipende ancora dal suono. Design Schema PCB e opzioni di layout.

Applicazione generale del microcontrollore PIC

I microcontrollori PIC sono comuni nei prodotti che richiedono un controllo prevedibile senza un sistema operativo di grandi dimensioni o pile software pesanti. Gli esempi comuni includono il controllo degli utensili, l’alimentazione di piccole dimensioni, i moduli sensori, le apparecchiature di test portatili, le apparecchiature di controllo accessi, i driver dei motori e le subarrette automobilistiche.

Sono anche comuni negli studi di riparazione e reverse engineering. Un appuntamento guasto può utilizzare un PIC che controlla l’ora di avvio, il blocco di sicurezza o la comunicazione con la scheda host. Se la scheda originale è vecchia, gli ingegneri potrebbero dover identificare la famiglia MCU, monitorare il circuito di supporto e decidere se la riparazione, la clonazione o la riprogettazione funzionale sono percorsi a basso rischio.

La sezione PIC non è automaticamente l’opzione migliore per qualsiasi nuovo progetto. Se un prodotto richiede grafica ad alta velocità, stack wireless o lavori DSP significativi, altre famiglie MCU potrebbero essere più idonee. Ma per molti prodotti orientati al controllo incorporati, il PIC include requisiti con un sovraccarico inferiore rispetto alle piattaforme più grandi.

Foto di famiglia Selezione principale e differenza

La gamma di immagini è ampia, quindi le scelte familiari sono più importanti dei soli marchi. I vecchi dispositivi a 8 bit sono comuni nelle schede di controllo perché sono economici e ben compresi. I dispositivi di fascia media aggiungono periferiche e profondità di memoria migliori. La famiglia di livello superiore a 16 bit e 32 bit supporta più spazio di codice, prestazioni matematiche migliori e opzioni di interfaccia più ampie.

Quando si confrontano le parti, controlla prima cinque cose:

1. Disponibili dimensioni di I/O e pacchetto. 2. Tensione di alimentazione richiesta e prestazioni analogiche. 3. Firmware e dimensione della memoria disponibili per la revisione futura. 4. L’interfaccia di comunicazione di cui il prodotto ha bisogno. 5. Supporta la programmazione e il debug durante il recupero e il servizio.

Concentrandosi troppo sulla velocità di clock e bypassando argomenti più pratici, ad esempio per una scheda riparabile, che sia troppo stretta a basso costo o selezionata in MCUÈ facile aggirare problemi più pratici, ad esempio se la fragile catena di approvvigionamento è bloccata dietro di essa. Per i prodotti che potrebbero richiedere una lunga durata, la disponibilità può essere più importante di un piccolo aumento delle prestazioni.

PIC rispetto ad altri microcontrollori

Confronti ordinari, dispositivi di classe PIC rispetto a AVR, STM32, MSP430 o ESPè. Non esiste un vincitore universale perché la risposta corretta dipende dal lavoro. Quando un progetto richiede il controllo diretto, gli strumenti per adulti e le parti familiari, che sono state utilizzate per anni in prodotti simili, le sezioni PIC sono spesso preferite.

STM32 può offrire più spazio e più ricchi ecosistemi per lavori embedded complessi. ESP32 potrebbe essere più interessante se è necessario Wi-Fi o Bluetooth. La divisione AVR è ancora comune nel suo sviluppo basato su Arduino. Ma se si assume un design più lungo, il riutilizzo dell’architettura PIC può ridurre le modifiche alle carte, gli sforzi di riscrittura del firmware e gli attributi di rischio.

Il sacrificio è molto importante nel reverse engineering. La riprogettazione che cambia la famiglia MCU può sembrare elegante sulla carta, ma la corrispondenza dei pin può anche modificare il tempo di taglio, il comportamento dell’ADC, il flusso di programmazione e l’ambito di test. Per un progetto orientato al servizio, la stabilità spesso sconfigge nuove cose.

Suggerimenti per la progettazione di PCB per schede basate su PIC

Inizia con l’integrità del potere. Posizionare il condensatore di decomposizione vicino a ciascun perno di alimentazione MCU, mantenere un breve ritorno di potenza ed evitare di dirigere la corrente di commutazione rumorosa dalla stessa linea di terra locale utilizzata dai pin analogici sensibili. Le schede delle miniature spesso si guastano sottilmente perché MCUL’attrezzatura intorno ad esso è considerata in seguito.

rivelando titoli di programmazione pratici. Indipendentemente dal fatto che il team utilizzi ICSP o altri metodi supportati, il debug è molto più semplice quando si accede alla programmazione dei PIN e si tagga. È anche utile per i servizi sul campo e la rielaborazione di piccoli batch.

Proteggere il circuito di ripristino e orologio conservativo. A volte una scheda non di avvio può trascorrere giorni di ricerca del firmware. Se il progetto utilizza un oscillatore esterno, seguire attentamente la guida della scheda tecnica e mantenere la rete fisicamente stretta.

Usa il posizionamento e la guida disciplinati. Generale Istruzioni Layout PCB Si applica ancora, ma le schede PIC spesso beneficiano dell’attenzione extra quando si tratta di linee di riferimento analogiche, accesso al programmatore e isolamento tra le tracce del sensore di basso livello e le uscite di commutazione.

Se la scheda fa parte di uno sforzo di riparazione o clonazione, documenta ciò che è noto e rimosso. Ciò include la funzione PIN, il comportamento di avvio, il punto di prova e se il dispositivo originale appare protetto contro la lettura del codice. dettagli, il progetto è un miglioramento, riprogettato compatibile o completamente Engineering Indietro PCB sforzo.

Problemi di firmware e produzione

La selezione del microcontrollore non è mai solo una decisione del firmware. Ciò influisce sui test di assemblaggio, sulle procedure di aggiornamento del sito e sul modo in cui il team di miglioramento può supportarli in modo realistico in seguito. Se l’MCU deve essere programmato in produzione, determinare se viene eseguito prima del montaggio, dopo il montaggio o tramite l’apparecchiatura in una prova finale.

È anche necessario decidere in anticipo quanto dovrebbe essere tollerante il design. Una sostituzione compatibile con PIN è utile solo se l’immagine del firmware, le impostazioni dei fusibili, le ipotesi dell’oscillatore e la mappatura delle periferiche sono ancora validi. In caso contrario, una modifica “disattiva” potrebbe essere un problema di produzione nascosto.

Lasciare spazio alla diagnosi per i prodotti pesanti. Alcuni test pad etichettati, connettori di programmazione sensibili e percorsi di avvio documentati possono facilitare la verifica delle carte riparate. Offerta di squadra Miglioramento Microcontroller Oppure la riprogettazione della scheda richiede molto tempo non solo nel codice stesso, ma di solito in questo dettaglio pratico.

Errori comuni quando si utilizza il PIC del microcontrollore

Uno degli errori comuni è selezionare la parte con memoria sufficiente per creare il primo firmware. Le correzioni di bug non lasciano alcun margine per le modifiche al protocollo o le funzionalità future.

Un altro sottovaluta la programmazione e il debug dell’accesso. La scheda a volte raggiunge lo stadio del prototipo senza un modo semplice per collegare il programmatore dopo l’installazione del contenitore. che si può prevenire.

I designer hanno anche problemi di segnale misti. Un PIC che legge sensori analogici e interruttori a relè o carichi PWM può comportarsi male se la strategia di base è negligente. I sintomi possono sembrare un’instabilità casuale del firmware mantenendo effettivamente il rumore al percorso di misurazione.

Infine, alcuni team hanno scelto le foto per motivi legacy, senza ricontrollare la disponibilità attuale, il supporto della catena del veicolo e il costo totale della riprogettazione. Il riutilizzo è utile, ma solo se tecnico e commerciale è ancora giusto.

Quando il microcontrollore PIC si adatta

I microcontrollori PIC sono generalmente adatti quando il prodotto richiede una piattaforma hardware che può essere supportata da un controllo integrato affidabile, requisiti di saldatura semplici, lunga durata e flussi di lavoro di ingegneria pratica. Questa è anche un’opzione ragionevole quando mantieni o ricrea le schede esistenti già collegate all’architettura PIC.

Se il progetto richiede un tour pulito della scheda, il supporto del firmware o la riconfigurazione della scheda di controllo è vecchia, la domanda migliore èNon è se è vecchio o nuovo. La domanda migliore è se risolve problemi di controllo reali con rischi, costi e supporto accettabili.

Per molti miglioramenti, applicazioni di clonazione e controllo, la risposta rimane sì.