Jednočipové mikropočítače: Architektura, aplikace a moderní standardy

Jednočipový počítač, též známý jako mikrokontrolér (MCU, µC), je většinou monolitický integrovaný obvod obsahující kompletní mikropočítač. Tyto mikropočítače jsou kompaktní zařízení kombinující procesor, paměť a I/O rozhraní na jedné desce, což je ideální pro různé aplikace, od domácích projektů po průmyslové nasazení.

Jednočipové počítače se vyznačují velkou spolehlivostí a kompaktností, proto jsou určeny především pro jednoúčelové aplikace jako je řízení, regulace apod. Často jsou součástí vestavěných systémů.

Jednočipový počítač je integrovaný obvod, který v sobě zahrnuje zpravidla vše potřebné k tomu, aby mohl obsáhnout celou aplikaci, aniž by potřeboval další podpůrné obvody. Především jde o paměť pro uložení programu (FLASH, EEPROM nebo ROM) a operační paměť RAM pro uložení aplikačních proměnných a zásobníku. Většina jednočipových počítačů také obsahuje rozsáhlou sadu podpůrných obvodů, například budiče řídicích číslicových signálů.

Charakteristika a využití mikropočítačů

Vývoj elektroniky je neoddělitelně spjat s postupující miniaturizací. Moderní počítače už nejsou jen stacionární „PC“ a notebooky - dnes může být výkonný počítač s vícejádrovým procesorem a alespoň pár gigabajty RAM součástí jiného zařízení.

Mikropočítač (také nazývaný minipočítač) není nic jiného než zařízení s funkčností klasického plnohodnotného počítače, ale uzavřené ve značně miniaturizované podobě. Speciálním typem jsou jednodeskové minipočítače (SBC - např. Raspberry Pi), jejichž konstrukce je založena na jedné desce plošných spojů, obvykle o rozměrech nepřesahujících několik centimetrů a obsahující všechny potřebné základní komponenty.

Čtěte také: Hronbach – váš spolehlivý dodavatel stavebnin

Mikropočítač lze použít ke stejným účelům jako běžné stolní počítače a notebooky - např. pro kancelářskou práci, brouzdání po internetu, nebo vytváření a testování softwaru. V naší nabídce najdete základní desky, mikrokontrolery, HMI, NAS, programátory, routery, sestavitelné notebooky, hi-fi přehrávače, doplňky k TV, řídící desky robotů, servery, zařízení pro vzdálenou správu, platformy pro IoT aplikace, průmyslovou automatizaci a AI analýzu a mnoho dalších.

Klíčové komponenty a funkce jednočipových mikropočítačů

  • Paměti pro záznam dat a programu. Na čipu je však umístěno jen max. dat a max. 32 kB paměti programu.
  • Sběrnice datová, adresová, řídící. Multiplexovaná sběrnice. Budiče sběrnice 3 stav., otevřený kolektor.
  • Obsluha asynchronních událostí. Polling/přerušení. Přerušovací systém.
  • Číslicový výstup. P, U, I přizpůsobení, optické oddělení.
  • D/A převodníky. Princip PWM modulace.
  • A/D převodníky integrační.
  • Přenos dat - paralelní. Princip handshakingu.
  • Přenos dat - sériový.
  • Princip a použití modemu pro přenos dat.
  • Většina jednočipových počítačů také obsahuje rozsáhlou sadu podpůrných obvodů.

Typy jednočipových počítačů a standardy

Naše nabídka zahrnuje mimořádně široké portfolio minipočítačů od různých výrobců. Máme mimo jiné: širokou škálu ikonických modulů Raspberry Pi a nespočet vyhrazených doplňků (kryty Raspberry Pi Hat, microSD karty, napájecí zdroje, pouzdra, USB příslušenství a dokonce i miniaplikace s logem maliny). Dále máme minipočítače z řad Odroid, FriendlyARM NanoPi, Odyssey, NVIDIA, LattePanda, Khadas VIM, UP board, BeagleBone, Rock64, Sparky, Google Coral, CubieBoard a - samozřejmě - Arduino, které lze dnes také považovat za nejjednodušší, i když extrémně univerzální verze jednoduchý minipočítač.

SoM (System on Module)

SoM (System on Module) od Kontronu kombinují mikroprocesor, flash paměť, RAM i napájecí obvody na jedné kompaktní desce plošných spojů. Moduly se připájejí přímo na nosné desky, takže není nutné používat další konektory. Díky tomu představují spolehlivý základní blok pro tvorbu individuálních embedded aplikací.

  • Vhodné pro průmyslové a medicínské aplikace.
  • Škálovatelná platforma - snadné rozšíření či výměna modulů.
  • Kompletně připravené CPU moduly s podporou Linuxu.
  • Kratší doba vývoje a nižší riziko při návrhu.
  • Konstrukce odolná vůči náročným průmyslovým podmínkám.
  • Carrier boards - vývojové a testovací platformy.

SMARC

SMARC je standard modulů optimalizovaný pro nízkou spotřebu a kompaktní rozměry.

  • Nízký profil a nízká spotřeba energie.
  • Robustní konstrukce vhodná pro průmyslové prostředí.
  • Dostupné s procesory ARM i Intel.

COM Express

COM Express je nejrozšířenější standard počítačových modulů. Definuje různé formáty a velikosti, které pokrývají celé spektrum požadavků od kompaktních řešení až po výkonné průmyslové aplikace. Nabízí širokou škálu I/O rozhraní včetně grafiky, USB 3.0, DisplayPort nebo HDMI.

Čtěte také: Dřevo a stavebniny od Palubky Lochovice

  • Standardizované formáty: Mini, Compact, Basic.
  • Varianta Type 6 - pro grafické a multimediální aplikace.
  • Varianta Type 7 - s důrazem na síťovou konektivitu a vysoký počet PCIe linek.
  • Podpora procesorů Intel i AMD.

COM-HPC

COM-HPC je nový standard navržený pro aplikace, které vyžadují mimořádný výkon a propustnost - například AI, edge servery, 5G infrastrukturu nebo zpracování velkých datových toků.

  • Vyšší výpočetní výkon než COM Express.
  • Široké možnosti rozhraní s vysokou propustností.
  • Určeno pro klientské i serverové aplikace.

Mikroprocesory rodiny I8051

Mikroprocesory rodiny I8051 představují zjednodušenou vnitřní strukturu 16bitového mikrořadiče. Tato rodina vznikla v roce 1980 a MCS-96 v roce 1983.

  • Vnější paměťové rozšíření pro procesory '51. Paměť dat, programu.
  • Přerušovací systém '51.
  • Zrychlení obsluhy přerušení, tzv. událostí.
  • Vnitřní architektura umožňuje komunikaci v multiprocesorových systémech.
  • Může mít kapacitu 64 kB právě tak jako paměť dat (RAM).
  • Na čipu je však umístěno jen max. dat a max. 32 kB paměti programu.
  • Disponuje čitači/časovači a hlídacím časovačem (watchdog).

Vývoj a programování jednočipových mikropočítačů

Postup při vytváření programu zahrnuje překlad, sestavení, umístění. Využívají se obj, abs, bin a hex kód.

Pro vývoj a simulaci se používá například překladač a simulátor Keil pro I51. Znalost číslicových soustav (dvojková, desítková, hexadecimální, kódování BCD) a vzájemného přepočtu je nezbytná.

Zařízení podporují různé operační systémy, např. Raspberry Pi OS, Linux, Android, Windows a poskytují širokou škálu možností připojení a rozšíření.

Čtěte také: Rozšíření výroby dřevěných konstrukcí v Mimoni

Pokud chcete ušetřit čas i peníze hledáním kompatibilních komponent do vašich sestav, mrkněte do sekce Startovací sady, kde najdete počítače v sadách s doporučeným příslušenstvím.

Příklady minipočítačů a jejich využití

  • Humanoidní robot Rebel Voice v červené barvě. Je napájen třemi bateriemi LR44. Robot má vestavěný mikrofon a reproduktor, může opakovat slova a zvuky.
  • Beetle je nejmenší deska kompatibilní s Arduino Leonardo. Modul je založen na čipu ATmega32u4 a je poháněn hodinami s frekvencí 16 MHz.
  • Seeeduino Nano je podobný Seeeduino V4.2, který je postaven na 8bitovém mikrokontroléru ATmega328P.
  • Štít určený pro Raspberry Pi 3B / 2B / B+, který slouží jako nouzové napájení v případě výpadku proudu.

Jednodeskový počítač (SBC) je vysoce miniaturizovaná základní deska, která má kromě procesoru, RAM nebo patic komunikačního rozhraní (USB, Ethernet, HDMI atd.) i řadu přídavných modulů a funkcionalit. V mnoha případech hraje roli pevného disku rychlá microSD karta. Toto řešení kromě zjevné výhody velmi nízké ceny (ve srovnání s klasickými počítačovými mechanikami) poskytuje také neuvěřitelnou flexibilitu a snadnost při práci na projektech založených na minipočítači.

Není nic jednoduššího, než vyjmout kartu ze slotu (vypnutého!) minipočítače a vložit ji do čtečky na notebooku nebo stolním počítači za účelem vytvoření obrazu celého souborového systému nebo různých úprav, které z nějakého důvodu by bylo obtížné provést ze samotné úrovně SBC.

Jednodeskové minipočítače navíc obvykle disponují přídavnými GPIO konektory, které se u standardních „PC“ nenacházejí, díky nimž je propojení minipočítače s externími elektronickými systémy extrémně snadné, známé z jednodušších platforem, např. Arduino. Tyto poslední dvě výhody vedly k obrovské oblibě jednodeskových minipočítačů v amatérských, prototypových a akademických aplikacích.

tags: #jednocipovy #mikropocitac #stavebniny #aplikace

Oblíbené příspěvky: