Лучшие микроконтроллеры для встраиваемых систем

Время чтения: 18 минут

Сегодняшний рынок микроконтроллерных устройств чрезвычайно разнообразен, ведь каждый производитель старается предложить решения для самых разных задач. Одни ориентируются на максимальную производительность и расширенные коммуникационные возможности, другие делают ставку на сверхнизкое энергопотребление с компактностью, а третьи стремятся к универсальности и лёгкости разработки. Благодаря такому подходу инженерам и разработчикам несложно выбрать требуемую платформу. Найдётся основа для всего — от простейших IoT-датчиков до сложных промышленных контроллеров или автомобильных систем.

В число популярных вендоров входят STMicroelectronics, Texas Instruments, Microchip Technology, NXP Semiconductor и Renesas Electronics. Каждая из компаний имеет собственную философию проектирования, архитектурные решения и программные инструменты, что делает их продукцию уникальной. Рассмотрим подробнее, какие серии микроконтроллеров этих компаний считаются удачными, а также почему они заняли передовые позиции в мире встраиваемых систем.

Каждая из рассмотренных компаний с большой историей и опытом разработки микроконтроллеров, которые задали стандарты целым направлениям электроники. Их решения охватывают почти весь спектр потребностей — от недорогих микросхем общего назначения до высокопроизводительных контроллеров, применяемых в системах реального времени, критически важных устройствах. Благодаря поддержке со стороны сообществ разработчиков, удобным средствам программирования и стабильному качеству продукции, продукты этих фирм считаются примерами нынешней встраиваемой электроники.

Популярной серией стала STM32. Она известна предлагаемой номенклатурой, универсальностью, применимостью в разных устройствах: от простейших IoT-устройств («Интернет вещей») до высокопроизводительных отказоустойчивых двухъядерных МК для промышленных систем управления; в линейке найдётся модель на «все случаи жизни».

Помимо нативной среды (которая для новичков покажется излишне сложной) возможно использование альтернативных сред, в том числе Arduino IDE.

Эти МК нечасто встречаются в любительских проектах, но в профессионально разрабатываемой электронной продукции они распространены. Одной из популярных серий стала MSP430. Она отличается крайне низким энергопотреблением, предназначена в первую очередь для работы в устройствах с питанием от батарей или аккумуляторов. Также они находят применение в бытовой и портативной электронной технике.

Гарантированное потребление тока в режиме сна не более 1 микроампера позволяет применять серию в различных автономных и удалённых датчиках, других устройствах, постоянное электропитание которых технически трудно реализовать.

Американская компания Atmel (поглощена Microchip Technology) в 1996 году представила широкую линейку разнообразных по характеристикам МК. Она получила название AVR. Именно в AVR впервые стала использоваться FLASH-память для хранения программного кода, вместо ROM, EEPROM и EPROM, применявшихся раньше повсюду.

МК имеет особое место в жизни энтузиастов, создающих собственные DIY-проекты, так как микроконтроллеры просты в освоении, имеют несложную архитектуру, множество интегрированных сред проектирования и большое количество библиотек поддержки «всего и вся». Программно-аппаратная платформа Arduino базируется именно на AVR.

Эти МК не сильно распространены в среде любительских проектов, а более «заточены» под профессиональное применение в автомобильной индустрии или промышленности. Но между тем производитель выпускает удивительную модель LPC1768, представляющую высокопроизводительный «комбайн», собравший в себя всё самое лучшее и востребованное, что реализовано в моделях других вендоров.

Поддержка множества протоколов связи, большое количество портов ввода/вывода, наличие многоканальных АЦП и ЦАП позволяет проектировать на основе LPC1768 сложные высокопроизводительные центры обработки данных с датчиков, робо-системы, системы автоматизированного управления производственными процессами.

Начало освоения микроконтроллера возможно с ознакомления с отладочными платами, поставляемыми NXP Semiconductor или сторонними производителями. Например, простейшая mbed LPC1768 по форм-фактору и идеологии близка к Arduino, недорогая, будет несложна в освоении.

Продукция японской компании распространена только в некоторых сферах (оборудование промышленного, автомобильного, медицинского назначения). Она мало известна любителям и частным инженерам-электроникам. Но между прочим компания — мировой лидер по специализированным микроконтроллерам. МК серии RX представляют недорогие, но чрезвычайно интересные электронные устройства, базовый вектор развития которых — надёжность и безопасность.

Проектирование в соответствии с самыми жёсткими требованиями к надёжности и безопасности эксплуатации позволяют использовать их даже в аппаратуре, отвечающей за жизнь и здоровье людей. Это промышленные блоки управления станками или технологическими процессами, высокоответственные блоки автомобильных электронных систем, аппаратура медицинского назначения.

Наличие специальных режимов работы, высокоскоростных аппаратных прерываний, систем контроля целостности данных в памяти при работе в сложной радиационной или электромагнитной обстановке и многих других, присущих только МК этой серии позволяют проектировать на их основе уникальную отказоустойчивую технику.

Удивительно то, что розничная цена устройств рассматриваемой серии относительно невысока. Она «по карману» даже разработчикам-любителям, хотя стоимость отладочных плат всё же сравнительно велика.