כל מכשיר אלקטרוני בו אנו משתמשים בחיי היומיום שלנו מתוכנן עם חשמל פרויקטים אלקטרוניים מעגלים. אלה חשמליים ומכשירי חשמלניתן לתכנן מעגלים באמצעות טכנולוגיות שונות כגון ואקוםצינורותטכנולוגיה, טכנולוגיית טרנזיסטור, טכנולוגיית מעגלים משולבים או IC, טכנולוגיית מעבד, ומיקרו-בקרטֶכנוֹלוֹגִיָה. ניתן ליישם טכנולוגיות אלה באמצעות רכיבים חשמליים ואלקטרוניים נפרדים, מעגלים משולבים, מיקרו-מעבדים ומיקרו-בקרים. במאמר זה נדון על הטכנולוגיה הטובה ביותר למערכות משובצות בקרב טכנולוגיות IC וטכנולוגיית IC מתקדמת כמו טכנולוגיית IC של מיקרו-בקר. אך בעיקר לפני שנמשיך הלאה, עלינו לדעת מהי טכנולוגיית ICמיקרו-בקרטכנולוגיית IC.
טכנולוגיות מערכות משובצות
טכנולוגיית IC
בימים קודמים תוכננו מכשירי מערכת משובצים בעזרת צינורות ואקום גדולים יותר ויקרים יותר. הטרנזיסטור המגע הנקודתי הראשון פותח על ידי ג'ון ברדין וולטר בראטיין במעבדות בל בשנת 1947. ואז, המצאת הטרנזיסטורים צמצמה והחליפה אתמגושם יקרצינורות ואקום פנימהמחשביםעיצובים. לאחר מכן, הטרנזיסטוריםהשימוש צמצם את גודל המעגלים, מכיוון שטרנזיסטורים אלה הם פחות גודל, חסכוני, ביצועים מהירים יותר, אמינים וצורכים פחות כוח. מעגליםלִבנוֹתבאמצעות טרנזיסטורים ואחרים רכיבים אלקטרוניים נפרדים נקראים כמעגלים בדידים.
טכנולוגיית IC
שינוי מהפכני נעשה בעיצוב חשמל ומכשירי חשמלמעגלים ומחשבים עם המצאת מעגלים משולבים או טכנולוגיית IC. מעגלים משולבים הם קטנים מאוד, מאוד אמינים, חסכוניים ביותר ופשוטים מאוד לשימוש. מושג זה של טכנולוגיית IC הוצג בשנת 1958, וטכנולוגיית IC זו ממוזערת הרבה גאדג'טים חשמליים ואלקטרוניים כמו טלפונים ניידים, מחשבים ניידים, מחשבים ומכשירים רבים אחרים. ניתן להגדיר מעגל משולב כ-מַעֲרֶכֶתשל מעגלים אלקטרוניים המשולבים על לוח חומר מוליך למחצה קטן, המכונה בדרך כלל שבב סיליקון. כל IC יכול להיות קומפקטי מאוד, המכיל מיליארדי טרנזיסטורים רבים ורכיבים אחרים באזור קטן מאוד.
דורות של טכנולוגיית IC
ישנם דורות שונים של מעגלים משולבים, מסווג על בסיסמספרשל טרנזיסטורים משמש על שבבי מעגלים משולבים. הם: שילוב בקנה מידה קטן (SSI), מעגלים משולבים המכילים מספרים ספורים של עשרות טרנזיסטורים. שנות השישים היו עדים לשילוב בקנה מידה בינוני (MSI), שבבי מעגלים משולבים המכילים מאות טרנזיסטורים. בשנות השבעים שם היו גדולותשילוב בקנה מידה (LSI), שבו עשרות אלפי טרנזיסטורים משולבים בכל שבב. בשנות השמונים הייתה שילוב בקנה מידה גדול מאוד (VLSI), שבו מאות אלפי טרנזיסטורים משולבים בכל שבב. יתר על כן, פותחים אינטגרציה בקנה מידה גדול במיוחד (ULSI), משולבים יותר ממיליון טרנזיסטורים לכל שבב, שילוב בקנה מידה רקיק (WSI), מערכת על שבב (SOC) ומעגלים משולבים תלת מימדיים (3D-IC). מעגלים משולבים כגון 555timer IC, 741 מגברים תפעוליים, CMOS, NMOS, טכנולוגיית BICMOS וכן הלאה נחשבים כדוגמאות מעשיות לטכנולוגיית IC.
סוגי ICs
יש הבדל סוגי מעגלים משולבים כגון ADC, DAC, מגברים, ICs לניהול צריכת חשמל, ICs שעון וטיימר וממשקי IC המשמשיםליישומי מערכות משובצות שונות.
יישום טכנולוגיית IC
בקר טעינה סולארי באמצעות טכנולוגיית IC מאת Edgefxkits.com
לֹא-מיקרו-בקרמבוסס בקר מטען סולארי הפרויקט הוא יישום פשוט של טכנולוגיית IC. בפרויקט זה מושג מנגנון טעינה מבוקר כדי להימנע מתשלום טעינה,מעל תשלום, ותנאי פריקה עמוקה ללא שימושמיקרו-בקר. סט של מגברים תפעוליים משומשיםכמשוואים לניטור מתח הפאנל, וזרם העומסברציפות. נוריות LED ירוקות ואדומות משמשות לאינדיקציה. נוריות LED ירוקות משמשות לציון מצב סוללה טעון במלואו ובתנאי פריקה טעונה או עמוסה או עמוקה או מסומנים על ידי נוריות אדומות.
מעגל בקר מטען סולארי באמצעות טכנולוגיית IC מאת Edgefxkits.com
מתג מוליכים למחצה כוח MOSFETמשמש לניתוקלִטעוֹן, אם נוריות LED אדומות מציינות מצב נמוך של סוללה או עומס יתר. אם נוריות נוריותמצביעמצב טעון לחלוטין שלסוֹלְלָהואז אנרגיית השמש עוברת לעומס דמה במעגל באמצעות טרנזיסטור. לפיכך, הסוללה מוגנתטופסמעל טעינה. ניתן לשפר את הפרויקט הזה באמצעות א מודם GSM ומיקרו-בקרכדי להשיג מערכת סולארית תקשורת וחדר בקרה לניטור מצב שלמערכת.
מיקרו-בקרIC
מיקרו-בקר הוא IC מתקדם או מעגל משולב המשולב עם ציוד היקפי נוסף. הפיתוח והשימוש של מערכות מוטמעות' יישומים גדלעם ההתקדמות בטכנולוגיות IC כגון טכנולוגיית מעבד, ומיקרו-בקרטֶכנוֹלוֹגִיָה. החסרונות של טכנולוגיית הטרנזיסטור, טכנולוגיית ה- IC הצטמצמו באמצעות טכנולוגיות המיקרו-מעבד והמיקרו-בקר הטכנולוגיות המתקדמות. מעבד משלב פונקציות של יחידת העיבוד המרכזית של המחשב (CPU) במעגלים משולבים בודדים או מעטים. א ממיקרו-בקרניתן להתייחס ליחידה כאלמחשב קטןעל מעגל משולב יחיד המורכב מיחידת עיבוד מרכזית קטנה, מתנד קריסטל, טיימרים, כלב שמירה וקלט / פלט אנלוגי. ישנם סוגים שונים של רושמים, הפרעות המשמשות למשימות ספציפיות מסוימות.מיקרו-בקריםהם מסוגים שונים כגון מיקרו-בקר AVR, מיקרו-בקר PIC וכן הלאה. אבל בדרך כלל 8051מיקרו-בקר IC משמש לרוב יישומי המערכות המשובצות.
8051 מיקרו-בקר
אם אנו משתמשים בטכנולוגיית IC, אז נדרשים מספר רב של רכיבים נפרדים לביצוע משימות מסוימות במערכות משובצות. אם אנו משתמשים בטכנולוגיית IC מתקדמת כגוןמיקרו-בקרואז פשוט על ידי כתיבת כמה שורות תכנות פשוטות נוכל לבצע מספר משימות. לפיכך, המספרשל רכיבים בדידים, ניתן להפחית את גודל המעגלים, את המורכבות והעלות במערכות משובצות באמצעותמיקרו-בקרטֶכנוֹלוֹגִיָה.
יישום טכנולוגיית מיקרו-בקר
בקר מטען סולארי באמצעות מיקרו-בקר הוא א יישום אופייני של מיקרו-בקר IC מתקדםטֶכנוֹלוֹגִיָה. כדי לנצל את האנרגיה הסולארית ביעילות, תאורה המופעלת באמצעות השמשמערכות כוללפנסים סולאריים, פנסי רחוב סולאריים ומערכות תאורה לבית ולגן משמשים באזורים כפריים כמו גם עירוניים. מערכת אנרגיה סולארית מורכבת בעיקר מארבע עיקריותרכיבים: פוטו וולטאימודול, סוללה נטענת, עומס ובקר טעינה סולארי.
בקר מטען סולארי באמצעות טכנולוגיית מיקרו-בקר
תרשים הבלוקים של מערכת אנרגיה סולארית עם ארבעה בלוקים עיקריים המשתמשים במיקרו-בקרהטכנולוגיה מוצגת באיור. בין ארבעת המרכיבים הללו, שקול את בקר המטען הסולארי באמצעות מיקרו-בקר הממלא תפקיד מרכזי בהגדלת הביצועים הכוללים של מערכת החשמל הסולארית. רכיבי החומרה המשמשים למעגל בקר מטען סולאריהם AT89C2051מיקרו-בקר, ADC0831 סדרתי, וסת מתח IC7805 , מתג מוליך למחצה כוח MOSFET, תצוגת LCD, סוללה נטענת, בקרת טעינה, חיישן בין ערביים לשחר ובקרת עומס.
סוללהמשמש לאספקת 5V DC מוסדר להפעלת החשמלמיקרו-בקרהמשמש לניטור מתח הסוללה באמצעות ADC.המתחשל 0V-20V מוקטנת ל- V-5V באמצעות מחלק פוטנציאלי עם סידור נגד שנעשה בסיכה 2 של ADC וערכים אלה מוצגים בתצוגת LCD. באמצעות טכניקת ויסות מקבילה, זרם טעינה מותר לזרום אל תוךסוֹלְלָהומפסיק לטעון את הסוללה אם הסוללה טעונה במלואה. בהתבסס על אותות הקלט שהתקבלו מחיישן בין הערביים לשחר, ה-מיקרו-בקרמחליף את ממסר הטעינה או העומס. התצוגת אל סי דימונע על ידימיקרו-בקרלהצגת הודעת טעינה.
מעגל בקר מטען סולארי באמצעות טכנולוגיית מיקרו-בקר
אם הסוֹלְלָהטעונה במלואה (עד ל14V), אם כןממסרמופעלת באמצעות MOSFET כדי להפריע לטעינה. ואז יופעל טיימר של 5 דקותעל ידי מיקרו-בקרו- LCD מציג את ההודעה כסוללה מלאה. אם הטיימר הזה חלף, אזסוֹלְלָהמחובר לפאנל סולארי מחדש על ידי ממסר וכך זרם הטעינה הסולארי פועם כל עודמתח סולארינוכח. אם המתח פאנל סולארינופל מתחת מתח דיודת זנרשל חיישן בין הערביים לשחר , אז המיקרו-בקרמקבל אות מחיישן בין הערביים לשחר, ואז מפעיל את העומס דרך ה- MOSFET והודעת עומס פועלת מוצגת על צג ה- LCD. אםמתחנופל מתחת ל -10 וולט של חיישן בין הערביים לשחר, ואז ה-מיקרו-בקרמכבה את העומס דרךMOSFET.
הטכנולוגיה הטובה ביותר למערכות משובצות
במאמר זה, קודם לכן טכנולוגיית ה- IC ו-מיקרו-בקרטכנולוגיית IC יחד עם הדוגמאות שלהם,סוגים, ופרקטי יישום שלמיקרו-בקר וטכנולוגיית IC ב יישומי מערכות משובצות נדונו בקצרה. האמור לעיל דן בבקר טעינה סולארית עם טכנולוגיית ה- IC לשעבר ועם טכנולוגיית IC מתקדמת כגוןמיקרו-בקרטכנולוגיית IC מראה הבדלים בין שתי הטכנולוגיות. וזה גם מראה ששתי הטכנולוגיות עדיין בשימוש על פי הדרישה. לשתי הטכנולוגיות ישנם יתרונות וחסרונות מסוימים בעת השימוש במערכות משובצות.
טכנולוגיית IC הפחיתה את גודל המעגלים בהשוואה לגודל המעגל שנבנה באמצעות רכיבים נפרדים. מתקדםמיקרו-בקרטכנולוגיית IC מקטינה את גודל המעגלים על ידי החלפת מעגלים משולבים רבים במעגל במעגל יחידמיקרו-בקר IC. לפיכך, עלות המעגלים בטכנולוגיית IC נמוכה מטכנולוגיית הבדידה או הטרנזיסטור.מיקרו-בקרעלות מעגלי טכנולוגיית IC נמוכה יותר בהשוואה לעלות מעגלים שתוכננו בטכנולוגיית IC. באופן דומה, עבור מספר מספרים של פרמטרים,מיקרו-בקרהטכנולוגיה עדיפה על מערכות משובצות בהשוואה לטכנולוגיית IC וטכנולוגיית רכיבים בדידים או טרנזיסטורים.
יישומי מערכות משובצות המשתמשות בטכנולוגיות שונות
דמותמראה יישומי מערכות משובצות תוכנן בטכנולוגיות שונות. עבור כמה יישומים ספציפיים של מערכות משובצות, טכנולוגיית IC עדיפה על פנימיקרו-בקרטֶכנוֹלוֹגִיָה. אך מרבית יישומי המערכות המשובצות משתמשיםמיקרו-בקרכיוון שהיא מתקדמת יותר ויש לה יתרונות רבים יותר בהשוואה לטכנולוגיית IC. יתר על כן, עזרה טכנית תינתן לך מטכנולוגיות Edgefx בבחירתךטכנולוגיה מסוימתבשבילך עבודה בפרויקט אקדמי בהתבסס על העניין שלך במערכות משובצות.
