MCU - Mindestliste externer Komponenten

Ich kann nirgendwo eine vollständige Antwort darauf finden, und ich möchte die Lücke in meinem Wissen über MCUs schließen.

  • Warum benötige ich in MCUs außer vielleicht einem Spannungsregler und einem externen Takt andere Komponenten?

  • Warum sehen Leiterplatten mit eingebetteten MCUs so kompliziert aus?

  • Wenn ich eine minimale Leiterplatte mit eingebetteter MCU (z. B. atmega324p) entwerfen würde, welche Liste der Komponenten sollte ich mindestens berücksichtigen und warum?

kann es nirgendwo finden? Haben Sie an der Quelle, der Website des Anbieters, begonnen?
Das Minimum für einen guten Prozentsatz sind keine anderen externen Komponenten, viele haben interne RC-Oszillatoren (nicht genau oder zumindest Jitter) und Sie können ohne Massenkapazität usw. auskommen, um Ihre Füße nass zu machen, verwenden Sie ein ftdi usb to uart Board oder ein Stlink-Header von einem Nucleo-Board usw., um beide mit Strom zu versorgen und in den Chip zu gelangen. Für echte Produkte benötigen Sie die zusätzlichen Komponenten aus verschiedenen analogen Gründen, und diese Platinen enthalten häufig einen Spannungsregler oder eine Leistungsumwandlung von beispielsweise 5 V USB auf 3,3 V für das Teil.
Ein Prozentsatz der Gründe für die Komponenten steht auch in den Datenblättern der Anbieter, die sie elektrisch beschreiben, was Sie mit Referenzdesigns oder anderen Beispielen tun sollten. Einiges davon ist nur historische Erfahrung, RC- oder andere Filter zum Schutz des Geräts vor jeder Stromquelle, die der Benutzer daran anschließt, ESD-Schutz usw.
@old_timer Ich habe Datenblätter für zB den atmega324p gesehen, es gibt nicht das Warum, nur das Wie.
Einige der Warums stammen aus College-Kursen und grundlegender Elektronik. historische Erfahrung. Wieder Filterung, Bulk-Kapazität, damit Sie die Versorgung nicht verhungern und einen Einbruch verursachen, Erdungsprellen, ESD-Schutz, Pull-Ups und Pull-Downs, Reset-Schaltungen, generisches Zeug. Ich habe eine Reihe von Teilen von Anbietern ohne dies verwendet, nur den nackten Teil auf einem Breakout-Board, vielleicht musste ich manchmal den Reset auf vcc überbrücken oder ein paar andere Dinge, die eindeutig hoch oder niedrig gebunden sind. In einer kontrollierten Umgebung möchten Sie für eine echte Anwendung einen echten Schutz haben.
Die Frage ist wirklich weit gefasst, im Grunde: "Warum werden elektronische Komponenten benötigt?"

Antworten (6)

Warum benötige ich in MCUs außer vielleicht einem Spannungsregler und einem externen Takt andere Komponenten?

Einige der zusätzlichen Komponenten werden sogar für ein Design mit minimaler Komplexität empfohlen:

  • Kondensatoren, die vom Spannungsregler für Stabilität und Last-/Leitungsregelungsleistung benötigt werden.
  • Schutzgeräte wie Gleichrichterdioden, TVS-Dioden usw.

OTOH, einige MCUs funktionieren unter bestimmten Umständen überhaupt ohne einen externen Takt und/oder Spannungsregler (z. B. batteriebetriebene Anwendungen mit geringem Stromverbrauch und niedriger Geschwindigkeit).

Warum sehen Leiterplatten mit eingebetteten MCUs so kompliziert aus?

Weil sie normalerweise ein Minimum (oder nicht so Minimum) an Funktionalität für die Allzweckanwendungen bereitstellen möchten, auf die sie abzielen. Als Beispiel:

  • Signal-LEDs zeigen an, ob die MCU EIN/AUS ist und/oder eine serielle TX/RX-Kommunikation läuft.
  • Schnittstellenschaltkreise, damit neuer Code auf die MCU hochgeladen werden kann. Dies kann USB seriell zu TTL beinhalten.
  • Konnektivität nach Bedarf (Stiftleisten, USB, Power Barrels).
  • Mehrere Spannungsregler zur Bereitstellung von zwei 5-V- und 3,3-V-Versorgungsschienen.
  • Stromquellen-Auswahlschaltkreise, um automatisch zwischen Gleichstrom vom Fass oder von USB zu wählen.

Natürlich könnten Sie für eine bestimmte Anwendung die meisten davon loswerden.

Wenn ich eine minimale Leiterplatte mit eingebetteter MCU (z. B. atmega324p) entwerfen würde, welche Liste der Komponenten sollte ich mindestens berücksichtigen, und warum?

Das hängt ganz von Ihrer Anwendung ab. Unter bestimmten Umständen und Designzielen kann die Liste bis auf die MCU heruntergehen – nichts anderes ist erforderlich.

Einige Mikrocontroller benötigen tatsächlich nur eine Bypass-Kappe, um zu funktionieren. Andere benötigen eine Art externen Taktgeber, wie einen Quarz, Resonator, RC oder ein digitales Signal, das von woanders eingespeist wird. Neuere Mikros haben in der Regel interne Uhren, aber diese sind normalerweise nur mit einer Genauigkeit von wenigen Prozent gut.

Platinen mit Mikros können kompliziert sein, da das System zusätzliche Dinge außerhalb des Mikros erledigen muss. Beispielsweise müssen analoge Eingänge möglicherweise skaliert und aufbereitet werden, bevor sie einem A/D-Eingang zugeführt werden. Mikros werden normalerweise verwendet, um Dinge zu steuern. Das Zeug kann kompliziert sein.

Die minimale Teileliste finden Sie im Datenblatt. Die meisten Mikros brauchen Masse, Strom (natürlich mit Bypass-Kappe), vielleicht einen externen Quarz oder eine Uhr, vielleicht eine Filterkappe für einen internen Spannungsregler, möglicherweise etwas, um den Reset-Eingang zu treiben, normalerweise einige Verbindungen, um das Programm hineinzubekommen usw Diese Informationen müssen Sie dem Datenblatt entnehmen und sich dann auch Ihre Gesamtsystemanforderungen ansehen. Diese bestimmen, wie Sie das Mikro verwenden und was Sie sonst noch benötigen, um eine Verbindung herzustellen.

Ich würde sagen, wenn dies keine Ausgänge sind, ist sogar die Bypass-Kappe überflüssig.
@Trevor: Ja. Ich denke, der Nur-Schreib-Speicher von Signetics brauchte auch keine Bypass-Kappe.
Bei einem Mikro ohne Ausgänge braucht man wahrscheinlich auch keine Strom- und Massenetze.
@Trevor vergiss interne Signale nicht. Ein Mikrocontroller muss mit ziemlicher Sicherheit umgangen werden, auch wenn er seine Ausgänge aufgrund all der internen Aktivitäten, die sich aus der Ausführung von Code ergeben, nicht häufig ändert.
@alex.forencich ja ich weiß. Das Laufen auf dem internen Oszillator ist zwar mit internen Signalen wahrscheinlich kein großes Problem, die Spurkapazität kann jedoch ausreichen.

Ich nehme an, Sie sprechen hier von Prototyp-Boards. Diese werden komplex gemacht, um das Prototyping und Debugging zu erleichtern: Sie neigen dazu, so viele Funktionen wie möglich zu enthalten, begrenzt durch die Tatsache, dass sie generisch genug bleiben müssen, und durch den Preis. Typischerweise gibt es mindestens einige LEDs und Tasten, richtige Takt- und Reset-Schaltungen, richtige Spannungsreferenzen sowie die Hardware, die für Kommunikationsprotokolle und Debug-Schnittstellen erforderlich ist, die die MCU unterstützt

Dann geht es um reale Projekte, viele grundlegende MCU-Designs sind viel einfacher als die entsprechenden Proto-Boards. Es gibt keine LEDs oder Tasten, keine Hardware für ungenutzte Funktionen usw. Betrachten Sie als Beispiel dieses RFID-Tag, das aus einem einzelnen MCU-Chip und einer Spule besteht. Das ist ein bisschen extrem, aber viele kommerzielle MCU-Anwendungen haben BoM-Listen, die mit den Fingern gezählt werden können.

Bei manchen Schaltungen wird sogar der externe Takt nicht benötigt.

Tatsächlich habe ich Schaltungen mit null externen Komponenten außer einer LED gesehen, damit sie tatsächlich etwas tun.

Die Komplexität der Schaltkreise um ihn herum hängt davon ab, was die Anwendung mehr tun soll als die Notwendigkeit des Mikros. Das Hinzufügen von Resets und Kristallen und was auch immer sonst für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist, erhöht die Anzahl der Teile.

Aber die meisten modernen Mikros werden ziemlich glücklich sein, alleine zu beginnen.

Man könnte jedoch argumentieren, dass ein Mikro ohne externe Komponenten eigentlich nichts bewirkt. "Wenn ein Baum in einen Wald fällt und niemand da ist, um es zu hören, macht es dann Geräusche?" Ein Netzteil wäre also optional.

Nun, das und die Tatsache, dass das AVR-Arduino-Ökosystem 16 MHz erwartet, während, wie ich mich erinnere, die internen RC-Oszillatoren auf den Chips der ATMeta-Serie mit 8 MHz arbeiten.
  • MCU braucht nicht mehr als eine Versorgungsquelle, um zu funktionieren. Im Gegensatz zu Mikroprozessoren haben Mikrocontroller einen internen Speicher und eine eingebaute Taktquelle (auch wenn sie nicht genau ist).
  • Weil MCU viele Pins hat?

Warum sehen Leiterplatten mit eingebetteten MCUs so kompliziert aus?

Je nach Anwendung kann Folgendes erforderlich sein:

  • Zusatzspeicher (SDRAM, EEPROM, Flash)
  • Zusätzliche E/A-Geräte wie Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren, Beschleunigungsmesser, USB-Schnittstelle, WiFi-Modul.
  • Zusätzliche E/A-Konnektivität (Analogsignalkonditionierung, GPIO-Pegelverschiebung, Pufferung und Isolierung.)
  • Schalten Sie die Reset-Schaltung ein.
  • Batteriemanagement
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