Mémoire sur la technologie des circuits intégrés pour les microcontrôleurs et les systèmes embarqués

Chaque appareil électronique que nous utilisons dans notre vie quotidienne est conçu avec des circuits de projets électriques et électroniques. Ces circuits électriques et électroniques peuvent être conçus à l'aide de diverses technologies telles que la technologie des tubes à vide, la technologie des transistors, la technologie des circuits intégrés ou des circuits intégrés, la technologie des microprocesseurs et la technologie des microcontrôleurs. Ces technologies peuvent être mises en œuvre à l'aide de composants électriques et électroniques discrets, de circuits intégrés, de microprocesseurs et de microcontrôleurs. Dans cet article, nous discuterons de la meilleure technologie pour les systèmes embarqués parmi les technologies IC et la technologie IC avancée telle que la technologie IC de microcontrôleur. Mais, principalement avant d'aller plus loin, nous devons savoir ce qu'est la technologie IC et la technologie IC de microcontrôleur.

Technologie IC

Auparavant, les dispositifs de systèmes embarqués étaient conçus à l'aide de tubes à vide et seraient de plus grande taille et plus chers. Le premier transistor à contact ponctuel a été développé par John Bardeen et Walter Brattain aux Bell Labs en 1947. Ensuite, l'invention des transistors a réduit et remplacé les tubes à vide encombrants et coûteux dans les conceptions informatiques. Par la suite, l'utilisation des transistors a réduit la taille des circuits, car ces transistors sont de moindre taille, économiques, plus rapides en termes de performances, fiables et consomment très moins d'énergie. Les circuits construits à l'aide de transistors et d'autres composants électroniques discrets sont appelés circuits discrets.

Des changements révolutionnaires ont été apportés à la conception de circuits électriques et électroniques et d'ordinateurs avec l'invention des circuits intégrés ou de la technologie IC. Les circuits intégrés sont de très petite taille, très fiables, très économiques et très simples à utiliser. Ce concept de technologie IC a été introduit en 1958 et cette technologie IC a miniaturisé de nombreux gadgets électriques et électroniques tels que les téléphones portables, les ordinateurs portables, les ordinateurs et de nombreux autres appareils. Le circuit intégré peut être défini comme un ensemble de circuits électroniques intégrés sur une petite plaque de matériau semi-conducteur, généralement appelée puce de silicium. Chaque circuit intégré peut être très compact, contenant de nombreux milliards de transistors et autres composants dans une très petite zone.

Générations de technologie IC

Il existe différentes générations de circuits intégrés, classés en fonction du nombre de transistors utilisés sur les puces de circuits intégrés. Ce sont :L'intégration à petite échelle (SSI), circuits intégrés contenant quelques dizaines de transistors. Les années 1960 ont vu l'intégration à moyenne échelle (MSI), des puces de circuits intégrés contenant des centaines de transistors. Dans les années 1970, il y avait l'intégration à grande échelle (LSI), dans laquelle des dizaines de milliers de transistors sont intégrés sur chaque puce. Dans les années 1980, il y avait une intégration à très grande échelle (VLSI), dans laquelle des centaines de milliers de transistors sont intégrés sur chaque puce. En outre, l'intégration à ultra grande échelle (ULSI), l'intégration de plus d'un million de transistors par puce, l'intégration à l'échelle de la tranche (WSI), le système sur puce (SOC) et les circuits intégrés tridimensionnels (3D-IC) sont en cours de développement. Les circuits intégrés tels que 555timer IC, 741 amplificateurs opérationnels, technologie CMOS, NMOS, BICMOS, etc. sont considérés comme des exemples pratiques de technologie IC.

Il existe différents types de circuits intégrés tels que ADC, DAC, amplificateurs, circuits intégrés de gestion de l'alimentation, circuits intégrés d'horloge et de minuterie et circuits intégrés d'interface qui sont utilisés pour diverses applications de systèmes embarqués.

Application de la technologie IC

Le projet de contrôleur de charge solaire non basé sur un microcontrôleur est une application simple de la technologie IC. Dans ce projet, un mécanisme de charge contrôlé est réalisé pour éviter les conditions de sous-charge, de surcharge et de décharge profonde sans utiliser de microcontrôleur. Un ensemble d'amplificateurs opérationnels est utilisé comme comparateur pour surveiller la tension du panneau et le courant de charge en continu. Des LED vertes et rouges sont utilisées pour l'indication. Les LED vertes sont utilisées pour indiquer l'état de la batterie complètement chargée et dans des conditions de charge ou de surcharge ou de décharge profonde sont indiquées par des LED rouges.

Le commutateur à semi-conducteur de puissance MOSFET est utilisé pour couper la charge, si les LED rouges indiquent une batterie faible ou une condition de surcharge. Si les LED vertes indiquent l'état de pleine charge de la batterie, l'énergie solaire est alors dérivée vers une charge fictive dans le circuit à l'aide d'un transistor. Ainsi, la batterie est protégée contre la surcharge. Ce projet peut être amélioré davantage avec un modem GSM et un microcontrôleur pour obtenir un système solaire de communication et une salle de contrôle pour surveiller l'état du système.

IC du microcontrôleur

Le microcontrôleur est un circuit intégré ou un circuit intégré avancé qui est incorporé avec des périphériques supplémentaires. Le développement et l'utilisation des applications des systèmes embarqués augmentent avec les progrès des technologies IC telles que la technologie des microprocesseurs et la technologie des microcontrôleurs. Inconvénients de la technologie des transistors, la technologie IC ont été diminués avec les technologies avancées de microprocesseur et de microcontrôleur IC. Un microprocesseur intègre les fonctions de l'unité centrale de traitement (CPU) d'un ordinateur sur un ou plusieurs circuits intégrés. Une unité de microcontrôleur peut être traitée comme un petit ordinateur sur un seul circuit intégré qui se compose d'une petite unité centrale de traitement, d'un oscillateur à cristal, de temporisateurs, d'un chien de garde et d'E/S analogiques. Il existe différents types de registres, d'interruptions qui sont utilisés pour certaines tâches spécifiques. Les microcontrôleurs sont de différents types tels que le microcontrôleur AVR, le microcontrôleur PIC, etc. Mais généralement, le microcontrôleur 8051 IC est utilisé pour la plupart des applications de systèmes embarqués.

Si nous utilisons la technologie IC, plusieurs nombres de composants discrets sont nécessaires pour effectuer certaines tâches dans les systèmes embarqués. Si nous utilisons une technologie IC avancée telle que la technologie des microcontrôleurs, il suffit d'écrire quelques lignes de programmation simples pour effectuer plusieurs tâches. Ainsi, le nombre de composants discrets, la taille des circuits, la complexité et le coût peuvent être réduits dans les systèmes embarqués en utilisant la technologie des microcontrôleurs.

Application de la technologie des microcontrôleurs

Le contrôleur de charge solaire utilisant un microcontrôleur est une application typique de la technologie IC avancée de microcontrôleur. Pour utiliser efficacement l'énergie solaire, des systèmes d'éclairage solaires, notamment des lanternes solaires, des lampadaires solaires et des systèmes d'éclairage solaires pour les maisons et les jardins, sont utilisés dans les zones rurales et urbaines. Le système d'énergie solaire se compose principalement de quatre composants principaux :un module photovoltaïque, une batterie rechargeable, une charge et un contrôleur de charge solaire.

Le schéma fonctionnel d'un système d'énergie solaire avec quatre blocs principaux utilisant la technologie des microcontrôleurs est illustré dans la figure. Parmi ces quatre composants, considérons le contrôleur de charge solaire utilisant un microcontrôleur qui joue un rôle majeur dans l'augmentation des performances globales du système d'énergie solaire. Les composants matériels utilisés pour le circuit du contrôleur de charge solaire sont le microcontrôleur AT89C2051, la série ADC0831, le régulateur de tension IC7805, le commutateur semi-conducteur de puissance MOSFET, l'écran LCD, la batterie rechargeable, le contrôle de charge, le capteur du crépuscule à l'aube et un contrôle de charge.

Une batterie est utilisée pour fournir une alimentation régulée de 5 V CC pour alimenter le microcontrôleur utilisé pour surveiller la tension de la batterie à l'aide de l'ADC. La tension de 0V-20V est réduite à V-5V à l'aide d'un diviseur de potentiel avec un arrangement de résistance réalisé sur la broche 2 de l'ADC et ces valeurs sont affichées sur l'écran LCD. En utilisant une technique de régulation parallèle, le courant de charge peut circuler dans la batterie et arrête de charger la batterie si la batterie est complètement chargée. Sur la base des signaux d'entrée reçus du capteur crépuscule à aube, le microcontrôleur commute le relais de charge ou de charge. L'écran LCD est piloté par le microcontrôleur pour afficher un message de charge.

Si la batterie est complètement chargée (jusqu'à 14 V), le relais est alimenté via MOSFET pour interrompre la charge. Ensuite, une minuterie de 5 minutes sera démarrée par le microcontrôleur et l'écran LCD affiche le message indiquant que la batterie est pleine. Si cette minuterie est écoulée, alors la batterie est reconnectée au panneau solaire par un relais et ainsi le courant de charge solaire est pulsé tant que la tension solaire est présente. Si la tension du panneau solaire tombe en dessous de la tension de la diode Zener du capteur crépuscule-aube, le microcontrôleur reçoit un signal du capteur crépuscule-aube, puis active la charge via le MOSFET et un message de charge ON s'affiche sur l'écran LCD. Si la tension tombe en dessous de 10 V du capteur crépuscule-aube, le microcontrôleur désactive la charge via le MOSFET.

Meilleure technologie pour les systèmes embarqués

Dans cet article, la technologie IC et la technologie IC microcontrôleur ainsi que leurs exemples, types et applications pratiques de la technologie microcontrôleur et IC dans les applications de systèmes embarqués ont été brièvement discutés. Le contrôleur de charge solaire discuté ci-dessus avec l'ancienne technologie IC et avec une technologie IC avancée telle que la technologie IC de microcontrôleur montre des différences entre les deux technologies. Et cela montre également que les deux technologies sont toujours utilisées en fonction des besoins. Les deux technologies présentent des avantages et des inconvénients lorsqu'elles sont utilisées pour les systèmes embarqués.

La technologie IC a réduit la taille des circuits par rapport à la taille des circuits construits à l'aide de composants discrets. Une technologie avancée de microcontrôleur IC réduit la taille des circuits en remplaçant de nombreux circuits intégrés dans le circuit par un seul microcontrôleur IC. Ainsi, le coût des circuits avec la technologie IC est inférieur à celui de la technologie discrète ou transistor. Le coût des circuits de technologie IC de microcontrôleur est inférieur à celui des circuits conçus avec la technologie IC. De même, pour plusieurs nombres de paramètres, la technologie microcontrôleur est préférable pour les systèmes embarqués par rapport à la technologie IC et à la technologie à composants discrets ou à transistors.

La figure montre des applications de systèmes embarqués conçues avec différentes technologies. Pour certaines applications spécifiques des systèmes embarqués, la technologie IC est préférable à la technologie des microcontrôleurs. Mais la plupart des applications de systèmes embarqués utilisent la technologie des microcontrôleurs, car elle est plus avancée et présente plus d'avantages par rapport à la technologie IC. De plus, Edgefx technologies vous fournira une aide technique dans le choix d'une technologie particulière pour votre projet universitaire en fonction de votre intérêt pour les systèmes embarqués.