Um resumo sobre tecnologia IC para microcontroladores e sistemas incorporados

Tecnologia IC

Antigamente, os dispositivos de sistema embarcado eram projetados com tubos de vácuo e eram muito maiores e mais caros. O primeiro transistor de contato de ponto foi desenvolvido por John Bardeen e Walter Brattain no Bell Labs em 1947. Então, a invenção dos transistores reduziu e substituiu as válvulas de vácuo caras e volumosas em projetos de computadores. Posteriormente, o uso de transistores reduziu o tamanho dos circuitos, já que esses transistores são menores em tamanho, econômicos, mais rápidos em desempenho, confiáveis ​​e consomem muito menos energia. Os circuitos construídos com transistores e outros componentes eletrônicos discretos são chamados de circuitos discretos.

Mudança revolucionária foi feita no projeto de circuitos elétricos e eletrônicos e computadores com a invenção de circuitos integrados ou tecnologia IC. Os circuitos integrados são muito pequenos em tamanho, muito confiáveis, mais econômicos e muito simples de usar. Este conceito de tecnologia IC foi introduzido em 1958, e essa tecnologia IC miniaturizou muitos dispositivos elétricos e eletrônicos, como telefones celulares, laptops, computadores e muitos outros dispositivos. O circuito integrado pode ser definido como um conjunto de circuitos eletrônicos integrados em uma pequena placa de material semicondutor, normalmente chamado de chip de silício. Cada CI pode ser muito compacto, contendo vários bilhões de transistores e outros componentes em uma área muito pequena.

Gerações de tecnologia IC

Existem diferentes gerações de circuitos integrados, classificados com base no número de transistores usados ​​em chips de circuito integrado. São eles:integração em pequena escala (SSI), circuitos integrados contendo algumas dezenas de transistores. A década de 1960 testemunhou a integração em escala média (MSI), chips de circuito integrado contendo centenas de transistores. Na década de 1970, houve a integração em grande escala (LSI), em que dezenas de milhares de transistores são integrados em cada chip. Na década de 1980, havia a integração em grande escala (VLSI), em que centenas de milhares de transistores são integrados em cada chip. Além disso, integração em escala ultra grande (ULSI), integração de mais de um milhão de transistores por chip, integração em escala de wafer (WSI), sistema em chip (SOC) e circuitos integrados tridimensionais (3D-IC) estão sendo desenvolvidos. Circuitos integrados, como 555timer IC, amplificadores operacionais 741, CMOS, NMOS, tecnologia BICMOS e assim por diante, são considerados exemplos práticos de tecnologia IC.

Existem diferentes tipos de circuitos integrados, como ADC, DAC, amplificadores, CIs de gerenciamento de energia, CIs de relógio e temporizador e CIs de interface que são usados ​​para várias aplicações de sistemas embarcados.

Aplicação da tecnologia IC

O projeto de controlador de carregamento solar não baseado em microcontrolador é uma aplicação simples da tecnologia IC. Neste projeto, o mecanismo de carregamento controlado é obtido para evitar condições de sob carga, sobrecarga e descarga profunda sem o uso de microcontrolador. Um conjunto de amplificadores operacionais é usado como comparador para monitorar a tensão do painel e a corrente de carga continuamente. LEDs verdes e vermelhos são usados ​​para indicação. Os LEDs verdes são usados ​​para indicar a condição da bateria totalmente carregada e as condições de sob carga ou sobrecarga ou de descarga profunda são indicadas por LEDs vermelhos.

Chave do semicondutor de energia MOSFET é usada para cortar a carga, se os LEDs vermelhos indicarem bateria fraca ou condição de sobrecarga. Se os LEDs verdes indicam a condição totalmente carregada da bateria, a energia solar é desviada para uma carga fictícia no circuito usando um transistor. Assim, a bateria é protegida contra carregamento. Este projeto pode ser aprimorado ainda mais com um modem GSM e microcontrolador para obter sistema solar de comunicação e sala de controle para monitoramento do status do sistema.

Microcontrolador IC

Microcontrolador é um IC avançado ou circuito integrado incorporado com periféricos adicionais. O desenvolvimento e o uso de aplicativos de sistemas embarcados estão aumentando com o avanço das tecnologias IC, como tecnologia de microprocessador e tecnologia de microcontrolador. Desvantagens da tecnologia de transistor, a tecnologia IC foram diminuídas com o microprocessador de tecnologias avançadas de IC e tecnologia de microcontrolador. Um microprocessador integra funções da unidade de processamento central (CPU) de um computador em um único ou alguns circuitos integrados. Uma unidade de microcontrolador pode ser tratada como um pequeno computador em um único circuito integrado que consiste em uma pequena unidade de processamento central, oscilador de cristal, temporizadores, watchdog e E / S analógica. Existem diferentes tipos de registros, interrupções que são usados ​​para algumas tarefas específicas. Os microcontroladores são de diferentes tipos, como microcontrolador AVR, microcontrolador PIC e assim por diante. Mas normalmente o IC do microcontrolador 8051 é usado para a maioria das aplicações de sistemas embarcados.

Se usarmos a tecnologia IC, então vários números de componentes discretos são necessários para realizar algumas tarefas em sistemas embarcados. Se usarmos tecnologia IC avançada, como a tecnologia de microcontrolador, então, apenas escrevendo algumas linhas de programação simples, podemos realizar várias tarefas. Assim, o número de componentes discretos, o tamanho dos circuitos, a complexidade e o custo podem ser reduzidos em sistemas embarcados usando tecnologia de microcontrolador.

Aplicação da tecnologia de microcontrolador

O controlador de carregamento solar usando microcontrolador é uma aplicação típica de tecnologia IC avançada de microcontrolador. Para utilizar a energia solar de forma eficiente, sistemas de iluminação movidos a energia solar, incluindo lanternas solares, postes de luz solares e sistemas de iluminação solar para casas e jardins, estão sendo usados ​​em áreas rurais e urbanas. O sistema de energia solar consiste principalmente em quatro componentes principais:módulo fotovoltaico, bateria recarregável, carga e controlador de carga solar.

O diagrama de blocos de um sistema de energia solar com quatro blocos principais usando tecnologia de microcontrolador é mostrado na figura. Entre esses quatro componentes, considere o controlador de carregamento solar usando um microcontrolador que desempenha um papel importante no aumento do desempenho geral do sistema de energia solar. Os componentes de hardware usados ​​para o circuito controlador de carga solar são microcontrolador AT89C2051, serial ADC0831, regulador de tensão IC7805, chave semicondutor de potência MOSFET, display LCD, bateria recarregável, controle de carga, sensor de crepúsculo para amanhecer e um controle de carga.

Uma bateria é usada para fornecer alimentação regulada de 5 V DC para ligar o microcontrolador que é usado para monitorar a tensão da bateria usando ADC. A tensão de 0V-20V é reduzida para V-5V usando um divisor de potencial com um arranjo de resistor feito no pino 2 do ADC e esses valores são exibidos no display LCD. Usando uma técnica de regulação paralela, a corrente de carga pode fluir para a bateria e interromper o carregamento da bateria se ela estiver totalmente carregada. Com base nos sinais de entrada recebidos do sensor do crepúsculo para o amanhecer, o microcontrolador alterna o relé de carga ou carga. O display LCD é acionado pelo microcontrolador para exibir a mensagem de carregamento.

Se a bateria estiver totalmente carregada (até 14 V), o relé é energizado por meio do MOSFET para interromper o carregamento. Em seguida, o cronômetro de 5 minutos será iniciado pelo microcontrolador e o LCD exibirá a mensagem de bateria cheia. Se esse temporizador expirar, a bateria é reconectada ao painel solar por um relé e, portanto, a corrente de carga solar é pulsada enquanto a tensão solar estiver presente. Se a tensão do painel solar cair abaixo da tensão do diodo zener do sensor do crepúsculo ao amanhecer, o microcontrolador recebe um sinal do sensor do crepúsculo ao amanhecer, então ativa a carga através do MOSFET e uma mensagem de carga LIGADA é exibida no display LCD. Se a tensão cair abaixo de 10 V do crepúsculo para o sensor do amanhecer, o microcontrolador desliga a carga por meio do MOSFET.

Melhor tecnologia para sistemas incorporados

Neste artigo, anteriormente a tecnologia IC e a tecnologia de microcontrolador IC, juntamente com seus exemplos, tipos e aplicações práticas de microcontroladores e tecnologia de IC em aplicativos de sistemas embarcados foram discutidos em breve. O controlador de carga solar discutido acima com a tecnologia IC anterior e com tecnologia IC avançada, como a tecnologia IC de microcontrolador, mostra diferenças entre as duas tecnologias. E também mostra que ambas as tecnologias ainda estão sendo usadas com base no requisito. Ambas as tecnologias apresentam algumas vantagens e desvantagens quando usadas para sistemas embarcados.

A tecnologia IC reduziu o tamanho dos circuitos em comparação com o tamanho do circuito construído usando componentes discretos. Uma avançada tecnologia de microcontrolador IC reduz o tamanho dos circuitos, substituindo muitos circuitos integrados no circuito por um único microcontrolador IC. Assim, o custo dos circuitos com a tecnologia IC é menor do que com a tecnologia discreta ou transistor. O custo dos circuitos da tecnologia IC do microcontrolador é menor, em comparação com o custo dos circuitos projetados com a tecnologia IC. Da mesma forma, para vários números de parâmetros, a tecnologia do microcontrolador é preferível para sistemas embarcados em comparação com a tecnologia IC e componente discreto ou tecnologia de transistor.

A figura mostra aplicativos de sistemas embarcados projetados com diferentes tecnologias. Para algumas aplicações específicas de sistemas embarcados, a tecnologia IC é preferível à tecnologia de microcontrolador. Mas a maioria dos aplicativos de sistemas embarcados utiliza tecnologia de microcontrolador, pois é mais avançada e tem mais vantagens em comparação com a tecnologia IC. Além disso, será fornecida ajuda técnica a você da Edgefx technologies na escolha de uma tecnologia específica para seu trabalho de projeto acadêmico com base em seu interesse em sistemas embarcados.