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選擇單片機需要考慮哪些因素

姚小熊27 ? 來源:電工之家 ? 作者:電工之家 ? 2020-03-08 11:23 ? 次閱讀

設計電壓檢測系統,最關鍵是電壓采集精度問題。電壓檢測屬于模擬量轉化為數字量即A/D轉換,需要使用單片機ADC接口

其基本設計原理是:

1)直流電壓檢測:外部直流電壓先經過隔離,模擬量隔離的方式一般有線性光耦、隔離運放等(不作要求也可以不可隔離),然后通過運放進行降壓,再經過RC濾波電路后接入ADC接口,如下圖為本人常用的直流電壓采樣電路,直流28V電壓經過高精度電阻網絡降壓后,再經過差分運放進行隔離,通過差分運放可以將輸入電源地(28GND_IN)與采集電路模擬地AGND隔離,然后通過RC電路進行濾波,最后接入處理器ADC接口;

2)交流電壓檢測:外部交流電壓先經過隔離(一般采用電壓互感器隔離)、變壓、整流、變壓、RC濾波然后接入ADC接口。如下圖為本人常用的一種交流電壓采樣電路,下圖采樣的是400HZ交流電電壓,交流電壓先經過差分運放進行隔離,然后通過AD736芯片進行有效值轉換(該芯片能將交流電壓轉化為直流電壓),然后通過運放放大,在經過RC電路進行濾波(未畫出,原理和上圖一樣),最后接入ADC接口。

如何選擇單片機,需考慮哪些因素?

了解了電壓采樣的原理之后,該如何選擇合適的單片機呢?單片機種類很多,選型確實是令人頭疼的事,但是有很重要,有很多不得不考慮的細節。單片機選型既要考慮是否能夠滿足功能要求,還要考慮可靠性、經濟型、供貨情況等,一般從以下幾個方面進行選型:

1、單片機是否有ADC接口(模數轉換接口),ADC接口的數量,ADC接口的分辨率多少?比如10位、12位等,以及ADC采樣速率等,這是首要考慮的問題。ADC接口數量及有無直接影響該功能,接口數量最好能滿足模擬量采集要求,比如有3路模擬量則選擇單片機時ADC接口至少3路以上,沒有ADC接口的單片機也不是一定不能使用,可以通過AD接口芯片外擴實現,但是增加電路設計麻煩及設計成本。ADC接口的分辨率直接影響AD的采集精度,AD的位數越高其分辨率越高,8位AD的分辨率只有Vref/255,10位AD的分辨率為Vref/1023,12位的AD分辨率為Vref/4095,其中Vref為單片機的基準源(參考源)。比如要求0~10V的輸入電壓采樣精度為0.5%(滿偏),則采用8位、10位的AD都達不到要求,只有12位以上的AD才可以,這只是軟件誤差,采樣精度還包括硬件線路、器件等誤差。AD的采樣速率直接影響AD數據的更新頻率,采樣速率也不是選擇越高越好,能夠滿足實時更新頻率要求即可。

2、其它接口功能是否滿足系統要求,比如普通IO口的數量是否滿足要求,整個電壓采集系統是否需要SCI通訊、CAN通訊、I2C通訊、SPI通訊等接口,定時器、外部中斷接口、PWM接口等時候滿足實際要求,以及存儲器RAM、flash空間大小,能否滿足程序數據存儲等。

3、性能方面,單片機支持的最高時鐘頻率,選擇8位、16位還是32位單片機?單片機位數決定了處理數據的總線寬度,如16位的數據使用16位單片機一次就可完成,使用8位單片機則需分兩次進行。還有其功耗對比,處理器都講究低功耗,功耗越低芯片的發熱量越小,性能越穩定,可靠性越高。

4、價格方面,其它功性能參數都差不多的情況下,綜合考慮價格問題,節約經濟成本。

5、供貨情況,是否大公司生產的芯片,該芯片是否停產?能夠長期供貨?等。

STM32和C51單片機比較

1、STM32單片機是意法半導體生產的32位單片機,屬于ARM內核的一個版本,比傳統的51單片機高級很多!具有很多強大的資源,比如包含USB通訊接口。其主頻有24MHZ、32MHZ、48MHZ、72MHZ、84MHZ、100MHZ、180MHZ等等,AD分辨率有12位、14位、16位等,還具有DAC接口(數模轉換接口),定時器、中斷口、PWM接口等等,其功能只會比51單片機多,是功能很強大的一款單片機,絕對能夠滿足系統設計要求。

2、C51單片機屬于8位的單片機,其常用的型號有89C51、89S51、80C51、87C51等,C51單片機經過迭代升級,其功能還是不錯的,C51單片機的時鐘頻率一般33MHZ以內,有的具有ADC接口有的沒有,一般具有8位、10位和12位的ADC接口,完全可以滿足一般精度的模擬量采集。常用的一些SCI、SPI、I2C、PWM、定時器、中斷等接口都有,推薦選C8051系列單片機,是比較高級的單片機,內部集成了很多常用的外設。

總結:STM32和C51兩種類型的單片機都是可以滿足電壓系統檢測功能的,C51單片機較容易入門,應用非常廣泛,資料也多,而STM32單片機比C51高級得多,比較難入門。若是新手還是建議使用C51單片機更容易實現,若想最求高級,好學有時間,有精力可以使用STM32增長知識,積累經驗也是不錯的選擇。

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