Cose da sapere sulle schede e i kit di microcontrollore (MCU)

• Cos'è una scheda a microcontrollore?

• Campi di applicazione dei microcontroller

• Come vengono programmate le schede microcontroller?

• Come si distingue un microcontroller da un computer a scheda singola come ad esempio il Raspberry Pi?

• La nostra buona pratica: rispettare la protezione ESD

• Cosa bisogna considerare quando si acquistano schede e kit di microcontrollore?

Cos'è una scheda a microcontrollore?

Le schede e i kit per microcontroller sono adatti sia per l'uso professionale nell'industria che per le applicazioni private. Una volta programmati, sono in grado di eseguire compiti di controllo e regolazione. Sotto forma di kit di microcontroller consentono i propri sviluppi e sono Ideal per scopi di formazione e sperimentazione.

Le schede microcontroller portano su un circuito stampato il microcontroller effettivo (MCU) al di sotto di e un'interfaccia di programmazione, spesso interfacciata a una porta USB. Inoltre, sono disponibili interfacce periferiche che sono responsabili della comunicazione effettiva e del controllo dell'hardware corrispondente. A seconda della versione, la scheda ospita, ad esempio, interfacce come convertitori analogico-digitali, interfacce LAN, I²C, controller LCD, interfacce seriali, uscite PWM, interfacce CAN, LIN e SPI.

I microcontroller con più di queste interfacce sono spesso chiamati anche schede di valutazione o di sviluppo, in quanto possono essere collegati a sensori e attuatori corrispondenti. La programmazione del processore può quindi essere facilmente e rapidamente controllata e adattata sul modello pratico, che rappresenta una soluzione estremamente semplice e facile da usare e consente tempi di sviluppo brevi.

Diverse schede sono inoltre espandibili con i cosiddetti shields, che sono espansioni di funzioni a innesto o collegabili sotto forma di moduli aggiuntivi e schede breakout.

Campi di applicazione dei microcontroller

Grazie alla sua semplicità di programmazione e flessibilità, gli MCU hanno ormai trovato una grande diffusione nell'industria e in molti altri settori. Vengono utilizzati, tra l'altro, nel settore automotive, nella tecnologia medica e nel settore dell'automazione e dell'energia. A causa della sua programmazione specifica per l'applicazione e del piccolo e ben strutturato set di comandi, un processore con prestazioni medie è sufficiente per ottenere progetti eccellenti.

Ciò è dovuto, non ultimo, al fatto che il microcontroller si occupa solo delle attività veramente essenziali e non - come i computer tradizionali - deve lavorare su molti processi secondari e agire all'interno di un sistema operativo complesso. In definitiva, questa struttura "sottile" garantisce una sicurezza di funzionamento molto robusta e una buona visibilità e tempi di avvio minimi. Né è necessario caricare un sistema operativo complesso, né è necessario l'accesso all'esterno, a confronto diretto, relativamente lento nella memorizzazione di massa e nei componenti periferici.

Ciò si riflette in prezzi d'acquisto favorevoli, che rendono interessante l'impiego in prodotti di massa per grandi quantità. A causa del ridotto sforzo hardware, i microcontroller si possono anche realizzare forme estremamente compatte; alcune versioni in miniatura sono poco più grandi di un francobollo e solo pochi millimetri di altezza.

Come vengono programmate le schede microcontroller?

Ogni scheda è dotata di un'interfaccia di programmazione integrata, tramite la quale il programma viene trasmesso al microcontrollore. La programmazione avviene tramite un ambiente di programmazione integrato (IDE "Integrated Development Environment") sul PC, ad esempio in C++, che traduce un compilatore nel formato corrispondente. Questi strumenti sono disponibili tramite i rispettivi fornitori dei microcontroller e sono generalmente già inclusi in un kit completo. Oltre al compilatore sono disponibili altri strumenti utili come supporto di programmazione, come editor di codice sorgente e debugger per individuare e risolvere eventuali errori di programmazione.

In sostanza, c'è ben poco che non possa essere implementato con i microcontrollori altamente flessibili. Il basso consumo energetico in connessione con una programmazione relativamente semplice permette l'uso di sistemi mobili a batteria o alimentati a batteria e, grazie alla gestibile complessità del programma, un test sicuro in un tempo relativamente breve. Ciò favorisce la sicurezza e la stabilità del sistema, in modo che anche le applicazioni con elevati requisiti di sicurezza possano essere realizzate in modo molto economico.

Alcuni esempi di applicazione per soluzioni con microcontroller sono unità di controllo per auto, periferiche per computer, dispositivi di elettronica di consumo, elettrodomestici, controlli display, controlli motore e molto altro ancora.

Come si distingue un microcontroller da un computer a scheda singola come ad esempio il Raspberry Pi?

I computer a scheda singola (SBC) sono fondamentalmente computer che integrano su un'unica scheda tutti i componenti più elementari come microprocessore, chipset e clock, memoria di lavoro e cache, processore grafico e output grafico. Questi includono - in diversi campi - anche interfacce, slot per schede, WLAN, Bluetooth e in parte slot per estensioni.

In SBC vengono utilizzati sistemi operativi multitasking come Linux o Windows, mentre le schede microcontroller devono essere programmate solo con il programma desiderato per un'applicazione speciale.

Oltre al microcontroller (MCU), qui è presente solo un'interfaccia per la programmazione e, a seconda della versione, ulteriori interfacce sotto forma di I²C, USB, Ethernet e, se necessario, convertitore AD, uscite PWM o controller LCD.

La nostra buona pratica: rispettare la protezione ESD

Come praticamente tutti gli assemblaggi elettronici, anche i microcontroller devono essere protetti dagli effetti dannosi delle scariche elettrostatiche. Disimballaggio e manipolazione devono quindi essere effettuati in un luogo di lavoro protetto da ESD. Poiché le schede non dispongono di un'alimentazione elettrica propria, è necessario prestare attenzione alla corretta polarità e al rispetto della tensione necessaria, in modo da non causare danni. Se le applicazioni critiche per la sicurezza sono controllate con il controller, lo sviluppatore è responsabile della conformità alle norme di sicurezza e alla sicurezza di funzionamento.

Cosa fare per l'acquisto di kit e schede microcontroller?

Nel frattempo è disponibile una selezione relativamente ampia di microcontroller e dei relativi accessori. A seconda della complessità dell'attività, è necessario prestare attenzione a una performance di calcolo sufficiente e alle dimensioni della memoria del programma. Universalmente utilizzabili sono le versioni che offrono possibilità di collegamento per le estensioni. Per le applicazioni mobili si consigliano versioni con basso consumo energetico e struttura compatta e leggera. Se sono previsti nuovi sviluppi, si offre l'acquisto di un kit che, oltre all'hardware, include anche il pacchetto software necessario per la programmazione, la compilazione e la risoluzione dei problemi. Allo stesso modo, nella maggior parte dei casi vi è una documentazione dettagliata e spesso anche hardware aggiuntivo per scopi di sperimentazione e test.