Сегодня мы поговорим о том, из чего можно делать свои первые электронные “устройства”. Не смотря на резкий заголовок сегодня у нас статья для тех, кто только, только входит в мир электроники и уже хочет делать что-то свое. Появление этой статьи было вызвано рядом постов в некоторых ресурсах, где люди создавая свои проекты или же предлагая решение, зачастую излагают не совсем адекватные идеи. Да, я говорю о “помигать светодиодом, с помощью arduino”. Если вам это не знакомо, то ничего страшного, дальше в статье мы разберемся в том, что это и как.
Давайте определимся что помимо резисторов может оказаться у нас на вооружении.
Рассыпуха
Многие подумают, что это каламбур, но нет, некоторые простые устройства, стоит реализовав именно с их помощью. Тем более, что связка транзистор, резистор, конденсатор и индуктивность открывают довольно широкие и перспективные возможности. Стоит упомянуть, что когда то, не существовало логических микросхем, и все устройства собирались на “рассыпухе”. В интернете множество схем различных мигалок, усилителей, радиоприемников и передатчиков выполненных на этих компонентах.
Интегральные микросхемы
Интегральная микросхема (ИМС) — это изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов, которые могут рассматриваться как единое целое, выполнены в едином технологическом процессе и заключены в герметизированный корпус.
Если говорить простым языком, это микросхема, внутри которой очень много разных транзисторов, которые определяют ее логику работы. Такие микросхемы могут быть совершенно разнообразными. Почти любой черный квадратик с ножками на плате, является интегральной схемой
Микросхемы простой логики
Это интегральные микросхемы, реализующие ряд логических функций, или же устройств в состав которых они входят. Любое устройство управления включает в себя такие микросхемы, в том или ином виде. Они способны преобразовывать, создавать и изменять сигнал, как цифровой, так и аналоговый, хотя это довольно специфичное их применение.
Микроконтроллеры(МК)
Микроконтроллер - это специфичная микросхема, созданная для управления другими устройствами. Думаю, она вам уже напомнили УУ. Но это не так. Микроконтроллер, это скорее ВМ нежели отдельная ее часть. Они так же включают в себя процессор, и периферийные устройства, например АЦП или ЦАП. Ряд интерфейсов таких как, I2C, USB, SPI и прочие. А так же ее можно запрограммировать, написать код, который она будет выполнять.
Выбирать микроконтроллер тоже стоит с умом. Если вам не нужен USB в конкретном проекте, то зачем вам МК с ним? Если вам не нужен большой объем памяти, то возьмите тот, где ее поменьше. Если вам не нужно 100 ног, возьмите тот, где их 20. И речь идет не только деньгах, но и о рентабельности в целом, о правильном использовании ресурсов вычислительного устройства, о занимаемом месте на плате, о потреблении. Микроконтроллеры, это большая тема, которую мы еще затронем, так что, если вам что-то непонятно не стоит переживать.
Перед тем как подойти к финальному “инструменту" на сегодня, стоит узнать одну вещь.
Существует два типа решения задача soft и hard. Если по-русски, то программное или железное. С появлением МК, стало возможно не только разрабатывать конкретные интерфейсы в железе, но и эмулировать их работу программно. Поскольку МК способен менять значения на своих выводах, устанавливая их либо в 0 либо в 1, а так же, если он имеет цифро-аналоговый преобразователь, то он способен выдавать даже аналоговый сигнал. Это может значительно удешевить, упростить изготовление вашего устройства. Но есть и подводные камни. Железное решение всегда лучше, как бы то ни было, решение в железе будет работать стабильнее, быстрее, с ним будет проще обращаться. В некоторых ситуациях, даже в составе микроконтроллера (а внутри него есть аппаратно, то есть железно, реализованные устройства периферии), железо способно работать самостоятельно или почти самостоятельно, но главное, не отвлекая МК от выполнения программного кода. Разработчиков в области IT долгов время мучила эта дилемма, возиться с интегральными микросхемами или взять МК, софт или хард. В итоге на свет появилось нечто новое.
ПЛИС
Программи́руемая логи́ческая интегра́льная схе́ма (ПЛИС, англ. programmable logic device, PLD) — электронный компонент (интегральная микросхема), используемый для создания конфигурируемых цифровых электронных схем.
Воу, это как? Скажете вы. Только что мы говорили о харде и софте. А что это такое?
Это очень специфическая микросхема, которая включает в себя набор ячеек, которые могут быть сконфигурированы как логические элементы. Такие же, как и в логических микросхемах. Но при этом, их конфигурация осуществляется путем написания кода, на специфическом языке. Помните мы говорили о императивном (C++, C#, Java) и декларативном? Так вот тут именно декларативный, например VHDL. Так же у нас есть возможность строить логические схемы, графически, и они будут перенесены в нашу плис при ее программировании и еще много других способов получить конфигурацию.
Стоит понимать, что ПЛИС или МК, это не панацея. Каждая из этих групп может быть использована как в отдельности, так и в совокупности, дополняя другую. Плис не может без конденсаторов, потому что их нельзя сконфигурировать внутри. Часть интегральных микросхем, в том числе МК и ПЛИС, не могут управлять мощными нагрузками напрямую, и им нужны транзисторы. МК может управлять ПЛИС-кой, упрощая ее внутреннюю реализацию, а МК получает в замен аппаратно реализованное периферийное устройство.
Надеюсь, теперь начинающие разработчики, получили богатое представление о существующем инструментарии и получили заряд мотивации на то, чтобы опробовать что-то новое или взглянут на свои проекты с новой точки зрения, с позиции оптимизации. Если это действительно так, значит я потратил свое время не зря.