Электроника для начинающих (2-е издание)

Микроконтроллеры, как и технологии программирования, развиваются очень быстро. Когда я готовил первое издание этой книги, плата Arduino была сравнительно новой, а ее будущее – неопределенным. Теперь она доминирует в области любительской электроники, но как изменится ситуация через пять лет? Никто не знает. Например, продукт Raspberry Pi представляет собой целый компьютер в одной микросхеме. Никто не может предсказать, придет ли он или что-то еще на смену плате Arduino.

Даже если плата Arduino останется самым распространенным вариантом, уже появляются новые версии оборудования и обновления среды IDE, которые следует учитывать при программировании микросхемы. Так или иначе, вы должны быть в курсе разработок в этой области и можете даже отказаться от одного бренда микроконтроллеров и переключиться на другой.

Для сравнения: в большинстве случаев дискретные компоненты, предназначенные для установки в монтажные отверстия, уже достигли пределов своего развития. Некоторые новые элементы, например поворотные энкодеры или миниатюрные матричные жидкокристаллические и светодиодные дисплеи, появились сравнительно недавно. Тем не менее, большинство из новых продуктов создано для совместной работы с микроконтроллерами. В старом добром мире транзисторов, диодов, конденсаторов, логических микросхем и микросхем-усилителей, знания, которые вы приобрели сейчас, будут актуальны еще с десяток лет.

Микроконтроллеру необходимы внешние компоненты

Последний и возможно самый важный аргумент: микроконтроллеры не работают сами по себе. В схеме всегда есть какие-либо другие компоненты, даже если это просто переключатель, резистор или светодиод, причем они должны быть совместимы со входами и с выходами микроконтроллера.

По этой причине, чтобы на практике применить микроконтроллер, вы по-прежнему должны знать основы электроники. Вы должны усвоить такие базовые понятия, как напряжение, сила тока, сопротивление, емкость и индуктивность. Возможно, вам следует узнать о транзисторах, диодах, алфавитно-цифровых дисплеях, булевой логике и других компонентах, о которых я рассказывал в этой книге. И если вы намерены создавать прототипы и завершенные устройства, то вам по-прежнему необходимо знать, как пользоваться макетной платой и паяльником.

С учетом всего этого, резюмируем плюсы и минусы.

Преимущества дискретных компонентов

• Простота.

• Немедленные результаты.

• Нет необходимости в языках программирования.

• Низкая стоимость для несложных устройств.

• Устоявшиеся технологии применения.

• Лучше подходят для аналогового применения, например, для аудио.

• По-прежнему необходимы в схемах с микроконтроллерами.

Недостатки дискретных компонентов

• Способность выполнять только одну функцию.

• Трудности при разработке устройств, выполняющих сложные логические функции.

• Сложности при масштабировании. Большие схемы трудно собрать.

• Изменения в схеме могут оказаться сложными или даже невозможными.

• С ростом числа компонентов в схеме увеличивается энергопотребление.

Преимущества микроконтроллеров

• Исключительно универсальны, способны выполнять множество функций.

• Легкость при расширении или при изменении схемы (просто перепишите программный код).

• Обширные бесплатные интернет-библиотеки приложений.

• Идеальны для приложений, включающих сложную логику.

Недостатки микроконтроллеров

• Довольно дороги для применения в небольших схемах.

• Требуют основательных навыков программирования.

• Процесс разработки занимает много времени: создание кода, его проверка и исправление ошибок, переустановка – все это помимо выявления и устранения неисправностей компонентов схемы.

• Стремительно развивающиеся технологии требуют непрерывного обучения.

• Каждый микроконтроллер имеет индивидуальные нюансы и особенности, которые необходимо изучить и помнить.

• Большая сложность означает более высокую вероятность появления неисправностей.

• Необходим стационарный компьютер или ноутбук, а также хранилище данных для программ. Информация может быть случайно утрачена.

• Необходим стабилизированный источник питания (обычно 5 или 3,3 В постоянного тока), как для логических микросхем. Величина выходного сигнала ограничена – 40 мА или меньше. Невозможность приводить в действие реле или динамик подобно таймеру 555. Если вам требуется большая мощность, следует предусмотреть дополнительную управляющую микросхему.

Подведение итогов

Теперь я готов ответить на вопрос: «Что следует предпочесть – микроконтроллеры или традиционные дискретные компоненты?»

Мой ответ таков: вам понадобится и то, и другое. Именно поэтому я включил микроконтроллеры в книгу, которая в основном рассказывает о дискретных электронных компонентах.

В следующем эксперименте я покажу, как датчик и микроконтроллер могут работать совместно.

Эксперимент 33. Исследуем окружающий мир