Di che utilità può essere una porta logica per un circuito che contiene un microcontrollore

Mi chiedo se una porta logica sarebbe utile per un circuito che contiene un microcontrollore. Ci sono casi in cui una porta logica analogica è preferita rispetto a un microcontrollore e quali sono alcuni dei gadget che usano porte logiche analogiche nel età dei microprocessori e dei controller.

Penso che tu intenda una porta logica "discreta".

Sì, ci sono motivi per cui potresti voler utilizzare un cancello esterno. Prenderò un vero esempio: ho un microcontrollore che controlla un segnale di clock in alcune scatole esterne. Deve accendere l'orologio (diversi MHz) in un momento determinato dal microcontrollore e non deve emettere alcun impulso "runt". Sincronizzando l'abilitazione con il generatore di clock (un flip-flop) e attivandolo (un "e" gate), è possibile soddisfare le specifiche. Non c'è modo di farlo solo con il micro.

In un altro caso, un segnale esterno da un comparatore dovrebbe essere abilitato da un timer nel microcontrollore. La periferica del microcontrollore ha la capacità di attivare (in tempo) con precisione il suo pin di porta, ma nessuna capacità di "e" segnali con quello stato di pin.

In alcuni casi, i microcontrollori sono stati dotati di una logica configurabile per soddisfare questo tipo di requisiti (il 'CLC' o 'cella logica configurabile') sulle parti Microchip, ad esempio), ma ci saranno sempre applicazioni in cui il micro maker non ha anticipato l'applicazione. In effetti, a volte colleghiamo un intero FPGA con centinaia di migliaia di gate al micro per ottenere una logica esterna sufficiente per soddisfare i requisiti.

Le porte logiche digitali (la "porta logica analogica" non ha senso) sono talvolta utilizzate con i microcontrollori. Di solito la ragione è che qualcosa deve essere fatto alla velocità di una porta logica per cui il firmware è troppo lento. Un'altra possibilità è l'espansione delle capacità di I / O del micro. Se si dispone di più dispositivi su un bus, ad esempio, probabilmente si avrà una logica esterna che blocca i dati da e verso il bus. Potrebbe esserci anche una logica esterna per gestire l'arbitrato, poiché ciò spesso deve avvenire alla velocità dei cicli del bus o delle frazioni di un ciclo del bus.

Un altro motivo: consumo di corrente ultra basso quando non si cambia. È possibile utilizzare questo per rispondere a semplici input quando il micro è spento o decidere se svegliarlo per eseguire l'elaborazione.

Microchip ha stabilito che un numero sufficiente di progettisti deve aggiungere un po 'di logica "colla" periferica ai propri progetti da essere usciti con due famiglie di microcontrollori - PIC16 (L) F150 e PIC10 (L) F32X - che includono fino a quattro celle logiche configurabili (CLC), molto simile a un CPLD in miniatura.

Sono disponibili otto diverse funzioni logiche:

• AND-OR
• OR-XOR
• AND
• S-R Latch
• D Flip-Flop with Set and Reset
• D Flip-Flop with Reset
• J-K Flip-Flop with Reset
• Transparent Latch with Set and Reset

Ad esempio, ecco un infradito JK:

Nel caso del PIC10 (che ha un CLC), è piuttosto sorprendente per un dispositivo a sei pin che costa meno di 40 ° in quantità. A quel prezzo, si sommano i costi e lo spazio risparmiato rispetto alla necessità di includere diversi chip logici separati.

Da un lato, la logica "discreta" può eseguire operazioni più rapide e affidabili che altrimenti potrebbero essere eseguite da un microcontrollore. E, che a volte è ancora più importante, le porte logiche possono operare contemporaneamente, mentre un uC è intrinsecamente sequenziale.

Inoltre, se si dispone di una scheda affollata, è possibile salvare i pin I / O sul microcontrollore se è possibile eseguire tali operazioni esternamente.

Per aggiungere all'elenco delle applicazioni, sono utili anche quando si gestiscono i segnali di ingresso più velocemente di quanto si possa elaborare direttamente nel microcontrollore. Ad esempio, su una scheda su cui sto lavorando al momento, un rilevatore di fase - semplicemente una porta XOR - con un resistore e un condensatore consente all'MCU di leggere la fase relativa di due segnali usando il suo ADC, invece di dover campionare l'intero segnale ad alta velocità.

Tutti hanno ignorato gli amplificatori operazionali qui; la logica analogica ha molte funzioni anche nei moderni circuiti uP / micro controller. I segnali proprietari tramite fili lunghi tra i micro sarebbero solo un'applicazione. Personalmente lavoro tutto il tempo sulla sicurezza e su altri dispositivi elettronici, dove devo risolvere i cattivi progetti di ingegneri altamente qualificati a causa della loro scarsa comprensione degli amplificatori operazionali e della logica discreta.

Sono inoltre utilizzati per la logica di sicurezza, per mantenere l'intera complessità del software fuori dal percorso critico. In questa scheda di taglio laser, ad esempio, per spegnere il laser.