【物聯(lián)網(wǎng)】14.物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備控制器選擇 - MCU（單片機(jī)）

UCloud 發(fā)布于2021-10-14 09:42 / 2855人閱讀

摘要：這部分就是我之前分享過(guò)很多的單片機(jī)部分，具體可以參考專欄物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的控制單元核心就是，也就是常說(shuō)的單片機(jī)。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，根據(jù)開(kāi)發(fā)環(huán)境想制造的設(shè)備以及經(jīng)驗(yàn)的不同，選擇不同的控制芯片也就至關(guān)重要。

這部分就是我之前分享過(guò)很多的單片機(jī)部分，具體可以參考專欄

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物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的控制單元核心就是MCU，也就是常說(shuō)的單片機(jī)。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，根據(jù)開(kāi)發(fā)環(huán)境、想制造的設(shè)備以及經(jīng)驗(yàn)的不同，選擇不同的控制芯片也就至關(guān)重要。

選擇的幾個(gè)依據(jù)：

當(dāng)然對(duì)于更為復(fù)雜的設(shè)備，單片機(jī)也有對(duì)應(yīng)的升級(jí)產(chǎn)品，可以運(yùn)行l(wèi)inux系統(tǒng)，具備高性能計(jì)算能力，完善的I/O 端口，以及配備了網(wǎng)絡(luò)接口，這使得控制器的能力越來(lái)越強(qiáng)。

下邊就介紹幾種常用的單片機(jī)，以供參考：

先分享幾篇之前總結(jié)的文章

【8位單片機(jī)探究】STC89C51與STM8簡(jiǎn)要對(duì)比

用一個(gè)例子說(shuō)說(shuō)單片機(jī)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)流程

如何更快的學(xué)習(xí)單片機(jī)？?//介紹了我用過(guò)的幾款

下邊介紹幾款開(kāi)源創(chuàng)客喜歡用的開(kāi)發(fā)板（集成了單片機(jī)，并且開(kāi)發(fā)了完善的硬件電路）

Arduino

Arduino 是一款可以讓沒(méi)有從事過(guò)電子儀器設(shè)計(jì)和制作的人也能馬上著手開(kāi)發(fā)的微控制器主板，有著非常高的人氣。它被應(yīng)用在美術(shù)和個(gè)人愛(ài)好等各種領(lǐng)域，作為一個(gè)容易上手的全方位平臺(tái)受到了人們的喜愛(ài)。?

但是Arduino 這個(gè)詞指的不單單是微控制器主板，它還是對(duì)Arduino 主板，以及最適合于Arduino 主板的綜合開(kāi)發(fā)環(huán)境——ArduinoIDE 的統(tǒng)稱。Arduino 以“開(kāi)放硬件”的理念為本，從硬件到軟件所有的設(shè)計(jì)信息都是公開(kāi)的，衍生出來(lái)的各種各樣的產(chǎn)品也在市面上銷售。?

Arduino 主板品種和規(guī)格繁多，其中最為標(biāo)準(zhǔn)的主板就是ArduinoUNO。數(shù)字輸入輸出端子、模擬輸入端子、USB 端口等單純的I/O 端口都被壓縮在了一塊小小的電路板上，買到手后馬上就能開(kāi)始
開(kāi)發(fā)設(shè)備。

另外，這塊電路板還能擴(kuò)展，使用者通過(guò)安裝一個(gè)叫作Shield 的對(duì)應(yīng)器件就能追加功能。只要使用Wi-Fi Shield、以太網(wǎng)Shield、GSM Shield 等，就能輕松搭建出一個(gè)用于連接網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境。除此之外，市面上還有傳感器和具備多種功能的Shield 產(chǎn)品。

Arduino 最大的特征就在于它開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)易性。只要用USB 線連接Arduino 主板和PC，開(kāi)發(fā)環(huán)境就搭建完成了。編寫程序和寫入主板則通過(guò)Arduino IDE來(lái)完成。開(kāi)發(fā)是用類似于C++ 的Arduino 語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行的。開(kāi)發(fā)前，Arduino IDE 已經(jīng)準(zhǔn)備了很多的示例代碼，有軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的使用者只要看一看就能大概明白該怎么使用。即使是新手，也有可能在開(kāi)箱后10 分鐘以內(nèi)做好一個(gè)能讓LED 閃爍的電路和程序。

雖然Arduino 有這么多讓人嘖嘖稱贊的規(guī)格，但它有一個(gè)大問(wèn)題，那就是跟Shield 一起搭配使用的話尺寸也會(huì)增大。Arduino 的大小會(huì)決定設(shè)備的大小。因?yàn)閷rduino 用于教育也屬于制造Arduino 的一個(gè)目的，所以人們很重視其通用性。雖然其結(jié)構(gòu)固然比采用單片機(jī)等時(shí)要大，但從商品化觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，當(dāng)前要多帶帶使用Arduino 還有些困難。

?樹莓派（Raspberry Pi）

Raspberry Pi 是一款搭載有ARM 處理器的單板計(jì)算機(jī)，由英國(guó)Raspberry Pi Foundation（樹莓派基金會(huì)）開(kāi)發(fā)。Raspberry Pi的出現(xiàn)無(wú)疑給燒得正旺的單板計(jì)算機(jī)熱潮再添了一把火，它也因此而著名，但其實(shí)Raspberry Pi 原本是為編程教學(xué)而開(kāi)發(fā)的。?

開(kāi)發(fā)者設(shè)計(jì)Raspberry Pi 的主要目的都是想把它當(dāng)作計(jì)算機(jī)來(lái)使用，因此，除了USB 端口、聲音影像輸入輸出端口、以太網(wǎng)端口等輸入輸出端口外，使用者還能通過(guò)microSD 卡等外部存儲(chǔ)器來(lái)連
接Raspberry Pi。從搭載了GPU 這點(diǎn)也能看出來(lái)，開(kāi)發(fā)者的初衷是把它連接到顯示器當(dāng)作PC 來(lái)使用。另外Raspberry Pi 還安裝有Debian 類Raspbian 操作系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)支持Python。從Raspberry Pi 2 model B 開(kāi)始，Raspberry Pi 的CPU 就是四核處理器了，并宣布支持Windows 10。作為一個(gè)能實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用程序的平臺(tái)，Raspberry Pi 備受矚目。

如果想把Raspberry Pi 當(dāng)成微控制器主板來(lái)用，那么沒(méi)有模擬輸入端子可以說(shuō)是其一大缺點(diǎn)。雖然和傳感器等設(shè)備直接連接時(shí)需要輸入模擬信號(hào)（詳細(xì)情況會(huì)在后面說(shuō)明），但Raspberry Pi 只能接受數(shù)字輸入方式。為了處理模擬信號(hào)，需要通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換電路把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并連接到輸入端口。雖說(shuō)市面上也有專用的電路板，不過(guò)這樣就會(huì)增加多余的成本。

英特爾Edison

在物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)中具備獨(dú)樹一幟的存在感的就是英特爾Edison，它搭載了具備雙核雙線程的英特爾Atom CPU，以及100 MHz 的微控制器英特爾Quark。這個(gè)主板的亮點(diǎn)在于徹底地改善了專為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)置的規(guī)格。

跟Raspberry Pi 一樣，英特爾Edison 也標(biāo)準(zhǔn)安裝了Linux操作系統(tǒng)（Yocto Linux）。除了具備作為PC 最基本的功能以外，它還標(biāo)準(zhǔn)安裝了Wi-Fi 和藍(lán)牙4.0。在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中有兩點(diǎn)是必備的，即
節(jié)省空間的設(shè)計(jì)和連通性的實(shí)現(xiàn)。英特爾Edison 極其袖珍，只有35.5 mm×25.0 mm×3.9 mm，但卻具備了接通電源就能用SSH 遠(yuǎn)程登錄的功能，對(duì)比以往的微控制器主板，英特爾Edison 的性能可謂驚人。

英特爾Edison 主機(jī)帶有GPIO 引腳，但因?yàn)樘。圆蝗菀字苯娱_(kāi)發(fā)。英特爾為開(kāi)發(fā)者準(zhǔn)備了Breakout Board Kit 和英特爾Edison Kit for Arduino（Arduino 兼容板）兩種擴(kuò)展板，將主機(jī)插入擴(kuò)展板之后就可以進(jìn)行開(kāi)發(fā)。除了I/O 引腳，擴(kuò)展板上還安裝有SD 卡和micro USB 端口，microSD 端口等，能夠輕易地與外部設(shè)備相連接。此外，Arduino 兼容板和Arduino UNO 兩者引腳的配置基本相同，可以直接裝配使用面向Arduino 開(kāi)發(fā)的主板和Shield。

在軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境方面，英特爾Edison 也準(zhǔn)備了多樣且方便的環(huán)境。

初學(xué)者一開(kāi)始使用Arduino IDE 入門會(huì)比較容易，它是專門為Edison量身定做的。通過(guò)USB 線把Edison 連接到PC，就能通過(guò)IDE 描述代碼，往主板中寫入信息，進(jìn)行調(diào)試。對(duì)于用Arduino 從事過(guò)開(kāi)發(fā)的人來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)環(huán)境以及所有實(shí)現(xiàn)了Arduino 兼容的環(huán)境，都是非常容易上手的。

又因?yàn)镃語(yǔ)言和C++ 的交叉編譯程序已經(jīng)公開(kāi)了，所以只要用于開(kāi)發(fā)的PC 與Edison 在同一個(gè)Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)里，就能通過(guò)SSH 把在開(kāi)發(fā)專用的PC 上編譯好的執(zhí)行文件發(fā)送給Edison 使用。

除此之外，英特爾Edison 還標(biāo)準(zhǔn)安裝了Python 和Node.js，開(kāi)發(fā)者能夠從眾多選項(xiàng)中選擇符合自己需要的來(lái)使用。特別是英特爾XDK IoT Edison，如果想實(shí)現(xiàn)一個(gè)能用Node.js 來(lái)控制硬件的環(huán)境，用它是再適合不過(guò)了。

在靈活運(yùn)用Edison 方面有一點(diǎn)很重要，那就是Edison 的用途不限于原型設(shè)計(jì)。雖然在開(kāi)發(fā)初期是使用擴(kuò)展板來(lái)進(jìn)行原型設(shè)計(jì)的，不過(guò)當(dāng)產(chǎn)品規(guī)格在一定程度上確定了，也有望會(huì)量產(chǎn)時(shí)，通過(guò)制作
產(chǎn)品的連接板也可以直接在產(chǎn)品上安裝Edison 主機(jī)。從避免發(fā)生大規(guī)模的規(guī)格變更（如在從原型設(shè)計(jì)到商品化的期間變更處理器）的角度而言，這點(diǎn)非常重要。

微控制器主板間的比較?

像Arduino、英特爾Edison 這些都是適用于原型設(shè)計(jì)，而且在通用性和擴(kuò)展性的平衡方面表現(xiàn)優(yōu)秀的產(chǎn)品。而Raspberry Pi 的目標(biāo)是被當(dāng)作PC 使用，所以沒(méi)有能直接指向設(shè)備的模擬I/O 引腳。

但是對(duì)于定制最小系統(tǒng)而言，單片機(jī)仍然是最佳的選擇，可以定制并增加性能。