什么是通用控制器？如何在設(shè)計(jì)時(shí)更加方便？

我一直認(rèn)為，如果你想成功，你需要模仿他人的成功并避免失敗。當(dāng)我開始我的職業(yè)生涯時(shí)，沒有像Raspberry Pi這樣的單板計(jì)算機(jī)，沒有人認(rèn)真對(duì)待工業(yè)應(yīng)用Arduino。你可以想象我第一次在我設(shè)計(jì)的通用控制器上進(jìn)行維護(hù)時(shí)有多糟糕。這是一個(gè)火災(zāi)報(bào)警控制器，手動(dòng)擰上50多根電線。我不得不更換有故障的8針電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）。客戶感到不高興，我很有壓力要快速完成工作而且沒有錯(cuò)誤。那時(shí)我開始將通用控制器設(shè)計(jì)分離成單獨(dú)的物理模塊。同樣，今天，您會(huì)發(fā)現(xiàn)Raspberry Pi在工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮作用。這不僅是因?yàn)樗某杀?，還因?yàn)樗哪K化設(shè)計(jì)。

什么是通用控制器？

隨著組件和人工成本的繼續(xù)為了增加電子行業(yè)，擁有最小的設(shè)計(jì)足跡似乎是合乎邏輯的。然而，在設(shè)計(jì)通用控制器時(shí)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，這可能不是最佳選擇。

與消費(fèi)類電子產(chǎn)品（如智能手機(jī)和電視）不同，通用控制器采用通用規(guī)格設(shè)計(jì)并經(jīng)常使用在較小的范圍內(nèi)。對(duì)于不同的固件，同一個(gè)控制器可以具有不同的功能。例如，它們可以用作支付機(jī)器控制器，安全管理控制器或簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)監(jiān)控站。

典型的通用控制器包括

微控制器（MCU）

存儲(chǔ)芯片，例如SRAM，F(xiàn)RAM，閃存，EEPROM

外設(shè)接口（以太網(wǎng)，USB，RS485）

輸入（模擬，數(shù)字，光耦合器）

輸出（繼電器，數(shù)字）

電源管理

< p>線對(duì)板連接器

實(shí)際上，來自外部傳感器，開關(guān)和設(shè)備的電纜在各自的連接器處端接到通用控制器的PCB。然后將通用控制器固定在工業(yè)機(jī)箱或終端機(jī)架上，定期對(duì)其進(jìn)行維修。

在某些行業(yè)，停機(jī)意味著損失收入和憤怒的客戶。

為什么應(yīng)該為通用控制器使用模塊化設(shè)計(jì)

從設(shè)計(jì)到成本的角度來看，在單個(gè)PCB上設(shè)計(jì)通用控制器是有意義的。但是，如果您考慮使用這些通用控制器的應(yīng)用程序，節(jié)省成本的設(shè)計(jì)實(shí)際上可能會(huì)變成昂貴的支持和升級(jí)工作。由于通用控制器用于經(jīng)受惡劣電氣環(huán)境的應(yīng)用，因此最好使用具有多個(gè)PCB的模塊化設(shè)計(jì)。它們的需求隨著時(shí)間的推移而不斷變化，需要進(jìn)行升級(jí)，因此在一些應(yīng)用程序中保持最小的停機(jī)時(shí)間至關(guān)重要。

精心設(shè)計(jì)的模塊化通用控制器允許用戶在不拆除重要設(shè)備的情況下移除關(guān)鍵設(shè)備。從外殼整個(gè)單元或在耗時(shí)的操作中移除所有連接的電纜。只需移除故障模塊并插入新模塊即可完成更換。

通用控制器上的典型MCU模塊

最佳模塊化通用控制器設(shè)計(jì)實(shí)踐

將通用控制器分成兩個(gè)或多個(gè)模塊將使維修或升級(jí)更加方便。但是，如果您未能將組件正確地分離到適當(dāng)?shù)哪K上，那么這將是一種浪費(fèi)的努力。關(guān)于如何設(shè)計(jì)模塊化通用控制器沒有標(biāo)準(zhǔn)的做法，但是這里有迄今為止很好的原則。

在我的設(shè)計(jì)中，我將我的通用控制器分成兩個(gè)模塊， I/O模塊和MCU模塊。 I/O模塊最終安裝并擰入外殼，MCU模塊可以輕松插入I/O模塊。

強(qiáng)大且壽命長(zhǎng)的無源元件依賴于I/O模塊。這包括電源管理電路，線對(duì)板連接器，通信IC，光耦合器和繼電器。 MCU模塊包括更智能的組件，如MCU，內(nèi)存芯片，以太網(wǎng)電路和藍(lán)牙或WiFi模塊。

根據(jù)我作為設(shè)計(jì)工程師的經(jīng)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)組件，如MCU與電壓調(diào)節(jié)器或繼電器相比，存儲(chǔ)芯片更容易出現(xiàn)故障。這就是隔離/無源組件有意義的原因。如果一個(gè)組件可能發(fā)生故障，可以在易于拆卸的MCU模塊上找到它。

除了將組件分離到模塊中之外，您還需要確保模塊之間的互連，并且正確放置板到 - 板連接器。由于MCU模塊依靠I/O模塊供電，因此需要在板間連接器上分配足夠的電壓和接地引腳。

在一天結(jié)束時(shí)，設(shè)計(jì)通用控制器不僅僅是優(yōu)先考慮短期制造成本。要真正有效，您需要考慮長(zhǎng)期的品牌聲譽(yù)和易于支持。設(shè)計(jì)模塊化通用控制器將使您專注于優(yōu)化設(shè)計(jì)和固件增強(qiáng)，支持團(tuán)隊(duì)將能夠以最小的不適和停機(jī)時(shí)間更換故障模塊。

如果您想開始隔離您的一般將控制器轉(zhuǎn)換為模塊，您需要最好的PCB軟件才能開始使用。 AltiumDesigner?能夠管理各種原理圖塊并同步PCB上的網(wǎng)絡(luò)。

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