¿De qué sirve una puerta lógica para un circuito que contiene un microcontrolador?

Me pregunto si una puerta lógica sería útil para un circuito que contiene un microcontrolador. Hay casos en los que se prefiere una puerta lógica analógica a un microcontrolador y cuáles son algunos de los dispositivos que usan puertas lógicas analógicas en el era de los microprocesadores y controladores.

Creo que te refieres a una puerta lógica 'discreta'.

Sí, hay razones por las que puede desear utilizar una puerta externa. Tomaré un ejemplo real: tengo un microcontrolador que controla una señal de reloj a algunas cajas externas. Debe encender el reloj (varios MHz) a la hora determinada por el microcontrolador y no debe emitir ningún pulso 'runt'. Al sincronizar el permiso con el generador de reloj (un flip-flop) y activarlo (una puerta 'y'), se pueden cumplir las especificaciones. No hay forma de hacerlo solo con el micro.

En otro caso, una señal externa de un comparador debe ser habilitada por un temporizador en el microcontrolador. El periférico del microcontrolador tiene la capacidad de alternar con precisión (a tiempo) su pin de puerto, pero no tiene la capacidad de 'y' señales con ese estado de pin.

En algunos casos, los microcontroladores han sido equipados con alguna lógica configurable para cumplir con este tipo de requisito (el 'CLC' o 'celda lógica configurable') en las partes de Microchip, por ejemplo), pero siempre habrá aplicaciones donde el micro fabricante No anticipé la solicitud. De hecho, a veces vinculamos un FPGA completo con cientos de miles de puertas al micro para obtener suficiente lógica externa para cumplir con los requisitos.

Las puertas lógicas digitales ("puerta lógica analógica" no tiene sentido) todavía se usan a veces con microcontroladores. Por lo general, la razón es que hay que hacer algo a la velocidad de una puerta lógica para la que el firmware es demasiado lento. Otra posibilidad es expandir las capacidades de E / S del micro. Si tiene varios dispositivos en un bus, por ejemplo, probablemente tendrá una lógica externa que traba los datos hacia y desde el bus. También puede haber lógica externa para manejar el arbitraje, ya que esto a menudo tiene que suceder a la velocidad de los ciclos de bus o las fracciones de un ciclo de bus.

Otra razón: consumo de corriente ultra bajo cuando no se cambia. Puede usar esto para responder a una entrada simple cuando el micro está apagado, o decidir si desea activarlo para realizar el procesamiento.

Microchip ha determinado que suficientes diseñadores necesitan agregar algo de lógica de "pegamento" periférico a sus diseños que han salido con dos familias de microcontroladores - PIC16 (L) F150 y PIC10 (L) F32X - que incluyen hasta cuatro Celdas lógicas configurables (CLC), muy parecido a un CPLD en miniatura.

Hay ocho funciones lógicas diferentes disponibles:

• 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

Por ejemplo, aquí hay un flip-flop JK:

En el caso del PIC10 (que tiene un CLC), eso es bastante sorprendente para un dispositivo de seis pines que cuesta menos de 40ȼ en cantidad. A ese precio, se suma el costo y el ahorro de espacio por tener que incluir varios chips lógicos separados.

Por un lado, la lógica "discreta" puede realizar operaciones más rápidas y más confiables que de otro modo podría realizar un microcontrolador. Y, que a veces es aún más importante, las puertas lógicas pueden funcionar simultáneamente, mientras que un uC es inherentemente secuencial.

Además, si tiene una placa abarrotada, puede guardar los pines de E / S en el microcontrolador si puede realizar tales operaciones externamente.

Para agregar a la lista de aplicaciones, también son útiles cuando se trata con señales de entrada más rápido de lo que podría procesar directamente en el microcontrolador. Por ejemplo, en una placa en la que estoy trabajando en este momento, un detector de fase , simplemente una puerta XOR, con una resistencia y un capacitor permite que la MCU lea la fase relativa de dos señales usando su ADC, en lugar de tener que muestrear toda la señal de alta velocidad.

Todo el mundo ha ignorado los amplificadores operacionales aquí; La lógica analógica tiene muchas funciones incluso en los modernos circuitos de controlador / micro controlador. Las señales de propiedad a través de cables largos entre micros serían solo una aplicación. Personalmente, trabajo en seguridad y otros dispositivos electrónicos todo el tiempo, donde tengo que resolver los malos diseños de ingenieros altamente calificados debido a su falta de comprensión de los amplificadores operacionales y la lógica discreta.

También se utilizan para la lógica de seguridad, para mantener toda la complejidad del software fuera de la ruta crítica. En esta placa de corte láser, por ejemplo, para apagar el láser.