임베디드 시스템을 위한 최고의 마이크로컨트롤러

소개

마이크로컨트롤러, 줄여서 MCU는 요즘 대부분의 전자 임베디드 시스템에서 찾아볼 수 있습니다. 세탁기, 디지털 오디오 프로세서, 비행 제어 시스템 등등에서부터 많은 곳에서 사용됩니다. MCU는 일반적으로 C/C++로 프로그래밍될 수 있는 매우 유연한 프로세서로, 비휘발성 메모리(FLASH)와 휘발성 메모리(RAM), 그리고 다양한 주변기기 및 입출력과 함께 패키징됩니다. 때때로 이러한 MCU는 무선 기능(예를 들어, 블루투스나 와이파이)을 가질 수도 있습니다.

전자 분야에서 처음 시작하여 사용자 정의 하드웨어 디자인에 마이크로컨트롤러를 추가해야 할 때, 처음에는 선택의 폭이 너무 넓어 압도적으로 느껴질 수 있습니다. 텍사스 인스트루먼트, ST, 마이크로칩 등과 같은 많은 다른 벤더들이 있으며, 벤더별로는 더 많은 선택의 마이크로컨트롤러가 있습니다 - 특정 마이크로컨트롤러 계열 내에서의 변화를 언급하지 않더라도 말이죠. 예를 들어, 강력한 STM32H7 마이크로컨트롤러 라인을 위한 Octopart를 사용한 빠른, 일반적인 검색은 거의 250개의 다른 결과를 제공합니다!

특정 마이크로컨트롤러는 설계되는 시스템에 따라 선택해야 합니다. 여기서, 사용 가능한 메모리, 필요한 주변 장치(UART, SPI 등), 비용, 패키지 유형, 가용성, 소프트웨어 환경, 문서의 질 등 많은 측면을 고려해야 합니다.

이 글에서는 오늘날 산업에서 널리 사용되는 몇 가지 일반적인 마이크로컨트롤러를 탐색할 것입니다. 이것이 여러분의 다음 프로젝트 선택을 - 적어도 부분적으로는 - 좁히는 데 도움이 되길 바라며, 많은 현대 임베디드 시스템에서 찾을 수 있는 인기 있는 MCU에 대해 소개할 것입니다.

STMicroelectronics STM32

이 글을 쓰는 시점에서 가장 인기 있고 잘 알려진 마이크로컨트롤러 제조업체 중 하나는 STMicroelectronics(ST)입니다. 이는 그들의 MCU가 가격이 적당하고 다양한 구성 및 성능 등급으로 제공되며, 예를 들어 ST의 무료 STM32CubeIDE 개발 환경을 사용하여 디버깅 및 프로그래밍할 수 있기 때문입니다. 그들의 STM32 라인의 MCU는 ARM Cortex 프로세서 코어를 기반으로 합니다.

또한, ST는 많은 사전 작성된 드라이버와 그들의 부품을 위한 하드웨어 추상화 계층(HAL)을 제공합니다. 이들은 STM32CubeIDE에 통합되어 있습니다. HAL에 가끔 결함이 있을 수 있지만, 이 드라이버들은 출시 시간을 크게 단축시키고 펌웨어 개발을 위한 훌륭한 출발점을 제공합니다.

부품 선택과 관련하여 ST는 다양한 마이크로컨트롤러 제품군을 제공합니다. 간단한 '글루 로직(glue logic)'에 유용할 수 있는 간단한 STM32F0 MCU부터 실시간 디지털 신호 처리 알고리즘을 실행할 수 있는 매우 강력한 STM32H7 MCU에 이르기까지 다양합니다. 더욱이, ST는 WiFi 및 Bluetooth 연결성을 각각 위한 STM32WL 및 STM32WB 라인과 같은 무선 기능이 있는 MCU도 제공합니다.

그림 1 STMicroelectronics MCU 제품군 (출처: STMicroelectronics)

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개인적으로 ST의 MCU 중에서는 F4와 H7 시리즈를 가장 좋아합니다. 이 시리즈를 오디오를 위한 디지털 신호 처리 애플리케이션에 광범위하게 사용해왔습니다. Altium Designer를 사용한 전체 STM32 기반 하드웨어 디자인 튜토리얼을 확인해 보세요. 마이크로컨트롤러를 자신의 프로젝트에 얼마나 쉽게 추가할 수 있는지 확인할 수 있습니다!

Nordic Semiconductor nRF

블루투스나 WiFi 기능을 제공하는 무선 기능이 있는 마이크로컨트롤러를 찾고 있다면, Nordic Semiconductor의 nRF 시리즈 마이크로컨트롤러를 살펴보세요. 이들은 특히 저전력 요구 사항이 있는 경우에 매우 유능한 장치입니다.

개인적으로 저는 Bluetooth LE(저전력) 장치인 nRF54 라인의 팬이며, 다양한 초저전력 제품에 사용해 왔습니다. 하지만 이 부품들의 포장이 매우 작아질 수 있으며, PCB 제작 및 조립 비용이 증가할 수 있다는 점을 염두에 두어야 합니다. 비록 더 접근하기 쉬운 QFN 패키지 유형도 제공하지만 말이죠. 물론, 이러한 작은 패키지 크기는 예를 들어, 소형 및 착용 가능한 제품에 매우 유용할 수 있습니다.

그림 2 nRF54 블루투스 LE 마이크로컨트롤러 (출처: Nordic Semiconductor)

Espressif ESP32

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nRF의 대안으로, Espressif는 매우 저렴하면서도 강력한 ESP32 라인의 마이크로컨트롤러(또는 RFSoC)를 제공합니다. 종종 듀얼 코어 마이크로컨트롤러, WiFi 및 Bluetooth 기능, 그리고 합리적인 주변장치 수를 제공합니다. 또한, ESP32의 온라인 커뮤니티와 사용자 기반이 매우 크기 때문에, 프로젝트에 도움이 필요할 경우 쉽게 도움을 받을 수 있습니다.

Altium Designer를 사용하여 자신의 하드웨어 디자인에 ESP32 마이크로컨트롤러를 통합하는 방법을 배우고 싶다면, 이 튜토리얼 비디오를 확인하세요!

그림 3 ESP32-C3 마이크로컨트롤러 (출처: Mouser)

제조업체와 제3자 제조업체 모두 안테나(또는 오프보드 안테나용 커넥터)를 통합한 사전 인증 시스템 온 모듈을 제공하여, 상업적으로 디자인을 판매하고자 할 경우 인증 과정을 크게 단순화할 수 있습니다.

그림 4 ESP32 사전 인증 모듈 (출처: Mouser)

Raspberry Pi RP2040

Raspberry Pi가 가장 유명하게 알려진 Raspberry Pi 단일 보드 컴퓨터와 마찬가지로 RP2040은 비교적 새로운 마이크로컨트롤러입니다. 이 마이크로컨트롤러는 듀얼 코어 ARM Cortex-M0+ 프로세서, 다수의 주변 장치, 그리고 프로그래머블 I/O 섹션으로 알려진 매우 흥미로운 기능을 제공합니다. RP2040의 주요 판매 포인트는 저렴한 가격(낮은 수량에서 1 USD 미만), 유연성, 그리고 가용성입니다.

그림 5 라즈베리 파이 RP2040 (출처: Raspberry Pi)

마이크로칩, NXP, 그리고 텍사스 인스트루먼츠

STM32 마이크로컨트롤러 라인과 유사하게, Microchip, NXP, Texas Instruments와 같은 다른 제조업체들도 다양한 종류의 MCU 시리즈를 제공합니다. 이러한 제조업체들의 부품 기능은 일반적으로 매우 유사하므로, 특정 회사에 익숙하거나, 그들의 문서를 선호하거나, 단순히 부품의 가용성이 판매 포인트가 될 수 있습니다.

8비트부터 32비트, DSP 기능이 있는 MCU, 무선 기능이 있는 MCU에 이르기까지, Microchip은 PIC 마이크로컨트롤러로 잘 알려져 있습니다. NXP는 일반 용도, i.MX 실시간, 자동차 대상 마이크로컨트롤러를 제공합니다. 마지막으로, Texas Instruments도 상당한 포트폴리오의 마이크로컨트롤러를 가지고 있지만, 개인적인 경험으로는 다른 제조업체들에 비해 상업적 디자인에서 이들을 자주 보지는 못했습니다.

이러한 제조업체들의 주력 부품에는 다음이 포함됩니다:

• 마이크로칩: 그들의 제품에는 PIC 마이크로컨트롤러와 Atmel에서 인수한 매우 인기 있는 ATMega 제품 라인이 포함됩니다
• 텍사스 인스트루먼트: MSP430 시리즈는 그들의 가장 인기 있는 마이크로컨트롤러 라인이며, WiFi를 통합한 SimpleLink 라인도 있습니다
• NXP 세미컨덕터: i.MX는 아마도 그들의 가장 인기 있는 제품 라인일 것이며, 많은 산업용 시스템에 등장하는 LPC 제품 라인도 있습니다

맺음말

우리는 몇몇 주요 마이크로컨트롤러 제조업체와 그들의 장치에 대해 살펴보았지만, 이 목록이 전부는 아니며 상당히 일반적인 것임을 기억하세요. 여기서 언급되지 않은 많은 다른 제조업체들이 훌륭한 마이크로컨트롤러를 제공하고 있으며, 오늘날 전 세계 많은 설계자들이 여전히 사용하고 있는 ATmega 변형과 같은 일부 오래된 MCU들도 있습니다.

다음 설계를 위한 적합한 마이크로컨트롤러를 선택하는 데 도움이 되는 Octopart를 확인해 보세요. MCU를 선택했다면, Altium Designer와 같은 강력한 ECAD 도구를 사용하여 설계를 한 단계 끌어올리세요.