PCB è l'abbreviazione di "printed circuit board" (circuito stampato). Un PCB ha l'aspetto di un pezzo piatto di plastica o fibra di vetro. È solo verde. Le linee di rame corrono sulla parte superiore e su quella inferiore. Queste sottili linee di rame sono come strade. Trasportano energia e dati da un punto all'altro. La scheda ha dei piccoli pad. Ogni pad è un piccolo quadrato di rame. La scheda è attraversata da dei fori. Questi fori consentono alle gambe metalliche dei componenti di passare attraverso. Componenti come resistori, luci, spine e chip sono posizionati sui pad. Un piccolo telefono può avere un PCB. Un grande televisore può avere cinque PCB. Il compito principale del PCB è quello di tenere tutti i componenti nella posizione corretta e collegarli con le strade di rame.
Che cos'è un microcontrollore?
Un microcontrollore è un minuscolo computer racchiuso in un piccolo chip. Il chip ha l'aspetto di una scatola nera con molte gambe metalliche. All'interno della scatola nera c'è un cervello chiamato CPU. Il chip ha una propria RAM. La RAM è una memoria veloce che conserva i dati per un breve periodo di tempo. Il chip ha una ROM. La ROM è una memoria che conserva il codice quando l'alimentazione è spenta. Il chip ha parti aggiuntive. Ha timer e porte per leggere i sensori e porte per accendere o spegnere le luci. Il chip ha bisogno solo di cinque volt o tre volt per attivarsi. Una piccola batteria può alimentarlo per giorni. Il chip può far lampeggiare una luce o far girare un motore o leggere una pressione di tasto. Lo fa eseguendo il codice che gli viene caricato.
Qual è la funzione del PCB?
Il PCB è la base. Il microcontrollore è una delle parti di quella base. Il PCB alimenta il chip attraverso i circuiti in rame. Il PCB collega il chip ad altre parti come pulsanti, luci e motori. Il chip comunica con queste parti inviando piccoli segnali attraverso i circuiti in rame. Funzionano come una squadra. Se si rimuove il chip, il PCB è una scheda silenziosa. Se si rimuove il PCB, il chip non ha cavi né alimentazione. Non può fare nulla.
Immaginate il PCB come una mappa della città. Le linee di rame sono le strade. I componenti sono le case e i negozi. Il microcontrollore è il municipio. Il municipio invia automobili o segnali a ogni casa. Le strade trasportano le automobili. Se una strada è interrotta, l'automobile si ferma. Se il municipio è chiuso, nulla si muove. La città ha bisogno sia delle strade che del municipio per continuare a funzionare.
Molte persone confondono i termini. Alcuni dicono “PCB” quando intendono l'intero dispositivo. Altri dicono “microcontrollore” quando intendono l'intera scheda. Questo è sbagliato. Il PCB è il luogo. Il microcontrollore è un lavoratore in quel luogo. È possibile acquistare un PCB vuoto senza componenti. È possibile acquistare un chip microcontrollore sfuso senza scheda. Per realizzare un gadget è necessario saldare il chip sulla scheda. È necessario aggiungere una spina di alimentazione, dei cavi e forse alcuni resistori. Solo allora il gadget prenderà vita.
Non confondere la definizione di PCB
Diamo un'occhiata a un interruttore intelligente reale. L'interruttore ha un PCB al suo interno. Il PCB ha all'incirca le dimensioni di una carta di credito. È dotato di linee in rame, due resistenze, una piccola spina e un LED. Sulla scheda è presente un minuscolo microcontrollore. Il chip ha otto piedini. Due piedini ricevono l'alimentazione. Un piedino legge l'interruttore a muro. Un piedino aziona il LED. Quando si preme l'interruttore a muro, il chip rileva il segnale e invia alimentazione al LED. Le linee in rame sul PCB trasportano l'alimentazione. Il chip effettua la scelta. Entrambe le parti sono necessarie. Se si rimuove il chip, il LED rimane spento. Se si interrompe la linea in rame, il LED rimane spento.
Quanto costa?
Discussione sui costi. Una semplice PCB a doppio strato può costare tre dollari. Un piccolo microcontrollore a otto bit può costare un dollaro. Aggiungete cinque resistenze e due spine per altri due dollari. L'intera scheda costa meno di dieci dollari. Ecco perché i piccoli dispositivi intelligenti sono economici da produrre e da acquistare.
Parliamo di dimensioni. Un PCB può essere piccolo come una moneta o grande come un notebook. Un microcontrollore ha le dimensioni di un'unghia. È possibile posizionare il chip su qualsiasi scheda. Se occorre maggiore potenza di calcolo, è possibile posizionare due o tre chip sulla stessa scheda.
Potenza. Il PCB può trasportare amperaggi elevati a un motore di grandi dimensioni. Il microcontrollore consuma pochissima energia. Può rimanere in standby per mesi con una batteria da orologio. Questa combinazione consente di gestire carichi elevati con un cervello piccolo.
Discussione sul calore. Il PCB può dissipare il calore grazie alle ampie aree in rame. Il microcontrollore genera solo poco calore. Se la scheda aziona un motore di grandi dimensioni, l'ampia superficie in rame contribuisce a raffreddare il chip del driver. Il microcontrollore rimane freddo.
Ancora chiacchiere. È possibile acquistare kit già pronti online. Questi kit contengono un PCB e un microcontrollore. Il PCB ha già i circuiti in rame stampati. Il microcontrollore ha dei piedini che si inseriscono nei fori. Si salda il chip, si aggiunge una piccola batteria e si carica il codice di esempio. In un'ora è possibile creare un LED lampeggiante. In due ore puoi costruire un piccolo lettore musicale. È così che molti bambini iniziano ad imparare.
Riparazione. Se la tua macchinina smette di funzionare, controlla il circuito stampato. Verifica che non ci siano crepe o segni di bruciature scure. Se le strade sono a posto, il microcontrollore potrebbe essere guasto. Sostituisci il chip o l'intera scheda. A quel punto il giocattolo tornerà a funzionare.
Discussione sul futuro. I nuovi PCB utilizzano meno rame e aggiungono più strati. I nuovi microcontrollori consumano meno energia e funzionano più velocemente. Ma l'idea rimane la stessa. Il PCB è la strada. Il microcontrollore è il conducente. Crescono ma non cambiano ruolo.
Domande frequenti
Un PCB è la scheda che contiene i componenti e i cavi. Un microcontrollore è il piccolo computer presente su quella scheda. Il PCB fornisce alimentazione e collega i componenti. Il microcontrollore esegue il codice e controlla i componenti.
Sì, ma è limitato. Senza un microcontrollore, un PCB può svolgere solo compiti passivi o circuiti semplici. Per le funzioni intelligenti, è necessario un microcontrollore o altri chip logici.
Per prima cosa, elenca le tue esigenze: numero di ingressi/uscite, velocità, memoria, esigenze analogiche o wireless e limiti di alimentazione. Quindi confronta i componenti in base alle specifiche, al prezzo e alla disponibilità.
Un semplice PCB a due strati costa pochi dollari, un microcontrollore a 8 bit di base circa $1 e alcuni componenti aggiuntivi pochi dollari. Una scheda finita semplice spesso costa meno di $10. La produzione in serie riduce ulteriormente i costi.
