Що таке мікроконтролер?

Мікроконтролери є невід’ємною частиною вбудованих систем. Мікроконтролер - це, в основному, дешевий і невеликий комп’ютер на одному мікросхемі, який включає процесор, невелику пам’ять і програмовану периферію вводу-виводу. Вони призначені для використання в продуктах та пристроях з автоматичним управлінням для виконання заздалегідь визначених та запрограмованих завдань. Щоб краще зрозуміти, що насправді є мікроконтролером; давайте подивимось приклад продукту, де використовується мікроконтролер. Цифровий термометр, який відображає температуру навколишнього середовища, використовує мікроконтролер, який підключений до датчика температури та блоку відображення (наприклад, РК-дисплея). Тут мікроконтролер приймає вхідні дані від датчика температури в необробленому вигляді, обробляє їх і відображає на невеликому РК-дисплеї в зручній для читання формі.Подібним чином один чи кілька мікроконтролерів використовуються у багатьох електронних пристроях відповідно до вимог та складності програм.

Де вони використовуються?

Мікроконтролери використовуються у вбудованих системах, в основному в різноманітних продуктах та пристроях, які є комбінацією апаратного та програмного забезпечення, і розроблені для виконання певних функцій. Кілька прикладів вбудованих систем, де використовуються мікроконтролери, - пральні машини, торгові автомати, мікрохвильові печі, цифрові камери, автомобілі, медичне обладнання, смартфони, розумні годинники, роботи та різноманітна побутова техніка.

Чому ми використовуємо мікроконтролери?

Мікроконтролери використовуються для автоматизації у вбудованих додатках. Основною причиною величезної популярності мікроконтролерів є їх здатність зменшувати розмір та вартість виробу чи конструкції порівняно з конструкцією, яка будується за допомогою окремих мікропроцесорів, пам'яті та пристроїв введення / виведення.

Оскільки мікроконтролери мають такі функції, як вбудований мікропроцесор, оперативна пам'ять, ПЗУ, послідовний інтерфейс, паралельний інтерфейс, аналого-цифровий перетворювач (АЦП), цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) тощо, що полегшує створення додатків навколо нього. Крім того, середовище програмування мікроконтролерів пропонує широкі можливості для управління різними типами додатків відповідно до їх вимог.

Які існують різні типи мікроконтролерів?

На ринку доступний широкий асортимент мікроконтролерів. Різні компанії, такі як Atmel, ARM, Microchip, Texas Instruments, Renesas, Freescale, NXP Semiconductors тощо, виробляють різні види мікроконтролерів з різними функціями. Розглядаючи різні параметри, такі як програмована пам’ять, розмір спалаху, напруга живлення, вхідні / вихідні штифти, швидкість тощо, можна вибрати правильний мікроконтролер для їх застосування.

Давайте розглянемо ці параметри та різні типи мікроконтролерів відповідно до цих параметрів.

Шина даних (бітовий розмір):

Коли класифікується за бітовим розміром, більшість мікроконтролерів варіюються від 8 до 32 біт (мікроконтролери вищих бітів також доступні). У 8-бітному мікроконтролері його шина даних складається з 8 ліній даних, тоді як у 16-бітовому мікроконтролері його шина даних складається з 16 ліній даних і так далі для 32-бітних мікроконтролерів і вище.

Пам'ять:

Мікроконтролерам потрібна пам’ять (ОЗУ, ПЗУ, EPROM, EEPROM, флеш-пам’ять тощо) для зберігання програм та даних. Хоча деякі мікроконтролери мають вбудовані мікросхеми пам'яті, тоді як інші потребують підключення зовнішньої пам'яті. Вони називаються мікроконтролерами вбудованої пам'яті та мікроконтролерами зовнішньої пам'яті відповідно. Обсяг вбудованої пам'яті також різниться у різних типів мікроконтролерів, і, як правило, ви можете знайти мікроконтролери з пам'яттю від 4B до 4Mb.

Кількість вхідних / вихідних штифтів:

Мікроконтролери варіюються залежно від кількості розмірів вхідно-вихідних штифтів. Можна вибрати конкретний мікроконтролер відповідно до вимог програми.

Набір інструкцій:

Існує два типи наборів інструкцій - RISC та CISC. Мікроконтролер може використовувати RISC (Комп’ютер із зменшеним набором інструкцій) або CISC (Комп’ютер із набором складних інструкцій). Як випливає з назви, RISC скорочує час роботи, визначаючи тактовий цикл інструкції; тоді як CISC дозволяє застосовувати одну інструкцію як альтернативу багатьом інструкціям.

Архітектура пам'яті:

Існує два типи мікроконтролерів - мікроконтролери архітектури пам'яті Гарварда та мікроконтролери архітектури пам'яті Принстона.

Ось кілька популярних мікроконтролерів серед студентів та любителів.

Серія мікроконтролерів 8051 (8-розрядна)

Мікроконтролери AVR фірми Atmel (ATtiny, серія ATmega)

Мікроконтролери серії PIC від Microchip

Мікроконтролери Texas Instruments, такі як MSP430

Мікроконтролери ARM

Особливості мікроконтролерів

Мікроконтролери використовуються у вбудованих системах за їх різноманітних функцій. Як показано на нижченаведеній блок-схемі мікроконтролера, він складається з процесора, висновків вводу-виводу, послідовних портів, таймерів, АЦП, ЦАП та контролю переривань.

Процесор або процесор

Процесор - це мозок мікроконтролера. Коли вхід забезпечується через вхідні штифти та інструкції через програми, він відповідно обробляє дані та надає на вихідних штифтах.

Пам'ять

Мікросхеми пам'яті інтегровані в мікроконтролер для зберігання всіх програм та даних. У мікроконтролери можуть бути інтегровані різні типи пам’яті, такі як оперативна пам’ять, ROM, EPROM, EEPROM, флеш-пам’ять тощо.

Порти вводу-виводу

Кожен мікроконтролер має вхідні вихідні порти. Залежно від типів мікроконтролерів, кількість вихідних виводів може змінюватися. Вони використовуються для взаємодії із зовнішніми пристроями введення та виведення, такими як датчики, блоки відображення тощо.

Послідовні порти

Вони полегшують послідовний інтерфейс мікроконтролерів з іншими периферійними пристроями. Послідовний порт - це послідовний інтерфейс зв'язку, за допомогою якого інформація передається один за одним бітом один за одним.

АЦП та ЦАП

Іноді вбудовані системи потребують перетворення даних з цифрових в аналогові і навпаки. Отже, більшість мікроконтролерів мають вбудовані АЦП (аналого-цифровий перетворювач) та ЦАП (цифро-аналогові перетворювачі) для виконання необхідного перетворення.

Таймери

Таймери та лічильники - важливі частини вбудованих систем. Вони необхідні для різних операцій, таких як генерація імпульсів, підрахунок зовнішніх імпульсів, модуляція, коливання тощо.

Управління перериваннями

Управління перериваннями - одна з потужних особливостей мікроконтролерів. Це своєрідне повідомлення, яке перериває поточний процес і дає вказівку виконати завдання, визначене контролем переривання.

Підсумовуючи все це, мікроконтролери - це свого роду компактні міні-комп’ютери, які призначені для виконання конкретних завдань у вбудованих системах. Завдяки широкому діапазону функцій, їх значення та використання величезні, і їх можна знайти у продуктах та пристроях у всіх галузях промисловості.