Co to jest mikrokontroler?

Mikrokontrolery są integralną częścią systemów wbudowanych. Mikrokontroler to w zasadzie tani i mały komputer na jednym chipie, który składa się z procesora, małej pamięci i programowalnych urządzeń peryferyjnych wejścia-wyjścia. Przeznaczone są do stosowania w produktach i urządzeniach sterowanych automatycznie do wykonywania wstępnie zdefiniowanych i zaprogramowanych zadań. Aby lepiej zrozumieć, czym właściwie jest mikrokontroler; zobaczmy przykład produktu, w którym używany jest mikrokontroler. Cyfrowy termometr, który wyświetla temperaturę otoczenia, wykorzystuje mikrokontroler połączony z czujnikiem temperatury i wyświetlaczem (np. LCD). Mikrokontroler pobiera dane wejściowe z czujnika temperatury w postaci surowej, przetwarza je i wyświetla na małym wyświetlaczu LCD w czytelnej dla człowieka formie.Podobnie pojedynczy lub wiele mikrokontrolerów jest używanych w wielu urządzeniach elektronicznych w zależności od wymagań i złożoności aplikacji.

Gdzie są używane?

Mikrokontrolery są używane w systemach wbudowanych, w zasadzie w różnorodnych produktach i urządzeniach, które są połączeniem sprzętu i oprogramowania i są opracowywane w celu wykonywania określonych funkcji. Kilka przykładów systemów wbudowanych, w których wykorzystywane są mikrokontrolery, to: pralki, automaty sprzedające, kuchenki mikrofalowe, aparaty cyfrowe, samochody, sprzęt medyczny, smartfony, inteligentne zegarki, roboty i różne urządzenia domowe.

Dlaczego używamy mikrokontrolerów?

Mikrokontrolery są używane do automatyzacji w aplikacjach wbudowanych. Głównym powodem ogromnej popularności mikrokontrolerów jest ich zdolność do zmniejszania rozmiaru i kosztu produktu lub projektu w porównaniu do projektu, który jest zbudowany z wykorzystaniem oddzielnego mikroprocesora, pamięci i urządzeń wejścia / wyjścia.

Ponieważ mikrokontrolery mają takie funkcje, jak wbudowany mikroprocesor, pamięć RAM, ROM, interfejsy szeregowe, interfejsy równoległe, konwerter analogowo-cyfrowy (ADC), konwerter cyfrowo-analogowy (DAC) itp., Co ułatwia tworzenie aplikacji wokół niego. Ponadto środowisko programistyczne mikrokontrolerów oferuje szerokie możliwości sterowania różnymi typami aplikacji zgodnie z ich wymaganiami.

Jakie są różne typy mikrokontrolerów?

Na rynku dostępna jest szeroka gama mikrokontrolerów. Różne firmy, takie jak Atmel, ARM, Microchip, Texas Instruments, Renesas, Freescale, NXP Semiconductors, itp. Produkują różnego rodzaju mikrokontrolery o różnych funkcjach. Patrząc na różne parametry, takie jak programowalna pamięć, rozmiar pamięci flash, napięcie zasilania, styki wejścia / wyjścia, prędkość itp., Można wybrać odpowiedni mikrokontroler do ich zastosowania.

Rzućmy okiem na te parametry i różne typy mikrokontrolerów według tych parametrów.

Magistrala danych (rozmiar w bitach):

Po sklasyfikowaniu według rozmiaru bitu większość mikrokontrolerów ma zakres od 8-bitowego do 32-bitowego (dostępne są również mikrokontrolery o większej liczbie bitów). W mikrokontrolerze 8-bitowym jego magistrala danych składa się z 8 linii danych, podczas gdy w mikrokontrolerze 16-bitowym jego magistrala danych składa się z 16 linii danych i tak dalej dla mikrokontrolerów 32-bitowych i wyższych.

Pamięć:

Mikrokontrolery potrzebują pamięci (RAM, ROM, EPROM, EEPROM, pamięć flash itp.) Do przechowywania programów i danych. Podczas gdy niektóre mikrokontrolery mają wbudowane chipy pamięci, podczas gdy inne wymagają podłączenia pamięci zewnętrznej. Są to odpowiednio mikrokontrolery z wbudowaną pamięcią i mikrokontrolery z pamięcią zewnętrzną. Rozmiar wbudowanej pamięci jest również różny w różnych typach mikrokontrolerów i ogólnie można znaleźć mikrokontrolery z pamięcią od 4B do 4Mb.

Liczba pinów wejściowych / wyjściowych:

Mikrokontrolery różnią się w zależności od liczby rozmiarów pinów wejścia-wyjścia. Można wybrać konkretny mikrokontroler zgodnie z wymaganiami aplikacji.

Zestaw instrukcji:

Istnieją dwa typy zestawów instrukcji - RISC i CISC. Mikrokontroler może używać RISC (komputer ze zredukowanym zestawem rozkazów) lub CISC (komputer ze złożonym zestawem rozkazów). Jak sugeruje nazwa, RISC skraca czas operacji określając cykl zegara instrukcji; podczas gdy CISC pozwala na zastosowanie jednej instrukcji jako alternatywy dla wielu instrukcji.

Architektura pamięci:

Istnieją dwa typy mikrokontrolerów - mikrokontrolery architektury pamięci Harvard i mikrokontrolery architektury pamięci Princeton.

Oto kilka popularnych mikrokontrolerów wśród studentów i hobbystów.

Seria 8051 mikrokontrolerów (8-bitowych)

Mikrokontrolery AVR firmy Atmel (seria ATtiny, ATmega)

Mikrokontrolery serii PIC firmy Microchip

Mikrokontrolery firmy Texas Instruments, takie jak MSP430

Mikrokontrolery ARM

Cechy mikrokontrolerów

Mikrokontrolery są używane w systemach wbudowanych ze względu na ich różne funkcje. Jak pokazano na poniższym schemacie blokowym mikrokontrolera, składa się on z procesora, pinów I / O, portów szeregowych, timerów, ADC, DAC i kontroli przerwań.

Procesor lub procesor

Procesor jest mózgiem mikrokontrolera. Gdy dane wejściowe są dostarczane przez piny wejściowe i instrukcje za pośrednictwem programów, odpowiednio przetwarza dane i dostarcza je na pinach wyjściowych.

Pamięć

Chipy pamięci są zintegrowane w mikrokontrolerze do przechowywania wszystkich programów i danych. W mikrokontrolerach mogą być zintegrowane różne typy pamięci, takie jak RAM, ROM, EPROM, EEPROM, Flash itp.

Porty wejścia-wyjścia

Każdy mikrokontroler ma wejściowe porty wyjściowe. W zależności od typów mikrokontrolerów liczba pinów wejściowych może się różnić. Służą do łączenia się z zewnętrznymi urządzeniami wejściowymi i wyjściowymi, takimi jak czujniki, wyświetlacze itp.

Porty szeregowe

Ułatwiają interfejs szeregowy mikrokontrolerów z innymi urządzeniami peryferyjnymi. Port szeregowy to szeregowy interfejs komunikacyjny, przez który informacje są przesyłane pojedynczo lub z pominięciem jednego bitu.

ADC i DAC

Czasami systemy wbudowane muszą konwertować dane z cyfrowych na analogowe i odwrotnie. Dlatego większość mikrokontrolerów jest wyposażona we wbudowany przetwornik ADC (przetwornik analogowo-cyfrowy) i przetwornik cyfrowo-analogowy (przetwornik cyfrowo-analogowy) w celu wykonania wymaganej konwersji.

Timery

Timery i liczniki są ważnymi częściami systemów wbudowanych. Są wymagane do różnych operacji, takich jak generowanie impulsów, liczenie impulsów zewnętrznych, modulacja, oscylacja itp.

Kontrola przerwań

Kontrola przerwań jest jedną z potężnych funkcji mikrokontrolerów. Jest to rodzaj powiadomienia, które przerywa trwający proces i nakazuje wykonanie zadania zdefiniowanego przez kontrolę przerwań.

Podsumowując, mikrokontrolery to rodzaj kompaktowych minikomputerów zaprojektowanych do wykonywania określonych zadań w systemach wbudowanych. Dzięki szerokiej gamie funkcji, ich znaczenie i zastosowanie jest ogromne i można je znaleźć w produktach i urządzeniach we wszystkich branżach.