Co jsou mikrokontroléry - účel, zařízení, software

Mikrokontrolér - Jedná se o speciální čip určený k ovládání různých elektronických zařízení. Mikrokontroléry se poprvé objevily ve stejném roce jako univerzální mikroprocesory (1971).

Vývojáři mikrokontrolérů přišli s geniálním nápadem - kombinovat procesor, paměť, ROM a periferie uvnitř jednoho krytu, který vypadá jako běžný mikroobvod. Od té doby výroba mikrokontrolérů mnohokrát překračuje výrobu procesorů a jejich potřeba se nesnížila.

Mikrokontroléry jsou vyráběny desítkami společností a vyrábějí se nejen moderní 32bitové mikrokontroléry, ale také 16 a dokonce 8bitové (jako i8051 a analogové). V každé rodině můžete často najít téměř identické modely, které se liší rychlostí procesoru a velikostí paměti.

Skutečnost je taková, že mikrokontroléry se používají hlavně ve vestavěných systémech, v hračkách, ve obráběcích strojích, v hromadných domácích spotřebičích a v domácí automatizace - kde nepotřebujete výkon procesoru, ale spíše rovnováhu mezi cenou a dostatečnou funkčností.

Proto se stále používají nejstarší typy mikrokontrolérů - dokážou hodně: od automatického otevírání dveří a zapnutí zavlažování trávníků až po integraci do inteligentní domácí systém. Zároveň existují výkonnější mikrokontroléry, které dokážou provádět stovky milionů operací za sekundu a jsou svázány periferními zařízeními „se zuby“. Mají odpovídající úkoly. Vývojář tedy nejprve vyhodnotí úlohu a teprve poté pro ni vybere vhodný hardware.

K dnešnímu dni existuje více než 200 úprav mikrokontrolérů kompatibilních s i8051, které vyrobily dvě desítky společností, a velké množství dalších typů mikrokontrolérů. Vývojáři jsou oblíbeni u 8-bitových mikrokontrolérů PIC od Microchip Technology a AVR od Atmel, 16-bitových MSP430 od TI a 32-bitových mikrokontrolérů, ARM architektura, která je vyvinuta společností ARM Limited a prodává licence dalším společnostem pro jejich výrobu.

16bitový 28kolíkový mikroprocesor PDIP PIC24

Mikrokontrolér Atmel AVR ATmega8 v balíčku DIP

Mikrokontrolérové ​​zařízení AVR

Mikrokontrolér se vyznačuje velkým počtem parametrů, protože je současně složitým softwarově řízeným zařízením a elektronickým zařízením (mikroobvod). Předpona „micro“ ve jménu mikrokontroléru znamená, že se provádí pomocí mikroelektronické technologie.

Během provozu čte mikrokontrolér příkazy z paměti nebo vstupního portu a provádí je. Co každý příkaz znamená, je určeno příkazovým systémem mikrokontroléru. Příkazový systém je zabudován do architektury mikrokontroléru a provádění příkazového kódu je vyjádřeno ve výkonu určitých mikrooperací vnitřními prvky mikroobvodu.

Mikrokontroléry umožňují flexibilní ovládání různých elektronických a elektrických zařízení. Některé modely mikrokontrolérů jsou tak silné, že mohou přímo přepínat relé (například na Vánoční girlandy).

Mikrokontroléry zpravidla nefungují samy, ale jsou pájeny do obvodu, kde jsou kromě toho připojeny obrazovky, klávesnice, různé senzory atd.

Software pro mikrokontroléry může upoutat pozornost těch, kteří milují „honění bitů“, protože paměť v mikrokontrolérech se obvykle pohybuje od 2 do 128 Kb. Pokud je méně, pak musíte napsat v assembleru nebo Fort, pokud je to možné, použijte speciální verze BASIC, Pascal, ale většinou C. Před konečným naprogramováním mikrokontroléru je testován v emulátorech - softwaru nebo hardwaru.

To může vyvolat otázku: je mikroprocesor a mikrokontrolér jen jiné jméno pro stejné zařízení, nebo jsou to různé věci?

Mikroprocesor je centrální zařízení jakéhokoli počítače, vyrobené integrovanou technologií. Samotný název naznačuje, že se v něm vyskytují počítačové procesy. Aby z něj počítač vypadal, i když není příliš moderní a výkonný (pamatujte na amatérské konstrukce rádia 86 nebo Sinclair), musí být doplněn o externí zařízení. Nejprve to je RAM a vstupní porty pro výstup informací.

Mikrokontrolér má procesor, RAM, programovou paměť a navíc celou řadu periferních zařízení, která přeměňují procesor na plně funkční počítač. Podle staré terminologie sovětské éry byla taková zařízení označována jako jednočipové mikropočítače. Jak ale víte, sovětská počítačová technologie dosáhla slepé uličky as ní OMEVM.

Ale cizí počítačová technologie nestála, proto se OMEVM začalo říkat řadiče (z angličtiny. Control - pro správu, ovládání). Ve skutečnosti se ukázalo, že regulátory jsou velmi vhodné pro ovládání různých zařízení, i když nejsou příliš složitá.

MICROCONTROLLER již není procesor, ale také počítač.

Ústředním procesorem v každém počítači je hlavní počítač. Přestože počítač není určen pouze pro výpočetní zatížení, procesor je v něm hlavním prvkem. Ale nejen počítač má procesor.

Pokud o tom přemýšlíte a podíváte se blíže, zjistíte, že procesory se používají ve většině domácích spotřebičů. Pouze tam nepoužívají takové procesory jako v počítači, ale mikroprocesory a dokonce i mikrokontroléry.

Co je tedy mikrokontrolér a jak se liší od skutečného procesoru nebo se jedná o zcela odlišné elektronické komponenty?

Velké integrované obvody nebo integrované obvody jsou procesory. Mikroprocesory jsou v podstatě stejné procesory, ale kvůli předponě „micro“ je jejich podstatou určeno, že jsou miniaturní než jejich „velcí“ bratři. Ve své historické době mohl procesor s jeho velikostí zabírat více než jednu místnost, bylo správné je pojmenovat jako vyhynulé dinosaury u makroprocesorů, aby je nějak nějak uspořádal do moderní myšlenky elektroniky.

Snížená velikost a uspořádaný procesor zabírá méně místa a lze jej umístit do kompaktnějšího produktu, to je mikroprocesor. Samotný procesor však může udělat jen málo, kromě odesílání dat mezi registry a provádění některých aritmetických a logických operací.

Aby mikroprocesor mohl posílat data do paměti, musí být stejná paměť přítomna buď na samotném čipu, na kterém je umístěn samotný procesorový prvek, nebo připojena k externí RAM vytvořené ve formě samostatného čipu nebo modulu.

Kromě paměti musí procesor spolupracovat s externími zařízeními - periferiemi. V opačném případě, jaký přínos lze očekávat od práce procesoru, míchání a přesouvání dat tam a zpět. Jde o to, když procesor spolupracuje s I / O zařízeními. V počítači je to klávesnice, myš a zobrazovací zařízení jako displej, případně tiskárna a například skener, pro zadávání informací.

Pro řízení V / V zařízení jsou nezbytné obvody a prvky vyrovnávací paměti nezbytné. Na jejich základě je implementováno rozhraní tzv. Hardware. Způsoby interakce s prvky rozhraní vyžadují přítomnost vstupních / výstupních portových obvodů, dekodérů adres a formovačů sběrnice s vyrovnávacími obvody, aby se zvýšila nosná kapacita mikroprocesoru.

Integrace procesoru se všemi potřebnými doplňkovými prvky, takže tento produkt se nalije do jakéhokoli hotového konstruktu a vede k vytvoření mikrokontroléru. Mikroobvod nebo mikrokontrolér implementuje procesor a obvody rozhraní na jeden čip.

Příkladem typického mikrokontroléru je samostatný čip, který obsahuje téměř vše, takže stačí k vytvoření hotového produktu. Například elektronické náramkové hodinky nebo budík má uvnitř mikrokontrolér, který implementuje všechny funkce takového zařízení. Jednotlivá periferní zařízení jsou připojena přímo k nohám mikroobvodu mikrokontroléru nebo jsou sdíleny další prvky nebo mikroobvody malého nebo středního stupně integrace.

Mikrokontroléry jsou široce používány v produktech, které obsahují celý systém výhradně v jednom miniaturním mikroobvodu, často nazývaném mikrosestava. Například „čipová“ kreditní karta obsahuje uvnitř mikroprocesoru plastový podstavec. Interkom tablet obsahuje také mikrokontrolér uvnitř. A příklady použití a použití mikrokontrolérů jsou v moderním světě tak rozsáhlé, že je snadné odhalit přítomnost kontroléru v jakémkoli více či méně inteligentním zařízení od dětské hračky po sluchátka s bezdrátovým mobilním telefonem.