Τι είναι οι μικροελεγκτές - σκοπός, συσκευή, λογισμικό

Μικροελεγκτής - Πρόκειται για ένα ειδικό τσιπ σχεδιασμένο για τον έλεγχο διαφόρων ηλεκτρονικών συσκευών. Οι μικροελεγκτές εμφανίστηκαν για πρώτη φορά τον ίδιο χρόνο με τους μικροεπεξεργαστές γενικής χρήσης (1971).

Οι προγραμματιστές μικροελεγκτών ήρθαν με μια έξυπνη ιδέα - να συνδυάσουν τον επεξεργαστή, τη μνήμη, τη ROM και τα περιφερειακά μέσα σε ένα περίβλημα που μοιάζει με ένα κανονικό μικροκυκλώνα. Έκτοτε, η παραγωγή μικροελεγκτών ετησίως πολλές φορές υπερβαίνει την παραγωγή επεξεργαστών και η ανάγκη για αυτούς δεν έχει μειωθεί.

Οι μικροελεγκτές παράγονται από δεκάδες εταιρείες και παράγονται μόνο σύγχρονοι μικροελεγκτές 32 bit, αλλά και 16 και ακόμη και 8-bit (όπως το i8051 και τα αναλογικά). Μέσα σε κάθε οικογένεια, μπορείτε συχνά να βρείτε σχεδόν ταυτόσημα μοντέλα που διαφέρουν στην ταχύτητα CPU και το μέγεθος της μνήμης.

Το γεγονός είναι ότι οι μικροελεγκτές χρησιμοποιούνται κυρίως σε ενσωματωμένα συστήματα, σε παιχνίδια, σε εργαλειομηχανές, σε μαζικές οικιακές συσκευές, σε αυτοματισμού στο σπίτι - όπου δεν χρειάζεστε ενέργεια επεξεργαστή, αλλά μια ισορροπία μεταξύ τιμής και επαρκούς λειτουργικότητας.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι παλαιότεροι τύποι μικροελεγκτών εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται - μπορούν να κάνουν πολλά: από το να ανοίγουν αυτόματα οι πόρτες και να ενεργοποιούν την άρδευση των γκαζόν ώστε να ενσωματωθούν έξυπνο οικιακό σύστημα. Ταυτόχρονα, υπάρχουν πιο ισχυροί μικροελεγκτές που μπορούν να εκτελέσουν εκατοντάδες εκατομμύρια λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο και συνδέονται με περιφερειακά "στα δόντια". Έχουν αντίστοιχα καθήκοντα. Έτσι, ο προγραμματιστής αξιολογεί πρώτα την εργασία και μόνο τότε επιλέγει το κατάλληλο υλικό για αυτό.

Μέχρι σήμερα, υπάρχουν περισσότερες από 200 τροποποιήσεις μικροελεγκτών που είναι συμβατές με το i8051, που παράγονται από δύο δωδεκάδες εταιρείες, και ένα μεγάλο αριθμό άλλων τύπων μικροελεγκτών. Οι προγραμματιστές είναι δημοφιλείς με μικροελεγκτές PIC 8 bit από την Microchip Technology και AVR από την Atmel, 16-bit MSP430 από την TI και μικροελεγκτές 32 bit, αρχιτεκτονική ARM που αναπτύσσεται από την ARM Limited και πωλεί άδειες σε άλλες εταιρείες για την παραγωγή τους.

16-bit μικροελεγκτή PIC24 PDIP 28 ακίδων

Μικροελεγκτής Atmel AVR ATmega8 σε συσκευασία DIP

Συσκευή μικροελεγκτή AVR

Ο μικροελεγκτής χαρακτηρίζεται από μεγάλο αριθμό παραμέτρων, αφού είναι τόσο μια πολύπλοκη συσκευή που ελέγχεται από το λογισμικό όσο και μια ηλεκτρονική συσκευή (μικροκυκλώματα). Το πρόθεμα "micro" στο όνομα του μικροελεγκτή σημαίνει ότι εκτελείται χρησιμοποιώντας μικροηλεκτρονική τεχνολογία.

Κατά τη λειτουργία, ο μικροελεγκτής διαβάζει εντολές από τη θύρα μνήμης ή εισόδου και τις εκτελεί. Αυτό που κάθε εντολή σημαίνει καθορίζεται από το σύστημα εντολών μικροελεγκτή. Το σύστημα εντολών είναι ενσωματωμένο στην αρχιτεκτονική του μικροελεγκτή και η εκτέλεση του κώδικα εντολής εκφράζεται στην εκτέλεση ορισμένων μικρολειτουργιών από τα εσωτερικά στοιχεία του μικροκυκλώματος.

Οι μικροελεγκτές επιτρέπουν τον ευέλικτο έλεγχο των διαφόρων ηλεκτρονικών και ηλεκτρικών συσκευών. Ορισμένα μοντέλα μικροελεγκτών είναι τόσο ισχυρά ώστε να μπορούν να μεταβούν απευθείας ρελέ (για παράδειγμα, σε Χριστούγεννα γιρλάντες).

Οι μικροελεγκτές, κατά κανόνα, δεν λειτουργούν μόνοι τους, αλλά είναι συγκολλημένοι σε ένα κύκλωμα όπου εκτός από αυτό συνδέονται οθόνες, εισόδους πληκτρολογίου, διάφοροι αισθητήρες κλπ.

Το λογισμικό για τους μικροελεγκτές μπορεί να προσελκύσει την προσοχή εκείνων που αγαπούν να "chase bits", αφού η μνήμη σε μικροελεγκτές κυμαίνεται συνήθως από 2 έως 128 Kb. Αν είναι λιγότερο, τότε πρέπει να γράψετε σε assembler ή Fort, αν είναι δυνατόν, να χρησιμοποιήσετε ειδικές εκδόσεις του BASIC, Pascal, αλλά κυρίως C. Πριν από τον προγραμματισμό του μικροελεγκτή, δοκιμάζεται σε εξομοιωτές - λογισμικό ή υλικό.

Αυτό μπορεί να θέσει το ερώτημα: είναι ο μικροεπεξεργαστής και ο μικροελεγκτής απλά ένα διαφορετικό όνομα για την ίδια συσκευή, ή είναι διαφορετικά;

Ένας μικροεπεξεργαστής είναι η κεντρική συσκευή οποιουδήποτε υπολογιστή, κατασκευασμένου από ολοκληρωμένη τεχνολογία. Το ίδιο το όνομα δηλώνει ότι συμβαίνουν οι διαδικασίες πληροφορικής. Προκειμένου να απομακρυνθεί ένας υπολογιστής, ακόμη και αν δεν είναι πολύ μοντέρνος και ισχυρός (θυμηθείτε τις ερασιτεχνικές κατασκευές του Radio 86 ή Sinclair), πρέπει να το συμπληρώσετε με εξωτερικές συσκευές. Πρώτα απ 'όλα, είναι RAM και θύρες εισόδου για την εξαγωγή πληροφοριών.

Ο μικροελεγκτής διαθέτει επεξεργαστή, μνήμη RAM, μνήμη προγραμμάτων και επιπλέον ένα πλήρες σύνολο περιφερειακών συσκευών που μετατρέπουν τον επεξεργαστή σε έναν πλήρως λειτουργικό υπολογιστή. Σύμφωνα με την παλιά ορολογία της σοβιετικής εποχής, τέτοιες συσκευές ονομάζονταν μικρο-υπολογιστές με ένα τσιπ. Αλλά η σοβιετική τεχνολογία υπολογιστών, όπως γνωρίζετε, έχει φτάσει στο αδιέξοδο, και με αυτό OMEVM.

Αλλά η ξένη τεχνολογία υπολογιστών δεν σταμάτησε, επομένως ο OMEVM άρχισε να ονομάζεται ελεγκτής (από το αγγλικό. Control - για διαχείριση, έλεγχο). Και στην πραγματικότητα, οι ελεγκτές αποδείχτηκαν πολύ κατάλληλοι για τον έλεγχο διαφόρων συσκευών, ακόμη και πολύ περίπλοκοι.

Το MICROCONTROLLER δεν είναι πλέον επεξεργαστής, αλλά δεν είναι και υπολογιστής.

Ο κεντρικός επεξεργαστής σε κάθε υπολογιστή είναι ο κύριος υπολογιστής. Αν και ο υπολογιστής δεν προορίζεται αποκλειστικά για υπολογιστικό φορτίο, ο επεξεργαστής είναι το στοιχείο κεφαλής σε αυτό. Αλλά όχι μόνο ο υπολογιστής έχει επεξεργαστή.

Εάν το σκεφτείτε και δείτε πιο προσεκτικά, θα διαπιστώσετε ότι οι επεξεργαστές χρησιμοποιούνται στις περισσότερες οικιακές συσκευές. Μόνο εκεί δεν χρησιμοποιούν τέτοιους επεξεργαστές όπως σε έναν υπολογιστή, αλλά μικροεπεξεργαστές και μάλιστα μικροελεγκτές.

Έτσι τι είναι ένας μικροελεγκτής και πώς είναι διαφορετικό από τον πραγματικό επεξεργαστή ή είναι αυτά τα τελείως διαφορετικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα;

Μεγάλα ολοκληρωμένα κυκλώματα ή ολοκληρωμένα κυκλώματα είναι επεξεργαστές. Οι μικροεπεξεργαστές είναι ουσιαστικά οι ίδιοι επεξεργαστές, αλλά λόγω του προθέματος "micro" η ουσία τους είναι αποφασισμένη να είναι μικροσκοπική από τους "μεγάλους" αδελφούς τους. Στην ιστορική εποχή, ένας επεξεργαστής με το μέγεθός του μπορούσε να καταλάβει περισσότερα από ένα δωμάτια, ήταν σωστό να τα ονομάσουμε ως εξαφανισμένους δεινοσαύρους από τους μακρο-επεξεργαστές, προκειμένου να τα οργανώσουμε με κάποιο τρόπο στη σύγχρονη ιδέα της ηλεκτρονικής.

Μειωμένο σε μέγεθος και διευθετημένος επεξεργαστής καταλαμβάνει λιγότερο χώρο και μπορεί να τοποθετηθεί σε ένα πιο συμπαγές προϊόν, αυτός είναι ο μικροεπεξεργαστής. Αλλά ο ίδιος ο επεξεργαστής δεν μπορεί να κάνει τίποτα, εκτός από την αποστολή δεδομένων μεταξύ των μητρώων και την εκτέλεση ορισμένων αριθμητικών και λογικών πράξεων πάνω τους.

Προκειμένου ο μικροεπεξεργαστής να αποστείλει δεδομένα στη μνήμη, αυτή η μνήμη πρέπει είτε να υπάρχει στο ίδιο το τσιπ, στο οποίο βρίσκεται το ίδιο το στοιχείο επεξεργαστή, είτε να συνδέεται με εξωτερική μνήμη RAM που έχει τη μορφή ξεχωριστού τσιπ ή μονάδας.

Εκτός από τη μνήμη, ο επεξεργαστής πρέπει να αλληλεπιδρά με εξωτερικές συσκευές - περιφερειακά. Διαφορετικά, τι είδους πλεονέκτημα μπορεί να αναμένεται από την εργασία του επεξεργαστή, ανάμειξη και μεταφορά δεδομένων πίσω και πίσω. Το θέμα είναι όταν ο επεξεργαστής αλληλεπιδρά με τις συσκευές εισόδου / εξόδου. Σε έναν υπολογιστή, είναι ένα πληκτρολόγιο, ένα ποντίκι και συσκευές προβολής ως οθόνη, προαιρετικά ένας εκτυπωτής και, για παράδειγμα, ένας σαρωτής, και πάλι για την εισαγωγή πληροφοριών.

Για τον έλεγχο των συσκευών I / O, είναι απαραίτητα τα κατάλληλα κυκλώματα και στοιχεία ασφαλείας. Με βάση αυτά, υλοποιείται διεπαφή με το λεγόμενο υλικό. Οι τρόποι αλληλεπίδρασης με τα στοιχεία διασύνδεσης απαιτούν την παρουσία κυκλωμάτων θύρας εισόδου / εξόδου, αποκωδικοποιητών διευθύνσεων και διαμορφωτών διαύλων με κυκλώματα buffer για την αύξηση της χωρητικότητας φορτίου του μικροεπεξεργαστή.

Ενσωμάτωση του επεξεργαστή με όλα τα απαραίτητα πρόσθετα στοιχεία για να χυθεί το προϊόν αυτό σε κάποιο είδος ολοκληρωμένης κατασκευής και να οδηγήσει στη δημιουργία ενός μικροελεγκτή. Ένα τσιπ μικροκυκλωμάτων ή μικροελεγκτών υλοποιεί ένα κύκλωμα επεξεργαστή και διεπαφής σε ένα ενιαίο τσιπ.

Ένα αυτοτελές τσιπ που περιέχει σχεδόν όλα, έτσι ώστε αυτό να είναι αρκετό για να φτιάξετε ένα τελικό προϊόν είναι ένα παράδειγμα ενός τυπικού μικροελεγκτή. Για παράδειγμα, ένα ηλεκτρονικό ρολόι καρπού ή ένα ξυπνητήρι διαθέτει εσωτερικό μικροελεγκτή, ο οποίος υλοποιεί όλες τις λειτουργίες μιας τέτοιας συσκευής. Οι μεμονωμένες περιφερειακές συσκευές συνδέονται απευθείας με τα πόδια του μικροκυκλώματος του μικροελεγκτή ή μοιράζονται πρόσθετα στοιχεία ή μικροκυκλώματα μικρού ή μεσαίου βαθμού ολοκλήρωσης.

Οι μικροελεγκτές χρησιμοποιούνται ευρέως σε προϊόντα που περιέχουν ολόκληρο το σύστημα αποκλειστικά σε ένα μικροσκοπικό μικροσκοπικό, που ονομάζεται συχνά μικροσυναρμολόγηση. Για παράδειγμα, μια πιστωτική κάρτα "chip" περιέχει έναν μικροελεγκτή μέσα σε πλαστική βάση. Δισκίο Intercom Επίσης, περιέχει ένα μικροελεγκτή μέσα. Και τα παραδείγματα της χρήσης και της εφαρμογής των μικροελεγκτών είναι τόσο τεράστιες στον σύγχρονο κόσμο ότι είναι εύκολο να εντοπιστεί η παρουσία ενός ελεγκτή σε οποιαδήποτε περισσότερο ή λιγότερο έξυπνη συσκευή από ένα παιδικό παιχνίδι σε ένα ασύρματο ακουστικό κινητού τηλεφώνου.