Wat zijn microcontrollers - doel, apparaat, software

microcontroller - Dit is een speciale chip die is ontworpen om verschillende elektronische apparaten te bedienen. Microcontrollers verschenen voor het eerst in hetzelfde jaar als universele microprocessors (1971).

De ontwikkelaars van microcontrollers kwamen met een ingenieus idee - om de processor, het geheugen, de ROM en randapparatuur te combineren in één behuizing die eruitziet als een gewone microschakeling. Sindsdien is de productie van microcontrollers jaarlijks vele malen groter dan de productie van processors, en de behoefte daaraan is niet afgenomen.

Microcontrollers worden geproduceerd door tientallen bedrijven, en niet alleen moderne 32-bits microcontrollers worden geproduceerd, maar ook 16 en zelfs 8-bits (zoals i8051 en analogen). Binnen elke familie kun je vaak bijna identieke modellen vinden die verschillen in CPU-snelheid en geheugengrootte.

Het feit is dat microcontrollers voornamelijk worden gebruikt in ingebedde systemen, in speelgoed, in werktuigmachines, in huishoudelijke apparaten, domotica - waar u geen processorvermogen nodig hebt, maar een balans tussen prijs en voldoende functionaliteit.

Dat is de reden waarom de oudste soorten microcontrollers nog steeds in gebruik zijn - ze kunnen veel doen: van automatisch deuren openen en irrigatie van gazons inschakelen tot integratie in smart home-systeem. Tegelijkertijd zijn er krachtigere microcontrollers die honderden miljoenen bewerkingen per seconde kunnen uitvoeren en zijn verbonden met randapparatuur "aan de tanden". Ze hebben overeenkomstige taken. De ontwikkelaar evalueert dus eerst de taak en selecteert daarna pas de geschikte hardware.

Tot op heden zijn er meer dan 200 modificaties van microcontrollers compatibel met i8051, geproduceerd door twee dozijn bedrijven, en een groot aantal andere soorten microcontrollers. Ontwikkelaars zijn populair bij 8-bit PIC-microcontrollers van Microchip Technology en AVR van Atmel, 16-bit MSP430 van TI en 32-bit microcontrollers, ARM-architectuur, ontwikkeld door ARM Limited en verkoopt licenties aan andere bedrijven voor hun productie.

16-bit 28-pins PDIP PIC24-microcontroller

microcontroller Atmel AVR ATmega8 in DIP-pakket

Microcontroller-apparaat AVR

De microcontroller wordt gekenmerkt door een groot aantal parameters, omdat het tegelijkertijd een complex softwaregestuurd apparaat en een elektronisch apparaat (microcircuit) is. Het voorvoegsel "micro" in de naam van de microcontroller betekent dat het wordt uitgevoerd met behulp van micro-elektronische technologie.

Tijdens bedrijf leest de microcontroller opdrachten uit het geheugen of de invoerpoort en voert deze uit. Wat elke opdracht betekent, wordt bepaald door het microcontroller-opdrachtsysteem. Het opdrachtsysteem is ingebed in de architectuur van de microcontroller en de uitvoering van de opdrachtcode wordt uitgedrukt in de uitvoering van bepaalde micro-operaties door de interne elementen van de microschakeling.

Microcontrollers maken flexibele besturing van verschillende elektronische en elektrische apparaten mogelijk. Sommige microcontroller-modellen zijn zo krachtig dat ze direct relais kunnen schakelen (bijvoorbeeld naar Kerst slingers).

Microcontrollers werken in de regel niet alleen, maar worden gesoldeerd in een circuit waar daarnaast schermen, toetsenbordingangen, verschillende sensoren, enz. Zijn aangesloten.

Software voor microcontrollers kan de aandacht trekken van degenen die graag "bits zoeken", omdat het geheugen in microcontrollers meestal varieert van 2 tot 128 Kb. Als het minder is, moet u in assembler of Fort schrijven, indien mogelijk, speciale versies van BASIC, Pascal gebruiken, maar meestal C. Voordat de microcontroller eindelijk wordt geprogrammeerd, wordt deze getest in emulators - software of hardware.

De vraag kan rijzen: zijn de microprocessor en microcontroller gewoon een andere naam voor hetzelfde apparaat, of zijn het nog andere dingen?

Een microprocessor is het centrale apparaat van elke computer, gemaakt door geïntegreerde technologie. De naam zelf suggereert dat er zich computerprocessen voordoen. Om er een computer van te maken, zelfs als deze niet erg modern en krachtig is (denk aan de amateurconstructies van Radio 86 of Sinclair), moet deze worden aangevuld met externe apparaten. Allereerst zijn het RAM en invoerpoorten voor het uitvoeren van informatie.

De microcontroller heeft een processor, RAM, programmageheugen en bovendien een hele reeks randapparatuur die van de processor een volledig functionele computer maakt. Volgens de oude terminologie van het Sovjettijdperk werden dergelijke apparaten single-chip microcomputers genoemd. Maar zoals u weet, is de Sovjet-computertechnologie doodgelopen, en daarmee OMEVM.

Maar buitenlandse computertechnologie stond niet stil, daarom werd OMEVM bekend als controllers (uit het Engels. Controle - beheren, controleren). En in feite bleken de controllers zeer geschikt te zijn voor het besturen van verschillende apparatuur, zelfs niet erg ingewikkeld.

MICROCONTROLLER is niet langer een processor, maar ook geen computer.

De centrale processor in elke computer is de hoofdcomputer. Hoewel de computer niet alleen bedoeld is voor rekenbelasting, is de processor het hoofdelement erin. Maar niet alleen de computer heeft een processor.

Als je erover nadenkt en goed kijkt, kun je zien dat processors in de meeste huishoudelijke apparaten worden gebruikt. Alleen daar gebruiken ze niet zulke processors als in een computer, maar microprocessors en zelfs microcontrollers.

Dus wat is een microcontroller en hoe verschilt deze van de daadwerkelijke processor of zijn deze compleet verschillende elektronische componenten?

Grote geïntegreerde schakelingen of geïntegreerde schakelingen zijn processoren. Microprocessors zijn in wezen dezelfde processors, maar vanwege het voorvoegsel 'micro' wordt hun essentie bepaald dat ze miniatuur zijn dan hun 'grote' broers. In zijn historische tijd kon een processor met zijn grootte meer dan één kamer innemen, het was volkomen juist om ze door macroprocessors als uitgestorven dinosaurussen te noemen, om ze op de een of andere manier in te delen in het moderne idee van elektronica.

De kleinere en gerangschikte processor neemt minder ruimte in beslag en kan in een compacter product worden geplaatst, dit is de microprocessor. Maar de processor zelf kan weinig doen, behalve gegevens tussen de registers verzenden en er enkele rekenkundige en logische bewerkingen op uitvoeren.

Opdat de microprocessor gegevens naar het geheugen zou kunnen verzenden, moet dit geheugen ofwel aanwezig zijn op de chip zelf, waarop het processorelement zelf zich bevindt, of verbonden zijn met externe RAM gemaakt in de vorm van een afzonderlijke chip of module.

Naast geheugen moet de processor communiceren met externe apparaten - randapparatuur. Anders, welk soort voordeel kan worden verwacht van het werk van de processor, het mixen en verplaatsen van gegevens heen en weer. Het punt is wanneer de processor interactie heeft met I / O-apparaten. Op een computer is het een toetsenbord, een muis en weergaveapparaten als een display, optioneel een printer en bijvoorbeeld een scanner, opnieuw voor het invoeren van informatie.

Voor het aansturen van I / O-apparaten zijn geschikte buffercircuits en elementen onmisbaar. Op basis hiervan wordt interface zogenaamde hardware geïmplementeerd. Manieren van interactie met interface-elementen vereisen de aanwezigheid van invoer / uitvoerpoortcircuits, adresdecoders en busvormers met buffercircuits om de laadcapaciteit van de microprocessor te vergroten.

Integratie van de processor met alle benodigde aanvullende elementen om dit product in een soort compleet construct te laten gieten en tot de vorming van een microcontroller te leiden. Een microcircuit of microcontroller-chip implementeert een processor en interfacecircuits op een enkele chip.

Een op zichzelf staande chip die bijna alles bevat, zodat dit voldoende is om een ​​afgewerkt product te bouwen, is een voorbeeld van een typische microcontroller. Een pols elektronische klok of een wekker heeft bijvoorbeeld een microcontroller binnenin, die alle functies van een dergelijk apparaat implementeert. Afzonderlijke randapparatuur wordt rechtstreeks op de poten van de microcontroller-microschakeling aangesloten, of extra elementen of microschakelingen met een kleine of gemiddelde mate van integratie worden gedeeld.

Microcontrollers worden veel gebruikt in producten die het hele systeem exclusief in één miniatuurmicrocircuit bevatten, vaak een microassemblage genoemd. Een 'chip'-creditcard bevat bijvoorbeeld een microcontroller in een plastic basis. Intercom tablet bevat ook een microcontroller binnenin. En de voorbeelden van het gebruik en de toepassing van microcontrollers zijn zo uitgebreid in de moderne wereld dat het gemakkelijk is om de aanwezigheid van een controller in elk min of meer intelligent apparaat te detecteren, van speelgoed voor kinderen tot een draadloze hoofdtelefoon voor mobiele telefoons.