O que são microcontroladores - finalidade, dispositivo, software

Microcontrolador - Este é um chip especial projetado para controlar vários dispositivos eletrônicos. Os microcontroladores apareceram pela primeira vez no mesmo ano que os microprocessadores de uso geral (1971).

Os desenvolvedores de microcontroladores tiveram uma idéia engenhosa - combinar processador, memória, ROM e periféricos dentro de um gabinete que se parece com um microcircuito comum. Desde então, a produção de microcontroladores anualmente muitas vezes excede a produção de processadores, e a necessidade deles não diminuiu.

Os microcontroladores são produzidos por dezenas de empresas, e não apenas os modernos microcontroladores de 32 bits são produzidos, mas também 16 e até 8 bits (como i8051 e análogos). Dentro de cada família, é possível encontrar modelos quase idênticos que diferem na velocidade da CPU e no tamanho da memória.

O fato é que os microcontroladores são usados ​​principalmente em sistemas embarcados, brinquedos, máquinas-ferramentas, eletrodomésticos de massa, domótica - onde você não precisa de energia do processador, mas um equilíbrio entre preço e funcionalidade suficiente.

É por isso que os tipos mais antigos de microcontroladores ainda estão em uso - eles podem fazer muito: desde abrir automaticamente portas e ativar a irrigação de gramados até integrar-se a sistema de casa inteligente. Ao mesmo tempo, existem microcontroladores mais poderosos que podem executar centenas de milhões de operações por segundo e estão ligados aos periféricos "até os dentes". Eles têm tarefas correspondentes. Assim, o desenvolvedor avalia primeiro a tarefa e só depois seleciona o hardware apropriado para ela.

Atualmente, existem mais de 200 modificações de microcontroladores compatíveis com o i8051, produzidas por duas dúzias de empresas, e um grande número de outros tipos de microcontroladores. Os desenvolvedores são populares com os microcontroladores PIC de 8 bits da Microchip Technology e AVR da Atmel, o MSP430 de 16 bits da TI e os microcontroladores de 32 bits, arquitetura ARM, desenvolvida pela ARM Limited e vende licenças para outras empresas para sua produção.

Microcontrolador PDIP PIC24 de 16 bits e 28 pinos

Microcontrolador Atmel AVR ATmega8 no pacote DIP

Dispositivo de microcontrolador AVR

O microcontrolador é caracterizado por um grande número de parâmetros, pois é um dispositivo complexo controlado por software e um dispositivo eletrônico (microcircuito). O prefixo "micro" no nome do microcontrolador significa que ele é executado usando a tecnologia microeletrônica.

Durante a operação, o microcontrolador lê comandos da memória ou da porta de entrada e os executa. O significado de cada comando é determinado pelo sistema de comando do microcontrolador. O sistema de comando está incorporado na arquitetura do microcontrolador e a execução do código de comando é expressa no desempenho de certas microoperações pelos elementos internos do microcircuito.

Microcontroladores permitem controle flexível de vários dispositivos eletrônicos e elétricos. Alguns modelos de microcontroladores são tão poderosos que podem alternar diretamente relés (por exemplo, para Guirlandas de Natal).

Os microcontroladores, por via de regra, não funcionam sozinhos, mas são soldados em um circuito no qual, além disso, telas, entradas de teclado, vários sensores etc. estão conectados.

O software para microcontroladores pode atrair a atenção de quem gosta de "perseguir bits", já que a memória nos microcontroladores geralmente varia de 2 a 128 Kb. Se for menor, escreva em assembler ou Fort, se possível, use versões especiais do BASIC, Pascal, mas principalmente C. Antes de finalmente programar o microcontrolador, ele é testado em emuladores - software ou hardware.

A questão pode surgir: o microprocessador e o microcontrolador são apenas um nome diferente para o mesmo dispositivo ou ainda são coisas diferentes?

Um microprocessador é o dispositivo central de qualquer computador, fabricado por tecnologia integrada. O próprio nome indica que é nele que ocorrem os processos de computação. Para criar um computador, mesmo que não seja muito moderno e poderoso (lembre-se das construções amadoras do Radio 86 ou Sinclair), ele deve ser complementado com dispositivos externos. Primeiro de tudo, são as portas de RAM e entrada para a saída de informações.

O microcontrolador possui um processador, RAM, memória de programa e, além disso, todo um conjunto de dispositivos periféricos que transformam o processador em um computador totalmente funcional. De acordo com a antiga terminologia da era soviética, esses dispositivos eram chamados de microcomputadores de chip único. Mas a computação soviética, como você sabe, chegou a um beco sem saída, e com ela a OMEVM.

Mas a tecnologia estrangeira de computadores não parou, portanto a OMEVM ficou conhecida como controladores (do inglês. Control - para gerenciar, controlar). E, de fato, os controladores se mostraram muito adequados para controlar vários equipamentos, mesmo que não sejam muito complicados.

O MICROCONTROLADOR não é mais um processador, mas também não é um computador.

O processador central em cada computador é o computador principal. Embora o computador não se destine exclusivamente à carga computacional, o processador é o elemento principal nele. Mas não apenas o computador possui um processador.

Se você pensar bem e examinar mais de perto, poderá descobrir que os processadores são usados ​​na maioria dos eletrodomésticos. Somente lá eles não usam processadores como os de um computador, mas microprocessadores e até microcontroladores.

Então, o que é um microcontrolador e como ele é diferente do processador real ou são esses componentes eletrônicos completamente diferentes?

Circuitos integrados grandes ou circuitos integrados são processadores. Os microprocessadores são essencialmente os mesmos processadores, mas, devido ao prefixo "micro", sua essência é determinada como miniaturizada do que seus irmãos "grandes". Em sua época histórica, um processador com seu tamanho podia ocupar mais de uma sala; era correto nomear os dinossauros extintos pelos macroprocessadores, para, de alguma forma, organizá-los na idéia moderna da eletrônica.

Processador de tamanho reduzido e organizado ocupa menos espaço e pode ser colocado em um produto mais compacto, este é o microprocessador. Mas o próprio processador pode fazer pouco, exceto enviar dados entre os registradores e executar algumas operações aritméticas e lógicas neles.

Para que o microprocessador envie dados para a memória, essa mesma memória deve estar presente no próprio chip, no qual o elemento do processador está localizado, ou conectada à RAM externa feita na forma de um chip ou módulo separado.

Além da memória, o processador deve interagir com dispositivos externos - periféricos. Caso contrário, que tipo de benefício pode ser esperado do trabalho do processador, misturando e movendo dados para frente e para trás. O ponto é quando o processador interage com os dispositivos de E / S. Em um computador, trata-se de um teclado, um mouse e dispositivos de vídeo como um monitor, opcionalmente uma impressora e, por exemplo, um scanner, novamente para inserir informações.

Para controlar dispositivos de E / S, elementos e circuitos de buffer apropriados são indispensáveis. Com base neles, é implementado o chamado hardware da interface. As maneiras de interagir com os elementos da interface requerem a presença de circuitos de porta de entrada / saída, decodificadores de endereço e formadores de barramento com circuitos de buffer para aumentar a capacidade de carga do microprocessador.

Integração do processador com todos os elementos adicionais necessários, para que este produto seja derramado em algum tipo de construção concluída e leve à formação de um microcontrolador. Um microcircuito ou chip de microcontrolador implementa um processador e os circuitos de interface em um único chip.

Um chip independente que contém quase tudo, de modo que isso é suficiente para criar um produto acabado é um exemplo de um microcontrolador típico. Por exemplo, um relógio eletrônico de pulso ou um despertador possui um microcontrolador interno, que implementa todas as funções desse dispositivo. Dispositivos periféricos individuais são conectados diretamente às pernas do microcircuito do microcontrolador, ou elementos ou microcircuitos adicionais de pequeno ou médio grau de integração são compartilhados.

Os microcontroladores são amplamente utilizados em produtos que contêm todo o sistema exclusivamente em um microcircuito em miniatura, geralmente chamado de micro-montagem. Por exemplo, um cartão de crédito "chip" contém um microcontrolador dentro de uma base plástica. Tablet interfone também contém um microcontrolador dentro. E os exemplos de uso e aplicação de microcontroladores são tão extensos no mundo moderno que é fácil detectar a presença de um controlador em qualquer dispositivo mais ou menos inteligente, desde um brinquedo infantil até um fone de ouvido de telefone celular sem fio.