Vad är mikrokontroller - ändamål, enhet, programvara

mikrokontroller - Detta är ett speciellt chip som är utformat för att styra olika elektroniska enheter. Mikrokontroller dök först upp samma år som generella mikroprocessorer (1971).

Mikrokontrollutvecklarna kom med en genial idé - att kombinera processor, minne, ROM och kringutrustning i en kapsling som ser ut som en vanlig mikrokrets. Sedan dess överstiger produktionen av mikrokontroller varje år många gånger produktionen av processorer, och behovet av dem har inte minskat.

Mikrokontroller produceras av dussintals företag, och inte bara moderna 32-bitars mikrokontroller produceras, utan också 16, och till och med 8-bitars (som i8051 och analoger). Inom varje familj kan du ofta hitta nästan identiska modeller som skiljer sig åt CPU-hastighet och minnesstorlek.

Faktum är att mikrokontroller främst används i inbäddade system, i leksaker, i maskinverktyg, i hushållsapparater, i hemmeautomation - där du inte behöver processorkraft utan snarare en balans mellan pris och tillräcklig funktionalitet.

Det är därför de äldsta typerna av mikrokontroller fortfarande används - de kan göra mycket: från att automatiskt öppna dörrar och slå på bevattning av gräsmattor till integrering i smarta hem system. Samtidigt finns det mer kraftfulla mikrokontroller som kan utföra hundratals miljoner operationer per sekund och är bundna med kringutrustning "till tänderna". De har motsvarande uppgifter. Således utvärderar utvecklaren först uppgiften och väljer först lämplig hårdvara för den.

Hittills finns det mer än 200 modifieringar av mikrokontroller kompatibla med i8051, producerade av två dussin företag, och ett stort antal andra typer av mikrokontroller. Utvecklare är populära med 8-bitars PIC-mikrokontroller från Microchip Technology och AVR från Atmel, 16-bitars MSP430 från TI och 32-bitars mikrokontroller, ARM-arkitektur, som är utvecklad av ARM Limited och säljer licenser till andra företag för sin produktion.

16-bitars 28-stifts PDIP PIC24 mikrokontroller

mikrokontroller Atmel AVR ATmega8 i DIP-paket

Mikrokontrollenhet AVR

Mikrokontrollern kännetecknas av ett stort antal parametrar, eftersom det både är en komplex mjukstyrd enhet och en elektronisk enhet (mikrokrets). Prefixet "mikro" i namnet på mikrokontrollern betyder att det utförs med mikroelektronisk teknik.

Under drift läser mikrokontrollern kommandon från minnet eller ingångsporten och kör dem. Vad varje kommando betyder bestäms av kommandosystemet för mikrokontroller. Kommandosystemet är inbäddat i arkitekturen för mikrokontrollern och exekveringen av kommandokoden uttrycks i utförandet av vissa mikrooperationer av de interna elementen i mikrokretsen.

Mikrokontroller tillåter flexibel kontroll av olika elektroniska och elektriska enheter. Vissa mikrokontrollermodeller är så kraftfulla att de direkt kan växla reläer (till exempel till Jul kransar).

Mikrokontroller fungerar som regel inte ensamma utan är lödda i en krets där, förutom det, skärmar, tangentbordsingångar, olika sensorer etc. är anslutna.

Programvara för mikrokontroller kan locka dem som älskar att "jaga bitar", eftersom minnet i mikrokontroller vanligtvis sträcker sig från 2 till 128 Kb. Om mindre, måste du skriva i assembler eller Fort, om möjligt använda specialversioner av BASIC, Pascal, men mestadels C. Innan mikrokontrollern slutligen programmeras testas den i emulatorer - programvara eller hårdvara.

Detta kan väcka frågan: är mikroprocessorn och mikrokontrollern bara ett annat namn för samma enhet, eller är de olika saker?

En mikroprocessor är den centrala enheten på vilken dator som helst, tillverkad av integrerad teknik. Själva namnet indikerar att det ligger i det att dataprocesser inträffar. För att göra en dator ur den, även om den inte är mycket modern och kraftfull (kom ihåg amatörkonstruktionerna för Radio 86 eller Sinclair), måste den kompletteras med externa enheter. Först och främst är det RAM- och ingångsportar för att mata ut information.

Mikrokontrollern har en processor, RAM, programminne och dessutom en hel uppsättning kringutrustning som gör processorn till en fullt fungerande dator. Enligt den gamla terminologin från sovjettiden kallades sådana enheter en-chip mikro-datorer. Men sovjetisk datateknik har, som ni vet, nått en återvändsgränd, och med den OMEVM.

Men utländsk datateknologi stod inte stilla, därför började OMEVM kallas controllers (från engelska. Kontroll - att hantera, kontrollera). Och faktiskt visade sig styrenheterna vara mycket lämpliga för att styra olika utrustningar, till och med inte särskilt komplicerade.

MICROCONTROLLER är inte längre en processor utan också en dator.

Den centrala processorn i varje dator är huvuddatorn. Även om datorn inte enbart är avsedd för beräkningsbelastning, är processorn huvudelementet i den. Men inte bara datorn har en processor.

Om du tänker på det och tittar närmare kan du upptäcka att processorer används i de flesta hushållsapparater. Endast där använder de inte sådana processorer som i en dator, utan mikroprocessorer och till och med mikrokontroller.

Så vad är en mikrokontroller och hur skiljer den sig från själva processorn eller är dessa helt olika elektroniska komponenter?

Stora integrerade kretsar eller integrerade kretsar är processorer. Mikroprocessorer är i huvudsak samma processorer, men på grund av prefixet "mikro" bestäms deras essens att de är miniatyr än sina "stora" bröder. Under sin historiska tid kunde en processor med sin storlek uppta mer än ett rum, det var helt rätt att kalla dem som utdödda dinosaurier av makroprocessorer för att på något sätt ordna dem i den moderna idén om elektronik.

Minskad storlek och anordnad processor tar mindre plats och kan placeras i en mer kompakt produkt, detta är mikroprocessorn. Men själva processorn kan göra lite, förutom att skicka data mellan registerna och utföra några aritmetiska och logiska operationer på dem.

För att mikroprocessorn ska skicka data till minnet måste detta minne antingen vara närvarande på själva chipet, på vilket själva processorelementet är beläget, eller anslutet till externt RAM som är gjord i form av ett separat chip eller modul.

Förutom minne måste processorn interagera med externa enheter - kringutrustning. Annars, vilken typ av fördelar kan förväntas av processorns arbete, blanda och flytta data fram och tillbaka. Poängen är när processorn interagerar med I / O-enheter. På en dator är det ett tangentbord, en mus och displayenheter som en skärm, eventuellt en skrivare och till exempel en skanner, igen för att ange information.

För att styra I / O-enheter är lämpliga buffertkretsar och element nödvändiga. Baserat på dem implementeras gränssnitt så kallad hårdvara. Sätt att interagera med gränssnittselement kräver närvaron av ingångs-utgångsportkretsar, adressavkodare och bussformare med buffertkretsar för att öka belastningen på mikroprocessorn.

Integrering av processorn med alla nödvändiga ytterligare element, så att denna produkt hälldes i någon form av färdigbyggd konstruktion och leder till bildandet av en mikrokontroller. Ett mikrokrets- eller mikrokontrollchip implementerar en processor och gränssnittskretsar på ett enda chip.

Ett fristående chip som innehåller nästan allt så att det räcker för att bygga en färdig produkt är ett exempel på en typisk mikrokontroller. Till exempel har ett elektroniskt armbandsur eller en väckarklocka en mikrokontroller inuti som implementerar alla funktioner för en sådan enhet. Enskilda kringutrustningar är anslutna direkt till benen på mikrokontrollkretsens mikrokrets, eller ytterligare element eller mikrokretsar med liten eller medelhög integration integreras.

Mikrokontroller används ofta i produkter som innehåller hela systemet uteslutande i en miniatyrmikrokrets, ofta kallad mikromontering. Till exempel innehåller ett "chip" -kreditkort en mikrokontroller inuti en plastbas. Intercomtablett innehåller också en mikrokontroller inuti. Och exemplen på användning och tillämpning av mikrokontroller är så omfattande i den moderna världen att det är lätt att upptäcka närvaron av en kontroller i någon mer eller mindre intelligent enhet från en leksak till ett trådlöst mobiltelefonheadset.