Was sind Mikrocontroller - Zweck, Gerät, Software

Mikrocontroller - Dies ist ein spezieller Chip zur Steuerung verschiedener elektronischer Geräte. Mikrocontroller erschienen erstmals im selben Jahr wie Allzweck-Mikroprozessoren (1971).

Die Entwickler von Mikrocontrollern hatten die geniale Idee, Prozessor, Speicher, ROM und Peripheriegeräte in einem Gehäuse zu kombinieren, das wie ein normaler Mikrokreis aussieht. Seitdem übersteigt die Produktion von Mikrocontrollern jährlich die Produktion von Prozessoren um ein Vielfaches, und der Bedarf an ihnen ist nicht gesunken.

Mikrocontroller werden von Dutzenden von Unternehmen hergestellt, und es werden nicht nur moderne 32-Bit-Mikrocontroller hergestellt, sondern auch 16- und sogar 8-Bit-Mikrocontroller (wie i8051 und Analoga). Innerhalb jeder Familie finden Sie häufig fast identische Modelle, die sich in CPU-Geschwindigkeit und Speichergröße unterscheiden.

Tatsache ist, dass Mikrocontroller hauptsächlich in eingebetteten Systemen, in Spielzeugen, in Werkzeugmaschinen, in Massenhaushaltsgeräten, in Hausautomation - wo Sie keine Prozessorleistung benötigen, sondern ein Gleichgewicht zwischen Preis und ausreichender Funktionalität.

Deshalb werden die ältesten Arten von Mikrocontrollern immer noch verwendet - sie können viel: vom automatischen Öffnen der Türen über das Einschalten der Rasenbewässerung bis zur Integration in Smart-Home-System. Gleichzeitig gibt es leistungsstärkere Mikrocontroller, die Hunderte Millionen Operationen pro Sekunde ausführen können und mit Peripheriegeräten „an die Zähne“ gebunden sind. Sie haben entsprechende Aufgaben. Daher bewertet der Entwickler zuerst die Aufgabe und wählt erst dann die entsprechende Hardware dafür aus.

Heute gibt es mehr als 200 Modifikationen von mit i8051 kompatiblen Mikrocontrollern, die von zwei Dutzend Unternehmen hergestellt werden, und eine große Anzahl anderer Arten von Mikrocontrollern. Entwickler sind beliebt bei 8-Bit-PIC-Mikrocontrollern von Microchip Technology und AVR von Atmel, 16-Bit-MSP430 von TI sowie 32-Bit-Mikrocontrollern mit ARM-Architektur, die von ARM Limited entwickelt werden und Lizenzen für ihre Produktion an andere Unternehmen verkaufen.

16-Bit-28-poliger PDIP PIC24-Mikrocontroller

Mikrocontroller Atmel AVR ATmega8 im DIP-Paket

Mikrocontroller-Gerät AVR

Der Mikrocontroller zeichnet sich durch eine Vielzahl von Parametern aus, da er sowohl ein komplexes softwaregesteuertes Gerät als auch ein elektronisches Gerät (Mikroschaltung) ist. Das Präfix "micro" im Namen des Mikrocontrollers bedeutet, dass es mit mikroelektronischer Technologie ausgeführt wird.

Während des Betriebs liest der Mikrocontroller Befehle aus dem Speicher oder Eingangsport und führt sie aus. Was jeder Befehl bedeutet, wird vom Mikrocontroller-Befehlssystem bestimmt. Das Befehlssystem ist in die Architektur des Mikrocontrollers eingebettet, und die Ausführung des Befehlscodes wird in der Leistung bestimmter Mikrooperationen durch die internen Elemente der Mikroschaltung ausgedrückt.

Mikrocontroller ermöglichen die flexible Steuerung verschiedener elektronischer und elektrischer Geräte. Einige Mikrocontrollermodelle sind so leistungsstark, dass sie Relais direkt umschalten können (z. B. auf Weihnachtsgirlanden).

Mikrocontroller arbeiten in der Regel nicht alleine, sondern sind in eine Schaltung eingelötet, an die zusätzlich Bildschirme, Tastatureingaben, verschiedene Sensoren usw. angeschlossen sind.

Software für Mikrocontroller kann die Aufmerksamkeit derer auf sich ziehen, die gerne „Bits jagen“, da der Speicher in Mikrocontrollern normalerweise zwischen 2 und 128 KB liegt. Wenn weniger, dann müssen Sie in Assembler oder Fort schreiben, wenn möglich, verwenden Sie spezielle Versionen von BASIC, Pascal, aber meistens C. Bevor der Mikrocontroller endgültig programmiert wird, wird er in Emulatoren getestet - Software oder Hardware.

Es kann sich die Frage stellen: Ist der Mikroprozessor und der Mikrocontroller nur ein unterschiedlicher Name für dasselbe Gerät oder sind es immer noch unterschiedliche Dinge?

Ein Mikroprozessor ist das zentrale Gerät eines jeden Computers, der durch integrierte Technologie hergestellt wird. Der Name selbst zeigt an, dass darin Rechenprozesse stattfinden. Um einen Computer daraus zu machen, muss er durch externe Geräte ergänzt werden, auch wenn er nicht sehr modern und leistungsstark ist (denken Sie an die Amateurkonstruktionen von Radio 86 oder Sinclair). Zuallererst sind es RAM und Eingangsports für die Ausgabe von Informationen.

Der Mikrocontroller verfügt über einen Prozessor, RAM, Programmspeicher und zusätzlich eine ganze Reihe von Peripheriegeräten, die den Prozessor in einen voll funktionsfähigen Computer verwandeln. Nach der alten Terminologie der Sowjetzeit wurden solche Geräte als Single-Chip-Mikrocomputer bezeichnet. Aber das sowjetische Rechnen hat, wie Sie wissen, eine Sackgasse erreicht, und damit OMEVM.

Die ausländische Computertechnologie stand jedoch nicht still, weshalb OMEVM als Controller bekannt wurde (aus dem Englischen. Kontrolle - verwalten, steuern). Tatsächlich erwiesen sich die Steuerungen als sehr geeignet für die Steuerung verschiedener Geräte, auch wenn sie nicht sehr kompliziert waren.

Der MICROCONTROLLER ist kein Prozessor mehr, sondern auch kein Computer.

Der Zentralprozessor in jedem Computer ist der Hauptcomputer. Obwohl der Computer nicht nur für die Rechenlast vorgesehen ist, ist der Prozessor das Hauptelement darin. Aber nicht nur der Computer hat einen Prozessor.

Wenn Sie darüber nachdenken und genauer hinschauen, werden Sie feststellen, dass in den meisten Haushaltsgeräten Prozessoren verwendet werden. Nur dort verwenden sie keine Prozessoren wie in einem Computer, sondern Mikroprozessoren und sogar Mikrocontroller.

Was ist ein Mikrocontroller und wie unterscheidet er sich vom eigentlichen Prozessor oder sind dies völlig unterschiedliche elektronische Komponenten?

Große integrierte Schaltkreise oder integrierte Schaltkreise sind Prozessoren. Mikroprozessoren sind im Wesentlichen dieselben Prozessoren, aber aufgrund des Präfixes „Mikro“ ist ihre Essenz bestimmt, dass sie Miniatur sind als ihre „großen“ Brüder. In seiner historischen Zeit konnte ein Prozessor mit seiner Größe mehr als einen Raum belegen. Es war genau richtig, sie von Makroprozessoren als ausgestorbene Dinosaurier zu bezeichnen, um sie irgendwie in der modernen Idee der Elektronik anzuordnen.

Der verkleinerte und angeordnete Prozessor benötigt weniger Platz und kann in einem kompakteren Produkt untergebracht werden. Dies ist der Mikroprozessor. Der Prozessor selbst kann jedoch nur wenig tun, außer Daten zwischen den Registern zu senden und einige arithmetische und logische Operationen an ihnen durchzuführen.

Damit der Mikroprozessor Daten an den Speicher senden kann, muss dieser Speicher entweder auf dem Chip selbst vorhanden sein, auf dem sich das Prozessorelement selbst befindet, oder mit einem externen RAM verbunden sein, der in Form eines separaten Chips oder Moduls hergestellt ist.

Zusätzlich zum Speicher muss der Prozessor mit externen Geräten - Peripheriegeräten - interagieren. Ansonsten, welche Art von Nutzen kann von der Arbeit des Prozessors erwartet werden, der Daten mischt und hin und her bewegt. Der Punkt ist, wenn der Prozessor mit E / A-Geräten interagiert. Auf einem Computer sind es eine Tastatur, eine Maus und Anzeigegeräte als Anzeige, optional ein Drucker und beispielsweise ein Scanner, wiederum zur Eingabe von Informationen.

Zur Steuerung von E / A-Geräten sind geeignete Pufferschaltungen und -elemente unverzichtbar. Darauf aufbauend wird eine sogenannte Schnittstellenhardware implementiert. Möglichkeiten der Interaktion mit Schnittstellenelementen erfordern das Vorhandensein von Eingangs- / Ausgangsportschaltungen, Adressdecodern und Busbildnern mit Pufferschaltungen, um die Lastkapazität des Mikroprozessors zu erhöhen.

Integration des Prozessors mit allen notwendigen zusätzlichen Elementen, damit dieses Produkt in eine Art vollständiges Konstrukt fließt und zur Bildung eines Mikrocontrollers führt. Eine Mikroschaltung oder ein Mikrocontroller-Chip implementiert eine Prozessor- und Schnittstellenschaltung auf einem einzelnen Chip.

Ein in sich geschlossener Chip, der fast alles enthält, so dass dies ausreicht, um ein fertiges Produkt herzustellen, ist ein Beispiel für einen typischen Mikrocontroller. In einer elektronischen Armbanduhr oder einem Wecker befindet sich beispielsweise ein Mikrocontroller, der alle Funktionen eines solchen Geräts implementiert. Einzelne Peripheriegeräte werden direkt mit den Beinen der Mikrocontroller-Mikroschaltung verbunden, oder zusätzliche Elemente oder Mikroschaltungen mit kleinem oder mittlerem Integrationsgrad werden gemeinsam genutzt.

Mikrocontroller werden häufig in Produkten verwendet, die das gesamte System ausschließlich in einer Miniatur-Mikroschaltung enthalten, die häufig als Mikrobaugruppe bezeichnet wird. Zum Beispiel enthält eine "Chip" -Kreditkarte einen Mikrocontroller in einer Kunststoffbasis. Intercom-Tablet enthält auch einen Mikrocontroller im Inneren. Die Beispiele für die Verwendung und Anwendung von Mikrocontrollern sind in der modernen Welt so umfangreich, dass das Vorhandensein eines Controllers in einem mehr oder weniger intelligenten Gerät, vom Kinderspielzeug bis zum drahtlosen Handy-Headset, leicht erkannt werden kann.