Mitkä ovat mikro-ohjaimet - tarkoitus, laite, ohjelmisto

mikro - Tämä on erityinen siru, joka on suunniteltu ohjaamaan erilaisia ​​elektronisia laitteita. Mikrokontrollerit ilmestyivät ensimmäisen kerran samana vuonna kuin yleiskäyttöiset mikroprosessorit (1971).

Mikrokontrollerien kehittäjät keksivät nerokkaan idean - yhdistää prosessori, muisti, ROM ja oheislaitteet yhteen koteloon, joka näyttää normaalilta mikropiiriltä. Siitä lähtien mikrokontrollerien tuotanto ylittää monta kertaa prosessorien tuotannon, ja niiden tarve ei ole vähentynyt.

Mikrokontrollereita tuottaa kymmeniä yrityksiä, eikä nykyaikaisten 32-bittisten mikrokontrollerien lisäksi myös 16- ja jopa 8-bittisiä (kuten i8051 ja analogit). Kustakin perheestä löytyy usein melkein samanlaisia ​​malleja, jotka eroavat prosessorin nopeudesta ja muistin koosta.

Tosiasia, että mikro-ohjaimia käytetään pääasiassa sulautetuissa järjestelmissä, leluissa, työstökoneissa, kodinkoneissa, kodin automaatio - missä et tarvitse prosessorin virtaa, vaan tasapaino hinnan ja riittävän toiminnallisuuden välillä.

Siksi vanhimmat mikrokontrollerityypit ovat edelleen käytössä - ne voivat tehdä paljon: ovien automaattisesta avaamisesta ja nurmikon kastelun käynnistämisestä integroitumiseen älykäs kotijärjestelmä. Samanaikaisesti on tehokkaampia mikrokontrollereita, jotka voivat suorittaa satoja miljoonia toimintoja sekunnissa ja jotka on liitetty oheislaitteilla “hampaisiin”. Heillä on vastaavat tehtävät. Siten kehittäjä arvioi ensin tehtävän ja valitsee vasta sen jälkeen sopivan laitteiston.

Nykyään on olemassa yli 200 i8051-yhteensopivaan mikrokontrollerin muunnosta, joita on tuottanut kaksi kymmentä yritystä, ja suuren määrän muun tyyppisiä mikrokontrollereita. Kehittäjät ovat suosittuja 8-bittisillä PIC-mikrokontrollereilla Microchip Technologyltä ja AVR: ltä Atmelilta, 16-bittisillä MSP430: lla TI: ltä ja 32-bittisillä mikrokontrollereilla, ARM-arkkitehtuuri, jonka on kehittänyt ARM Limited ja joka myy lisenssejä muille yrityksille tuotantoaan varten.

16-bittinen 28-nastainen PDIP PIC24-mikrokontrolleri

mikro Atmel AVR ATmega8 DIP-paketissa

Mikrokontrollerilaite AVR

Mikrokontrollerille on tunnusomaista suuri joukko parametreja, koska se on sekä monimutkainen ohjelmisto-ohjattu laite että elektroninen laite (mikropiiri). Etuliite "mikro" mikrokontrollerin nimessä tarkoittaa, että se suoritetaan käyttämällä mikroelektronista tekniikkaa.

Käytön aikana mikrokontrolleri lukee komentoja muistista tai tuloportista ja suorittaa ne. Mikro-ohjaimen komentojärjestelmä päättää, mitä kukin komento tarkoittaa. Komentojärjestelmä on upotettu mikrokontrollerin arkkitehtuuriin ja komentokoodin suorittaminen ilmaistaan ​​tiettyjen mikrotoimintojen suorittamisessa mikrosirun sisäisillä elementeillä.

Mikrokontrollerit mahdollistavat erilaisten elektronisten ja sähköisten laitteiden joustavan hallinnan. Jotkut mikrokontrollerimallit ovat niin tehokkaita, että ne voivat suoraan kytkeä releitä (esimerkiksi Joulu seppeleitä).

Mikrokontrollerit eivät yleensä toimi yksinään, vaan juotetaan piiriin, johon on lisäksi liitetty näytöt, näppäimistötulot, erilaiset anturit jne.

Mikrokontrollerien ohjelmistot voivat kiinnittää niiden ihmisten huomion, jotka rakastavat “jahtaa bittejä”, koska mikro-ohjaimien muisti on yleensä 2–128 kt. Jos vähemmän, niin sinun on kirjoitettava kokoonpanijassa tai Fortissa, jos mahdollista, käytä BASICin, Pascalin erikoisversioita, mutta enimmäkseen C. Ennen mikrokontrollerin lopullista ohjelmointia se testataan emulaattoreissa - ohjelmistoissa tai laitteistoissa.

Tämä saattaa herättää kysymyksen: onko mikroprosessori ja mikrokontrolleri vain eri nimi samalle laitteelle vai ovatko ne eri asioita?

Mikroprosessori on minkä tahansa tietokoneen keskuslaite, joka on valmistettu integroidulla tekniikalla. Itse nimi osoittaa, että laskentaprosessit tapahtuvat siinä. Jotta tietokone saadaan siitä ulos, vaikka se ei olisi kovinkaan moderni ja tehokas (muista Radio 86: n tai Sinclairin amatöörirakenteet), sitä on täydennettävä ulkoisilla laitteilla. Ensinnäkin se on RAM ja syöttöportit tiedon tuottamiseksi.

Mikrokontrollerissa on prosessori, RAM, ohjelmamuisti ja lisäksi koko joukko oheislaitteita, jotka tekevät prosessorista täysin toimivan tietokoneen. Neuvostoliiton aikaisen terminologian mukaan tällaisia ​​laitteita kutsuttiin yhden sirun mikrotietokoneiksi. Mutta Neuvostoliiton tietotekniikka, kuten tiedätte, on päätynyt umpikujaan, ja sen kanssa OMEVM.

Mutta ulkomainen tietotekniikka ei pysynyt paikallaan, joten OMEVM: ää alettiin kutsua ohjaimiksi (englannista. Ohjaus - hallita, hallita). Ja itse asiassa ohjaimet osoittautuivat erittäin sopiviksi erilaisten laitteiden hallitsemiseksi, jopa edes kovin monimutkaisiksi.

MICROCONTROLLER ei ole enää prosessori, mutta ei myöskään tietokone.

Kunkin tietokoneen keskusprosessori on päätietokone. Vaikka tietokonetta ei ole tarkoitettu pelkästään laskennalliseen kuormaan, prosessori on siinä pääosa. Mutta ei vain tietokoneessa on prosessori.

Jos mietit asiaa ja tutkit tarkemmin, huomaat, että suorittimia käytetään useimmissa kodinkoneissa. Vain siellä he eivät käytä sellaisia ​​prosessoreita kuin tietokoneessa, vaan mikroprosessoreita ja jopa mikro-ohjaimia.

Joten mikä on mikrokontrolleri ja miten se eroaa varsinaisesta suorittimesta vai ovatko nämä täysin erilaiset elektroniset komponentit?

Suuret integroidut piirit tai integroidut piirit ovat prosessoreita. Mikroprosessorit ovat olennaisesti samoja prosessoreita, mutta etuliitteen "micro" takia niiden olemus on määritelty, että ne ovat pienoiskoossa kuin heidän "isot" veljensä. Historiallisella ajallaan prosessori, jonka koko oli mahtuu useampaan kuin yhteen huoneeseen, oli aivan oikein nimetä ne makroprosessorien sukupuuttoon menneiksi dinosauruksiksi, jotta ne voisivat jonkin verran järjestää nykyaikaisen elektroniikkaidean.

Pienennetty koko ja järjestetty prosessori vie vähemmän tilaa ja voidaan sijoittaa pienemmälle tuotteelle, tämä on mikroprosessori. Mutta itse prosessori voi tehdä vähän, paitsi lähettää tietoja rekistereiden välillä ja suorittaa niille joitain aritmeettisia ja loogisia toimintoja.

Jotta mikroprosessori voi lähettää dataa muistiin, tämän muistin on oltava joko itse sirulla, jolla itse prosessorielementti sijaitsee, tai kytkettynä ulkoiseen RAM-muistiin, joka on tehty erillisen sirun tai moduulin muodossa.

Muistin lisäksi prosessorin on oltava vuorovaikutuksessa ulkoisten laitteiden - oheislaitteiden kanssa. Muutoin millaista hyötyä voidaan odottaa prosessorin työstä, datan sekoittamisesta ja siirtämisestä edestakaisin. Asia on, kun prosessori on vuorovaikutuksessa I / O-laitteiden kanssa. Tietokoneessa se on näppäimistö, hiiri ja näyttölaitteet näytönä, valinnaisesti tulostimena ja esimerkiksi skannerina, tietojen syöttämistä varten.

I / O-laitteiden ohjaamiseksi asianmukaiset puskuripiirit ja elementit ovat välttämättömiä. Niiden perusteella toteutetaan ns. Käyttöliittymä. Rajapintaelementtien kanssa vuorovaikutustavat edellyttävät tulo- / lähtöporttipiirien, osoitedekooderien ja puskuripiirejä sisältävien väylämuodostimien läsnäoloa mikroprosessorin kuormitettavuuden lisäämiseksi.

Prosessorin integrointi kaikkiin tarvittaviin lisäelementeihin, jotta tämä tuote kaataisi jonkinlaiseksi kokonaiseksi rakenteeksi ja johtaisi mikrokontrollerin muodostumiseen. Mikropiiri tai mikrokontrolleri-siru toteuttaa prosessori- ja rajapintapiirit yhdellä sirulla.

Itsenäinen siru, joka sisältää melkein kaiken, niin että tämä riittää lopputuotteen rakentamiseen, on esimerkki tyypillisestä mikro-ohjaimesta. Esimerkiksi ranneelektroniikan tai herätyskellon sisällä on mikrokontrolleri, joka toteuttaa kaikki tällaisen laitteen toiminnot. Yksittäiset oheislaitteet on kytketty suoraan mikrokontrollerin mikropiirin jalkoihin, tai jaetaan lisäelementtejä tai mikropiirejä, joiden integraatioaste on pieni tai keskisuuri.

Mikrokontrollereita käytetään laajalti tuotteissa, jotka sisältävät koko järjestelmän yksinomaan yhdessä pienessä mikropiirissä, jota usein kutsutaan mikrokokoonpanoksi. Esimerkiksi ”siru” luottokortti sisältää mikro-ohjaimen muovipohjassa. Intercom-tabletti Sisältää myös mikro-ohjaimen. Ja esimerkkejä mikrokontrollerien käytöstä ja soveltamisesta on nykymaailmassa niin laaja, että on helppo havaita ohjaimen läsnäolo missä tahansa enemmän tai vähemmän älykkäässä laitteessa lasten leluista langattomiin matkapuhelinkuulokkeisiin.