Ce sunt microcontrolerele - scop, dispozitiv, software

microcontroler - Acesta este un cip special conceput pentru a controla diverse dispozitive electronice. Microcontrolerele au apărut pentru prima dată în același an cu microprocesoarele cu scop general (1971).

Dezvoltatorii de microcontrolere au venit cu o idee ingenioasă - să combine procesorul, memoria, ROM-ul și perifericele din interiorul unei cutii care arată ca un cip obișnuit. De atunci, producția de microcontrolere anual depășește de multe ori producția procesoarelor, iar nevoia acestora nu a scăzut.

Microcontrolerele sunt produse de zeci de companii și nu sunt produse doar microcontrolere moderne pe 32 de biți, ci și 16, chiar și pe 8 biți (cum ar fi i8051 și analogi). În cadrul fiecărei familii, puteți găsi deseori modele aproape identice, care diferă în ceea ce privește viteza procesorului și dimensiunea memoriei.

Cert este că microcontrolerele sunt utilizate în principal în sisteme încorporate, în jucării, în mașini-unelte, în electrocasnice în masă, în automatizare la domiciliu - acolo unde nu este nevoie de puterea procesorului, ci mai degrabă de un echilibru între preț și funcționalitate suficientă.

De aceea, cele mai vechi tipuri de microcontrolere sunt încă utilizate - pot face multe: de la deschiderea automată a ușilor și pornirea la irigarea gazonelor până la integrarea în sistem inteligent pentru casă. În același timp, există mai multe microcontrolere puternice care pot efectua sute de milioane de operații pe secundă și sunt legate cu periferice „la dinți”. Au sarcini corespunzătoare. Astfel, dezvoltatorul evaluează mai întâi sarcina și abia apoi selectează hardware-ul corespunzător pentru aceasta.

Până în prezent, există peste 200 de modificări de microcontrolere compatibile cu i8051, produse de două duzini de companii și un număr mare de alte tipuri de microcontrolere. Dezvoltatorii sunt populari cu microcontrolerele PIC pe 8 biți de la Microchip Technology și AVR de la Atmel, 16 biți MSP430 de la TI și micro-controlle pe 32 de biți, arhitectură ARM, care este dezvoltat de ARM Limited și vinde licențe altor companii pentru producția lor.

Micro-controler PDIP PIC24 cu 28 de biți de 16 biți

microcontroler Atmel AVR ATmega8 în pachet DIP

Dispozitiv microcontroller AVR

Microcontrolerul se caracterizează printr-un număr mare de parametri, deoarece este simultan un dispozitiv complex controlat de software și un dispozitiv electronic (microcircuit). Prefixul „micro” în numele microcontrolerului înseamnă că acesta este realizat cu ajutorul tehnologiei microelectronice.

În timpul funcționării, microcontrolerul citește comenzi din memoria sau portul de intrare și le execută. Ceea ce înseamnă fiecare comandă este determinat de sistemul de comandă al microcontrolerului. Sistemul de comandă este încorporat în arhitectura microcontrolerului și execuția codului de comandă este exprimată în efectuarea anumitor microoperații de către elementele interne ale microcircuitului.

Microcontrolerele permit controlul flexibil al diverselor dispozitive electronice și electrice. Unele modele de microcontrolere sunt atât de puternice încât pot comuta direct releele (de exemplu, la Ghirlande de Crăciun).

Microcontrolerele, de regulă, nu funcționează singure, ci sunt lipite într-un circuit unde, pe lângă acesta, sunt conectate ecrane, intrări de la tastatură, diverși senzori etc.

Software-ul pentru microcontrolere poate atrage atenția celor care adoră să „alunge biți”, deoarece memoria microcontrolerelor variază de obicei între 2 și 128 Kb. Dacă este mai puțin, atunci trebuie să scrieți în montator sau în Fort, dacă este posibil, folosiți versiuni speciale de BASIC, Pascal, dar mai ales C. Înainte de programarea finală a microcontrolerului, acesta este testat în emulatoare - software sau hardware.

Acest lucru poate ridica întrebarea: microprocesorul și microcontrolerul sunt doar un nume diferit pentru același dispozitiv sau sunt lucruri diferite?

Un microprocesor este dispozitivul central al oricărui computer, realizat prin tehnologie integrată. Numele în sine indică faptul că în el au loc procesele de calcul. Pentru a scoate un computer din el, chiar dacă nu este foarte modern și puternic (amintiți-vă construcțiile amatoare de la Radio 86 sau Sinclair), acesta trebuie completat cu dispozitive externe. În primul rând, este vorba despre porturi de memorie RAM și de intrare pentru a furniza informații.

Microcontrolerul are un procesor, RAM, memorie de program și, în plus, un set întreg de dispozitive periferice care transformă procesorul într-un computer complet funcțional. Conform vechii terminologii a erei sovietice, astfel de dispozitive au fost numite Micro-computere cu un singur chip. Dar tehnologia sovietică, după cum știți, a ajuns la un punct mort și, odată cu ea, OMEVM.

Dar tehnologia de calcul străină nu a stat nemișcată, de aceea OMEVM a început să fie numită controlere (din engleză. Control - to manage, control). Și, de fapt, controlerele s-au dovedit a fi foarte potrivite pentru controlul diverselor echipamente, chiar nu foarte complicate.

MICROCONTROLLER nu mai este un procesor, dar nici un computer.

Procesorul central din fiecare computer este computerul principal. Deși computerul nu este destinat exclusiv sarcinii de calcul, procesorul este elementul principal din el. Dar nu numai computerul are un procesor.

Dacă vă gândiți la asta și aruncați o privire mai atentă, veți constata că procesoarele sunt utilizate în majoritatea electrocasnicelor. Numai acolo nu folosesc astfel de procesoare ca într-un computer, ci microprocesoare și chiar microcontrolere.

Deci, ce este un microcontroler și cum este acesta diferit de procesorul propriu-zis sau sunt aceste componente electronice complet diferite?

Circuite integrate mari sau circuite integrate sunt procesoare. Microprocesoarele sunt, în esență, aceleași procesoare, dar, din cauza prefixului „micro”, esența lor este determinată de faptul că sunt în miniatură decât frații „mari”. În vremea sa istorică, un procesor cu dimensiunile sale putea ocupa mai mult de o cameră, era corect să le numim ca dinozauri dispărute de macro-procesoare, pentru a le aranja cumva în ideea modernă de electronică.

Procesorul redus în dimensiune și aranjat ocupă mai puțin spațiu și poate fi plasat într-un produs mai compact, acesta este microprocesorul. Dar procesorul în sine poate face puțin, cu excepția trimiterii de date între registre și efectuarea unor operații aritmetice și logice asupra lor.

Pentru ca microprocesorul să poată trimite date în memorie, această aceeași memorie trebuie să fie prezentă fie pe cipul propriu-zis, pe care se află elementul procesorului însuși, fie conectat la RAM externă realizată sub forma unui cip sau modul separat.

Pe lângă memorie, procesorul trebuie să interacționeze cu dispozitive externe - periferice. În caz contrar, ce fel de beneficii pot fi așteptate de la activitatea procesorului, amestecând și mutând date înainte și înapoi. Ideea este când procesorul interacționează cu dispozitivele I / O. Pe un computer, este o tastatură, un mouse și afișează dispozitive ca afișaj, opțional o imprimantă și, de exemplu, un scanner, din nou pentru introducerea informațiilor.

Pentru a controla dispozitivele I / O, circuite și elemente de tampon adecvate sunt indispensabile. Pe baza lor, este implementată așa-numita hardware a interfeței. Modalitățile de interacțiune cu elementele de interfață necesită prezența circuitelor portului de intrare / ieșire, a decodificatorilor de adrese și a formatelor de bus cu circuite tampon pentru a crește capacitatea de încărcare a microprocesorului.

Integrarea procesorului cu toate elementele suplimentare necesare pentru ca acest produs să se toarne într-un fel de construcție completă și să conducă la formarea unui microcontroler. Un microcircuit sau cip microcontroller implementează un procesor și circuite de interfață pe un singur cip.

Un cip de sine stătător care conține aproape totul, astfel încât acest lucru este suficient pentru a construi un produs finit este un exemplu de microcontroler tipic. De exemplu, un ceas electronic pentru încheietura mâinii sau un ceas de alarmă are un microcontroler în interior, care implementează toate funcțiile unui astfel de dispozitiv. Dispozitivele periferice individuale sunt conectate direct la picioarele microcircuitului de microcontroler sau sunt împărtășite elemente suplimentare sau microcircuite cu un grad de integrare mic sau mediu.

Microcontrolerele sunt utilizate pe scară largă în produsele care conțin întregul sistem exclusiv într-un singur microcircuit, adesea numit microasamblu. De exemplu, un card de credit „cip” conține un microcontroler într-o bază de plastic. Tableta intercom conține, de asemenea, un microcontroler în interior. Iar exemplele de utilizare și aplicare a microcontrolerelor sunt atât de vaste în lumea modernă, încât este ușor de detectat prezența unui controler în orice dispozitiv mai mult sau mai puțin inteligent, de la o jucărie pentru copii la o cască wireless pentru telefonul mobil.