Que sont les microcontrôleurs - objectif, appareil, logiciel

Microcontrôleur - Il s'agit d'une puce spéciale conçue pour contrôler divers appareils électroniques. Les microcontrôleurs sont apparus pour la première fois la même année que les microprocesseurs à usage général (1971).

Les développeurs de microcontrôleurs ont eu une idée ingénieuse: combiner le processeur, la mémoire, la ROM et les périphériques dans un boîtier qui ressemble à un microcircuit normal. Depuis lors, la production de microcontrôleurs annuellement dépasse de nombreuses fois la production de processeurs, et leur besoin n'a pas diminué.

Les microcontrôleurs sont produits par des dizaines d'entreprises, et non seulement des microcontrôleurs modernes 32 bits sont produits, mais aussi 16, et même 8 bits (comme i8051 et analogues). Au sein de chaque famille, vous pouvez souvent trouver des modèles presque identiques qui diffèrent par la vitesse du processeur et la taille de la mémoire.

Le fait est que les microcontrôleurs sont principalement utilisés dans les systèmes embarqués, dans les jouets, dans les machines-outils, dans les appareils électroménagers de masse, dans domotique - où vous n'avez pas besoin de la puissance du processeur, mais plutôt d'un équilibre entre le prix et des fonctionnalités suffisantes.

C'est pourquoi les types de microcontrôleurs les plus anciens sont toujours utilisés - ils peuvent faire beaucoup: de l'ouverture automatique des portes et l'activation de l'irrigation des pelouses à l'intégration dans système de maison intelligente. Dans le même temps, il existe des microcontrôleurs plus puissants qui peuvent effectuer des centaines de millions d'opérations par seconde et sont liés avec des périphériques «aux dents». Ils ont des tâches correspondantes. Ainsi, le développeur évalue d'abord la tâche et ne sélectionne ensuite que le matériel approprié.

À ce jour, il existe plus de 200 modifications de microcontrôleurs compatibles avec i8051, produites par deux douzaines d'entreprises, et un grand nombre d'autres types de microcontrôleurs. Les développeurs sont populaires avec les microcontrôleurs PIC 8 bits de Microchip Technology et AVR d'Atmel, le MSP430 16 bits de TI et les microcontrôleurs 32 bits, l'architecture ARM, qui est développée par ARM Limited et vend des licences à d'autres sociétés pour leur production.

Microcontrôleur PDIP PIC24 16 bits 28 broches

Microcontrôleur Atmel AVR ATmega8 en boîtier DIP

Dispositif microcontrôleur AVR

Le microcontrôleur se caractérise par un grand nombre de paramètres, car il s'agit à la fois d'un dispositif complexe piloté par logiciel et d'un dispositif électronique (microcircuit). Le préfixe "micro" au nom du microcontrôleur signifie qu'il est réalisé à l'aide de la technologie microélectronique.

Pendant le fonctionnement, le microcontrôleur lit les commandes de la mémoire ou du port d'entrée et les exécute. La signification de chaque commande est déterminée par le système de commande du microcontrôleur. Le système de commande est intégré dans l'architecture du microcontrôleur et l'exécution du code de commande s'exprime dans les performances de certaines micro-opérations par les éléments internes du microcircuit.

Les microcontrôleurs permettent un contrôle flexible de divers appareils électroniques et électriques. Certains modèles de microcontrôleurs sont si puissants qu’ils peuvent directement commuter les relais (par Guirlandes de Noël).

Les microcontrôleurs, en règle générale, ne fonctionnent pas seuls, mais sont soudés dans un circuit où, en plus, des écrans, des entrées de clavier, divers capteurs, etc. sont connectés.

Les logiciels pour microcontrôleurs peuvent attirer l'attention de ceux qui aiment «chasser les bits», car la mémoire des microcontrôleurs varie généralement de 2 à 128 Ko. Si moins, alors vous devez écrire en assembleur ou en Fort, si possible, utilisez des versions spéciales de BASIC, Pascal, mais surtout C. Avant de finalement programmer le microcontrôleur, il est testé dans des émulateurs - logiciels ou matériels.

La question peut se poser: le microprocesseur et le microcontrôleur sont-ils simplement un nom différent pour le même appareil, ou s'agit-il encore de choses différentes?

Un microprocesseur est l'appareil central de tout ordinateur, fabriqué par technologie intégrée. Le nom lui-même indique que c'est en lui que se produisent les processus informatiques. Afin d'en faire un ordinateur, même s'il n'est pas très moderne et puissant (rappelez-vous les constructions amateurs de Radio 86 ou Sinclair), il doit être complété par des appareils externes. Tout d'abord, il s'agit de RAM et de ports d'entrée pour la sortie d'informations.

Le microcontrôleur possède un processeur, une RAM, une mémoire de programme et, en outre, un ensemble complet de périphériques qui transforment le processeur en un ordinateur entièrement fonctionnel. Selon l'ancienne terminologie de l'ère soviétique, ces appareils étaient appelés micro-ordinateurs monopuce. Mais l'informatique soviétique, comme vous le savez, a atteint une impasse, et avec elle OMEVM.

Mais la technologie informatique étrangère ne s'est pas arrêtée, donc OMEVM est devenu connu sous le nom de contrôleurs (de l'anglais. Control - gérer, contrôler). Et en fait, les contrôleurs se sont avérés très adaptés pour contrôler divers équipements, même pas très compliqués.

Le MICROCONTROLLER n'est plus un processeur, mais pas non plus un ordinateur.

Le processeur central de chaque ordinateur est l'ordinateur principal. Bien que l'ordinateur ne soit pas uniquement destiné à la charge de calcul, le processeur en est l'élément principal. Mais non seulement l'ordinateur a un processeur.

Si vous y réfléchissez et regardez de plus près, vous pouvez constater que les processeurs sont utilisés dans la plupart des appareils ménagers. Seulement là, ils n'utilisent pas des processeurs comme ceux d'un ordinateur, mais des microprocesseurs et même des microcontrôleurs.

Qu'est-ce qu'un microcontrôleur et en quoi est-il différent du processeur réel ou ces composants électroniques sont-ils complètement différents?

Les grands circuits intégrés ou circuits intégrés sont des processeurs. Les microprocesseurs sont essentiellement les mêmes processeurs, mais en raison du préfixe «micro», leur essence est déterminée comme étant miniatures par rapport à leurs «grands» frères. À l'époque historique, un processeur de sa taille pouvait occuper plus d'une pièce, il était juste de les nommer dinosaures éteints par les macro-processeurs, afin de les arranger en quelque sorte dans l'idée moderne de l'électronique.

Le processeur de taille réduite et agencé prend moins de place et peut être placé dans un produit plus compact, c'est le microprocesseur. Mais le processeur lui-même ne peut pas faire grand-chose, sauf envoyer des données entre les registres et effectuer des opérations arithmétiques et logiques sur ceux-ci.

Pour que le microprocesseur envoie des données à la mémoire, cette mémoire doit soit être présente sur la puce elle-même, sur laquelle se trouve l'élément processeur lui-même, soit connectée à une RAM externe réalisée sous la forme d'une puce ou d'un module séparé.

En plus de la mémoire, le processeur doit interagir avec des périphériques externes - périphériques. Sinon, quel genre d'avantage peut être attendu du travail du processeur, du mélange et du déplacement des données dans les deux sens. Le point est lorsque le processeur interagit avec les périphériques d'E / S. Sur un ordinateur, il s'agit d'un clavier, d'une souris et de périphériques d'affichage en tant qu'écran, éventuellement une imprimante et, par exemple, un scanner, à nouveau pour saisir des informations.

Pour contrôler les périphériques d'E / S, des circuits et éléments tampons appropriés sont indispensables. Sur cette base, une interface dite matérielle est implémentée. Les moyens d'interagir avec les éléments d'interface nécessitent la présence de circuits de port d'entrée / sortie, de décodeurs d'adresses et de formateurs de bus avec des circuits tampons pour augmenter la capacité de charge du microprocesseur.

Intégration du processeur avec tous les éléments supplémentaires nécessaires pour que ce produit se transforme en une sorte de construction complète et conduise à la formation d'un microcontrôleur. Une puce à microcircuit ou microcontrôleur implémente un processeur et des circuits d'interface sur une seule puce.

Une puce autonome qui contient presque tout, de sorte que cela suffit pour construire un produit fini est un exemple de microcontrôleur typique. Par exemple, une montre-bracelet électronique ou un réveil a un microcontrôleur à l'intérieur qui met en œuvre toutes les fonctions d'un tel appareil. Les dispositifs périphériques individuels sont connectés directement aux jambes du microcircuit du microcontrôleur, ou des éléments ou microcircuits supplémentaires de petit ou moyen degré d'intégration sont partagés.

Les microcontrôleurs sont largement utilisés dans les produits qui contiennent l'ensemble du système exclusivement dans un microcircuit miniature, souvent appelé micro-assemblage. Par exemple, une carte de crédit «à puce» contient un microcontrôleur à l'intérieur dans une base en plastique. Tablette d'interphone contient également un microcontrôleur à l'intérieur. Et les exemples d'utilisation et d'application des microcontrôleurs sont si vastes dans le monde moderne qu'il est facile de détecter la présence d'un contrôleur dans tout appareil plus ou moins intelligent, d'un jouet pour enfant à un casque de téléphone portable sans fil.