Kas ir mikrokontrolleri - mērķis, ierīce, programmatūra

Mikrokontrolieris - Šī ir īpaša mikroshēma, kas paredzēta dažādu elektronisko ierīču vadīšanai. Mikrokontrolleri pirmo reizi parādījās tajā pašā gadā kā vispārējas nozīmes mikroprocesori (1971).

Mikrokontrolleru izstrādātāji nāca klajā ar ģeniālu ideju - apvienot procesoru, atmiņu, ROM un perifērijas ierīces vienā kamerā, kas izskatās kā parasta mikroshēma. Kopš tā laika mikrokontrolleru ražošana ik gadu daudzkārt pārsniedz pārstrādātāju produkciju, un nepieciešamība pēc tiem nav mazinājusies.

Mikrokontrollerus ražo desmitiem uzņēmumu, un tiek ražoti ne tikai mūsdienīgi 32 bitu mikrokontrolleri, bet arī 16 un pat 8 bitu (piemēram, i8051 un tā analogi). Katrā ģimenē bieži var atrast gandrīz identiskus modeļus, kas atšķiras ar centrālā procesora ātrumu un atmiņas lielumu.

Fakts ir tāds, ka mikrokontrolleri galvenokārt izmanto iegultās sistēmās, rotaļlietās, darbgaldos, masu sadzīves tehnikā, mājas automatizācija - kur jums nav nepieciešama procesora jauda, ​​bet drīzāk līdzsvars starp cenu un pietiekamu funkcionalitāti.

Tāpēc joprojām tiek izmantoti vecākie mikrokontrolleru veidi - viņi var darīt daudz: no automātiskas durvju atvēršanas un zālāju apūdeņošanas ieslēgšanas līdz integrēšanai viedās mājas sistēma. Tajā pašā laikā ir jaudīgāki mikrokontrolleri, kas var veikt simtiem miljonu operāciju sekundē un ir saistīti ar perifērijas ierīcēm “pie zobiem”. Viņiem ir atbilstoši uzdevumi. Tādējādi izstrādātājs vispirms novērtē uzdevumu un tikai pēc tam izvēlas tam atbilstošo aparatūru.

Mūsdienās ir vairāk nekā 200 mikrokontrolleru modifikāciju, kas ir saderīgi ar i8051 un ko ražo divi desmiti uzņēmumu, un liels skaits citu mikrokontrolleru veidu. Izstrādātājus iecienījuši 8 bitu PIC mikrokontrolleri no Microchip Technology un AVR no Atmel, 16 bitu MSP430 no TI, kā arī 32 bitu mikrokontrolleri, ARM arhitektūra, kuru izstrādājis ARM Limited un kurš pārdod licences citiem uzņēmumiem to ražošanai.

16 bitu 28-pin PDIP PIC24 mikrokontrolleris

Mikrokontrolieris Atmel AVR ATmega8 DIP iepakojumā

Mikrokontrollera ierīce AVR

Mikrokontrolleru raksturo liels skaits parametru, jo tā ir gan sarežģīta programmatūras kontrolēta ierīce, gan elektroniska ierīce (mikroshēma). Prefikss “micro” mikrokontrollera vārdā nozīmē, ka tas tiek veikts, izmantojot mikroelektroniskās tehnoloģijas.

Darbības laikā mikrokontrollers nolasa komandas no atmiņas vai ievades porta un izpilda tās. Ko katra komanda nozīmē, nosaka mikrokontrolleru komandu sistēma. Komandu sistēma ir iestrādāta mikrokontrollera arhitektūrā, un komandas koda izpilde tiek izteikta noteiktu mikrooperāciju veikšanā ar mikroshēmas iekšējiem elementiem.

Mikrokontrolleri ļauj elastīgi vadīt dažādas elektroniskās un elektriskās ierīces. Daži mikrokontrolleru modeļi ir tik jaudīgi, ka ar tiem var tieši pārslēgt relejus (piemēram, uz Ziemassvētku vītnes).

Mikrokontrolleri, kā likums, nedarbojas atsevišķi, bet tiek pielodēti ķēdē, kur papildus tam ir pievienoti ekrāni, tastatūras ieejas, dažādi sensori utt.

Mikrokontrolleru programmatūra var piesaistīt to cilvēku uzmanību, kuriem patīk “dzīties pakaļ bitiem”, jo atmiņa mikrokontrolleros parasti ir no 2 līdz 128 Kb. Ja mazāk, tad jāraksta montētājā vai Fortā, ja iespējams, jāizmanto īpašas BASIC, Pascal, bet galvenokārt C versijas. Pirms mikrokontrollera programmēšanas tas tiek pārbaudīts emulatoros - programmatūrā vai aparatūrā.

Var rasties jautājums: vai mikroprocesors un mikrokontrollers ir tikai atšķirīgs vienas un tās pašas ierīces nosaukums, vai arī tas joprojām ir dažādas lietas?

Mikroprocesors ir jebkura datora centrālā ierīce, kas izgatavota, izmantojot integrētu tehnoloģiju. Pats nosaukums norāda, ka tieši tajā notiek skaitļošanas procesi. Lai no tā izgatavotu datoru, pat ja tas nav ļoti moderns un jaudīgs (atcerieties Radio 86 vai Sinclair amatieru konstrukcijas), tas jāpapildina ar ārējām ierīcēm. Pirmkārt, tas ir RAM un ievades porti informācijas izvadīšanai.

Mikrokontrolleram ir procesors, operatīvā atmiņa, programmas atmiņa un papildus viss perifēro ierīču komplekts, kas pārveido procesoru par pilnībā funkcionējošu datoru. Saskaņā ar padomju laika veco terminoloģiju šādas ierīces sauca par vienas mikroshēmas mikrodatoriem. Bet padomju skaitļošana, kā jūs zināt, ir nonākusi strupceļā, un līdz ar to OMEVM.

Bet ārvalstu datortehnoloģijas nestāvēja mierā, tāpēc OMEVM kļuva pazīstams kā kontrolieri (no angļu valodas. Kontrole - pārvaldīt, kontrolēt). Un faktiski kontrolieri izrādījās ļoti piemēroti dažādu iekārtu kontrolei, pat ne ļoti sarežģīti.

MICROCONTROLLER vairs nav procesors, bet arī nav dators.

Katra datora centrālais procesors ir galvenais dators. Lai arī dators nav paredzēts tikai aprēķinu slodzei, procesors ir tajā galvenais elements. Bet ne tikai datoram ir procesors.

Ja padomājat par to un iedziļināties, varat secināt, ka pārstrādātāji tiek izmantoti lielākajā daļā sadzīves tehnikas. Tikai tur viņi izmanto nevis tādus procesorus kā datorā, bet gan mikroprocesorus un pat mikrokontrollerus.

Kas ir mikrokontrollers un kā tas atšķiras no faktiskā procesora vai arī šie ir pilnīgi atšķirīgi elektroniskie komponenti?

Procesori ir lielas integrētās shēmas vai integrētās shēmas. Mikroprocesori būtībā ir vieni un tie paši procesori, taču prefiksa “micro” dēļ viņu būtība tiek noteikta, ka tie ir miniatūri nekā viņu “lielie” brāļi. Vēsturiskajā laikā procesors ar lielumu varēja aizņemt vairāk nekā vienu istabu, un bija pareizi tos nosaukt par izmirušiem dinozauriem, ko veica makroprocesori, lai kaut kā sakārtotu tos mūsdienu idejā par elektroniku.

Samazināts izmērs un sakārtots procesors aizņem mazāk vietas un to var ievietot kompaktākā izstrādājumā, tas ir mikroprocesors. Bet pats procesors var maz darīt, izņemot sūtīt datus starp reģistriem un veikt ar tiem dažas aritmētiskās un loģiskās operācijas.

Lai mikroprocesors varētu nosūtīt datus uz atmiņu, šai atmiņai jāatrodas vai nu pašā mikroshēmā, uz kuras atrodas pats procesora elements, vai arī tai jābūt savienotai ar ārēju RAM, kas izgatavota atsevišķas mikroshēmas vai moduļa veidā.

Papildus atmiņai procesoram ir mijiedarbojas ar ārējām ierīcēm - perifērijas ierīcēm. Pretējā gadījumā kādu labumu var sagaidīt no procesora darba, datu sajaukšanas un pārvietošanas uz priekšu un atpakaļ. Punkts ir tad, kad procesors mijiedarbojas ar I / O ierīcēm. Datorā tā ir tastatūra, pele un displeja ierīces kā displejs, pēc izvēles printeris un, piemēram, skeneris, atkal informācijas ievadīšanai.

I / O ierīču vadībai ir nepieciešamas atbilstošas ​​bufera shēmas un elementi. Balstoties uz tiem, tiek ieviesta tā saucamā interfeisa aparatūra. Lai palielinātu mikroprocesora slodzes jaudu, mijiedarbības veidiem ar interfeisa elementiem ir nepieciešama ieejas / izejas portu shēmas, adrešu dekodētāji un kopņu veidotāji ar bufera shēmām.

Procesora integrācija ar visiem nepieciešamajiem papildu elementiem tā, ka šis produkts ielej kaut kādā pabeigtā konstrukcijā un noved pie mikrokontrollera veidošanās. Mikroshēma vai mikrokontrollera mikroshēma procesora un interfeisa shēmas realizē vienā mikroshēmā.

Tipiska mikrokontrollera piemērs ir patstāvīga mikroshēma, kurā ir gandrīz viss, lai ar to pietiktu gatavā produkta izveidošanai. Piemēram, plaukstas elektroniskajam pulkstenim vai modinātājpulkstenim ir iekšējais mikrokontrolleris, kas realizē visas šādas ierīces funkcijas. Atsevišķas perifērijas ierīces ir tieši savienotas ar mikrokontrolleru mikroshēmas kājām, vai arī tiek kopīgi izmantoti papildu elementi vai mikro shēmas ar mazu vai vidēju integrācijas pakāpi.

Mikrokontrolleri plaši izmanto izstrādājumos, kas visu sistēmu satur tikai vienā miniatūrā mikroshēmā, ko bieži sauc par mikrokomplektu. Piemēram, “mikroshēmas” kredītkartē plastmasas pamatnē ir mikrokontrollers. Domofons satur arī mikrokontrolleru iekšpusē. Un mikrokontrolleru izmantošanas un pielietošanas piemēri mūsdienu pasaulē ir tik plaši, ka ir viegli noteikt kontroliera klātbūtni vairāk vai mazāk viedā ierīcē no bērnu rotaļlietas līdz bezvadu mobilā telefona austiņām.