Какво представляват микроконтролерите - предназначение, устройство, софтуер

микроконтролер - Това е специален чип, предназначен за управление на различни електронни устройства. Микроконтролерите за пръв път се появяват през същата година като микропроцесорите с общо предназначение (1971 г.).

Разработчиците на микроконтролери измислиха гениална идея - да комбинират процесора, паметта, ROM и периферните устройства вътре в един корпус, който изглежда като обикновена микросхема. Оттогава производството на микроконтролери годишно многократно надвишава производството на процесори и нуждата от тях не намалява.

Микроконтролерите се произвеждат от десетки компании и се произвеждат не само съвременни 32-битови микроконтролери, но и 16, и дори 8-битови такива (като i8051 и аналози). Във всяко семейство често можете да намерите почти идентични модели, които се различават по скоростта на процесора и размера на паметта.

Факт е, че микроконтролерите се използват главно във вградени системи, в играчките, в машините, в масовите домакински уреди, в домашна автоматизация - където не е необходимо мощност на процесора, а по-скоро баланс между цена и достатъчна функционалност.

Ето защо най-старите видове микроконтролери все още се използват - те могат да направят много: от автоматично отваряне на врати и включване на напояване на тревни площи до интегриране в интелигентна система за дома, В същото време има по-мощни микроконтролери, които могат да извършват стотици милиони операции в секунда и са обвързани с периферни устройства „до зъбите“. Те имат съответните задачи. Така разработчикът първо оценява задачата и едва след това избира подходящия хардуер за нея.

Днес има повече от 200 модификации на микроконтролери, съвместими с i8051, произведени от две дузини компании, както и голям брой други видове микроконтролери. Разработчиците са популярни с 8-битови PIC микроконтролери от Microchip Technology и AVR от Atmel, 16-битов MSP430 от TI и 32-битови микроконтролери, ARM архитектура, която е разработена от ARM Limited и продава лицензи на други компании за тяхното производство.

16-битов 28-пинов PDIP PIC24 микроконтролер

микроконтролер Atmel AVR ATmega8 в DIP пакет

Устройство за микроконтролер AVR

Микроконтролерът се характеризира с голям брой параметри, тъй като е едновременно сложно софтуерно контролирано устройство и електронно устройство (микросхема). Префиксът "микро" в името на микроконтролера означава, че той се изпълнява с помощта на микроелектронна технология.

По време на работа микроконтролерът чете команди от паметта или входния порт и ги изпълнява. Какво означава всяка команда, се определя от командната система на микроконтролера. Командната система е вградена в архитектурата на микроконтролера и изпълнението на командния код се изразява в изпълнение на определени микрооперации от вътрешните елементи на микросхемата.

Микроконтролерите позволяват гъвкаво управление на различни електронни и електрически устройства. Някои модели на микроконтролери са толкова мощни, че могат директно да превключват релета (например, към Коледни гирлянди).

Микроконтролерите по правило не работят самостоятелно, а са запоени във верига, където в допълнение към него са свързани екрани, клавиатурни входове, различни сензори и др.

Софтуерът за микроконтролери може да привлече вниманието на тези, които обичат да „гонят битове“, тъй като паметта в микроконтролерите обикновено варира от 2 до 128 Kb. Ако е по-малко, тогава трябва да пишете в асемблер или Fort, ако е възможно, да използвате специални версии на BASIC, Pascal, но най-вече C. Преди окончателно програмиране на микроконтролера, той се тества в емулатори - софтуер или хардуер.

Това може да повдигне въпроса: микропроцесорът и микроконтролерът са само различно име за едно и също устройство или това са различни неща?

Микропроцесор е централното устройство на всеки компютър, направено по интегрирана технология. Самото име показва, че именно в него възникват изчислителни процеси. За да се направи компютър от него, дори и да не е много модерен и мощен (не забравяйте аматьорските конструкции на Радио 86 или Синклер), той трябва да бъде допълнен с външни устройства. На първо място, това е RAM и входни портове за извеждане на информация.

Микроконтролерът има процесор, RAM, програмна памет и в допълнение, цял набор от периферни устройства, които превръщат процесора във напълно функционален компютър. Според старата терминология на съветската епоха такива устройства се наричали едночипови микро-компютри. Но съветските компютърни технологии, както знаете, стигнаха до задънена улица и с нея OMEVM.

Но чуждестранните компютърни технологии не стояха на място, затова OMEVM започнаха да се наричат ​​контролери (от англ. Control - да управлявам, контролирам). И всъщност контролерите се оказаха много подходящи за контрол на различно оборудване, дори не много сложно.

MICROCONTROLLER вече не е процесор, но също така не е компютър.

Централният процесор във всеки компютър е основният компютър. Въпреки че компютърът не е предназначен само за изчислително натоварване, процесорът е главният елемент в него. Но не само компютърът има процесор.

Ако се замислите и разгледате по-отблизо, ще откриете, че процесорите се използват в повечето домакински уреди. Само там те използват не такива процесори като в компютър, а микропроцесори и дори микроконтролери.

И така, какво е микроконтролер и как се различава от реалния процесор или това са напълно различни електронни компоненти?

Големите интегрални схеми или интегралните схеми са процесори. Микропроцесорите по същество са едни и същи процесори, но поради префикса "микро" същността им се определя, че те са миниатюрни от техните "големи" братя. В своето историческо време процесор с размерите си можеше да заема повече от една стая, беше правилно да ги наречем като изчезнали динозаври от макропроцесори, за да ги подредим по някакъв начин в съвременната идея за електроника.

Намален по размер и подреден процесор заема по-малко място и може да бъде поставен в по-компактен продукт, това е микропроцесорът. Но самият процесор може да направи малко, освен да изпраща данни между регистрите и да извършва някои аритметични и логически операции върху тях.

За да може микропроцесорът да изпраща данни в паметта, тази памет трябва или да присъства в самия чип, върху който е разположен самият процесор, или свързана към външна RAM, направена под формата на отделен чип или модул.

Освен паметта, процесорът трябва да взаимодейства с външни устройства - периферни устройства. В противен случай каква полза може да се очаква от работата на процесора, смесването и преместването на данни напред и назад. Въпросът е, когато процесорът взаимодейства с I / O устройства. На компютър това е клавиатура, мишка и устройства за показване като дисплей, по желание принтер и например скенер, отново за въвеждане на информация.

За да управлявате I / O устройства, подходящите буферни вериги и елементи са незаменими. Въз основа на тях се реализира интерфейс т. Нар. Хардуер. Начините на взаимодействие с интерфейсните елементи изискват наличието на входно / изходни схеми на порт, адресни декодери и шинни форми с буферни вериги за увеличаване на товароносимостта на микропроцесора.

Интеграция на процесора с всички необходими допълнителни елементи, така че този продукт да се излее в някакъв вид завършена конструкция и да доведе до образуването на микроконтролер. Микросхемата или микроконтролерният чип реализира процесорни и интерфейсни схеми на един чип.

Самостоятелен чип, който съдържа почти всичко, така че това е достатъчно за изграждането на завършен продукт, е пример за типичен микроконтролер. Например електронен часовник на китката или будилник има микроконтролер вътре, който реализира всички функции на такова устройство. Отделни периферни устройства са свързани директно към краката на микроконтролера на микроконтролера или се споделят допълнителни елементи или микросхеми с малка или средна степен на интеграция.

Микроконтролерите са широко използвани в продукти, които съдържат цялата система изключително в една миниатюрна микросхема, често наричана микросглобяване. Например, „чип“ кредитна карта съдържа микроконтролер вътре в пластмасова основа. Интерком таблет също съдържа микроконтролер вътре. А примерите за използването и прилагането на микроконтролери са толкова обширни в съвременния свят, че е лесно да се открие наличието на контролер във всяко повече или по-малко интелигентно устройство от детска играчка до безжична слушалка за мобилен телефон.