ไมโครคอนโทรลเลอร์คืออะไร - วัตถุประสงค์อุปกรณ์ซอฟต์แวร์

ไมโครคอนโทรลเลอร์ - นี่คือชิปพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ตัวควบคุมขนาดเล็กปรากฏตัวครั้งแรกในปีเดียวกับไมโครโปรเซสเซอร์ทั่วไป (1971)

นักพัฒนาไมโครคอนโทรลเลอร์เกิดแนวคิดที่แยบยลขึ้นมาเพื่อรวมโปรเซสเซอร์หน่วยความจำ ROM และอุปกรณ์ต่อพ่วงไว้ในกล่องเดียวที่มีลักษณะเหมือนวงจรไมโครปกติ ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาการผลิตไมโครคอนโทรลเลอร์หลายครั้งเกินกว่าการผลิตโปรเซสเซอร์และความต้องการไม่ลดลง

Microcontrollers ผลิตโดย บริษัท หลายสิบแห่งและไม่เพียง แต่ผลิตไมโครคอนโทรลเลอร์รุ่น 32 บิตที่ทันสมัยเท่านั้น แต่ยังผลิตได้ 16 ตัวและแม้แต่ 8 บิต (เช่น i8051 และ analogues) ภายในแต่ละตระกูลคุณมักจะสามารถค้นหารุ่นที่เหมือนกันเกือบทั้งหมดซึ่งแตกต่างกันในความเร็ว CPU และขนาดหน่วยความจำ

ความจริงก็คือไมโครคอนโทรลเลอร์ส่วนใหญ่จะใช้ในระบบสมองกลฝังตัว, ของเล่น, เครื่องมือเครื่องจักร, เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้าน บ้านอัตโนมัติ - ที่ซึ่งคุณไม่ต้องการพลังงานตัวประมวลผล แต่เป็นความสมดุลระหว่างราคาและฟังก์ชันการทำงานที่เพียงพอ

นั่นคือเหตุผลที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ชนิดเก่าที่สุดยังคงใช้งานอยู่พวกมันสามารถทำอะไรได้มากมาย: จากการเปิดประตูอัตโนมัติและเปิดการชลประทานของสนามหญ้าจนถึงการรวมเข้ากับ ระบบสมาร์ท. ในเวลาเดียวกันมีไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ทรงพลังกว่าที่สามารถทำงานได้หลายร้อยล้านต่อวินาทีและเชื่อมโยงกับอุปกรณ์ต่อพ่วง“ กับฟัน” พวกเขามีภารกิจที่สอดคล้องกัน ดังนั้นผู้พัฒนาประเมินงานก่อนแล้วจึงเลือกฮาร์ดแวร์ที่เหมาะสมสำหรับมัน

จนถึงปัจจุบันมีการดัดแปลงไมโครคอนโทรลเลอร์มากกว่า 200 ตัวที่เข้ากันได้กับ i8051 ผลิตโดย บริษัท สองโหลและไมโครคอนโทรลเลอร์ชนิดอื่น ๆ จำนวนมาก นักพัฒนาได้รับความนิยมด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC แบบ 8 บิตจาก Microchip Technology และ AVR จาก Atmel, MSP430 16 บิตจาก TI, และไมโครคอนโทรลเลอร์ 32 บิต, สถาปัตยกรรม ARM ซึ่งพัฒนาโดย ARM Limited และจำหน่ายใบอนุญาตให้ บริษัท อื่น ๆ สำหรับการผลิตของพวกเขา

16-bit 28-pin PDIP PIC24 ไมโครคอนโทรลเลอร์

ไมโครคอนโทรลเลอร์ Atmel AVR ATmega8 ในแพ็คเกจ DIP

อุปกรณ์ไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR

ไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นมีพารามิเตอร์จำนวนมากเนื่องจากเป็นทั้งอุปกรณ์ควบคุมซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (ไมโครเซอร์กิต) คำนำหน้า "micro" ในชื่อของไมโครคอนโทรลเลอร์หมายความว่าดำเนินการโดยใช้เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์

ระหว่างการทำงานไมโครคอนโทรลเลอร์จะอ่านคำสั่งจากหน่วยความจำหรือพอร์ตอินพุตและดำเนินการคำสั่งเหล่านั้น สิ่งที่แต่ละคำสั่งหมายถึงถูกกำหนดโดยระบบคำสั่งไมโครคอนโทรลเลอร์ ระบบคำสั่งจะถูกฝังอยู่ในสถาปัตยกรรมของไมโครคอนโทรลเลอร์และการดำเนินการของรหัสคำสั่งจะแสดงในการทำงานของไมโครเพอร์เรชั่นบางอย่างโดยองค์ประกอบภายในของไมโครคอนโทรลเลอร์

ไมโครคอนโทรลเลอร์ช่วยให้สามารถควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างยืดหยุ่น ไมโครคอนโทรลเลอร์บางรุ่นมีประสิทธิภาพมากจนสามารถเปลี่ยนรีเลย์ได้โดยตรง (ตัวอย่างเช่นเป็น พวงมาลัยคริสต์มาส).

ตามปกติแล้วไมโครคอนโทรลเลอร์จะไม่ทำงานคนเดียว แต่จะถูกบัดกรีเข้าสู่วงจรซึ่งนอกเหนือจากนั้นแล้วหน้าจออินพุตคีย์บอร์ดตัวเซ็นเซอร์ต่าง ๆ ฯลฯ เชื่อมต่อกัน

ซอฟต์แวร์สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถดึงดูดความสนใจของผู้ที่ชอบ“ ไล่ล่าบิต” เนื่องจากหน่วยความจำในไมโครคอนโทรลเลอร์มักจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 2 ถึง 128 Kb ถ้าน้อยกว่านั้นคุณต้องเขียนในแอสเซมเบลอร์หรือฟอร์ตถ้าเป็นไปได้ให้ใช้ BASIC รุ่นพิเศษ Pascal แต่ส่วนใหญ่เป็น C ก่อนที่จะเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ในที่สุดมันจะถูกทดสอบในอีมูเลเตอร์ - ซอฟต์แวร์หรือฮาร์ดแวร์

คำถามอาจเกิดขึ้น: ไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นเพียงชื่อที่แตกต่างกันสำหรับอุปกรณ์เดียวกันหรือยังแตกต่างกันหรือไม่?

ไมโครโปรเซสเซอร์เป็นอุปกรณ์กลางของคอมพิวเตอร์ใด ๆ ที่ทำด้วยเทคโนโลยีแบบรวม ชื่อตัวบ่งชี้ว่ามันอยู่ในนั้นว่ากระบวนการคำนวณเกิดขึ้น เพื่อที่จะทำให้คอมพิวเตอร์ออกมาแม้ว่ามันจะไม่ทันสมัยและทรงพลังมาก (จำได้ว่ามือสมัครเล่นของวิทยุ 86 หรือซินแคลร์สร้าง) มันจะต้องเสริมด้วยอุปกรณ์ภายนอก ก่อนอื่นมันเป็นแรมและพอร์ตอินพุตสำหรับส่งข้อมูล

ไมโครคอนโทรลเลอร์มีหน่วยประมวลผล, RAM, หน่วยความจำของโปรแกรมและนอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ต่อพ่วงทั้งชุดที่เปลี่ยนโปรเซสเซอร์ให้เป็นคอมพิวเตอร์ที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ ตามคำศัพท์เก่าของยุคโซเวียตอุปกรณ์ดังกล่าวถูกเรียกว่าคอมพิวเตอร์ไมโครชิป แต่การคำนวณของสหภาพโซเวียตอย่างที่คุณรู้ได้มาถึงจุดจบแล้วและด้วย OMEVM

แต่เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ต่างประเทศไม่หยุดนิ่งดังนั้น OMEVM จึงกลายเป็นที่รู้จักในฐานะผู้ควบคุม (จากภาษาอังกฤษการควบคุม - เพื่อการจัดการการควบคุม) และในความเป็นจริงแล้วผู้ควบคุมนั้นเหมาะสำหรับการควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ แม้จะไม่ซับซ้อนมาก

MICROCONTROLLER ไม่ใช่โปรเซสเซอร์อีกต่อไป แต่ยังไม่ใช่คอมพิวเตอร์

หน่วยประมวลผลกลางในคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องเป็นคอมพิวเตอร์หลัก แม้ว่าคอมพิวเตอร์ไม่ได้มีไว้สำหรับโหลดคอมพิวเตอร์เพียงอย่างเดียว แต่โปรเซสเซอร์ก็เป็นองค์ประกอบหลักในนั้น แต่ไม่เพียงคอมพิวเตอร์ที่มีโปรเซสเซอร์

หากคุณคิดถึงมันและมองเข้าไปใกล้คุณจะพบว่ามีการใช้โปรเซสเซอร์ในเครื่องใช้ในครัวเรือนส่วนใหญ่ มีเพียงพวกเขาไม่ใช้โปรเซสเซอร์เช่นในคอมพิวเตอร์ แต่ไมโครโปรเซสเซอร์และแม้กระทั่งไมโครคอนโทรลเลอร์

ดังนั้นไมโครคอนโทรลเลอร์คืออะไรและแตกต่างจากโปรเซสเซอร์จริงหรือส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงเหล่านี้อย่างไร

วงจรรวมขนาดใหญ่หรือวงจรรวมเป็นโปรเซสเซอร์ ไมโครโปรเซสเซอร์เป็นตัวประมวลผลเดียวกัน แต่เนื่องจากคำนำหน้า“ ไมโคร” เป็นสาระสำคัญของพวกเขาจะถูกกำหนดว่าพวกเขามีขนาดเล็กกว่าพี่น้องใหญ่ของพวกเขา ในเวลาประวัติศาสตร์หน่วยประมวลผลที่มีขนาดสามารถครอบครองมากกว่าหนึ่งห้องมันเป็นเพียงสิทธิที่จะตั้งชื่อพวกเขาเป็นไดโนเสาร์สูญพันธุ์โดยโปรเซสเซอร์มหภาคเพื่อที่จะจัดเรียงพวกเขาในความคิดที่ทันสมัยของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ขนาดที่เล็กลงและโปรเซสเซอร์ที่จัดเรียงใช้พื้นที่น้อยลงและสามารถวางในผลิตภัณฑ์ขนาดกะทัดรัดมากขึ้นนี่คือไมโครโปรเซสเซอร์ แต่ตัวประมวลผลเองสามารถทำได้เพียงเล็กน้อยยกเว้นการส่งข้อมูลระหว่างรีจิสเตอร์และดำเนินการทางคณิตศาสตร์และการดำเนินการเชิงตรรกะบางอย่าง

เพื่อให้ไมโครโปรเซสเซอร์ส่งข้อมูลไปยังหน่วยความจำหน่วยความจำนี้จะต้องอยู่ในชิปตัวเองซึ่งเป็นที่ตั้งขององค์ประกอบหน่วยประมวลผลหรือเชื่อมต่อกับ RAM ภายนอกที่ทำในรูปแบบของชิปหรือโมดูลที่แยกต่างหาก

นอกเหนือจากหน่วยความจำแล้วโปรเซสเซอร์จะต้องโต้ตอบกับอุปกรณ์ภายนอก - อุปกรณ์ต่อพ่วง ไม่เช่นนั้นคุณจะได้รับประโยชน์อะไรบ้างจากการทำงานของโปรเซสเซอร์ผสมและเคลื่อนย้ายข้อมูลไปมา จุดคือเมื่อตัวประมวลผลโต้ตอบกับอุปกรณ์ I / O บนคอมพิวเตอร์มันคือแป้นพิมพ์เมาส์และอุปกรณ์แสดงผลเป็นจอแสดงผลเป็นทางเลือกเครื่องพิมพ์และเช่นสแกนเนอร์อีกครั้งสำหรับการป้อนข้อมูล

เพื่อควบคุมอุปกรณ์ I / O วงจรบัฟเฟอร์และองค์ประกอบที่เหมาะสมนั้นขาดไม่ได้ ขึ้นอยู่กับพวกเขาฮาร์ดแวร์ที่เรียกว่าอินเตอร์เฟซที่มีการใช้งาน วิธีการโต้ตอบกับองค์ประกอบอินเตอร์เฟสต้องมีวงจรอินพุต / เอาท์พุตตัวถอดรหัสที่อยู่และตัวสร้างบัสด้วยวงจรบัฟเฟอร์เพื่อเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักของไมโครโปรเซสเซอร์

การรวมหน่วยประมวลผลเข้ากับองค์ประกอบเพิ่มเติมที่จำเป็นทั้งหมดเพื่อให้ผลิตภัณฑ์นี้สามารถเทลงในโครงสร้างที่สมบูรณ์และนำไปสู่การก่อตัวของไมโครคอนโทรลเลอร์ ชิป microcircuit หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้วงจรประมวลผลและอินเตอร์เฟสบนชิปตัวเดียว

ชิปแบบครบวงจรที่มีเกือบทุกอย่างดังนั้นนี่ก็เพียงพอที่จะสร้างผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปเป็นตัวอย่างของไมโครคอนโทรลเลอร์ทั่วไป ตัวอย่างเช่นนาฬิกาข้อมืออิเล็กทรอนิกส์หรือนาฬิกาปลุกมีไมโครคอนโทรลเลอร์อยู่ภายในซึ่งใช้ฟังก์ชันทั้งหมดของอุปกรณ์ดังกล่าว อุปกรณ์ต่อพ่วงแต่ละตัวเชื่อมต่อโดยตรงกับขาของไมโครคอนโทรลเลอร์ไมโครคอนโทรลเลอร์หรือองค์ประกอบเพิ่มเติมหรือไมโครเซอร์กิตในการรวมเข้าด้วยกันขนาดเล็กหรือขนาดกลาง

ไมโครคอนโทรลเลอร์ถูกใช้อย่างกว้างขวางในผลิตภัณฑ์ที่มีทั้งระบบเฉพาะในไมโครจิ๋วหนึ่งวงจรซึ่งมักเรียกว่าไมโครแอสเซมบลี ตัวอย่างเช่นบัตรเครดิต“ ชิป” มีไมโครคอนโทรลเลอร์ภายในฐานพลาสติก แท็บเล็ตอินเตอร์คอม ภายในประกอบด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ และตัวอย่างของการใช้งานและการประยุกต์ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นกว้างใหญ่มากในโลกสมัยใหม่ซึ่งง่ายต่อการตรวจจับว่ามีคอนโทรลเลอร์อยู่ในอุปกรณ์อัจฉริยะใด ๆ ไม่ว่าจะเป็นของเล่นเด็กไปจนถึงชุดหูฟังโทรศัพท์ไร้สาย