Microcontrolere - ce este asta?

În prezent, microcontrolerele pot fi găsite în aproape fiecare copie a aparatelor electrocasnice și electronice. De exemplu, dacă există un LED sau un ecran LCD și o tastatură în cuptorul cu microunde, acesta este în mod necesar echipat cu un microcircuit de control special.

Varietate de aplicații

Toate vehiculele moderne conțin cel puțin un microcontroler și poate fi echipat cu mai multe motoare, sistem de antiblocare, de control al vitezei de croazieră și așa mai departe. D. Orice dispozitiv cu un control de la distanță este aproape sigur are un control microcontroler. Această categorie include televizoare, playere și stereo de înaltă calitate. Camere video digitale compacte si SLR, telefoane mobile, camere video, bancomatelor, imprimante laser, telefoane fixe pentru a identifica un apelant și o memorie de 20 de camere, frigidere, mașini de spălat vase multifuncționale și de spălare mașini, uscătoare. În principiu, orice aparat de uz casnic sau dispozitiv care interacționează cu utilizatorul are un microcontroler încorporat.

Ce este?

Microcontrolerul este un calculator. Toate computerele, indiferent dacă acestea sunt servere personale sau mari, au unele caracteristici comune. Ei au o unitate centrală de procesare (CPU), care execută programe, descărcând comenzi din orice magazin de date. Pe un PC, de exemplu, este un hard disk. Computerul este de asemenea echipat cu o memorie cu acces aleator (RAM). Trebuie furnizate mijloace speciale pentru comunicarea cu lumea exterioară. Pe PC, tastatura și mouse-ul sunt dispozitive de intrare, iar monitorul și imprimanta sunt utilizate pentru a le transmite. Hard diskul combină aceste două funcționalități, deoarece funcționează atât cu datele de intrare cât și cu cele de ieșire.

CPU

Tipul de procesor utilizat în microcontroler depinde de aplicația specifică. Opțiuni disponibile de la simplu 4, 8 sau 16 biți la cele mai complexe 32 sau 64 de biți. În ceea ce privește memoria, poate fi utilizată memoria RAM, memoria flash, EPROM sau EEPROM. În general, microcontrolere sunt concepute pentru a fi utilizate fără componente de procesare suplimentare, deoarece acestea sunt proiectate cu suficientă capacitate de memorie internă, și să aibă un contact comun pentru operațiunile de intrare-ieșire, pentru a interacționa direct cu senzori și alte componente.

Arhitectura procesorului poate fi fie Harvard, fie von Neumann, oferind diferite metode de schimb de informații între procesor și memorie. În primul caz, datele și liniile de comandă sunt separate, ceea ce permite transmiterea simultană. În von Neumann arhitectura pentru aceasta, se folosește generalul.

programare

Procesoarele de microcontrolere se pot baza pe un set de instrucțiuni extinse (CISC) sau pe scurt (RISC). CISC include de obicei aproximativ 80 de instrucțiuni (RISC - aproximativ 30), precum și un număr mai mare de moduri de adresare - 12-24 comparativ cu 3-5 pentru RISC. Deși un set extins de instrucțiuni este mai ușor de implementat și utilizează mai eficient memoria, performanța sa este mai mică datorită mai multor cicluri de ceas necesare pentru a le executa. Procesoarele RISC acordă mai multă atenție software-ului și sunt mai productive.

Inițial, limba microcontrolerelor era asamblatoare. Astăzi, limba populară este C.

Cu ajutorul cablului, software-ului și PC-ului adecvat, nu este dificil să programați microcontrolerul cu propriile mâini. Trebuie să conectați controlerul la paralel port computer, rulați aplicația și încărcați un set de comenzi.

Definirea caracteristicilor

Cum de a distinge un calculator de un microcontroler? Dacă primul este un dispozitiv cu scop general care poate rula mii de programe diferite, atunci al doilea este specializat, concentrat pe o singură aplicație. Există o serie de alte caracteristici care fac posibilă diferențierea microcontrolerelor. Pentru începători, aceasta nu va fi o problemă - este suficient să stabiliți prezența majorității calităților următoare în cip, astfel încât să le puteți trimite în siguranță în această categorie.

• Microcontrolerele sunt elementele unui alt dispozitiv (adesea aparatele de uz casnic) pentru a-și gestiona funcțiile sau munca. Ele sunt numite și controlori încorporați.
• Dispozitivul este conceput pentru a efectua o sarcină și pentru a rula un anumit program stocat în ROM, care de obicei nu se schimbă.

• Microcontrolerele sunt cipuri cu putere redusă. Puterea lor cu puterea bateriei este de aproximativ 50 mW. Calculatorul desktop este aproape întotdeauna conectat la o priză și consumă 50 de wați sau mai mult.
• Microcontrolerul dispune de o unitate de intrare specială și adesea (dar nu întotdeauna) un mic LED sau un afișaj LCD pentru ieșire. Recepționează intrarea de la dispozitivul pe care îl controlează trimițând semnale către diferitele sale componente. De exemplu, microcontrolerul televizorului primește semnale de la telecomandă și afișează ieșirea pe ecranul televizorului. Controlează selectorul de canale, difuzoarele și unele setări ale imaginii, cum ar fi contrastul și luminozitatea. Controlerul motorului auto primește semnale de intrare de la senzorii de oxigen și detonare, reglează crearea amestecului de combustibil și sincronizează funcționarea bujiilor. În cuptorul cu microunde, acceptă intrarea de la tastatură, afișează ieșirea pe ecranul LCD și controlează releul pentru pornirea și oprirea generatorului de microunde.
• Microcontrolerele sunt adesea dispozitive mici și ieftine. Componentele sunt selectate astfel încât să minimizeze dimensiunea și să maximizeze costul de producție.
• De multe ori, dar nu întotdeauna, microcontrolerul funcționează în condiții nefavorabile. De exemplu, dispozitivul de control al motorului pentru mașină trebuie să funcționeze la temperaturi extreme, sub care un computer normal nu poate funcționa deloc. În partea de nord, microcontrolerul mașinii ar trebui să funcționeze la o temperatură de -34 ° C, iar în sud - la 49 ° C. În compartimentul motor, temperatura poate atinge 65-80 ° C. Pe de altă parte, microcontrolerul încorporat în playerul Blu-ray nu ar trebui să fie deosebit de puternic.

Cerințele procesorului

Procesoarele utilizate în microcontrolere pot varia foarte mult. De exemplu, telefoanele mobile au folosit un microprocesor Z-80 pe 8 biți, dezvoltat în anii 1970 și utilizat inițial în computerele de acasă. GPS-navigatorul Garmin a fost echipat cu o versiune low-power a Intel 80386, care a fost inițial instalată pe PC-uri desktop.

Majoritatea aparatelor de uz casnic, cum ar fi cuptoarele cu microunde, nu sunt necesare pentru procesoare, dar prețul lor este un factor important. În aceste cazuri, producătorii se îndreaptă către microcontrolere specializate dezvoltate de procesoare necostisitoare, mici și cu putere redusă. Motorola 6811 și Intel 8051 sunt exemple bune de astfel de jetoane. O serie de populare Controlere PIC firma Microchip. Prin standardele de astăzi, aceste procesoare sunt incredibil de minimaliste, dar sunt extrem de ieftine și de multe ori pot satisface pe deplin nevoile designerului.

economie

Un microcontroler tipic este un cip cu 1000 octeți de ROM, 20 de octeți de memorie RAM și 8 pini de intrare / ieșire. Când sunt produse în loturi mari, costul lor este scăzut. Desigur, este imposibil să rulați Microsoft Word pe un astfel de cip - acest lucru necesită cel puțin 30 MB de RAM și un procesor care efectuează milioane de operații pe secundă. Dar pentru a controla cuptorul cu microunde, acest lucru nu este necesar. Microcontrolerul îndeplinește o sarcină specială, iar costurile reduse și consumul de energie sunt principalele sale avantaje.

Cum funcționează?

În ciuda varietății de microcontrolere și chiar a multor programe pentru ei, după ce au învățat să se ocupe de una dintre ele, puteți să cunoașteți toate. Un scenariu tipic al lucrării este după cum urmează:

• Atunci când alimentarea este oprită, dispozitivul nu se afișează.
• Conectarea microcontrolerului la sursa de alimentare pornește blocul logic al sistemului de comandă, care deconectează toate celelalte circuite, cu excepția cristalului de cuarț.
• Când tensiunea atinge valoarea maximă, frecvența oscilatorului se stabilizează. Registrele sunt umplute cu biți care reflectă starea tuturor circuitelor microcontrolerului. Toate contactele sunt configurate ca intrări. Electronica începe să funcționeze în funcție de secvența ritmică a impulsurilor de ceas.
• Contorul comenzii este resetat. Instrucțiunea la această adresă este trimisă decodificatorului de instrucțiuni, care o recunoaște, după care este executată imediat.
• Valoarea contorului de comandă este incrementată cu 1, iar întregul proces este repetat la o rată de un milion de operațiuni pe secundă.