Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллеры являются неотъемлемой частью встраиваемых систем. Микроконтроллер - это в основном дешевый и небольшой компьютер на одном кристалле, который состоит из процессора, небольшой памяти и программируемых периферийных устройств ввода-вывода. Они предназначены для использования в автоматически управляемых продуктах и ​​устройствах для выполнения заранее определенных и запрограммированных задач. Чтобы лучше понять, что такое микроконтроллер; давайте посмотрим на пример продукта, в котором используется микроконтроллер. В цифровом термометре, отображающем температуру окружающей среды, используется микроконтроллер, подключенный к датчику температуры и дисплею (например, ЖК-дисплею). Микроконтроллер здесь принимает входные данные от датчика температуры в необработанном виде, обрабатывает их и отображает на небольшом ЖК-дисплее в удобочитаемой форме.Точно так же один или несколько микроконтроллеров используются во многих электронных устройствах в зависимости от требований и сложности приложений.

Где они используются?

Микроконтроллеры используются во встроенных системах, в основном в разнообразных продуктах и ​​устройствах, которые представляют собой сочетание аппаратного и программного обеспечения и разработаны для выполнения определенных функций. Несколько примеров встроенных систем, в которых используются микроконтроллеры, могут быть: стиральные машины, торговые автоматы, микроволновые печи, цифровые камеры, автомобили, медицинское оборудование, смартфоны, умные часы, роботы и различная бытовая техника.

Почему мы используем микроконтроллеры?

Микроконтроллеры используются для автоматизации встраиваемых приложений. Основной причиной огромной популярности микроконтроллеров является их способность уменьшать размер и стоимость продукта или конструкции по сравнению с конструкцией, построенной с использованием отдельных микропроцессоров, памяти и устройств ввода / вывода.

Поскольку микроконтроллеры имеют такие функции, как встроенный микропроцессор, RAM, ROM, последовательные интерфейсы, параллельные интерфейсы, аналого-цифровой преобразователь (ADC), цифро-аналоговый преобразователь (DAC) и т. Д., Что упрощает создание приложений на его основе. Кроме того, среда программирования микроконтроллеров предлагает широкие возможности для управления различными типами приложений в соответствии с их требованиями.

Какие бывают типы микроконтроллеров?

На рынке доступен широкий спектр микроконтроллеров. Различные компании, такие как Atmel, ARM, Microchip, Texas Instruments, Renesas, Freescale, NXP Semiconductors и т. Д., Производят различные типы микроконтроллеров с различными функциями. Изучая различные параметры, такие как программируемая память, размер флэш-памяти, напряжение питания, контакты ввода / вывода, скорость и т.д., можно выбрать подходящий микроконтроллер для своего приложения.

Давайте посмотрим на эти параметры и различные типы микроконтроллеров в соответствии с этими параметрами.

Шина данных (размер в битах):

Если классифицировать в соответствии с размером бит, большинство микроконтроллеров имеют диапазон от 8 до 32 бит (также доступны микроконтроллеры с более высоким битом). В 8-битном микроконтроллере его шина данных состоит из 8 линий данных, в то время как в 16-битном микроконтроллере его шина данных состоит из 16 линий данных и так далее для 32-битных микроконтроллеров и выше.

Объем памяти:

Микроконтроллерам требуется память (RAM, ROM, EPROM, EEPROM, флэш-память и т. Д.) Для хранения программ и данных. В то время как некоторые микроконтроллеры имеют встроенные микросхемы памяти, а другие требуют подключения внешней памяти. Они называются микроконтроллерами встроенной памяти и микроконтроллерами внешней памяти соответственно. Объем встроенной памяти также варьируется в разных типах микроконтроллеров, и обычно вы найдете микроконтроллеры с объемом памяти от 4 до 4 МБ.

Количество входных / выходных контактов:

Микроконтроллеры различаются в зависимости от количества размеров контактов ввода-вывода. Можно выбрать конкретный микроконтроллер в соответствии с требованиями приложения.

Набор инструкций:

Есть два типа наборов инструкций - RISC и CISC. Микроконтроллер может использовать RISC (компьютер с сокращенным набором команд) или CISC (компьютер со сложным набором команд). Как следует из названия, RISC сокращает время работы, определяя тактовый цикл инструкции; в то время как CISC позволяет применять одну инструкцию как альтернативу множеству инструкций.

Архитектура памяти:

Существует два типа микроконтроллеров - микроконтроллеры с архитектурой памяти Harvard и микроконтроллеры с архитектурой памяти Princeton.

Вот несколько популярных микроконтроллеров среди студентов и любителей.

8051 серия микроконтроллеров (8-бит)

Микроконтроллеры AVR от Atmel (ATtiny, серия ATmega)

Микроконтроллеры Microchip серии PIC

Микроконтроллеры Texas Instruments, такие как MSP430

ARM микроконтроллеры

Особенности микроконтроллеров

Микроконтроллеры используются во встроенных системах из-за их различных функций. Как показано на приведенной ниже блок-схеме микроконтроллера, он состоит из процессора, контактов ввода / вывода, последовательных портов, таймеров, АЦП, ЦАП и управления прерываниями.

Процессор или ЦП

Процессор - это мозг микроконтроллера. Когда обеспечивается ввод через входные контакты и инструкции через программы, он обрабатывает данные соответствующим образом и передает их на выходные контакты.

объем памяти

Микросхемы памяти интегрированы в микроконтроллер для хранения всех программ и данных. В микроконтроллеры могут быть встроены разные типы памяти, такие как RAM, ROM, EPROM, EEPROM, Flash-память и т. Д.

Порты ввода-вывода

Каждый микроконтроллер имеет порты ввода-вывода. В зависимости от типов микроконтроллеров количество входных выходных контактов может варьироваться. Они используются для взаимодействия с внешними устройствами ввода и вывода, такими как датчики, дисплеи и т. Д.

Последовательные порты

Они облегчают последовательный интерфейс микроконтроллера с другими периферийными устройствами. Последовательный порт - это интерфейс последовательной связи, через который информация передается по одному бит за раз.

АЦП и ЦАП

Иногда встроенным системам требуется преобразовать данные из цифровых в аналоговые и наоборот. Таким образом, большинство микроконтроллеров имеют встроенные АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговые преобразователи) для выполнения необходимого преобразования.

Таймеры

Таймеры и счетчики - важные части встраиваемых систем. Они необходимы для различных операций, таких как генерация импульсов, подсчет внешних импульсов, модуляция, генерация и т. Д.

Контроль прерывания

Управление прерываниями - одна из мощных функций микроконтроллеров. Это своего рода уведомление, которое прерывает текущий процесс и дает указание выполнить задачу, определенную управлением прерываниями.

Подводя итог всему вышесказанному, микроконтроллеры - это своего рода компактные мини-компьютеры, которые предназначены для выполнения определенных задач во встроенных системах. Обладая широким набором функций, их важность и использование огромны, и их можно найти в продуктах и ​​устройствах во всех отраслях промышленности.