Микроконтролери - какво е това?

В днешно време микроконтролери могат да бъдат намерени в почти всяко копие на домакински уреди и електроника. Например, ако в микровълновата фурна има LED или LCD екран и клавиатура, то задължително е оборудван със специален микроконтролер за управление.

Разнообразие от приложения

Всички съвременни превозни средства съдържат поне един микроконтролер и могат да бъдат оборудвани с много двигатели, антиблокираща система, круиз контрол и така нататък. Г. Всяко устройство с дистанционно управление е почти сигурно има контрол микроконтролер. Тази категория включва телевизори, играчи и висококачествени стереотипи. Цифрови компактни и огледално-рефлексни фотоапарати, мобилни телефони, видеокамери, банкомати, лазерни принтери, наземни телефони, за да се идентифицират на обаждащия се и памет, 20 стаи, мултифункционални хладилници, съдомиялни и перални машини, сушилни. По принцип всеки домашен уред или устройство, които взаимодействат с потребителя, има вграден микроконтролер.

Какво е това?

Микроконтролерът е компютър. Всички компютри, независимо дали са лични или големи мейнфрейми, имат някои общи черти. Те имат централен процесор (CPU), който изпълнява програми, изтегля команди от който и да е хранилище за данни. На компютър, например, това е твърд диск. Компютърът също така е снабден с памет с произволен достъп (RAM). Трябва да се осигурят специални средства за комуникация с външния свят. На компютъра клавиатурата и мишката са входни устройства, а мониторът и принтерът се използват за извеждането му. Твърдият диск съчетава и двете тези функционалности, тъй като работи с входни и изходни данни.

CPU

Типът процесор, използван в микроконтролера, зависи от конкретното приложение. Опциите се предлагат от прости 4-, 8- или 16-битови до по-сложни 32- или 64-битови. Що се отнася до паметта, могат да се използват RAM, флаш памет, EPROM или EEPROM. Обикновено, микроконтролери са предназначени за използване без допълнителни компоненти за обработка, тъй като те са проектирани с достатъчен вътрешен капацитет на паметта, и имат общ контакт за входно-изходни операции, да взаимодейства директно със сензори и други компоненти.

Архитектурата на процесора може да бъде или Харвард, или фон Нойман, като предлага различни методи за обмен на информация между процесора и паметта. В първия случай данните и командите са разделени, което позволява едновременно предаване. В фон Нойман архитектура за това се използва общият.

програмиране

Процесорите на микроконтролерите могат да се основават на разширен (CISC) или съкратен набор от инструкции (RISC). CISC обикновено включва около 80 инструкции (RISC - около 30), както и по-голям брой режими на адресиране - 12-24 в сравнение с 3-5 за RISC. Макар че разширеният набор от инструкции е по-лесен за внедряване и използва паметта по-ефективно, ефективността му е по-ниска поради по-големите часовникови цикли, необходими за изпълнението им. Процесорите на RISC обръщат повече внимание на софтуера и са по-продуктивни.

Първоначално езикът на микроконтролерите беше асемблер. Днес популярният език е C.

С подходящия кабел, софтуер и персонален компютър не е трудно да програмирате микроконтролера със собствените си ръце. Трябва да свържете контролера към паралелен порт компютър, стартирайте приложението и заредите набор от команди.

Определяне на характеристиките

Как да се различи един компютър от микроконтролер? Ако първата е универсално устройство, което може да изпълнява хиляди различни програми, то второто е специализирано, фокусирано върху едно приложение. Съществуват редица други характеристики, които правят възможно разграничаването на микроконтролери. За начинаещи това няма да е проблем - достатъчно е да установите наличието на повечето от следните качества в чипа, така че да можете безопасно да го препратите към тази категория.

• Микроконтролерите са елементите на някои други устройства (често домашни уреди), които да управляват функциите или работата си. Те се наричат ​​и вградени контролери.
• Устройството е проектирано да изпълнява една задача и да изпълнява една конкретна програма, съхранявана в ROM, която обикновено не се променя.

• Микроконтролерите са чипове с малка мощност. Тяхната мощност с мощност на батерията е около 50 mW. Настолен компютър е почти винаги свързан към електрически контакт и консумира 50 вата или повече.
• Микроконтролерът разполага със специален входен блок и често (но не винаги) малък LED или LCD дисплей за изход. Той получава информация от устройството, което контролира, като изпраща сигнали до различните си компоненти. Например, микроконтролерът на телевизора получава сигнали от дистанционното управление и показва изхода на телевизионния екран. Той контролира селектора на канали, високоговорителите и някои настройки на изображението, като например контраст и яркост. Контролерът на двигателя на автомобила получава входни сигнали от кислородни сензори и детониране, регулира създаването на горивна смес и синхронизира работата на свещите. В микровълновата фурна той приема вход от клавиатурата, показва изхода на LCD дисплея и контролира релето за включване и изключване на микровълновия генератор.
• Микроконтролерите често са малки и евтини устройства. Компонентите се избират по такъв начин, че да се сведе до минимум размерът и да се увеличат максимално производствените разходи.
• Често, но не винаги, микроконтролерът работи при неблагоприятни условия. Например устройството за управление на двигателя на автомобила трябва да работи при екстремни температури, при които нормалният компютър изобщо не може да функционира. На север микроконтролерът на автомобила трябва да работи при температура -34 ° C, а на юг - при 49 ° С. В двигателното отделение температурата може да достигне 65-80 ° C. От друга страна, микроконтролерът, вграден в Blu-ray плеъра, не трябва да бъде особено силен.

Изисквания към процесора

Процесорите, използвани в микроконтролерите, могат да се различават значително. Например, мобилните телефони използват 8-битов микропроцесор Z-80, разработен през 70-те и първоначално използван в домашни компютри. GPS-навигаторът Garmin е оборудван с версия с ниска мощност на Intel 80386, която също е била първоначално инсталирана на настолни компютри.

Повечето битови уреди, като например микровълновата печка, са неизискващи към преработвателите, но тяхната цена е важен фактор. В тези случаи производителите се обръщат към специализирани микроконтролери, разработени от евтини, малки и нискоенергийни процесори. Motorola 6811 и Intel 8051 са добри примери за такива чипове. Серия от популярни PIC контролери компания Microchip. Според днешните стандарти тези процесори са невероятно минималистични, но те са изключително евтини и често могат напълно да отговорят на нуждите на дизайнера.

икономика

Типичен микроконтролер е чип с 1000 байта ROM, 20 байта RAM и 8 I / O пина. Когато се произвеждат в големи партиди, цената им е ниска. Разбира се, не е възможно да стартирате Microsoft Word на такъв чип - това изисква най-малко 30 MB оперативна памет и процесор, който изпълнява милиони операции в секунда. Но за да контролирате микровълновата фурна, това не е необходимо. Микроконтролерът изпълнява една конкретна задача, а ниските разходи и консумацията на енергия са основните му предимства.

Как действа?

Въпреки голямото разнообразие от микроконтролери и още повече програми за тях, след като сте се научили да се справяте с тях, можете да опознаете всичко. Типичният сценарий на работата е следният:

• Когато захранването е изключено, устройството не се показва.
• Свързването на микроконтролера към източника на захранване започва логическия блок на управляващата система, която изключва всички останали схеми с изключение на кварцовия кристал.
• Когато напрежението достигне своя максимум, честотата на осцилатора се стабилизира. Регистрите са изпълнени с битове, отразяващи състоянието на всички схеми на микроконтролера. Всички контакти са конфигурирани като входове. Електрониката започва да работи според ритмичната последователност на импулсите на часовника.
• Командният брояч се нулира. Инструкцията на този адрес се изпраща до декодера на инструкцията, който го разпознава, след което се изпълнява незабавно.
• Стойността на командния брояч се увеличава с 1, а целият процес се повтаря с честота от един милион операции в секунда.