Основы микроконтроллеров:структура, принцип работы и приложения

Встроенный микроконтроллер

Источник:Викисклад

Прежде чем погрузиться в мир встроенной электроники, вам нужно понять, что для этого нужно. Например, это поле включает в себя написание ваших кодов. И это почти невозможно сделать, если вы не понимаете основ микроконтроллеров, языка программирования, который они используют, или их фундаментальных концепций программирования. В противном случае вы запутаетесь, с чего начать, и будете перегружены.

Но есть и хорошие новости:

В этой статье вы узнаете об основных вещах, необходимых для начала работы со встроенной электроникой. Мы обсудим, что это такое, как работает микроконтроллер, его базовая структура и многое другое.

Начнем!

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллеры

Источник:Викисклад

Перед определением микроконтроллера важно отметить, что он отличается от микропроцессора (о чем мы поговорим позже в этой статье).

Тем не менее, микроконтроллер представляет собой очень крупномасштабную интеграционную ИС. И он включает в себя порты ввода-вывода, логический блок, память, электронный вычислительный блок и другие модули, объединенные в одном чипе. Вы также можете называть устройство одночиповым компьютером.

Кроме того, микроконтроллер также является встроенным контроллером. И это потому, что устройство вместе со вспомогательной схемой входит в устройство, которым оно управляет.

Вы можете найти микроконтроллеры во многих устройствах или приложениях, которые отображают данные, измеряют, управляют, сохраняют или вычисляют. Интересно, что автомобильная промышленность возглавляет список крупнейших пользователей микроконтроллеров. Ведь машинам нужен прибор для управления двигателем и регулирования других систем.

Еще одна область, где микроконтроллеры распространены, — бытовая электроника. Так, вы можете найти микроконтроллеры в духовках, цифровых камерах, DVD-плеерах и т. д. Контрольно-измерительное оборудование также использует микроконтроллеры, например, генераторы функций, мультиметры и т. д.

Основы микроконтроллеров — Как работает микроконтроллер?

Как правило, микроконтроллеры запускают определенную программу и выполняют одну задачу. Таким образом, они работают, получая данные от устройства, которым они управляют. Следовательно, это помогает микроконтроллерам сохранять контроль. И делает это, отправляя сигналы в разные части устройства.

Например, микроконтроллер телевизора работает, получая данные с пульта дистанционного управления. Затем он выводит вывод на экран телевизора.

Типы микроконтроллеров

У нас есть разные микроконтроллеры, основанные на следующих категориях:наборы инструкций, память и биты.

Наборы инструкций

Существует две категории микроконтроллеров в зависимости от конфигурации набора команд:

RISC

Эта аббревиатура означает «Компьютеры с сокращенным набором команд». Это достигается за счет сокращения тактового цикла для каждой инструкции. И это помогает сократить рабочее время.

ЦИСК

Эта аббревиатура представляет собой сложный компьютер с набором команд. И это позволяет пользователям исправлять одну инструкцию в качестве опции для разных простых команд.

Память

Карта памяти (ОЗУ)

Источник:Викисклад

В категории конфигурации памяти есть два типа микроконтроллеров:

Микроконтроллер встроенной памяти

Этот тип микроконтроллера обычно имеет множество компонентов на кристалле, таких как таймеры и счетчики, порты ввода-вывода, память данных, прерывания и т. д. Примером микроконтроллера со встроенной памятью является Intel 8051.

Микроконтроллер внешней памяти

Конструкция этого типа микроконтроллера не имеет программной памяти на своей микросхеме. Отличным примером микроконтроллера с внешней памятью является Intel 8031.

Биты

В категории битовой конфигурации есть три типа микроконтроллеров:

32-разрядный микроконтроллер

Вы можете найти 32-разрядный микроконтроллер в приборах, использующих автоматическое управление, таких как медицинские приборы и т. д.

16-разрядный микроконтроллер

16-разрядный микроконтроллер полезен для высокопроизводительных и точных приложений. Таким образом, вы можете использовать этот микроконтроллер для выполнения логических и арифметических операций. Отличным примером этого микроконтроллера является Intel 8096.

8-разрядный микроконтроллер

8-разрядный микроконтроллер является наименьшим в этой категории. И вы можете использовать его для выполнения простых задач, таких как выполнение логических и арифметических операций, таких как деление, вычитание и т. д. Кроме того, примерами этого микроконтроллера являются Intel 8051 и 8031.

Основная структура микроконтроллера

Микроконтроллер состоит из трех основных компонентов:портов ввода-вывода, памяти и центрального процессора.

Другие компоненты этого устройства также имеют жизненно важное значение. Но те, что упомянуты выше, являются вспомогательными устройствами. Итак, мы подробно рассмотрим основные компоненты микроконтроллера в зависимости от его структуры.

Основы микроконтроллеров — Память

Как правило, большинству вычислительных систем требуется два типа памяти:память данных и память программ. Память данных помогает хранить временную информацию во время выполнения инструкций. Но память Программы состоит из программы. То есть он содержит инструкции, которые будет выполнять ЦП.

Автобус

Системная шина — один из наименее обсуждаемых компонентов. Но это жизненно важная часть микроконтроллера.

Это относится к набору соединительных проводов, которые связывают ЦП с другими периферийными устройствами, такими как порты ввода-вывода и другие вспомогательные компоненты.

Основы микроконтроллеров — ЦП

Процессор похож на дождь из микроконтроллера. И он состоит из двух частей:CU (блок управления) и ALU (арифметико-логический блок).

Таким образом, ЦП отвечает за декодирование, чтение и выполнение инструкций для выполнения операций передачи данных, логики и арифметики.

Прерывания

Прерывания являются еще одним важным компонентом микроконтроллера. И у него есть механизм обработки прерываний. Кроме того, этот компонент может быть программным, вечным, аппаратным или внутренним.

Основы микроконтроллеров — Порты ввода/вывода

Ввод/вывод относится к портам ввода/вывода. Этот компонент предлагает микроконтроллеру интерфейс для внешних подключений. Например, устройства ввода, такие как клавиатуры, переключатели и т. д., передают информацию от пользователя к ЦП. И делает это в форме двоичных данных.

Таким образом, когда ЦП получает информацию от устройств ввода, он выполняет соответствующие инструкции. Затем он отвечает через устройства вывода, такие как принтеры, дисплеи, светодиоды и т. д.

Последовательный порт

Этот компонент помогает микроконтроллеру взаимодействовать через последовательную связь. Микроконтроллер может взаимодействовать с другими внешними периферийными устройствами и устройствами только через последовательный порт. А UART — наиболее распространенный последовательный канал связи микроконтроллера.

ЦАП

Эта аббревиатура расшифровывается как «цифро-аналоговый преобразователь». И это схема, которая преобразует цифровые сигналы в аналоговые. Также этот компонент соединяет ЦП микроконтроллера и аналоговые устройства (внешние).

АЦП

Аббревиатура АЦП означает аналого-цифровой преобразователь. И это противоположность DAC. То есть схема помогает преобразовать аналоговые сигналы в цифровые. Кроме того, эта схема создает соединение между внешними устройствами аналогового ввода и процессором микроконтроллера.

Кроме того, важно отметить, что аналоговые устройства в основном являются датчиками. Следовательно, чтобы ЦП понял связь, аналоговые данные должны измениться на цифровые.

Основы микроконтроллеров — счетчики/таймеры

Счетчики и таймеры являются жизненно важными компонентами микроконтроллера. И они отвечают за предложение операций подсчета внешних событий и временных задержек. Кроме того, компоненты предлагают управление часами, генерацию функций и т. д.

Биты конфигурации

Микроконтроллеры обычно имеют уникальный бит. И это биты конфигурации. Этот компонент помогает структурировать специальные параметры микроконтроллера, которые включают (но не ограничиваются):

• Включение/выключение программирования низкого напряжения
• Таймер включения/выключения питания
• Включение/выключение внутреннего/внешнего переключения
• Тип осциллятора
• Включение/выключение аварийного монитора часов
• Коричневый сброс вкл./выкл.
• Сторожевой таймер вкл./выкл.

Кроме того, на микроконтроллере PIC вы заметите биты конфигурации. И он отвечает за защиту кода данных и защиты программного кода.

То есть биты конфигурации не позволяют внешнему программному оборудованию читать вашу программу и области данных. Следовательно, другим будет сложно украсть ваш код.

Сравнение микропроцессора и микроконтроллера

Микропроцессор

Источник:Викисклад

Микроконтроллер

Источник:Викисклад

Микроконтроллер — это компьютер, состоящий из таймеров, ПЗУ и других периферийных устройств. Следовательно, вы можете назвать их мини-компьютерами. Кроме того, они бывают разных версий. Но микропроцессоры — это интегральные схемы. И у них есть вычислительная мощность только с центральным процессором внутри них.

Вот таблица, показывающая их различия:

Плюсы

• Поскольку инструкции записываются и хранятся в памяти, микроконтроллеру не нужны сложные операционные системы.
• Чип не требует внешнего интерфейса основных компонентов, таких как порты ввода-вывода.
• Вы можете запрограммировать порты ввода-вывода.
• Размещение всех жизненно важных компонентов сокращает площадь продукта, стоимость и время разработки.

Минусы

• У него нет операционной системы. Следовательно, вы должны написать все команды.
• Память микроконтроллера (в зависимости от объема) может ограничивать количество инструкций, которые может выполнять устройство.

Подведение итогов

Таким образом, основы микроконтроллеров объясняют мощь однокристального микрокомпьютера. Кроме того, он включает в себя несколько периферийных устройств, которые составляют структуру устройства, таких как память, ЦП, порты ввода-вывода, колебательные схемы и т. д. Кроме того, производители встраивают микроконтроллер в устройства, которыми они управляют.

И каждое из периферийных устройств играет жизненно важную роль, которая способствует функционированию микроконтроллера. Что вы думаете о микроконтроллерах? Вам нужна помощь в получении лучшего для вашего проекта? Пожалуйста, свяжитесь с нами.