Днес микроконтролерите могат да бъдат намерени в почти всяко копие на домакински уреди и електроника. Например, ако микровълновата фурна има LED или LCD и клавиатура, то тогава е задължително оборудвана със специален контролен чип.

Разнообразие от приложения

Всички съвременни превозни средства съдържат поне един микроконтролер и могат да бъдат оборудвани с няколко двигателя, антиблокираща система, круиз контрол и др. Всяко дистанционно устройство почти със сигурност се контролира от микроконтролер. Тази категория включва телевизори, плейъри и висококачествени стереосистеми. Цифрови компактни и огледални камери, мобилни телефони, видеокамери, телефонни секретари, лазерни принтери, стационарни телефони с абонатна идентификация и памет за 20 стаи, многофункционални хладилници, съдомиялни и перални машини, сушилни. По принцип, всички домакински уреди или устройства, които взаимодействат с потребителя, имат вграден микроконтролер.

Какво е това?

Микроконтролерът е компютър. Всички компютри, независимо дали са лични или големи мейнфрейми, имат някои общи характеристики. Те имат централен процесор (CPU), който изпълнява програми чрез зареждане на команди от всяко хранилище на данни. На компютър например той е твърд диск. Компютърът също е оборудван с оперативно устройство за съхранение (RAM). За комуникация с външния свят трябва да се осигурят специални средства. На компютърна клавиатура имишката е входното устройство, а мониторът и принтерът се използват за извеждането му. Твърдият диск съчетава и двете функции, тъй като работи както с входящи, така и с изходящи данни.

CPU

Типът процесор, използван в микроконтролера, зависи от конкретното приложение. Наличните опции са от обикновени 4-, 8- или 16-битови до по-сложни 32-битови или 64-битови. Що се отнася до паметта, може да се използва RAM, флаш памет, EPROM или EEPROM. Като правило, микроконтролерите са проектирани да се използват без допълнителни изчислителни компоненти, защото те са проектирани с достатъчна вътрешна памет и също така имат контакти за общите I /O операции, за да взаимодействат директно със сензори и други компоненти. CPU архитектурата може да бъде както Харвард, така и фон Нойман, предлагайки различни методи за обмен на информация между процесора и паметта. В първия случай шината на данните и командите са разделени, което позволява едновременното предаване. В архитектурата на фон Нойман за тази цел се използва общото.

Програмиране

Процесорите на микроконтролера могат да се базират на разширен (CISC) или съкратен набор от команди (RISC). Обикновено CISC включва около 80 инструкции (RISCs - около 30), както и повече режими на адресиране - 12-24 срещу 3-5 в RISC. Въпреки че разширеният набор от команди е по-лесен за реализиране и използва паметта по-ефективно, неговата производителност е по-ниска поради повече часовникови цикли,необходими за тяхното изпълнение. RISC процесорите обръщат повече внимание на софтуера и по-продуктивни.
Първоначално езикът на микроконтролерите беше асемблер. Днес популярната версия е езикът C. Ако имате подходящ кабел, софтуер и компютър, лесно можете да програмирате микроконтролера със собствените си ръце. Трябва да свържете кабела на контролера към паралелния порт на компютъра, да стартирате приложението и да изтеглите набор от команди.

Определение

Как да се разграничи компютър от микроконтролер? Ако първото е устройство с общо предназначение, което може да изпълнява хиляди различни приложения, то второто е специализирано, фокусирано върху едно приложение. Има редица други характеристики, които правят възможно различаването на микроконтролери. За начинаещите това няма да бъде проблем - достатъчно е да се установи присъствието в чипа на повечето от изброените качества, така че спокойно да го припишете на тази категория.

Микроконтролерите са елементи на всяко друго устройство (често домакински уреди) за контрол на неговите функции или работа. Те се наричат ​​дори вградени контролери.

Устройството е предназначено да изпълнява една задача и да изпълнява една определена програма, съхранявана в ROM, която обикновено не се променя.

Микроконтролерите са чипове с ниска мощност. Тяхната мощност при захранване от батерията е около 50 mW. Компютърът е почти винаги включен и консумира 50 W или повече.

Микроконтролерът е различенспециален входен модул и често (но не винаги) малък LED или LCD дисплей за изход. Приема входящи данни от устройството, което управлява, като изпраща сигнали от различните му компоненти. Например, телевизионен микроконтролер получава сигнали от дистанционното управление и показва изхода на телевизионния екран. Той контролира селектора на канала, високоговорителите и някои параметри на изображението, като контраст и яркост. Контролерът на автомобилния двигател приема входни сигнали от кислородни сензори и детонация, регулира създаването на горивна смес и синхронизира работата на свещите. В микровълновата печка той взема вход от клавиатурата, показва изхода на LCD дисплея и управлява включването и изключването на релето от микровълновия генератор.

Микроконтролерите често са малки и евтини устройства. Компонентите са подбрани по такъв начин, че да се сведе до минимум размерът и да се направи възможно най-евтино производството.

Често, но не винаги, работата на микроконтролера се извършва при неблагоприятни условия. Например устройството за управление на автомобилния двигател трябва да работи при екстремни температури, при които нормален компютър изобщо не може да функционира. На север микроконтролерът на автомобила трябва да работи при -34 ° C, а на юг - при 49 ° C. В двигателното отделение температурата може да достигне 65-80 ° C. От друга страна, микроконтролерът, вграден Blu-ray плейър, не трябва да бъде особено силен.

Изисквания към процесора

Процесорите, използвани в микроконтролери, могат да варират значително. Например, вмобилните телефони използват 8-битов микропроцесор Z-80, разработен през 70-те години и първоначално използван в домашните компютри. GPS навигаторът на Garmin е оборудван с нискомощна версия на Intel 80386, която първоначално е била инсталирана на настолен компютър. Повечето домакински уреди, като микровълнови печки, не отговарят на процесорите, но цената им е важен фактор. В тези случаи производителите се обръщат към специализирани микроконтролери, разработени от евтини, малки и ниски CPU. Motorola 6811 и Intel 8051 са добри примери за такива чипове. Издава се и серия от популярни контролери Microchip PIC. Според днешните стандарти тези процесори са изключително минималистични, но са изключително евтини и често могат напълно да отговорят на нуждите на дизайнера.

Ефективност на разходите

Типичен микроконтролер е чип с 1000 байта ROM, 20 байта ОПЕРАТИВНА памет и 8 входни входно /изходни контакта. Когато се издават в големи партиди, цената им е ниска. Разбира се, не е възможно да се стартира Microsoft Word на такъв чип - това ще изисква поне 30 MB оперативна памет и процесор, който изпълнява милиони операции в секунда. Но за да контролирате микровълновата фурна, това не е задължително. Микроконтролерът изпълнява една конкретна задача, а ниските разходи и консумацията на енергия са неговите основни предимства.

Как работи

Въпреки голямото разнообразие от микроконтролери и дори повече приложения за тях, научавайки как да се справят с един от тях, можете да се запознаете с всички. Типичен сценарий на работаизглежда така:

Когато захранването е изключено, устройството не се показва.

Свързването на микроконтролер с енергиен източник стартира логически блок на системата за управление, който изключва всички други вериги, с изключение на кварцовия кристал.

Когато напрежението достигне своя максимум, честотата на генератора се стабилизира. Регистрите са запълнени с битове, които отразяват състоянието на всички микроконтролери. Всички контакти са конфигурирани като входове. Електрониката започва да работи в съответствие с ритмичната последователност на импулсите на часовника.

Броячът на отборите се нулира. Инструкцията на този адрес се изпраща на командния декодер, който го разпознава, след което се изпълнява незабавно.

Стойността на брояча на командите се увеличава с 1 и целият процес се повтаря със скорост от един милион операции в секунда.