Mikrokontroleri su što?

Danas se mikrokontroleri mogu naći u gotovo svakoj kopiji kućanskih aparata i elektronike. Na primjer, ako mikrovalna pećnica ima LED ili LCD i tipkovnicu, tada je nužno opremljen namjenskim kontrolnim čipom.

Raznolikost primjena

Sva moderna vozila sadrže najmanje jedan mikrokontroler i mogu biti opremljena s više motora, protublokirajućim sustavom, tempomatom itd. Svaki daljinski upravljač gotovo je sigurno pod kontrolom mikrokontrolera. Ova kategorija uključuje televizore, igrače i kvalitetne stereo uređaje. Digitalne kompaktne i zrcalne kamere, mobilni telefoni, kamkorderi, automatske sekretarice, laserski pisači, fiksni telefoni s pretplatničkom identifikacijom i memorijom za 20 soba, višenamjenski hladnjaci, perilice posuđa i perilice rublja, sušilice. U principu, bilo koji kućanski aparati ili uređaji koji komuniciraju s korisnikom imaju ugrađeni mikrokontroler.


Što je to?

Mikrokontroler je računalo. Sva računala, bilo da su osobni ili veliki mainframe, imaju neke zajedničke značajke. Oni imaju središnji procesor (CPU) koji izvršava programe učitavanjem naredbi iz bilo kojeg spremišta podataka. Na računalu, na primjer, to je tvrdi disk. Računalo je također opremljeno operativnim uređajem za pohranu podataka (RAM). Za komunikaciju s vanjskim svijetom treba osigurati posebna sredstva. Na PC tipkovnici imiš je ulazni uređaj, a monitor i pisač se koriste za izlaz. Tvrdi disk kombinira obje ove funkcije, budući da radi s ulaznim i izlaznim podacima.


CPU

Tip procesora koji se koristi u mikrokontroleru ovisi o određenoj primjeni. Dostupne opcije su od jednostavnih 4-, 8- ili 16-bitnih do složenijih 32-bitnih ili 64-bitnih. Što se tiče memorije, može se koristiti RAM, flash memorija, EPROM ili EEPROM. U pravilu, mikrokontroleri su dizajnirani za korištenje bez dodatnih računalnih komponenti jer su dizajnirani s dovoljno unutarnje memorije i imaju kontakte za uobičajene I /O operacije za izravnu interakciju sa senzorima i drugim komponentama. CPU arhitektura može biti i Harvard i von Neumann, nudeći različite metode razmjene informacija između procesora i memorije. U prvom slučaju, sabirnica podataka i naredbe su odvojene, što omogućuje istodobni prijenos. U arhitekturi von Neumanna, u tu svrhu se koristi opći.

Programiranje

Procesori mikrokontrolera mogu se temeljiti na proširenom (CISC) ili skraćenom skupu naredbi (RISC). CISC obično uključuje oko 80 uputa (RISC - oko 30), kao i više načina adresiranja - 12-24 naspram 3-5 u RISC-u. Iako je prošireni skup naredbi lakše implementirati i koristi memoriju učinkovitije, njegove performanse su niže zbog više ciklusa takta,potrebne za njihovo izvršenje. RISC procesori obraćaju više pozornosti na softver i produktivniji. U početku je jezik mikrokontrolera bio asembler. Danas je popularna verzija jezik C. Ako imate odgovarajući kabel, softver i računalo, lako je programirati mikrokontroler vlastitim rukama. Morate spojiti kabel kontrolera na paralelni priključak računala, pokrenuti aplikaciju i preuzeti skup naredbi.

Definicija

Kako razlikovati računalo od mikrokontrolera? Ako je prvi uređaj opće namjene koji može pokrenuti tisuće različitih aplikacija, drugi je specijaliziran, fokusiran na jednu aplikaciju. Postoji niz drugih značajki koje omogućuju razlikovanje mikrokontrolera. Za početnike to neće biti problem - dovoljno je uspostaviti prisutnost u čipu većine navedenih osobina, tako da je sigurno možete pripisati toj kategoriji.
  • Mikrokontroleri su elementi bilo kojeg drugog uređaja (često kućnog aparata) za kontrolu njegovih funkcija ili rada. Oni se čak nazivaju ugrađenim kontrolerima.
  • Uređaj je namijenjen za obavljanje jednog zadatka i izvođenje jednog programa pohranjenog u ROM-u koji se obično ne mijenja.
  • Mikrokontroleri su čipovi male snage. Njihova snaga kada se napaja baterijom je oko 50 mW. Stolno računalo je gotovo uvijek priključeno i troši 50 W ili više.
  • Mikrokontroler je drugačijiposebnu ulaznu jedinicu i često (ali ne uvijek) mali LED ili LCD zaslon za izlaz. Prihvaća dolazne podatke s uređaja kojim upravlja, slanjem signala iz različitih komponenti. Primjerice, TV mikrokontroler prima signale s daljinskog upravljača i prikazuje izlaz na TV zaslonu. Ona kontrolira selektor kanala, zvučnike i neke parametre slike, kao što su kontrast i svjetlina. Upravljač automobila prihvaća ulazne signale iz senzora kisika i detonaciju, regulira stvaranje smjese goriva i sinkronizira rad svjećica. U mikrovalnoj pećnici on uzima ulazni signal s tipkovnice, prikazuje izlaz na LCD zaslonu i upravlja relejem koji uključuje i isključuje mikrovalni generator.
  • Mikrokontroleri su često mali i jeftini uređaji. Komponente su odabrane tako da minimaliziraju veličinu i čine proizvodnju što je moguće jeftinijom.
  • Često, ali ne uvijek, rad mikrokontrolera provodi se pod nepovoljnim uvjetima. Na primjer, upravljački uređaj za automobilski motor trebao bi raditi na ekstremnim temperaturama, u kojima normalno računalo uopće ne može funkcionirati. Na sjeveru, mikrokontroler automobila mora raditi na -34 ° C, a na jugu - na 49 ° C. U motornom prostoru temperatura može doseći 65-80 ° C. S druge strane, mikrokontroler, ugrađeni Blu-ray player, ne mora biti osobito jak.

  • Zahtjevi CPU-a

    Procesori koji se koriste u mikrokontrolerima mogu se uvelike razlikovati. Na primjer, umobitelima koristi 8-bitni mikroprocesor Z-80 razvijen u 1970-ih i izvorno se koristi u kućnim računalima. Garminov GPS navigator opremljen je inačicom Intel 80386 male snage, koja je izvorno instalirana na stolno računalo. Većina kućanskih aparata, kao što su mikrovalne pećnice, nisu u skladu s procesorima, ali njihova cijena je važan čimbenik. U tim slučajevima, proizvođači se okreću specijaliziranim mikrokontrolerima, razvijenim iz jeftinih, malih i malih CPU-ova. Motorola 6811 i Intel 8051 su dobri primjeri takvih čipova. Također objavljen je niz popularnih Microchip PIC kontrolera. Prema današnjim standardima, ovi procesori su nevjerojatno minimalistički, ali su iznimno jeftini i često mogu u potpunosti zadovoljiti potrebe dizajnera.

    Troškovna učinkovitost

    Tipični mikrokontroler je čip s 1000 bajtova ROM-a, 20 bajta OPERATIVNE memorije i 8 ulaznih I /O kontakata. Kada se izdaju u velikim serijama, njihova cijena je niska. Naravno, nije moguće pokrenuti Microsoft Word na takvom čipu - to će zahtijevati barem 30 MB OPERATIVNE memorije i procesor koji obavlja milijune operacija u sekundi. Ali za kontrolu mikrovalne pećnice to nije potrebno. Mikrokontroler obavlja jedan specifičan zadatak, a niske cijene i potrošnja energije su njegove glavne prednosti.

    Kako radi

    Unatoč velikom broju mikrokontrolera i još više aplikacija za njih, učeći kako se nositi s jednim od njih, možete upoznati sve. Tipičan scenarij radaizgleda ovako:
  • Kad je napajanje isključeno, uređaj se ne prikazuje.
  • Povezivanje mikrokontrolera s izvorom energije pokreće logički blok upravljačkog sustava koji onemogućuje sve ostale krugove osim kristala kvarca.
  • Kada napon dosegne svoj maksimum, frekvencija generatora se stabilizira. Registri su ispunjeni bitovima koji odražavaju stanje svih sklopova mikrokontrolera. Svi su kontakti konfigurirani kao ulazi. Elektronika počinje raditi u skladu s ritmičkim slijedom impulsa takta.
  • Brojač timova se resetira. Instrukcija na ovoj adresi šalje se naredbenom dekoderu, koji ga prepoznaje, nakon čega se odmah izvršava.
  • Vrijednost brojača naredbi povećava se za 1 i cijeli se postupak ponavlja brzinom od milijun operacija u sekundi.
  • Povezane publikacije