Mikrokontroleri - što je ovo?

Danas se mikrokontroleri mogu naći u gotovo svakoj kopiji kućanskih aparata i elektronike. Na primjer, ako u mikrovalnoj pećnici postoji LED ili LCD zaslon i tipkovnica, nužno je opremljena posebnim mikročipom za upravljanje.

Raznolikost prijava

Svi moderni vozila sadržavati barem jedan mikrokontroler, a može biti opremljen s multi-motor, anti-lock sustav kočenja, tempomat i tako dalje. D. bilo koji uređaj s daljinskim upravljačem gotovo je sigurno da ima kontrolu mikrokontrolera. Ova kategorija uključuje televizore, igrače i visoke kvalitete sterea. Digitalni kompaktni i SLR fotoaparati, mobiteli, kamere, bankomatima, laserski pisači, fiksne telefone identificirati pozivatelja i memorija 20 soba, višenamjenski hladnjaci, perilice posuđa i pranje strojevi, sušilice. U načelu, svaki kućanski aparat ili uređaj koji komunicira s korisnikom ima ugrađeni mikrokontroler.

Što je to?

Mikrokontroler je računalo. Sva računala, bilo da su oni osobni ili veliki glavni uređaji, imaju neke zajedničke značajke. Oni imaju središnju procesorsku jedinicu (CPU), koja izvršava programe, preuzimajući naredbe iz bilo kojeg skladišta podataka. Na računalu, na primjer, to je tvrdi disk. Računalo je također opremljeno memorijom s izravnim pristupom (RAM). Treba osigurati posebna sredstva za komunikaciju s vanjskim svijetom. Na računalu, tipkovnica i miš su ulazni uređaji, a monitor i pisač koriste se za izlaz. Tvrdi disk kombinira obje ove funkcionalnosti, budući da funkcionira s ulaznim i izlaznim podacima.

CPU

Vrsta procesora koji se koristi u mikrokontroleru ovisi o specifičnoj aplikaciji. Dostupne mogućnosti od jednostavnog 4-, 8- ili 16-bitni za složenije 32 ili 64-bitna. Što se tiče memorije, memorija se može koristiti, flash memorije, EPROM ili EEPROM. Općenito, mikrokontrolera su dizajnirani za uporabu bez dodatnih komponenti za obradu, jer su dizajnirani s dovoljno unutarnjeg kapaciteta memorije, a imaju zajedničku kontakt za ulazno-izlazne operacije, izravno komunicirati sa senzorima i drugih komponenti.

CPU arhitektura može biti Harvard ili von Neumann, nudeći razne metode razmjene informacija između procesora i memorije. U prvom slučaju odvojene su podatkovne i zapovjedne linije koje omogućuju simultani prijenos. U von Neumann arhitekture za to se koristi general.

programiranje

Procesori mikrokontrolera mogu se temeljiti na proširenom (CISC) ili skraćenom skupu instrukcija (RISC). CISC tipično sadrži oko 80 upute (RISC - 30), i veći broj načina bave - 12-24 u usporedbi s 3-5 u RISC. Iako je proširena skup instrukcija je lakše provesti, i to koristi memoriju učinkovitije, njegov nastup je manji zbog većeg broja ciklusa sata potrebnih za njihovo obavljanje. RISC procesori više pažnje posvećuju softveru i produktivniji su.

U početku, jezik mikrokontrolera bio je sastavljač. Danas je popularan jezik C.

Uz odgovarajući kabel, softver i računalo, nije teško programirati mikrokontroler vlastitim rukama. Morate spojiti kontroler na paralelni port računalo, pokrenite program i učitajte skup naredbi.

Definiranje osobina

Kako razlikovati računalo od mikrokontrolera? Ako je prvi uređaj opće namjene koji može pokrenuti tisuće različitih programa, drugi je specijaliziran, usredotočen na jednu aplikaciju. Postoji niz drugih svojstava koja omogućuju razlikovanje mikrokontrolera. Za početnike to neće predstavljati problem - dovoljno je utvrditi prisutnost većine sljedećih svojstava u čipu, tako da ga možete sigurno uputiti u ovu kategoriju.

• Mikrokontroleri su elementi nekog drugog uređaja (često kućanskih aparata) za upravljanje funkcijama ili radu. Oni se nazivaju i ugrađeni kontroleri.
• Uređaj je osmišljen za izvođenje jednog zadatka i pokretanje jednog programa pohranjenog u ROM-u, koji se obično ne mijenja.

• Mikrokontroleri su male snage. Njihova snaga s baterijom je oko 50 mW. Računalo stolno računalo gotovo je uvijek spojeno na utičnicu i troši 50 wata ili više.
• Mikrokontroler ima posebnu ulaznu jedinicu i često (ali ne uvijek) mali LED ili LCD zaslon za izlaz. Ona prima ulaz s uređaja koji kontrolira slanjem signala na različite komponente. Na primjer, mikrokontroler TV prijemnika prima signale s daljinskog upravljača i prikazuje izlaz na TV zaslonu. Upravlja izbornikom kanala, zvučnicima i nekim postavkama slike, poput kontrasta i svjetline. Upravljač motora motora prima ulazne signale od senzora kisika i detonira, regulira stvaranje smjese goriva i sinkronizira rad svjećica. U mikrovalnoj pećnici prihvaća ulaz s tipkovnice, prikazuje izlaz na LCD zaslonu i upravlja relejem za uključivanje i isključivanje mikrovalnog generatora.
• Mikrokontroleri su često male i jeftine uređaje. Komponente su odabrane na takav način da minimiziraju veličinu i maksimiziraju trošak proizvodnje.
• Često, ali ne uvijek, mikrokontroler radi u nepovoljnim uvjetima. Na primjer, upravljački uređaj za automobilski motor mora raditi na ekstremnim temperaturama, pod kojim normalno računalo uopće ne može funkcionirati. Na sjeveru, mikrokontroler automobila treba raditi na temperaturi od -34 ° C, a na jugu - na 49 ° C. U odjeljku motora temperatura može dosegnuti 65-80 ° C. S druge strane, mikrokontroler ugrađen u Blu-ray player ne bi trebao biti osobito jak uopće.

Zahtjevi CPU-a

Procesori koji se koriste u mikrokontrolera mogu se jako razlikovati. Na primjer, mobiteli su koristili 8-bitni mikroprocesor Z-80, razvijen u 1970-ima i izvorno korišten u kućnim računalima. GPS-navigator Garmin je opremljen niskom snagom inačice Intel 80386, koji je također izvorno instaliran na stolnim računalima.

Većina kućanskih aparata, kao što su mikrovalne pećnice, ne zahtijevaju procesore, ali njihova cijena je važan čimbenik. U takvim slučajevima, proizvođači se okreću specijaliziranim mikrokontrolerima razvijenim od jeftinih, malih i niskoenergetskih procesora. Motorola 6811 i Intel 8051 su dobri primjeri takvih čipova. Niz popularnih PIC kontroleri tvrtka Microchip. Prema današnjim standardima, ti procesori su nevjerojatno minimalistički, ali su iznimno jeftini i često u potpunosti zadovoljavaju potrebe dizajnerice.

ekonomija

Tipični mikrokontroler je čip s 1000 bajta ROM-a, 20 bajta RAM-a i 8 I / O iglica. Kada se proizvode u velikim količinama, njihov je trošak nizak. Naravno, nemoguće je pokrenuti Microsoft Word na takvom čipu - to zahtijeva najmanje 30 MB RAM-a i procesor koji obavlja milijune operacija u sekundi. No za kontrolu mikrovalne pećnice to nije potrebno. Mikrokontroler obavlja određeni zadatak, a niske cijene i potrošnja energije glavne su prednosti.

Kako to radi?

Unatoč širokom rasponu mikrokontrolera i još više programa za njih, nakon što ste naučili rukovati jednim od njih, možete upoznati sve. Tipičan scenarij rada je sljedeći:

• Kad je napajanje isključeno, uređaj se ne prikazuje.
• Spajanje mikrokontrolera na izvor napajanja pokreće logički blok upravljačkog sustava, koji isključuje sve ostale krugove osim kvarcnog kristala.
• Kad napon dosegne svoj maksimum, frekvencija oscilatora se stabilizira. Registri se pune bitovima koji odražavaju stanje svih mikrokontrolernih krugova. Svi su kontakti konfigurirani kao ulazi. Elektronika počinje raditi prema ritmičkoj sekvenci satnih impulsa.
• Zapovjedni brojač resetiran je. Uputa na ovoj adresi šalje se dekoderu za upute, koji ga prepoznaje, nakon čega se odmah izvršava.
• Vrijednost zapovjednog brojača povećava se za 1, a cijeli postupak se ponavlja brzinom od milijun operacija u sekundi.