Разное

Микроконтроллеры это: Страница не найдена | АрдуиноПлюс

Содержание

Все о микроконтроллерах

Микроконтроллер — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами.

Микроконтроллер — это специальная микросхема, предназначенная для управления различными электронными устройствами. Микроконтроллеры впервые появились в том же году, что и микропроцессоры общего назначения (1971).

Разработчики микроконтроллеров придумали остроумную идею – объединить процессор, память, ПЗУ и периферию внутри одного корпуса, внешне похожего на обычную микросхему. С тех пор производство микроконтроллеров ежегодно во много раз превышает производство процессоров, а потребность в них не снижается.

Микроконтроллеры выпускают десятки компаний, причем производятся не только современные 32-битные микроконтроллеры, но и 16, и даже 8-битные (как i8051 и аналоги). Внутри каждого семейства часто можно встретить почти одинаковые модели, различающиеся скоростью работы ЦПУ и объемом памяти.

Дело в том, что микроконтроллеры применяются преимущественно во встроенных системах, в игрушках, в станках, в массовой домашней технике, в домашней автоматике – там, где нужна не мощность процессора, а, скорее, баланс между ценой и достаточной функциональностью.

Именно поэтому самые старые типы микроконтроллеров еще до сих пор в ходу – они многое могут: от автоматического открывания дверей и включения полива газонов до интеграции в систему «умный дом». При этом существуют и более мощные микроконтроллеры, способные выполнять сотни миллионов операций в секунду и обвязанные периферией «до зубов». У них и задачи соответствующие. Таким образом, разработчик сначала оценивает задачу, а уж потом выбирает под нее подходящее «железо».

На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров, совместимых с i8051, выпускаемых двумя десятками компаний, и большое количество микроконтроллеров других типов. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, 16-битные MSP430 фирмы TI, а также 32-битные микроконтроллеры, архитектуры ARM, которую разрабатывает фирма ARM Limited и продаёт лицензии другим фирмам для их производства.

16-битный 28-pin PDIP PIC24 микроконтроллер

Микроконтроллер Atmel AVR ATmega8 в корпусе DIP

Устройство микроконтроллера AVR

Микроконтроллер характеризуется большим числом параметров, поскольку он одновременно является сложным программно-управляемым устройством и электронным прибором (микросхемой). Приставка «микро» в названии микроконтроллера означает, что выполняется он по микроэлектронной технологии.

В ходе работы микрконтроллер считывает команды из памяти или порта ввода и исполняет их. Что означает каждая команда, определяется системой команд микроконтроллера. Сиситема команд заложена в архитектуре микрконтроллера и выполнение кода команды выражается в проведении внутренними элементами микросхемы определенных микроопераций.

Микроконтроллеры позволяют гибко управлять различными электронными и электрическими устройствами. Некоторые модели микроконтроллеров настолько мощны, что могут непосредственно переключать реле (к примеру, на елочных гирляндах).

Микроконтроллеры, как правило, не работает в одиночку, а запаивается в схему, где, кроме него, подключаются экраны, клавиатурные входы, различные датчики и т.д.

Софт для микроконтроллеров может привлечь внимание тех, кто обожает «гоняться за битами», так как обычно память в микроконтроллерах составляет от 2 до 128 Кб. Если меньше, то писать приходится на ассемблере или Форте, если есть возможность, то используют специальные версии Бейсика, Паскаля, но в основном – Си. Прежде чем окончательно запрограммировать микроконтроллер, его тестируют в эмуляторах – программных или аппаратных. 

Тут может возникнуть вопрос: микропроцессор и микроконтроллер это просто разное название одного и того же устройства, или это все-таки разные вещи?

Микропроцессор это центральное устройство любой ЭВМ, выполненный по интегральной технологии. Само название говорит о том, что именно в нем происходят вычислительные процессы. Чтобы из него получилась ЭВМ, пусть даже не очень современная и мощная (вспомните любительские конструкции Радио-86 или Синклер), его надо дополнить внешними устройствами. В первую очередь это оперативная память и порты ввода вывода информации.

Микроконтроллер имеет внутри себя процессор, оперативную память, память программ, а кроме этого целый набор периферийных устройств, которые превращают процессор в полнофункциональную ЭВМ. По старой терминологии советских времен подобные устройства назывались Однокристальными Микро ЭВМ. Но советская вычислительная техника, как известно, зашла в тупик, а вместе с ней и ОМЭВМ.

Зарубежная же вычислительная техника на месте не стояла, поэтому ОМЭВМ стали называться контроллерами (от англ. Control – управлять, управление). И в самом деле, контроллеры оказались весьма пригодны для управления различной техникой, даже не очень сложной. 

МИКРОКОНТРОЛЛЕР — это уже не процессор, но ещё и не компьютер.

Центральный процессор, имеющийся в каждом компьютере — главный вычислитель. Хотя компьютер и не предназначен исключительно для вычислительной нагрузки, процессор является в нём головным элементом. Но не только в компьютере имеется процессор.

Если вдуматься и присмотреться, то можно обнаружить, что процессоры применяются в большинстве приборов бытового предназначения. Только там используются не такие процессоры как в компьютере, а микропроцессоры и даже микроконтроллеры.

Так что же такое микроконтроллер и чем отличается от собственно процессора или это совершенно различные электронные компоненты?

Большие интегральные микросхемы или микросхемы с большой степенью интеграции и есть процессоры. Микропроцессоры, по сути те же процессоры, но из-за приставки «микро» определяется их суть, что они миниатюрнее своих «больших» собратьев. В своё историческое время процессор со своим размером мог занимать не одну комнату, впору их назвать как вымерших динозавров макро-процессорами, чтобы и их как-то упорядочить в современном представлении об электронике.

Уменьшенный в габаритах и скомпонованный процессор занимает меньше места и его можно поместить в более компактное изделие, это и есть микропроцессор. Но сам процессор мало что способен делать, кроме как данные пересылать между регистрами и совершать какие-то арифметические и логические действия над ними.

Чтобы микропроцессор мог переслать данные в память, эта самая память должна присутствовать либо на самом кристалле, на котором находится сам процессорный элемент, либо подключаться к внешней оперативной памяти выполненной в виде отдельного кристалла или модуля.

Кроме памяти процессор должен взаимодействовать с внешними устройствами – периферией. Иначе какой пользы можно ожидать от работы процессора, перемешивающего и перемещающего данные туда-сюда. Смысл возникает тогда, когда процессор взаимодействует с устройствами ввода-вывода. У компьютера это клавиатура, манипулятор мышь и устройства отображения как дисплей, опционально – принтер и, например, сканер опять же для ввода информации.

Чтобы управлять устройствами ввода-вывода, непременно необходимы соответствующие буферные схемы и элементы. На их основе реализуются интерфейсные так называемые аппаратные средства. Способы взаимодействия с интерфейсными элементами предполагают наличие схем портов ввода-вывода, дешифраторов адреса и формирователей шин с буферными схемами, для увеличения нагрузочной способности микропроцессора.

Интеграция процессора со всеми необходимыми дополнительными элементами, для того чтобы это изделие выливалось в какой-то завершённый конструктив и приводит к образованию микроконтроллера. Микросхема или микроконтроллерный чип реализует на одном кристалле процессор и интерфейсные схемы.

Самодостаточный чип, который содержит практически всё, чтобы этого хватало для построения законченного изделия и есть пример типового микроконтроллера. Например наручные электронные часы или часы-будильник имеют внутри микроконтроллер, который реализует все функции такового устройства. Отдельные периферийные устройства подключаются непосредственно к ножкам микросхемы микроконтроллера, либо совместно используются дополнительные элементы или микросхемы малой либо средней степени интеграции.

Микроконтроллеры широко используются в изделиях которые содержат всю систему целиком исключительно в одной миниатюрной микросхеме, часто называемой микросборкой. Например «чиповая» кредитная карточка содержит микроконтроллер внутри в пластиковой основе. Таблетка домофона так же внутри себя содержит микроконтроллер. И примеров использования и применения микроконтроллеров настолько обширен в современном мире, что легко обнаружить наличие контроллера в любом мало-мальски интеллектуальном устройстве от детской игрушки до беспроводной гарнитуры сотового телефона.

Ранее ЭлектроВести писали, что компания 2Electron из итальянского города Турина создала прототип электрического мотоцикла Emula, основная особенность которого — имитация любой модели с ДВС при загрузке соответствующего программного обеспечения.

По материалам: electrik.info.

Что такое AVR микроконтроллер?

AVR микроконтроллеры – это тип устройств, разработанный компанией Atmel, которые имеют определенное преимущество перед обычными микросхемами, но, сначала, давайте разберемся, что такое микроконтроллер?

Самый простой способ понять это – сравнить микроконтроллер с вашим компьютером, в котором установлена материнская плата. На этой плате стоит микропроцессор (на чипе Intel или AMD), который обеспечивает устройство вычислений, память RAM и EEPROM, и интерфейсы остальных систем, например, серийные порты (в настоящее время в основном USB), жесткие диски и графические интерфейсы. В микроконтроллере все эти возможности встроены в один чип, а это значит, что отсутствует потребность в материнской плате и многих других компонентах, например, светодиод может быть подключен напрямую к AVR. В микропроцессорах нет такой возможности!

AVR микроконтроллеры выпускаются в нескольких корпусах, некоторые предназначены для монтажа в отверстия, некоторые для поверхностного. AVR бывают 8-ми и 100-пиновыми, хотя все, что выше 64-х пинов только для монтажа в отверстия. Большинство людей начинают с DIL (Сдвоенный в линию) 28—х пинового чипа, например, ATmega328 или 40-ка пинового ATmega16 или ATmega32.

Компьютерные микропроцессоры бывают минимум 32-х битными, а теперь чаще 64-х битные. Это означает, что они могут обрабатывать данные 32-х битными или 64-х битными блоками, если они подключены к шине. AVR гораздо проще и работает с 8-ми битными блоками, пропускная ширина потока 8 бит, хотя сейчас стали появляться AVR32 с 32-х битной шиной.

На компьютере установлена операционная система (Windows или Linux), и именно в ней запускаются программы, такие, как Word, InternetExplorer или Chrome. На 8-ми битном микроконтроллере, например, на таком, как AVR обычно нет установленной операционной системы, хотя, при необходимости, она может быть установлена. Вместо этого реализована возможность запуска одной программы.

Также, как и ваш компьютер, который будет бесполезным, если на нем не установлена ни одна программа, также, и AVR требует установки программ. Программа хранится во встроенной памяти AVR, а не на внешнем жестком диске, как на компьютере. Загрузка этой программы вAVR происходит при помощи программатора AVR, обычно, когда AVR является частью системы, и программируется разработчиком или системным программистом.

Так что же это за программа? Она состоит из серии инструкций, очень простых, и направленных на обработку данных. В большинстве приложений, которые вы будете использовать с AVR, например, в контроллере промышленного оборудования, необходимо, чтобы считывалась информация со входов, проводилась проверка состояния и, соответственно, происходило переключение на выходы. Иногда вам нужно менять данные, управлять ими, или передавать их на другое устройство, например, на ЖК дисплей или на серийный порт. Чтобы выполнять эти простые задачи, используется серия простых бинарных инструкций, каждая из которых соответствует команде на ассемблере, понятной пользователю. Самый простой способ написать программу для AVR – использовать ассемблер (хотя, если хотите оставаться педантичным, можете записывать двоичные числа).

Использование ассемблера позволяет вам понять больше о том, как действует AVR, и как это все соединено воедино. Также, это дает возможность использовать очень маленький и быстрый код. Недостаток в том, что вы, как программист, должны делать все сами, включая управление памятью и структурой программ, что может быть очень утомительно.

Чтобы этого избежать, для написания программ для AVR были использованы языки программирования более высокого уровня, основным считается Cи, а также, можно использовать Basic и Java. Высокий уровень означает, что каждая строка Cи (или Basic, или Java) кода может переводиться в множество строк ассемблера. Компилятор также разбирается со структурой программы и управлением памятью, так что все становится гораздо проще. Наиболее часто используемые процессы, например, задержки или вычисления, могут храниться в библиотеках, и доступ к ним очень простой.

Мне кажется, что написание программ на Си для AVR сравнимо с управлением автомобилем. Да, вы очень легко можете это делать, но, если что-то идет не так, то вы понятия не имеете, как быть, и как справиться со сложной ситуацией, например, со скользкой дорогой. Написание простейших программ на ассемблере дает вам понять, что происходит «под капотом», как это работает, и что с этим можно сделать. Потом вы переходите на Си, но, к этому моменту, вы уже знаете, как функционирует AVR, и знаете его ограничения.

Также, как у вашей программы есть в памяти код, также у AVR есть вторая память, которая называется EEPROM, где вы можете хранить данные, например, серийные номера, данные калибровок и другую, необходимую под рукой, информацию. Доступ туда осуществляется по инструкциям в вашей программе.

У AVR также есть I/O, которое используется, чтобы контролировать аппаратные средства микроконтроллера. К аппаратным средствам относятся порты, АЦП (ADC), коммуникационные интерфейсы, например, I2C (2—х проводной интерфейс), SPI и UART (серийный порт), таймеры и система watchdog, которая восстанавливает систему после сбоя. Все эти периферийные устройства контролируется из-под программы, используя специальные инструкции. Большая часть кода программирования AVR посвящена тому, как устанавливать и контролировать эти аппаратные интерфейсы.

 

Примеры работ
Услуги
Контакты

Время выполнения запроса: 0,00598311424255 секунд.

Микроконтроллеры


Что такое микроконтроллер? Это такая микросхема, которая имеет несколько
входов/выходов. Главное преимущество микроконтроллера — это возможность программирования.
За счёт этого один и тот же микроконтроллер может использоваться для совершенно различных целей.
Вы можете как угодно обрабатывать сигналы на входах и в зависимости от этого устанавливать сигналы на выходах.
Более того, многие современные микроконтроллеры позволяют программным путём превратить входы в выходы и наоборот!


За счёт такой универсальности схемы на микроконтроллерах позволяют
реализовать практически любое устройство — от простого таймера до телевизора или стиральной машины.
Хотя, конечно, телевизорами и стиральными машинами применение микроконтроллеров не ограничивается.


В этом разделе вы найдёте книги, статьи и документацию по теме программирование микроконтроллеров
(а также другую полезную информацию).
Я постарался представить всю информацию в стиле
микроконтроллеры для чайников (или, если слово «чайник» вам кажется обидным, пусть будет
микроконтроллеры для начинающих).
Этот раздел сайта будет постоянно пополняться новыми материалами (по мере наличия свободного времени))).


Микроконтроллеры для чайников

Бесплатная рассылка о микроконтроллерах. Даже если вы вообще ничего не знаете о микроконтроллерах,
подписавшись на эту рассылку вы сможете получить все необходимые знания для
изучения этой интереснейшей темы.


Микроконтроллеры для начинающих

Серия статей для начинающих об устройстве микроконтроллеров на примере простого, но реального микроконтроллера.


Устройства на микроконтроллерах

Любое устройство на микроконтроллере — это сначала электроника, и только потом — программирование. Поэтому рано-или поздно, раз уж я начал писать о микроконтроллерах, я должен был создать раздел, в котором будут схемы, чертежи, примеры и прочая инженерия, имеющая отношение к микроконтроллерам…


Как стать программистом

Эта бесплатная книга не является пособием по программированию микроконтроллеров. Но в ней есть раздел,
посвящённый микроконтроллерам серии PIC. Для начинающих это может оказаться полезным, так как
позволит не только лучше понять, для чего нужны микроконтроллеры, но и шаг за шагом разработать
простое устройство на микроконтроллере, изучить основы программирования, написать и отладить программу…


Микроконтроллеры AVR: общие сведения

Краткое описание микроконтроллеров серии AVR. Рассмотрены основные команды и основы программирования.
Кроме того здесь вы можете скачать контрольную работу с примером использования микроконтроллеров
(вместе с исходными кодами и прошивкой).


Микроконтроллеры PIC

Серия статей и видеоуроков об одних из самых популярных микроконтроллеров серии PIC.


Микроконтроллеры для чайников

Бесплатная рассылка о микроконтроллерах для начинающих. Разделы:

Что такое микроконтроллеры

Микроконтроллер — это специальная микросхема, предназначенная для управления различными электронными устройствами. Микроконтроллеры впервые появились в том же году, что и микропроцессоры общего назначения (1971). Разработчики микроконтроллеров придумали остроумную идею – объединить процессор, память, ПЗУ и периферию внутри одного корпуса, внешне похожего на обычную микросхему. С тех пор производство микроконтроллеров ежегодно во много раз превышает производство процессоров, а потребность в них не снижается.


Микроконтроллеры выпускают десятки компаний, причем производятся не только современные 32-битные микроконтроллеры, но и 16, и даже 8-битные (как i8051 и аналоги). Внутри каждого семейства часто можно встретить почти одинаковые модели, различающиеся скоростью работы ЦПУ и объемом памяти.

Дело в том, что микроконтроллеры применяются преимущественно во встроенных системах, в игрушках, в станках, в массовой домашней технике, в домашней автоматике – там, где нужна не мощность процессора, а, скорее, баланс между ценой и достаточной функциональностью.

Именно поэтому самые старые типы микроконтроллеров еще до сих пор в ходу – они многое могут: от автоматического открывания дверей и включения полива газонов до интеграции в систему «умный дом». При этом существуют и более мощные микроконтроллеры, способные выполнять сотни миллионов операций в секунду и обвязанные периферией «до зубов». У них и задачи соответствующие. Таким образом, разработчик сначала оценивает задачу, а уж потом выбирает под нее подходящее «железо».

На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров, совместимых с i8051, выпускаемых двумя десятками компаний, и большое количество микроконтроллеров других типов. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, 16-битные MSP430 фирмы TI, а также 32-битные микроконтроллеры, архитектуры ARM, которую разрабатывает фирма ARM Limited и продаёт лицензии другим фирмам для их производства.

Микроконтроллер характеризуется большим числом параметров, поскольку он одновременно является сложным программно-управляемым устройством и электронным прибором (микросхемой). Приставка «микро» в названии микроконтроллера означает, что выполняется он по микроэлектронной технологии.

В ходе работы микрконтроллер считывает команды из памяти или порта ввода и исполняет их. Что означает каждая команда, определяется системой команд микроконтроллера. Сиситема команд заложена в архитектуре микрконтроллера и выполнение кода команды выражается в проведении внутренними элементами микросхемы определенных микроопераций.

Микроконтроллеры позволяют гибко управлять различными электронными и электрическими устройствами. Некоторые модели микроконтроллеров настолько мощны, что могут непосредственно переключать реле (к примеру, на елочных гирляндах).

Микроконтроллеры, как правило, не работает в одиночку, а запаивается в схему, где, кроме него, подключаются экраны, клавиатурные входы, различные датчики и т.д.

Софт для микроконтроллеров может привлечь внимание тех, кто обожает «гоняться за битами», так как обычно память в микроконтроллерах составляет от 2 до 128 Кб. Если меньше, то писать приходится на ассемблере или Форте, если есть возможность, то используют специальные версии Бейсика, Паскаля, но в основном – Си. Прежде чем окончательно запрограммировать микроконтроллер, его тестируют в эмуляторах – программных или аппаратных. 

МИКРОКОНТРОЛЛЕР — это уже не процессор, но ещё и не компьютер.

Центральный процессор, имеющийся в каждом компьютере — главный вычислитель. Хотя компьютер и не предназначен исключительно для вычислительной нагрузки, процессор является в нём головным элементом. Но не только в компьютере имеется процессор.

Если вдуматься и присмотреться, то можно обнаружить, что процессоры применяются в большинстве приборов бытового предназначения. Только там используются не такие процессоры как в компьютере, а микропроцессоры и даже микроконтроллеры.

Так что же такое микроконтроллер и чем отличается от собственно процессора или это совершенно различные электронные компоненты?

Большие интегральные микросхемы или микросхемы с большой степенью интеграции и есть процессоры. Микропроцессоры, по сути те же процессоры, но из-за приставки «микро» определяется их суть, что они миниатюрнее своих «больших» собратьев. В своё историческое время процессор со своим размером мог занимать не одну комнату, впору их назвать как вымерших динозавров макро-процессорами, чтобы и их как-то упорядочить в современном представлении об электронике.

Уменьшенный в габаритах и скомпонованный процессор занимает меньше места и его можно поместить в более компактное изделие, это и есть микропроцессор. Но сам процессор мало что способен делать, кроме как данные пересылать между регистрами и совершать какие-то арифметические и логические действия над ними.

Чтобы микропроцессор мог переслать данные в память, эта самая память должна присутствовать либо на самом кристалле, на котором находится сам процессорный элемент, либо подключаться к внешней оперативной памяти выполненной в виде отдельного кристалла или модуля.

Кроме памяти процессор должен взаимодействовать с внешними устройствами – периферией. Иначе какой пользы можно ожидать от работы процессора, перемешивающего и перемещающего данные туда-сюда. Смысл возникает тогда, когда процессор взаимодействует с устройствами ввода-вывода. У компьютера это клавиатура, манипулятор мышь и устройства отображения как дисплей, опционально – принтер и, например, сканер опять же для ввода информации.

Чтобы управлять устройствами ввода-вывода, непременно необходимы соответствующие буферные схемы и элементы. На их основе реализуются интерфейсные так называемые аппаратные средства. Способы взаимодействия с интерфейсными элементами предполагают наличие схем портов ввода-вывода, дешифраторов адреса и формирователей шин с буферными схемами, для увеличения нагрузочной способности микропроцессора.

Интеграция процессора со всеми необходимыми дополнительными элементами, для того чтобы это изделие выливалось в какой-то завершённый конструктив и приводит к образованию микроконтроллера. Микросхема или микроконтроллерный чип реализует на одном кристалле процессор и интерфейсные схемы.

Самодостаточный чип, который содержит практически всё, чтобы этого хватало для построения законченного изделия и есть пример типового микроконтроллера. Например наручные электронные часы или часы-будильник имеют внутри микроконтроллер, который реализует все функции такового устройства. Отдельные периферийные устройства подключаются непосредственно к ножкам микросхемы микроконтроллера, либо совместно используются дополнительные элементы или микросхемы малой либо средней степени интеграции.

Микроконтроллеры широко используются в изделиях которые содержат всю систему целиком исключительно в одной миниатюрной микросхеме, часто называемой микросборкой. Например «чиповая» кредитная карточка содержит микроконтроллер внутри в пластиковой основе. Таблетка домофона так же внутри себя содержит микроконтроллер. И примеров использования и применения микроконтроллеров настолько обширен в современном мире, что легко обнаружить наличие контроллера в любом мало-мальски интеллектуальном устройстве от детской игрушки до беспроводной гарнитуры сотового телефона.

Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Том 1

Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Том 1

Предисловие

Идея написания этой книги возникла у меня довольно неожиданно. Так сложилось, что в течение одной-двух недель сразу четверо авторов из тех, кто регулярно публикует свои материалы в журнале «СХЕМОТЕХНИКА», в разговоре со мной коснулись темы полного отсутствия литературы, по которой люди, не имеющие опыта работы с микроконтроллерами, смогли бы освоить их. Примерно в это же время я услышал подобные сетования и от двух моих знакомых инженером-электронщиком, специалистов в аналоговой электронике – они тоже столкнулись с тем, что хотели бы освоить работу с микроконтроллерами, но не представляют, где найти литературу, рассчитанную на новичков, самостоятельные начинающих почти с нуля. Мне казалось, что подобной литературы если не навалом, то во всяком случае очень много, и просто нужно пару раз съездить в книжные магазины, торгующие научно-технической литературой – от обилия предлагаемых ими книг и них просто рябит в глазах, и не может быть, чтобы выбрать было не из чего. Но когда я сам посмотрел на появившиеся в последние несколько лет книги по микроконтроллерной тематике, а также публикации в журналах, я понял, что практически все они ориентированы на тех, кто уже освоил эту предметную область. Статей и книг, рассчитанных на новичков и позволяющих им шаг за шагом освоить микроконтроллеры, не перегружая их раньше времени данными, но необязательными и первый момент подробностями, увы, нет. Так родилась идея написать для начинающих цикл статей по микроконтроллерам, знакомство с которым позволило бы им осознать, что такое микроконтроллеры, как они устроены, функционируют, как писать, отлаживать и заносить в них программы, и т.д. Тем более, что в свое время подобные книги были достаточно вспомнить, например, замечательную книгу Дж. Коффрона «Технические средства микропроцессорных систем», вышедшую в 1983 г. в издательстве «Мир» – с ней знакомы практически все отечественные специалисты по микроконтроллерной технике, начинавшие в 80-х с незабвенного КР580ИК80 …

Первоначально я планировал просто написать цикл статей для журнала «СХЕМОТЕХНИКА», полагая, что вряд ли стоит делать книгу из материала, в основе которого лежат тысячу раз описанные микроконтроллеры разработанного еще в конце 80-х годов прошлого столетия семейства х51. Однако несколько десятков отзывов, которые я получил от читателей в ходе публикации первых частей подготовленного материала, и отклики авторов, имеющих опыт издания книг, убедили меня в том, что подобная книга может быть интересна широкому кругу читателей. Поэтому после публикации в «СХЕМОТЕХНИКЕ» первых трех глав я решил, что этот материал должен появиться в виде книги, и готовил его далее уже с учетом принятого решения.


МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ. ОБЩИЕ ДАННЫЕ

    Выпуском микроконтроллеров (МК) занимаются многие, если не все, известные фирмы. Причем, в отличие от стандартных продуктов, таких как операционные усилители или стабилизаторы напряжения, МК разных фирм редко совместимы между собой. Большинство из них имеют различные системы команд. Тем не менее, вполне реально разобраться в основах этого популярного класса микросхем.

    Два слова о самом понятии <микроконтроллер>. Исторически чуть раньше на свет появились микропроцессоры (МП), суть которых заключается в том, что они, в отличие от жесткой логики, способны выполнять самые разнообразные функции, в зависимости от подаваемой последовательности команд. Такая осмысленная последовательность называется программой и хранится в памяти. Таким образом, для различных приложений могут использоваться совершенно одинаковые МП и микросхемы памяти. Разницу будет составлять только текст конкретной программы. Это гораздо лучше, чем разрабатывать новые микросхемы под каждую возникающую задачу, особенно с учетом зависимости цены микросхем от их тиража. Однако, при практической реализации, только этих двух микросхем будет недостаточно. Как минимум, понадобятся тактовый генератор, оперативная память (ОЗУ), шинные устройства, устройства ввода/вывода (УВВ) для связи с внешним миром. Первое время все это выпускалось в виде отдельных микросхем (вспомните 580 серию). Однако, одновременно с развитием технологии и увеличением степени интеграции, появилась возможность разместить многое из вышеназванного непосредственно на одном кристалле. Так появились первые МК, например, 8051.

     В дальнейшем, МП пошли в своем развитии иным путем, нежели управление какими либо устройствами, оставив эту нишу для МК. Путь развития МП хорошо известен на примере МП фирмы Intel: 8088, 80286, 80386, 80486, Pentium и т.д. Это центральные процессоры электронно-вычислительных машин. Их вычислительные возможности слишком избыточны для подавляющего большинства практических задач по применению в электронных устройствах. Плюс высокая цена, плюс большое количество требуемой периферии.

     Другое дело — микроконтроллеры. Выпускаемый сегодня ассортимент МК настолько велик, что позволяет выбрать подходящий МК для любой задачи: от электронной игрушки до цифрового фотоаппарата, от брелока автосигнализации до сложных телекоммуникационных изделий.

КРИТЕРИИ СРАВНЕНИЯ ТИПОВ МК РАЗЛИЧНЫХ ФИРМ

Разрядность

     Это способность выполнить за один прием операцию над числом длиной «N». По сути, разрядность МК совпадает с разрядностью его арифметически-логического устройства (АЛУ). Если, например, АЛУ имеет разрядность «8», то над двумя числами такой длины любая допустимая операция будет произведена одной командой, вероятнее всего, за один машинный цикл. А над 16-разрядными числами в таком МК придется производить уже целую цепочку операций, включая пересылки, сохранение промежуточного результата и т.д. Таким образом, производительность 16-разрядного МК превышает производительность 8-разрядного не в два, а в значительно большее число раз при прочих равных условиях.

Потребляемая мощность




     С окончательным переходом на КМОП технологию, вопрос уменьшения потребляемой мощности связан только с уменьшением тактовой частоты и напряжения питания. Однако, уменьшение тактовой частоты влечет за собой снижение производительности МК. Наиболее разумно выглядит решение о выпуске различных версий МК для различных применений. Так в AVR серии фирмы ATMEL выпускаются и стандартные (90S) и мало потребляющие (90LS) версии с пониженными тактовыми частотами. У фирмы Microchip это 16C и 16LC версии, например. Кроме этого, практически все МК имеют возможность программного управления режимами энергопотребления. Их может быть более чем один. У 8051 это Idle и Power Down, например. В зависимости от смысла выполняемой программы, МК может находиться в <спящем> состоянии 90 и более процентов времени (автомобильный брелок). В таких случаях, соответствующими командами МК переводится в один из режимов, когда его потребление уменьшается в десятки раз. Существуют серии МК изначально ориентированные на сверхмалое потребление и батарейное питание, например, MSP430 фирмы Texas Instruments.

Объемы и типы встроенной памяти




     В общем случае, МК обязан иметь постоянную память для хранения программы и оперативную для хранения промежуточных результатов работы. Однако, в некоторых случаях, постоянной памяти на кристалле может и не оказаться. Тогда подразумевается ее внешнее подключение. Это делается для удешевления кристалла МК и придания ему большей универсальности. Но, такое включение неминуемо ведет к уменьшению быстродействия, так как обращение к внешней памяти происходит несколько дольше, чем к внутренней. Подавляющее большинство МК все-таки имеет встроенную память для хранения программ. Если вопрос с ее объемом достаточно ясен: чем больше, тем лучше, но дороже, то с типами памяти возможны варианты. Простейший вариант — однократно программируемая пользователем память (PROM), если не считать, что по заказу МК может быть запрограммирован прямо при изготовлении на заводе (ROM). Такая память дешева, но не предполагает в дальнейшем коррекции ее содержимого и поэтому годится для налаженного серийного производства. Для отладки же предпочтительнее иметь память с возможностью перепрограммирования. Возможны два варианта: ультрафиолетовое (UV) и электрическое стирание (Flash). Микросхемы с УФ стиранием появились значительно раньше более новых Flash типа, однако до сих пор используются в отладочных кристаллах «JW» фирмы Microchip, например. Оперативная память начинается с регистров общего назначения, которые иногда называют сверхоперативной памятью. Однако их число всегда ограничено. Далее, обычно имеется 128 — 512 байт ОЗУ общего назначения. Недостающий объем может быть восполнен подключением внешней, например, недорогой статической памяти значительного объема. Необходимо только помнить об ограничениях МК по способности адресовать большие объемы памяти. В последнее время, на кристаллах МК все чаще помещают EEPROM память сравнительно небольшого объема. В данном случае, ее можно рассматривать как энергонезависимое ОЗУ, что очень удобно для хранения оперативных настроек, например. После выключения/включения МК содержимое этих ячеек не изменяется, в отличие от обычного ОЗУ.

Тактовая частота

     Непосредственно и прямо пропорционально влияет на скорость работы МК. Однако, это еще не последняя инстанция, так как в зависимости от архитектурных особенностей, разные МК могут обеспечивать различную производительность при одинаковой тактовой частоте. Более объективным является показатель MIPS — количество миллионов инструкций, выполняемых в секунду. Дело в том, что в различных МК одна и та же инструкция может выполняться за один, два, четыре и более тактов тактовой частоты. Например, в 8051 их требуется целых двенадцать! Только в первом случае каждый мегагерц тактовой частоты дает ровно один MIPS. Для 8051 одному MIPS соответствует 12 МГц.

Состав периферийных устройств


     Набор устройств ввода/вывода, которые может содержать МК, постоянно расширяется и если раньше некоторые из них, например АЦП, были весьма редки, то сейчас практически становятся стандартом в комплектации. Прежде всего, необходимо разграничить между собой устройства — те, которые предназначены для обеспечения производительной и надежной работы самого МК, и собственно УВВ, которые предназначены для связи с внешним миром в смысле ввода исходной и выдачи обработанной информации. К первым относятся как известные, типа встроенного аппаратного умножителя, так и такие сравнительно новые устройства, такие как схема сторожевого (Watchdog) таймера и схема обнаружения провалов в питании. Они выпускаются и во внешнем исполнении, но современный МК, как правило, должен содержать их на кристалле. Принцип работы сторожевого таймера довольно прост. Любые программы, выполняемые МК, по определению циклические. Ничего страшного не будет, если периодически принудительно возвращаться к определенной (стартовой) точке программы. Зато в случае ее сбоя или зависания, период неадекватной работы МК не превысит периода, заданного сторожевым таймером. Контроль напряжения питания, по сути, обычный супервизор питания, построенный на компараторах. При выходе напряжения за установленные пределы осуществляется генерация сигнала «reset» во избежание непредсказуемых последствий. К этой же группе можно отнести и схемы обработки прерываний, которые, как известно, могут быть внутренними и внешними. Как правило, оговаривается число внутренних прерываний, а количество внешних равно числу соответствующих выводов МК. Собственно УВВ известны еще со времен вышеупомянутой 580-й серии. Это параллельные и последовательные порты, таймеры-счетчики событий, устройства доступа к памяти. Вместо параллельных портов, как таковых, внешние линии МК сейчас программируются индивидуально. Любой из них может работать как на ввод, так и на выдачу сигналов. Разница только в количестве таких универсальных линий, что, в свою очередь, определяется размерами и типом корпуса. Многие МК внутри одного семейства различаются только этим. Универсального последовательного порта USART, как правило, вполне достаточно одного, зато дополнительно МК могут быть оборудованы интерфейсами типа I2C, Microwire, SPI. Таймеры, благодаря универсальности их применения составляют неотъемлемую часть любого МК. Они могут быть 8-ми или 16-разрядными в количестве от одного до шести и более штук. Что касается доступа к памяти, то в данном случае речь идет о, так называемом, внутрисхемном программировании (ISP). Это позволяет вносить текст программы во внутреннюю память МК уже после установки его на плату. Также зачастую допускается перепрограммирование Flash памяти МК без его демонтажа, более того, по последовательному двухпроводному интерфейсу. Далее, МК оснащаются АЦП и ЦАПами различной разрядности. АЦП, как правило, имеют несколько входов, переключаемых с помощью мультиплексора. Нередко встречаются встроенные модули ШИМ (PWM) регулирования, что полезно для управления мощными нагрузками. Специализированные МК могут содержать на кристалле вообще все, что угодно, от драйверов LCD индикатора до инструментальных усилителей, компараторов, источников опорного напряжения и т.д.

Архитектурные особенности




     Важнейшим и принципиальным различием МК является их принадлежность к CISC либо RISC архитектуре. Первая — классическая, Принстонская архитектура предполагает мощный набор одно, двух и трех байтовых команд, которые передаются, наряду с прочими данными, по общей шине данных. Выполнение одной команды, таким образом, растягивается на несколько машинных циклов, зато в итоге мы получаем довольно заметный результат. Идеология RISC (аббревиатура от <сокращенная система команд>), основана на идее резкого уменьшения числа команд с тем, чтобы любая из них могла выполняться за минимальное число тактов. У базового семейства МК Microchip, например, их всего 33. Одна сложная команда заменяется последовательностью нескольких простых, но быстро выполняемых. Однако главный выигрыш заключается в использовании Гарвардской архитектуры с отдельной шиной данных для памяти программ. Во-первых, появляется возможность одновременно считывать следующую команду из памяти по своей шине и выполнять предыдущую, занимая, если необходимо, общую шину данных. Во-вторых, разрядность шины данных программ может быть какой угодно: 10, 12, 14, 16 или более бит, независимо от разрядности основной шины данных, которая обычно соответствует разрядности самого МК. Таким образом, при длине кодового слова 12 и более, мы получаем не такой уж сокращенный набор команд, но считываются и выполняются они, тем не менее, за один машинный цикл, который может состоять всего из одного такта. У МК Atmel AVR в базовый набор входит 192 команды. Из других архитектурных особенностей можно отметить наличие/отсутствие у МК конвейерного выполнения команд. Однако чаще всего это остается <прозрачным> для пользователя, то есть он об этом может и не знать. Достаточно иметь данные о конечной производительности данного МК.

     В заключение, можно отметить, что практически все современные МК относятся к классу RISC устройств. Исключение составляют, пожалуй, лишь МК семейства MSC-51, которые до сих пор выпускаются разными фирмами в десятках модификаций. Их право на жизнь завоевано многими годами применения и огромным накопленным программным обеспечением. Зачастую проще и дешевле воспользоваться готовыми библиотеками программ, чем стремиться к достижению максимально возможной производительности, тем более что это далеко не всегда является необходимым.

Микроконтроллеры семейства MSC-51

Микроконтроллеры «Atmel» семейства AVR

Микроконтроллеры «Microchip» семейства PIC

Микроконтроллеры «Texas Instruments» семейства MSP

Что такое микроконтроллер? — РадиоСхема


Микроконтроллеры являются неотъемлемой частью встроенных систем. Микроконтроллер — это дешевый и маленький компьютер на одной микросхеме, который содержит процессор, небольшой объем оперативной памяти и программируемого ввода-вывода периферийных устройств. Они предназначены для использования в автоматически контролируемой продукции и устройств для выполнения предварительно определенных и запрограммированных задач. Чтобы получить лучшее представление о том, что на самом деле представляет микроконтроллер, давайте посмотрим пример продукта, где используется микроконтроллер. Цифровой термометр, который отображает температуру окружающей среды использует микроконтроллер к которому подключены датчик температуры и блок индикации (как LCD). Микроконтроллер здесь получает входные данные от датчика температуры в сыром виде, обрабатывает их и отображает на небольшой ЖК-дисплей в понятном человеку виде. Аналогичным образом один или несколько микроконтроллеров используются во многих электронных устройствах согласно требованию и сложности приложений.

Где используются микроконтроллеры?

Микроконтроллеры используются во встраиваемых системах, в основном различные продукты и устройства, которые представляют собой сочетание аппаратных средств и программного обеспечения, и разработаны для выполнения конкретных функций. Несколько примеров внедренных систем, в которых используются микроконтроллеры, может быть – стиральные машины, торговые автоматы, микроволновые печи, цифровые фотоаппараты, автомобили, медицинское оборудование, смартфоны, умные часы, роботов и различных бытовых приборов.

Почему мы используем микроконтроллеры?

Микроконтроллеры используются для автоматизации во встраиваемых приложениях. Основная причина огромной популярности микроконтроллеров является их способность уменьшить размер и стоимость изделия или конструкции, по сравнению с дизайном, который есть строить с помощью отдельного микропроцессора, памяти и устройств ввода/вывода.

Также микроконтроллеры имеют такие функции, как встроенный микропроцессор, ОЗУ, ПЗУ, последовательные интерфейсы, параллельные интерфейсы, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) и др. это позволяет легко строить приложения вокруг него. Кроме того, среда программирования микроконтроллеров предоставляет широкие возможности для контроля различных типов приложений по их требованию.

Различные типы микроконтроллеров.

Существует широкий спектр микроконтроллеров, доступных на рынке. Различные компании, как Atmel, ARM, Microchip, Texas Instruments, Renesas, Freescale, NXP Semiconductors, etc. и др. налажено производство различных видов микроконтроллеров с различными видами функций. Глядя на различные параметры, такие как программируемая память, объем флэш-памяти, напряжение питания, ввода/вывода, скорость, и т. д., можно правильно выбрать микроконтроллер для их применения.

Давайте посмотрим на эти параметры и различные типы микроконтроллеров по этим параметрам.

Шина данных (Разрядность):

Если классифицировать по бит-Размер, большинство микроконтроллеров от 8-бит до 32 бит (более высокие разрядные микроконтроллеров также доступны). В 8-разрядного микроконтроллера своя шина данных состоит из 8 линий данных, а в 16-разрядный микроконтроллер его шина данных состоит из 16 линий данных и так далее для 32 бит и выше микроконтроллеров.

 Память:

Микроконтроллерам нужна память (ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, ЭСППЗУ, флэш-память и т. д.) для хранения программ и данных. Хотя некоторые микроконтроллеры имеют встроенные чипы памяти, а другие требуют внешней памяти в связке. Они называются встроенной памяти микроконтроллеров и внешней памяти микроконтроллеров соответственно. Встроенный объем памяти также варьируется в различных типах микроконтроллеров и вообще вам бы найти микроконтроллеры с памятью 4Б до 4Мб.

 Количество входных/выходных контактов:

Микроконтроллеры различаются по количеству ввода-вывода размеров. Можно выбрать конкретный микроконтроллер в соответствии с требованием приложения.

 Набор Команд:

Есть два вида наборов инструкций — на RISC и cisc. Микроконтроллер может использовать процессор RISC (сокращенный набор инструкций компьютера) или с CISC (комплекс команд ЭВМ). Как подсказывает название, RISC сокращает время операции, определяющие такт инструкции; а CISC позволяет прикладывать одну инструкцию в качестве альтернативы многие инструкции.

 Архитектура Памяти:

Существует два типа микроконтроллеров – Гарвардская архитектура памяти микроконтроллеров и Принстон архитектура памяти микроконтроллеров.

 Вот несколько популярных микроконтроллеров среди студентов и любителей.

Серии 8051 микроконтроллеров (8-бит)

Микроконтроллеры AVR от компании Atmel (ATtiny, серии atmega)

Микрочип-это серия pic микроконтроллеров

Тексас инструментс», микроконтроллеры msp430 фирмы

ARM-Микроконтроллеры

 Особенности микроконтроллеров

Микроконтроллеры используются во встраиваемых системах на их различные характеристики. Как показано в приведенной ниже блок-схема микроконтроллера, он состоит из процессора, ввода/вывода, последовательные порты, таймеры, АЦП, ЦАП и прерыватель контроля.

Процессор или центральный процессор

Процессор-это мозг микроконтроллера. При условии входного сигнала через входные контакты и инструкции через программы, обрабатывать данные и предоставлять соответственно на выходных выводах.

 Памяти

Чипы памяти интегрированы в микроконтроллер для хранения всех программ и данных. Там могут быть разные типы памяти, интегрированный в микроконтроллеры как ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ, ЭСППЗУ, флэш-память и др.

 Порты Ввода-Вывода

Каждый микроконтроллер имеет входные выходные порты. В зависимости от типов микроконтроллеров, число входных вывода могут различаться. Они используются для подключения внешних входных и выходных устройств, таких как датчики, блоки индикации и др.

 Последовательные Порты

Они облегчают связь микроконтроллеру по последовательному интерфейсу с периферийными устройствами. Последовательный порт-это последовательный интерфейс связи, через который информация передается ввода или вывода один на один бит за один раз.

 АЦП и ЦАП

Иногда встраиваемых систем примеяют преобразования данных из цифрового в аналоговый и наоборот. Поэтому большинство микроконтроллеров объединены с встроенным АЦП (аналого цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговые преобразователи) для выполнения требуемого преобразования.

 Таймеры

Таймеры и счетчики являются важными компонентами встраиваемых систем. Они необходимы для различных операций, таких как формирование импульса, подсчет внешних импульсов, модуляции, колебания и др.

 Прерывание Контроля

Прерывание контроля является одним из мощных возможностей микроконтроллеров. Это своего рода уведомление, которое прерывает текущий процесс и дает указание выполнить задачи, определенные прерывания контроля.

Чтобы суммировать все это, микроконтроллеры являются своего рода компактные мини-компьютеры, которые предназначены для выполнения конкретных задач в области встраиваемых систем. С широким спектром функций, их значение и польза огромны и они могут быть найдены в продуктах, и приборы для всех отраслей промышленности.

[Читайте также: разница между микропроцессором и микроконтроллером]

<<< Техническая информация


микроконтроллеров повсюду

микроконтроллеры повсюду

Микроконтроллеры везде ….. подробнее
здесь

Используется во всем, от простейшего контроллера полива газона до
очень сложные спутниковые системы, микроконтроллер стал
вездесущий и невидимый. В среднем в домохозяйстве США около 60 встроенных
микроконтроллеры. 1 BMW 7-й серии 1999 года выпуска имеет 65 микроконтроллеров. 2
Ежегодно сюда добавляется более 5 миллиардов микроконтроллеров.Хотя
микроконтроллеры в ПК наиболее заметны, они составляют всего 6% от
рынок микроконтроллеров. 3

Где используются микроконтроллеры

В офисе микроконтроллеры используются в компьютерных клавиатурах,
мониторы, принтеры, копировальные аппараты, факсы и телефонные системы и многие другие.
В вашем доме микроконтроллеры используются в микроволновых печах, стиральных и сушильных машинах,
системы безопасности, контроллеры станций полива газонов, музыка / видео
развлекательные компоненты.

Что такое микроконтроллеры?

Микроконтроллеры — это законченные компьютерные системы на микросхеме,
обычно объединяет арифметико-логический блок (ALU), память, таймер / счетчики,
последовательный порт, порты ввода / вывода (I / O) и тактовый генератор.

Микроконтроллеры используются в приложениях, требующих повторяющихся
такие операции, как включение светофора на перекрестке. В этом
приложения, единственная функция микроконтроллера — включать и выключать свет в
предопределенное время.

Другой пример — микроволновая печь. Давайте посмотрим, как
микроконтроллер функционирует при приготовлении пакета попкорна в микроволновой печи.

Вы открываете дверь и кладете внутрь пакет с попкорном. Ты близко
дверь и нажмите кнопку с надписью «Попкорн». Через несколько минут прозвучал тон
объявляет, что попкорн готов. Что произошло за кулисами?

Когда вы открыли дверь, микроконтроллер обнаружил дверь
выключатель, включил свет и отключил магнетрон.Микроконтроллер
постоянно сканирует клавиатуру. Когда вы нажимали кнопку «Попкорн»,
микроконтроллер подтвердил, что дверь закрыта и начал отсчет времени
импульсов, запустил мотор для поворотного стола, установил уровень мощности
магнетрон и управлял дисплеем. Когда таймер достиг нуля,
микроконтроллер выключил магнетрон, остановил поворотный стол и подал сигнал
ты.

Это простой пример приложения микроконтроллера.Доступны микроконтроллеры с дополнительными функциями, такими как аналого-цифровой.
преобразователи (АЦП), широтно-импульсная модуляция (ШИМ), сторожевые таймеры, контроллер
вычислительная сеть (CAN) и функции безопасности.

Что такое микроконтроллер? Определяющие характеристики и архитектура общего компонента

В этой статье мы рассмотрим определяющие характеристики этих чрезвычайно популярных микросхем, а затем рассмотрим внутреннюю архитектуру.

Если бы мне пришлось выбрать один навык, который стал бы наиболее ценным дополнением к репертуару любого инженера, это, несомненно, был бы опыт проектирования схем на основе микроконтроллеров.

Микроконтроллер сыграл фундаментальную — я бы даже сказал доминирующую — роль в технологической революции, которая сформировала современную жизнь. Микроконтроллеры — это небольшие, универсальные и недорогие устройства, которые могут быть успешно реализованы и запрограммированы не только опытными инженерами-электриками, но и любителями, студентами и профессионалами из других областей.

Список возможных приложений микроконтроллера настолько велик, что я не решаюсь даже приводить примеры. Недорогие носимые устройства, медицинское оборудование, высококачественная бытовая электроника, надежные промышленные устройства, современные военные и аэрокосмические системы — эти адаптируемые, доступные и удобные в использовании компоненты являются долгожданным дополнением практически к любому электронному продукту.

Этот генератор сигналов произвольной формы — одна из многих печатных плат, которые я разработал на основе 8-битного микроконтроллера.

В этой статье мы рассмотрим определение микроконтроллера и рассмотрим, для какой цели он служит в конструкции.

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллер — это устройство на интегральной схеме (ИС), используемое для управления другими частями электронной системы, обычно через микропроцессор (MPU), память и некоторые периферийные устройства.Эти устройства оптимизированы для встроенных приложений, требующих как функциональных возможностей обработки, так и гибкого, отзывчивого взаимодействия с цифровыми, аналоговыми или электромеханическими компонентами.

Наиболее распространенный способ обозначения этой категории интегральных схем — «микроконтроллер», но сокращение «MCU» используется взаимозаменяемо, поскольку оно означает «микроконтроллерный блок». Иногда вы также можете видеть «µC» (где греческая буква mu заменяет «Микро»).

«Микроконтроллер» — удачно выбранное название, поскольку оно подчеркивает определяющие характеристики этой категории продуктов.Приставка «микро» подразумевает малость, а термин «контроллер» здесь подразумевает расширенную способность выполнять функции управления. Как указано выше, эта функциональность является результатом объединения цифрового процессора и цифровой памяти с дополнительным оборудованием, которое специально разработано для помощи микроконтроллеру во взаимодействии с другими компонентами.

Сравнение микроконтроллеров и микропроцессоров

Люди иногда используют термин «микропроцессор» или «MPU», когда говорят о микроконтроллере, но эти два устройства не обязательно являются одинаковыми.И микропроцессоры, и микроконтроллеры функционируют как небольшие высокоинтегрированные компьютерные системы, но они могут служить разным целям.

Термин «процессор» используется для обозначения системы, состоящей из центрального процессора и (необязательно) некоторой памяти; Микропроцессор — это устройство, которое реализует все функции процессора в одной интегральной схеме. В микроконтроллерах, напротив, больше внимания уделяется дополнительным аппаратным модулям, которые позволяют устройству управлять системой, а не просто выполнять инструкции и сохранять данные.

Схема ниже иллюстрирует эту концепцию.

В целом, взаимозаменяемость терминов «микропроцессор» и «микроконтроллер» не является серьезной проблемой, когда мы говорим неформально или когда мы пытаемся избежать повторения одного и того же слова снова и снова. Однако в контексте технического обсуждения важно сохранять различие между этими двумя концепциями.

Сравнение микроконтроллеров

и цифровых сигнальных процессоров (DSP)

Цифровой сигнальный процессор (или «DSP») — это микропроцессор, оптимизированный для сложных вычислительных задач, таких как цифровая фильтрация, математический анализ сигналов в реальном времени и сжатие данных.Сложный микроконтроллер может работать как замена цифрового сигнального процессора, но он по-прежнему считается микроконтроллером, если значительная часть его внутренних схем предназначена для управления, мониторинга и связи с окружающей системой.

Элементы микроконтроллера

Микроконтроллер состоит из центрального процессора (ЦП), энергонезависимой памяти, энергозависимой памяти, периферийных устройств и вспомогательных схем.

Центральный процессор

CPU выполняет арифметические операции, управляет потоком данных и генерирует управляющие сигналы в соответствии с последовательностью инструкций, созданной программистом.Чрезвычайно сложная схема, необходимая для работы ЦП, не видна разработчику. Фактически, благодаря интегрированным средам разработки и высокоуровневым языкам, таким как C, написание кода для микроконтроллеров часто является довольно простой задачей.

Память

Энергонезависимая память используется для хранения программы микроконтроллера, то есть (часто очень длинного) списка инструкций на машинном языке, которые точно сообщают процессору, что делать. Обычно вы увидите слово «Flash» (которое относится к определенной форме энергонезависимого хранилища данных) вместо «энергонезависимая память».”

Энергозависимая память (т.е. RAM) используется для временного хранения данных. Эти данные теряются, когда микроконтроллер теряет питание. Внутренние регистры также обеспечивают временное хранение данных, но мы не рассматриваем их как отдельный функциональный блок, потому что они интегрированы в ЦП.

Периферийные устройства

Мы используем слово «периферийное» для описания аппаратных модулей, которые помогают микроконтроллеру взаимодействовать с внешней системой. Следующие пункты списка идентифицируют различные категории периферийных устройств и предоставляют примеры.

  • преобразователи данных: аналого-цифровой преобразователь, генератор цифро-аналоговый преобразователь, опорного напряжения

На этом графике показаны данные трехосного акселерометра, которые я оцифровал с помощью встроенного АЦП микроконтроллера.

  • Генерация часов: внутренний генератор , схема кварцевого привода, фазовая автоподстройка частоты
  • Синхронизация: таймер общего назначения, часы реального времени, счетчик внешних событий, импульсная модуляция
  • Обработка аналоговых сигналов: операционный усилитель, аналоговый компаратор
  • Вход / выход: Схема цифрового входа и выхода общего назначения, параллельный интерфейс памяти
  • Последовательная связь: UART, SPI, I2C, USB

Мой коллега Марк Хьюз разработал эту сенсорную подсистему на основе 16-разрядного микроконтроллера.

Опорная схема

Микроконтроллеры

включают в себя множество функциональных блоков, которые нельзя классифицировать как периферийные устройства, поскольку их основная цель не заключается в управлении, мониторинге или обмене данными с внешними компонентами. Тем не менее они очень важны — они поддерживают внутреннюю работу устройства, упрощают внедрение и улучшают процесс разработки.

  • Схема отладки позволяет разработчику тщательно контролировать микроконтроллер, когда он выполняет инструкции.Это важный, а иногда и незаменимый метод отслеживания ошибок и оптимизации производительности прошивки.
  • Прерывания — чрезвычайно ценный аспект функциональности микроконтроллера. Прерывания генерируются внешними или внутренними аппаратными событиями, и они заставляют процессор немедленно реагировать на эти события, выполняя определенную группу инструкций.

Программы микроконтроллера, написанные на C, сгруппированы по функциям.Прерывание приводит к тому, что выполнение программы «переносится» в подпрограмму обслуживания прерывания (ISR), и после того, как ISR завершает свои задачи, процессор возвращается к функции, которая выполнялась, когда произошло прерывание.

  • Модуль тактовой генерации можно рассматривать как периферийное устройство, если он предназначен для выработки сигналов, которые будут использоваться вне микросхемы, но во многих случаях основной целью внутреннего генератора микроконтроллера является обеспечение тактового сигнала для ЦП. и периферийные устройства.Внутренние генераторы часто имеют низкую точность, но в приложениях, допускающих такую ​​низкую точность, они являются удобным и эффективным способом упростить конструкцию и сэкономить место на плате.
  • Микроконтроллеры

  • могут включать в себя различные типы схем питания . Интегрированные регуляторы напряжения позволяют генерировать на кристалле требуемые напряжения питания, модули управления питанием могут использоваться для значительного снижения потребления тока устройством в неактивных состояниях, а модули супервизора могут переводить процессор в стабильное состояние сброса, когда напряжение питания отсутствует. Достаточно высокий, чтобы обеспечить надежную работу.

Следующие статьи

В этой статье мы определили микроконтроллер как устройство, которое состоит из небольшого эффективного ядра процессора, объединенного с памятью программ, памятью данных, периферийными устройствами и различными формами поддержки и схем отладки.

В следующей части серии «Введение в микроконтроллеры» мы рассмотрим, как выбрать правильный микроконтроллер. Затем мы перейдем к чтению таблицы данных микроконтроллера.

Если у вас есть какие-либо темы, которые вы хотели бы осветить в будущих статьях, сообщите нам об этом в комментариях ниже.

Микроконтроллер серии

Вы можете перейти к оставшейся части серии «Введение в микроконтроллеры» здесь:

Дополнительные ресурсы

Дополнительные ресурсы о микроконтроллерах см. В других статьях ниже:

типов и применения микроконтроллеров — EIT | Инженерный технологический институт: EIT

Введение в микроконтроллер:
Микроконтроллер (микроконтроллер или микроконтроллер) — это микрокомпьютер с одиночной микросхемой, изготовленный на базе СБИС.Микроконтроллер также известен как встроенный контроллер. Сегодня на рынке доступны различные типы микроконтроллеров с разной длиной слова, такие как 4-битные, 8-битные, 64-битные и 128-битные микроконтроллеры. Микроконтроллер — это сжатый микрокомпьютер, предназначенный для управления функциями встроенных систем в офисных машинах, роботах, бытовой технике, автомобилях и ряде других устройств. Микроконтроллер состоит из таких компонентов, как память, периферийные устройства и, самое главное, процессор.Микроконтроллеры в основном используются в устройствах, которым требуется определенная степень контроля со стороны пользователя устройства.

Основы микроконтроллера:
Любое электрическое устройство, которое хранит, измеряет, отображает информацию или вычисляет, состоит из микросхемы микроконтроллера
внутри себя. Базовая структура микроконтроллера состоит из: —
1. ЦП — Мозг микроконтроллера называется ЦП. ЦП — это устройство, которое используется для получения данных, их декодирования и успешного завершения поставленной задачи.С помощью центрального процессора все компоненты микроконтроллера объединены в единую систему. Выборка
инструкций, редактируемая программируемой памятью, декодируется ЦП.
2. Память — В микроконтроллере микросхема памяти работает так же, как микропроцессор. Чип памяти хранит все программы и данные. Микроконтроллеры построены с определенным объемом ПЗУ или ОЗУ (EPROM, EEPROM и т. Д.) Или флэш-памятью для хранения исходных кодов программ.
3. Порты ввода / вывода — порты ввода / вывода в основном используются для взаимодействия или управления различными устройствами, такими как принтеры, ЖК-дисплеи, светодиоды и т. Д.

4. Последовательные порты — эти порты предоставляют последовательные интерфейсы между микроконтроллером и различными другими периферийными устройствами, такими как параллельный порт.
5. Таймеры — микроконтроллер может быть встроен с одним или несколькими таймерами или счетчиками. Таймеры и счетчики контролируют все операции подсчета и синхронизации в микроконтроллере. Таймеры используются для подсчета внешних импульсов. Основными операциями, выполняемыми таймерами, являются генерация импульсов, функции часов, измерение частоты, модуляция, создание колебаний и т. Д.
6.ADC (аналого-цифровой преобразователь) –ADC используется для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Входные сигналы должны быть аналоговыми для АЦП. Производство цифровых сигналов может использоваться для различных цифровых приложений (например, для измерительных устройств).

7. ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) — этот преобразователь выполняет функции, противоположные АЦП. Это устройство обычно используется для контроля аналоговых устройств, таких как двигатели постоянного тока и т. Д.
8. Интерпретируемое управление. Этот контроллер используется для обеспечения отложенного управления рабочей программой.Интерпретация может быть внутренней или внешней.
9. Специальный функциональный блок — Некоторые специальные микроконтроллеры, изготовленные для специальных устройств, таких как космические системы, роботы и т. Д., Содержат этот специальный функциональный блок. Этот специальный блок имеет дополнительные порты для выполнения некоторых специальных операций.

Типы микроконтроллеров:
микроконтроллеры делятся на категории в соответствии с их памятью, архитектурой, битами и наборами команд
.Итак, давайте обсудим типы микроконтроллеров:

бит:
8-битный микроконтроллер выполняет логические и арифметические операции. Примером 8-битного микроконтроллера является Intel 8031/8051.
16-битный микроконтроллер работает с большей точностью и производительностью в отличие от 8-битного.
Примером 16-разрядного микроконтроллера является Intel 8096.

32-разрядный микроконтроллер используется в основном в устройствах с автоматическим управлением, таких как офисная техника, имплантируемые медицинские приборы и т. Д.Для выполнения любых логических или арифметических функций требуются 32 — битные инструкции.

Память:

  • Микроконтроллер с внешней памятью — когда встроенная структура построена с микроконтроллером, который не включает все функционирующие блоки, существующие на микросхеме, он называется микроконтроллером внешней памяти. Для иллюстрации — микроконтроллер 8031 ​​не имеет памяти программ на микросхеме.
  • Микроконтроллер встроенной памяти — когда встроенная структура построена с микроконтроллером, который состоит из всех функциональных блоков, существующих на микросхеме, он называется микроконтроллером встроенной памяти.Для иллюстрации — микроконтроллер 8051 имеет всю память программ и данных, счетчики и таймеры, прерывания, порты ввода / вывода и, следовательно, свой микроконтроллер встроенной памяти.

Набор команд:
CISC-CISC означает компьютер со сложным набором команд, он позволяет пользователю применять 1 инструкцию как
в качестве альтернативы многим простым инструкциям.

RISC-RISC означает компьютеры с сокращенным набором команд. RISC сокращает время работы на
сокращений тактового цикла на инструкцию.

Архитектура памяти:

  • Гарвардский микроконтроллер с архитектурой памяти
  • Принстонский микроконтроллер с архитектурой памяти

8051 микроконтроллер:
Наиболее широко используемый набор микроконтроллеров относится к семейству 8051. Микроконтроллеры 8051 по-прежнему остаются идеальным выбором для огромной группы любителей и экспертов. В течение 8051 года человечество стало свидетелем самого революционного набора микроконтроллеров. Первоначально микроконтроллер 8051 был изобретен Intel.Двое других членов этого семейства 8051 —

  • 8052-Этот микроконтроллер имеет 3 таймера и 256 байт ОЗУ. Кроме того, он имеет все функции традиционного микроконтроллера 8051. Микроконтроллер 8051 является частью микроконтроллера 8052.
  • 8031 ​​- Этот микроконтроллер меньше ПЗУ, за исключением того, что он имеет все функции традиционного микроконтроллера 8051. Для выполнения в его микросхему можно добавить внешнее ПЗУ размером 64 Кбайт.

Микроконтроллер

8051 задействует 2 различных типа памяти, такие как NV-RAM, UV-EPROM и Flash.

8051 Архитектура микроконтроллера:
Микроконтроллер 8051 — это восьмиразрядный микроконтроллер, выпущенный в 1981 году корпорацией Intel. Он доступен в 40-контактном DIP-корпусе (двухрядный корпус). Он имеет 4 КБ ПЗУ (программируемое пространство на кристалле) и 128 байтов встроенного ОЗУ, при желании 64 КБ внешней памяти могут быть связаны с микроконтроллером. Есть четыре параллельных 8-битных порта, которые легко программируются, а также адресуются. Встроенный кварцевый генератор интегрирован в микроконтроллер с тактовой частотой 12 МГц.В микроконтроллере есть последовательный порт ввода / вывода, который имеет 2 контакта. В него также встроены два таймера по 16 бит; эти таймеры могут использоваться как таймеры для внутреннего функционирования, а также как счетчики для внешнего функционирования. Микроконтроллер состоит из 5 источников прерываний, а именно: прерывание последовательного порта
, прерывание от таймера 1, внешнее прерывание 0, прерывание от таймера 0, внешнее прерывание 1. Режим программирования этого контроллера micro-
включает в себя GPR (регистры общего назначения), SFR (специальные регистры). регистры функций) и SPR (регистры специального назначения).

Микроконтроллер PIC:
Контроллер периферийного интерфейса (PIC), предоставленный Micro-chip Technology для классификации своих микроконтроллеров с одиночным чипом. Эти устройства оказались чрезвычайно успешными в 8-битных микроконтроллерах. Основная причина этого заключается в том, что Micro-Chip Technology постоянно модернизирует архитектуру устройства и включает в микроконтроллер столь необходимые периферийные устройства, чтобы удовлетворить потребности клиентов. Микроконтроллеры PIC очень популярны среди любителей и промышленников; это единственная причина широкой доступности, низкой стоимости, большой базы пользователей и возможности последовательного программирования.

Архитектура микроконтроллера PIC:
Архитектура 8-битных микроконтроллеров PIC может быть отнесена к следующей категории:
1. Архитектура базовой линии — В базовую архитектуру микроконтроллеры PIC семейства PIC10F включены, кроме этой части PIC12 и PIC16 семьи также включены. Эти устройства используют 12-битную архитектуру программного слова с альтернативами от шести до двадцати восьми выводов.
Кратко определенный набор атрибутов базовой архитектуры позволяет получать наиболее прибыльные продуктовые решения.Эта архитектура идеально подходит для гаджетов с батарейным питанием. Серия PIC10F200 — еще один недорогой 8-битный микроконтроллер флэш-памяти с 6-контактным корпусом.

2. Архитектура среднего диапазона — в эту среднюю линию добавлены семейства PIC12 и PIC16, которые атрибутируют 14-битную архитектуру программного слова. Гаджеты среднего уровня PIC16 предлагают широкий спектр альтернативных пакетов (от 8 до 64 пакетов) с низким и высоким уровнем включения периферийных устройств
. Это устройство PIC16 поддерживает множество аналоговых, цифровых и последовательных периферийных устройств, таких как SPI, USART, I2C, USB, ЖК-дисплеи и аналого-цифровые преобразователи.Микроконтроллеры PIC16 среднего уровня обладают функцией приостановки управления с восьмиуровневой аппаратной нагрузкой.
3. Высокопроизводительная архитектура. Высокопроизводительная архитектура включала семейство устройств PIC18. Эти микроконтроллеры используют 16-битную архитектуру программного слова вместе с альтернативами от 18 до 100 выводов. Устройства PIC18 представляют собой высокопроизводительные микроконтроллеры со встроенными аналого-цифровыми преобразователями. Все микроконтроллеры PIC18 объединяют высокоразвитую архитектуру RISC, которая поддерживает флеш-устройства.PIC18 имеет улучшенные атрибуты фундамента, 32 уровня глубокой нагрузки и несколько внутренних и внешних прерываний.

AVR Микроконтроллер:
AVR, также известный как Advanced Virtual RISC, представляет собой 8-битный микроконтроллер с одиночным чипом RISC с 8-разрядной архитектурой Гарварда. Он был изобретен Атмелем в 1966 году. Архитектура Гарварда означает, что программа и данные накапливаются в разных местах и ​​используются одновременно. Это было одно из передовых семейств микроконтроллеров, в которых встроенная флэш-память использовалась в основном для хранения программ, в отличие от одноразовых программируемых EPROM, EEPROM или ROM, используемых другими микроконтроллерами одновременно.Флэш-память — это энергонезависимая (постоянная при отключении питания) программируемая память. Архитектура микроконтроллера AVR: Архитектура микроконтроллера AVR
была разработана Альф-Эгилем Богеном и Вегардом Волланом. Название AVR происходит от имен разработчиков архитектуры микроконтроллера. AT90S8515 был передовым микроконтроллером, основанным на архитектуре AVR; с другой стороны, первым микроконтроллером, который поразил коммерческий рынок, был AT90S1200, выпущенный в 1997 году.

SRAM, Flash и EEPROM объединены в одном кристалле, что устраняет необходимость в любой другой внешней памяти в максимальном количестве устройств. Несколько устройств содержат альтернативу параллельной внешней шины, чтобы добавить дополнительные устройства памяти данных. Приблизительно все устройства, за исключением микросхем TinyAVR, имеют последовательный интерфейс, который используется для соединения больших последовательных микросхем Flash и EEPROM.

AMR Микроконтроллер:
AMR — это название компании, которая разрабатывает архитектуру микропроцессоров.Он также занимается лицензированием их для производителей, которые производят настоящие чипы. На самом деле AMR — это настоящая 32-битная архитектура RISC. Первоначально он был разработан в 1980 году компанией Acorn Computers Ltd. Этот базовый микропроцессор AMR не имеет встроенной флэш-памяти. ARM специально разработан для устройств с микроконтроллерами, его легко обучить и использовать, но он достаточно мощный для самых сложных встраиваемых устройств.

Архитектура микроконтроллера AMR:
Архитектура AMR представляет собой 32-битный RISC-процессор, разработанный ARM Ltd.Благодаря своим характеристикам энергосбережения центральные процессоры ARM преобладают на рынке мобильной электроники, где снижение энергопотребления является жизненно важной задачей. Архитектура ARM состоит из нижележащих элементов RISC: —

  • Максимальное функционирование за один цикл
  • Постоянный регистровый файл размером 16 × 32 бита.
  • Загрузить или сохранить архитектуру.
  • Заданная ширина команды 32 бита для упрощения конвейерной обработки и декодирования при минимальной плотности кода.
  • Для смещенного доступа к памяти нет поддержки

Применение микроконтроллера

:
микроконтроллеры предназначены для встроенных устройств, по сравнению с микропроцессорами, которые используются в ПК или других универсальных устройствах.Микроконтроллеры используются в автоматически управляемых изобретениях и устройствах, таких как электроинструменты, имплантируемые медицинские устройства, системы управления автомобильными двигателями, офисные машины, устройства дистанционного управления, игрушки и многие другие
встроенных систем. Уменьшая размер и затраты по сравнению с конструкцией, в которой используются другой микропроцессор, устройства ввода / вывода и память, микроконтроллеры делают недорогой цифровой контроль все большего числа устройств и операций.Микроконтроллеры смешанного сигнала
являются общими; Сборка аналоговых компонентов требовала управления нецифровыми электронными структурами.

Применение микроконтроллера в повседневных устройствах:

  • Светочувствительные и управляющие устройства
  • Температурные датчики и управляющие устройства
  • Устройства обнаружения пожара и безопасности
  • Промышленные контрольно-измерительные приборы
  • Устройства управления технологическими процессами

Применение микроконтроллера в промышленных устройствах управления:

  • Промышленные контрольно-измерительные приборы
  • Устройства управления технологическими процессами

Применение микроконтроллера в измерительных приборах:

  • Вольтметр
  • Измерение вращающихся объектов
  • Вольтметр
  • Переносные измерительные системы

Источник: www.electronicshub.org/microcontrollers/

10 самых популярных микроконтроллеров среди производителей

В основе любого устройства со встроенной электроникой, будь то домашнее или профессиональное оборудование, является микроконтроллер . Они запускают коды / прошивки, которые помогают разработчикам получать данные от датчиков и связывать их с действиями, выполняемыми с помощью исполнительных механизмов. Хотя они обычно разрабатываются как компоненты общего назначения, MCU построены с определенными функциями и функциями, которые делают их подходящими и (или) предпочтительными для определенных разработчиков для определенных приложений, вариантов использования или сценариев.Эти функции и возможности были расширены в соответствии с текущими технологическими требованиями, что сделало микроконтроллеры не только более мощными, но и более разнообразными, создавая головную боль выбора для дизайнеров. В сегодняшней статье без определенного порядка будут выделены 10 самых популярных микроконтроллеров в зависимости от того, как часто они фигурируют в продуктах, и размера сообществ вокруг них.

Готовы? давай,

1. STM32F103C8T6

STM32F10C8T6 — популярный член семейства микроконтроллеров со средней производительностью STM32F103xx, которые оснащены высокопроизводительным 32-битным ядром RISC ARM® Cortex®-M3, работающим на частоте 72 МГц, и обладают широким диапазоном расширенных функций ввода / вывода. Ос и периферия подключены к двум шинам APB.Все члены семейства STM32F103x, включая CT86, предлагают два 12-битных АЦП, три 16-битных таймера общего назначения плюс один таймер PWM, а также стандартные и расширенные интерфейсы связи: до двух I2C и SPI, три USART, USB и CAN.

Особенности:
  • ARM® 32-битное ядро ​​процессора Cortex®-M3 — максимальная частота 72 МГц, производительность 1,25 DMIPS / МГц (Dhrystone 2.1) при нулевом доступе к памяти состояния ожидания — однократное умножение и аппаратное деление
  • Воспоминания
    • 64 или 128 Кбайт флэш-памяти
    • 20 Кбайт SRAM
  • Часы, сброс и управление питанием
    • 2.Питание от 0 до 3,6 В и входы / выходы
    • POR, PDR и программируемый детектор напряжения (PVD)
    • Кварцевый генератор от 4 до 16 МГц
    • Внутренний 8 МГц RC
    • с заводской настройкой

    • Внутренний RC 40 кГц — ФАПЧ для частоты процессора
    • Генератор 32 кГц для RTC с калибровкой
  • Режимы сна, остановки и ожидания с низким энергопотреблением
    • Питание VBAT для RTC и резервных регистров
    • 2 x 12-битных, 1 мкс аналого-цифровых преобразователя (до 16 каналов)
    • Диапазон преобразования: от 0 до 3.6 В
    • Возможность двойного отбора проб и удержания
    • Датчик температуры
  • DMA
    • 7-канальный контроллер прямого доступа к памяти
    • Поддерживаемые периферийные устройства: таймеры, АЦП, SPI, I 2C и USART
  • До 80 быстрых портов ввода / вывода
    • 26/37/51/80 входов / выходов, все отображаемые на 16 внешних векторах прерываний и почти все 5 V-устойчивые
  • Режим отладки — последовательная отладка (SWD) и интерфейсы JTAG
  • 7 таймеров
    • Три 16-битных таймера, каждый с до 4 IC / OC / PWM или счетчиком импульсов и входом квадратурного (инкрементального) энкодера
    • 16-битный ШИМ-таймер управления двигателем с генерацией мертвого времени и аварийной остановкой
    • 2 сторожевых таймера (независимый и оконный)
    • Таймер SysTick 24-битный обратный счетчик
  • До 9 интерфейсов связи — До 2 интерфейсов I2C (SMBus / PMBus)
    • До 3 USART (интерфейс ISO 7816, LIN, поддержка IrDA, управление модемом)
    • До 2 SPI (18 Мбит / с)
    • CAN интерфейс (2.0B Активный)
    • Полноскоростной интерфейс USB 2.0

Макетные платы на базе MCU:

2. ATmega328

Возможно, один из самых популярных микроконтроллеров в мире, Atmega328p стал выбором многих дизайнеров, которые хотят избежать громоздкости плат Arduino, но сохранить простоту программирования, поддержку сообщества и другие удивительные функции. связанный с платформой разработки Arduino.Это 8-битный микроконтроллер AVR, основанный на усовершенствованной архитектуре RISC и сочетающий в себе флэш-память ISP объемом 32 КБ с возможностью чтения во время записи.

Особенности:

1 КБ EEPROM, 2 КБ SRAM, 23 линии ввода / вывода общего назначения, 32 рабочих регистра общего назначения, три гибких таймера / счетчика с режимами сравнения, внутренние и внешние прерывания, последовательный программируемый USART, байтовый двухпроводной последовательный интерфейс, SPI последовательный порт, 6-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь (8 каналов в корпусах TQFP и QFN / MLF) и

  • Программная память — 32 КБ (Flash)
  • Скорость процессора (MIPS / DMIPS) — 20
  • 1 КБ EEPROM
  • Периферийные устройства цифровой связи — 1-UART, 2-SPI, 1-I2C
  • 2 КБ SRAM
  • 23 GPIO
  • 6-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь (8 каналов в корпусах TQFP и QFN / MLF)
  • 5 программно выбираемых режимов энергосбережения
  • 3 встроенных таймера с режимами сравнения — 2 8 бит и 1 16 бит
  • Выводы ШИМ — 6
  • программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором
  • 32 регистра рабочих общего назначения,

Макетные платы на базе MCU:

  • Ардуино Нано
  • Arduino UNO
  • Arduino Pro Mini
  • Sparkfun Redboard
  • Множество других клонов Arduino

Отличительные особенности:

  • Express Совместимость с платформой разработки Arduino
  • Большая поддержка сообщества из-за связи с Arduino

3.PIC16F877A

PIC16F877A, пожалуй, самый популярный 8-битный микроконтроллер в семействе микроконтроллеров PIC. Хотя некоторые считают PIC16F877A устаревшим и устаревшим, без сомнения, он по-прежнему остается одним из самых популярных микроконтроллеров в мире. Фактически он рассматривается как микроконтроллер для новичков, желающих заняться разработкой встраиваемых систем с помощью PIC, и становится для них предпочтительным микроконтроллером, когда они становятся экспертами.

Особенности:

Некоторые функции PIC16F877A представлены ниже:

  • Общее количество выводов — 40
  • Общее количество портов — 5 (порт A, порт B, порт C, порт D, порт E)
  • Рабочее напряжение — от 2 до 5.5В
  • Количество выводов ввода / вывода — 33
  • Количество выводов АЦП — 14
  • Разрешение АЦП — 10 бит
  • Количество компараторов — 2
  • Количество таймеров — 3
  • Протоколы связи — UART, SPI, I2C
  • Внешний осциллятор — до 20 МГц
  • Программная память — 14 КБ
  • RAM — 368 байт
  • EEPROM — 256 байт
  • Максимальное разрешение ШИМ — 10
  • Поддержка прерываний аппаратного вывода и таймера

Макетные платы на базе MCU:

  • Плата для разработки PIC

Платы разработчика — одна из причин, по которой микроконтроллеры PIC становятся все более непопулярными.В то время как платы разработки PIC обычно очень хороши для новичков, потому что они поставляются с различными компонентами, которые помогают обучению, для среднего дизайнера они считаются громоздкими и довольно неинтересными для работы, поскольку большинство включенных компонентов обычно не нужны опытным. дизайнеров.

4. Attiny85

Известные за свой крошечный форм-фактор, серия микроконтроллеров ATtiny считается идеальным выбором для проектов, где требуется малый форм-фактор и количество требуемых GPIO невелико.Из всех микроконтроллеров этой серии aTtiny85 считается самым популярным, предположительно потому, что у него больше контактов ввода-вывода по сравнению с другими. Хотя Microchip анонсировала новую линейку чипов ATtiny со значительным повышением производительности, ATtiny85 по-прежнему пользуется уважением, в основном из-за того, что большинство дизайнеров привыкли к нему с течением времени.

Характеристики:

Некоторые особенности ATtiny85 включают:

  • Всего выводов — 8
  • Тип процессора — RISC 8-битный AVR
  • Рабочее напряжение — 1.8 — 5,5 В
  • Программная память — 8K
  • Оперативная память — 512 байт
  • Память EEPROM — 512 байт
  • Разрешение АЦП — 10 бит
  • Количество выводов АЦП — 4
  • Количество компараторов — 1
  • GPIO — 6
  • Количество таймеров — 2 8-битных таймера
  • Протоколы связи — SPI, I2C и USART.
  • Количество выводов ШИМ — 4
  • Максимальная скорость генератора — до 20 МГц

Макетные платы на базе MCU:

  • Mini ATtiny85 USB
  • Digispark ATtiny85

Отличительные особенности:

Отличительной особенностью ATtiny85 будет их небольшой форм-фактор и относительно низкое энергопотребление.

5. MSP430G2452

Семейство микроконтроллеров MSP430 от TI считается одними из самых современных микроконтроллеров, и до сих пор самым популярным членом этого семейства был MSP430G2452. MSP430G2452 — мощный и относительно дешевый микроконтроллер, основанный на 16-битном процессоре RISC производства Texas Instruments.

Особенности:

Некоторые особенности MCU включают:

  • Количество каналов компаратора — 8
  • каналов АЦП — 8
  • Количество выводов GPIO — 16
  • Разрешение АЦП — 10-битный SAR
  • Количество таймеров — 1 (16 бит)
  • Энергонезависимая память — 8 КБ
  • Коммуникационные протоколы — 1 I2C, 1 SPI
  • Диапазон низкого напряжения питания — 1.8–3,6 В
  • Низкочастотный генератор — кристалл 32 кГц, а также внешний источник цифровых тактовых сигналов
  • SRAM — 256B
  • Потребляемая мощность в активном режиме — 220 мкА при 1 МГц

Макетные платы на базе MCU:

  • MSP-EXP430G2 Плата для разработки LaunchPad TI

Отличительные особенности:

Микроконтроллеры серии MSP430 известны своим низким энергопотреблением.

6. ESP8266

Популярность ESP8266 неоспорима.Это бесспорно один из самых впечатляющих микроконтроллеров последнего десятилетия, и это, безусловно, было одним из Pacesetters для текущей тенденции микроконтроллеры с конденсированными коммуникационными возможностями. ESP8266, разработанный Espressif Systems, представляет собой недорогую микросхему Wi-Fi с полным стеком TCP / IP и возможностями микроконтроллера. Множественные версии MCU были созданы в быстрой последовательности, и то, что изначально начиналось как модуль Wi-Fi для микроконтроллеров, быстро превратилось в такой модуль, как ESP-12e, который стал сердцем нескольких проектов и продуктов.

Особенности:

  • Процессор: 32-разрядное микропроцессорное ядро ​​RISC L106 на основе Tensilica Xtensa Diamond Standard 106Micro, работающее на частоте 80 МГц
  • Память:
    • 32 KiB RAM инструкции
    • 32 КиБ кэш-память команд
    • 80 КБ ОЗУ данных пользователя
    • 16 КиБ ОЗУ системных данных ETS
  • Внешняя флэш-память QSPI: поддерживается до 16 МБ (обычно от 512 КБ до 4 МБ)
  • IEEE 802.11 b / g / n Wi-Fi
    • Встроенный переключатель TR, балун, малошумящий усилитель, усилитель мощности и согласующая сеть
    • Аутентификация WEP или WPA / WPA2 или открытые сети
  • 16 контактов GPIO
  • SPI
  • I²C (программная реализация)
  • Интерфейсы I²S с DMA (общие контакты с GPIO)
  • UART на выделенных контактах, плюс UART только для передачи может быть включен на GPIO2
  • 10-разрядный АЦП (АЦП последовательного приближения)

Макетные платы на базе MCU:

Существует более 100 плат для разработки, основанных на различных вариантах ESP8266.Чтобы упомянуть несколько, некоторые из этих плат включают в себя;

  • NodeMCU DevkIT
  • Wemos D1
  • Wemos D1 Mini
  • Adafruit Feather HUZZAH ESP8266
  • SparkFun ESP8266 Вещь

Отличительные особенности:

Некоторые выдающиеся особенности ESP8266 включают:

  • Интегрированный WiFI и микроконтроллер сокращают головную боль, связанную с спецификациями и источниками
  • Низкая стоимость
  • предварительно сертифицировано (FCC и CE)
  • large Поддержка сообщества
  • Совместимость с популярными платформами, такими как Arduino IDE

7.ESP32

Обновленный до ESP8266, esp32 пользуется большой поддержкой и широким распространением с момента его выпуска несколько лет назад. это недорогая система с низким энергопотреблением на микроконтроллере микросхемы со встроенным Wi-Fi и двухрежимным Bluetooth. в нем используется микропроцессор Tensilica Xtensa LX6 как в двухъядерном, так и в одноядерном вариантах и ​​включает встроенные антенные переключатели, ВЧ балун, усилитель мощности, малошумящий усилитель приема, фильтры и модули управления питанием. Разработанный для современных приложений, ESP32 также включает в себя несколько функций безопасности, таких как криптографическое аппаратное ускорение, флеш-шифрование и безопасная загрузка.

Особенности:

Некоторые особенности MCU включают:

  • Процессоры:
    • ЦП: двухъядерный (или одноядерный) 32-разрядный микропроцессор LX6 Xtensa, работающий на частоте 160 или 240 МГц и производительность до 600 DMIPS
    • Сопроцессор со сверхнизким энергопотреблением (ULP)
  • Память: 520 КБ SRAM
  • Беспроводное соединение:
    • Wi-Fi: 802.11 b / g / n
    • Bluetooth: v4.2 BR / EDR и BLE (разделяет радио с Wi-Fi)
  • Периферийные интерфейсы:
    • 12-битный АЦП последовательного приближения, до 18 каналов
    • 2 × 8-битных ЦАП
    • 10 сенсорных датчиков (GPIO с емкостным зондированием)
    • 4 × SPI
    • 2 интерфейса I²S
    • 2 интерфейса I²C
    • 3 × UART
    • Хост-контроллер SD / SDIO / CE-ATA / MMC / eMMC
    • Подчиненный контроллер SDIO / SPI
    • Интерфейс Ethernet MAC с выделенным DMA и поддержкой протокола точного времени IEEE 1588
    • CAN-шина 2.0
    • Инфракрасный пульт дистанционного управления (TX / RX, до 8 каналов)
    • ШИМ двигателя
    • LED PWM (до 16 каналов)
    • Датчик Холла
    • Аналоговый предусилитель со сверхнизким энергопотреблением
  • Безопасность:
    • Поддерживаются все стандартные функции безопасности IEEE 802.11, включая WFA, WPA / WPA2 и WAPI
    • Безопасная загрузка
    • Флэш-шифрование
    • 1024-битный OTP, до 768-бит для клиентов
    • Криптографическое аппаратное ускорение: AES, SHA-2, RSA, криптография на эллиптических кривых (ECC), генератор случайных чисел (RNG)
  • Управление питанием:
    • Внутренний регулятор с малым падением напряжения
    • Отдельная область мощности для RTC
    • Ток в режиме глубокого сна 5 мкА
    • Пробуждение от прерывания GPIO, таймера, измерений АЦП, прерывания емкостного сенсорного датчика

Макетные платы на базе MCU:

Как и ESP8266, существует множество плат для разработки, основанных на ESP32.Некоторые из этих досок включают в себя;

  • ХУЗЗАх42
  • ESP32-DevKitC
  • Узел MCU-32S
  • ESPduino32
  • ESP32 Вещь

Отличительные особенности:

Помимо Wi-Fi, ESP32 поддерживает Bluetooth и реализует функции безопасности и низкого энергопотребления, которые недоступны в обычных устройствах.

8. ATMEGA32U4

Atmega32u4 — это маломощный 8-битный микроконтроллер на базе AVR® RISC на базе микрочипа с самопрограммируемой флэш-памятью объемом 32 КБ, 2.5 КБ SRAM, 1 КБ EEPROM, полноскоростное / низкоскоростное устройство USB 2.0, 12-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь и интерфейс JTAG для отладки на кристалле. Устройство способно выполнять мощные инструкции за один такт, что позволяет достичь пропускной способности до 16 MIPS на частоте 16 МГц. Это дает разработчикам возможность оптимизировать энергопотребление в зависимости от скорости обработки.

Особенности:

  • Полностью соответствует спецификации универсальной последовательной шины, ред. 2.0
  • Поддерживает скорость передачи данных до 12 Мбит / с и 1.5 Мбит / с
  • Конечная точка 0 для передачи управления: до 64 байтов
  • Шесть программируемых конечных точек с входящими и исходящими направлениями и с групповыми передачами, прерываниями или изохронными передачами
  • Настраиваемые конечные точки размером до 256 байт в режиме двойного банка
  • Полностью независимая 832-байтовая USB DPRAM для распределения памяти конечной точки
  • Прерывания для приостановки / возобновления
  • Сброс ЦП возможен при обнаружении сброса шины USB
  • 48 МГц от ФАПЧ для работы шины на полной скорости
  • Подключение / отключение шины USB по запросу микроконтроллера
  • Бескристаллический режим работы в низкоскоростном режиме

Макетные платы на базе MCU:

Atmega32u4 — популярный микроконтроллер, входящий в состав нескольких плат разработки, некоторые из которых включают:

  • Малышка 2.0
  • Жук Ардуино
  • Ардуино Про Микро
  • Ардуино Леонардо
  • Qwicc Pro
  • Arduino Леонардо Клоны

9. STM8S103F3

Семейство микроконтроллеров STM8 предлагает высокопроизводительное 8-битное ядро ​​и ультрасовременный набор периферийных устройств в крошечном форм-факторе, аналогичном тому, что можно получить с микроконтроллерами серии ATtiny. Семейство состоит из 4 серий, в том числе; STM8S, STM8L, STM8AF и STM8AL.Из всех них серия STM8S считается основным микроконтроллером, а STM8S103F3 считается одним из самых популярных микроконтроллеров этой серии.

8-битный микроконтроллер предлагает 8 Кбайт флэш-памяти для программ, со встроенной EEPROM с настоящими данными, расширенным ядром и периферийными устройствами, тактовой частотой 16 МГц, надежными вводами / выводами, независимыми сторожевыми таймерами с отдельным источником тактовой частоты и системой защиты тактовой частоты — все это из которых обеспечивает его высокую производительность и общую надежность системы.

Особенности:

Выделите особенности микроконтроллера, согласно спецификации, включают:

  • Ядро
    • Усовершенствованное ядро ​​STM8 16 МГц с архитектурой Гарварда и трехступенчатым конвейером
    • Расширенный набор команд
  • Воспоминания
    • Программная память: 8 Кбайт Flash; Сохранение данных 20 лет при 55 ° C после 10 циклов
    • Память данных: 640 байт истинных данных EEPROM; выносливость 300 кмцикл
    • RAM: 1 Кбайт
  • Часы, сброс и управление питанием
    • 2.От 95 до 5,5 В рабочее напряжение
    • Гибкое управление тактовой частотой, 4 основных источника тактовой частоты
      • Генератор с кварцевым резонатором малой мощности
      • Вход внешних часов
      • Внутренний, настраиваемый пользователем, 16 МГц RC
      • Внутренний маломощный 128 кГц RC
    • Часы охранные с монитором часов
    • Управление питанием:
      • Режимы пониженного энергопотребления (ожидание, активная остановка, остановка)
      • Индивидуальное отключение периферийных часов
    • Постоянно активный, малопотребляющий сброс при включении и выключении питания
  • Управление прерываниями
    • Вложенный контроллер прерываний с 32 прерываниями
    • До 27 внешних прерываний на 6 векторах
  • Таймеры
    • Таймер расширенного управления: 16 бит, 4 канала CAPCOM, 3 дополнительных выхода, вставка мертвого времени и гибкая синхронизация
    • 16-битный таймер общего назначения с 3 каналами CAPCOM (IC, OC или PWM)
    • 8-битный базовый таймер с 8-битным предварительным делителем
    • Таймер автоматического пробуждения
    • Оконный сторожевой таймер и независимый сторожевой таймер
  • Коммуникационные интерфейсы
    • UART с выходом часов для синхронной работы, SmartCard, IrDA, режим ведущего устройства LIN
    • Интерфейс SPI до 8 Мбит / с
    • Интерфейс I2C до 400 кбит / с
  • Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
    • 10-битный АЦП с точностью ± 1 младший бит, до 5 мультиплексированных каналов, режим сканирования и аналоговый сторожевой таймер
  • входов / выходов
    • До 28 входов / выходов в 32-выводном корпусе, включая 21 выход с высоким потребителем
    • Высокопрочная конструкция ввода / вывода, устойчивая к подаче тока
  • Уникальный идентификатор
    • 96-битный уникальный ключ для каждого устройства

Макетные платы на базе микроконтроллера:

Существует множество коммутационных плат на базе микроконтроллера STM8S103F3, которые недостаточно сложны, чтобы их можно было классифицировать как плату для разработки.Некоторые заслуживающие внимания платы на основе MCU включают:

  1. Sduino / STM8Blue и аналогичные клоны
  2. STM8S103F3 Совет по развитию P6

10. NXP LPC1768

LPC1768 — это микроконтроллер Cortex®-M3, разработанный для встраиваемых приложений с низким энергопотреблением. Он отличается высоким уровнем интеграции и низким энергопотреблением на частотах до 100 МГц. Это высокопроизводительный микроконтроллер, имеющий до 512 КБ флэш-памяти и 64 КБ памяти данных, а также периферийные устройства, такие как Ethernet MAC, USB-устройство / хост / интерфейс OTG, 8-канальный контроллер DMA и 4 UART, среди прочего другие.

Характеристики

Некоторые основные особенности NXP LPC1768 включают:

  • Процессор Arm ® Cortex-M3, работающий на частотах до 100 МГц
  • Arm Cortex-M3 встроенный контроллер вложенных векторных прерываний (NVIC)
  • Встроенная флэш-память для программирования до 512 КБ
  • Встроенная SRAM до 64 КБ
  • Внутрисистемное программирование (ISP) и программирование в приложении (IAP)
  • Восьмиканальный контроллер DMA общего назначения (GPDMA)
  • Ethernet MAC с интерфейсом RMII и выделенным контроллером DMA
  • USB 2.0 полноскоростное устройство / хост / контроллер OTG
  • Четыре UART с генерацией дробной скорости передачи, внутренним FIFO и поддержкой DMA
  • Контроллер CAN 2.0B с двумя каналами
  • Контроллер SPI с синхронной, последовательной и полнодуплексной связью
  • Два контроллера SSP с FIFO и поддержкой нескольких протоколов
  • Три расширенных интерфейса шины I2C
  • Интерфейс I2S (Inter-IC Sound)
  • 70 контактов ввода / вывода общего назначения (GPIO) с настраиваемыми подтягивающими / понижающими резисторами
  • 12-битный / 8-канальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с частотой преобразования до 200 кГц
  • 10-битный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) со специальным таймером преобразования и DMA
  • Четыре таймера / счетчика общего назначения
  • ШИМ управления одним двигателем с поддержкой управления трехфазным двигателем
  • Интерфейс квадратурного энкодера, который может контролировать один внешний квадратурный энкодер
  • Один стандартный блок ШИМ / таймера с внешним счетным входом
  • RTC малой мощности с отдельной областью мощности и выделенным генератором
  • Сторожевой таймер (WDT)
  • Системный таймер Arm Cortex-M3, включая опцию входа внешних часов
  • Таймер повторяющихся прерываний обеспечивает программируемые и повторяющиеся синхронизированные прерывания
  • Каждое периферийное устройство имеет собственный делитель тактовой частоты для дополнительной экономии энергии
  • Стандартный интерфейс тестирования / отладки JTAG для совместимости с существующими инструментами
  • Интегрированный PMU (блок управления питанием)
  • Четыре режима пониженного энергопотребления: спящий режим, глубокий сон, выключение питания и глубокое выключение питания
  • Одноместный 3.Источник питания 3 В (от 2,4 В до 3,6 В)
  • Четыре входа внешнего прерывания, конфигурируемые как чувствительные к фронту / уровню
  • Вход немаскируемого прерывания (NMI)
  • Контроллер прерываний при пробуждении (WIC)
  • Пробуждение процессора из режима пониженного энергопотребления по любому прерыванию
  • Обнаружение сбоев с отдельным порогом прерывания и принудительного сброса
  • Сброс при включении питания (POR)
  • Кварцевый генератор с рабочим диапазоном от 1 МГц до 25 МГц
  • Внутренний RC-генератор 4 МГц с точностью 1%
  • Защита от чтения кода (CRP) с разными уровнями безопасности
  • Уникальный серийный номер устройства для идентификации

Макетные платы:

Лучшие платы для разработки на базе NXP LPC1768 включают;

  1. Arm Mbed LPC1768 Доска
  2. Оценочная плата Keil LPC1769
  3. Плата LPCXpresso для LPC1769 с датчиком CMSIS DAP

При наличии тысяч микроконтроллеров определенно есть несколько других микроконтроллеров, которые, вероятно, заслуживают места в этом списке, но вы согласитесь со мной, что сообщество, проекты и продукты, которые были созданы на основе микроконтроллеров, представленных в эти статьи трудно сопоставить.

Что вы думаете? Какие еще микроконтроллеры, по вашему мнению, должны были быть в этом списке? Не стесняйтесь делиться через раздел комментариев.

Микроконтроллер

против микропроцессора — в чем разница?

Опытные инженеры по встроенным системам и разработчики продукции в электронной промышленности должны знать функциональные различия между микроконтроллером и микропроцессором . Оба типа компонентов важны для проектирования и изготовления различных типов электронных устройств, но бывает трудно различить их, основываясь только на их определениях:

Микроконтроллер — это небольшой компьютер на одной интегральной микросхеме.Микроконтроллер обычно содержит одно или несколько процессорных ядер вместе с дополнительными периферийными устройствами (памятью, последовательным интерфейсом, таймером, программируемыми периферийными устройствами ввода-вывода и т. Д.) На одном кристалле.

Микропроцессор — это компьютерный процессор, который объединяет функции центрального процессора (ЦП) всего на нескольких (а часто и только на одной) интегральных схемах.

На первый взгляд кажется, что микроконтроллеры и микропроцессоры имеют много общего. Оба они являются примерами однокристальных процессоров, которые помогли ускорить распространение вычислительной техники за счет повышения надежности и снижения стоимости вычислительной мощности.Обе они представляют собой однокристальные интегральные схемы, которые выполняют вычислительную логику, и оба типа процессоров используются в миллионах электронных устройств по всему миру.

Чтобы помочь прояснить различия между микроконтроллерами и микропроцессорами, мы создали это сообщение в блоге, в котором сравниваются два наиболее распространенных типа компьютерных процессоров. Мы рассмотрим все различия между микроконтроллером и микропроцессором, от архитектуры до приложений, чтобы помочь вам прийти к четкому пониманию того, какие из этих компонентов должны стать основой вашего следующего проекта компьютерной инженерии.

В чем разница между микроконтроллером и микропроцессором?

Тип компьютерного процессора, который вы выберете для своей встраиваемой системы или проекта компьютерной инженерии, будет иметь значительное влияние на ваш выбор дизайна и результаты проекта, поэтому крайне важно, чтобы вы были полностью проинформированы об основных вариантах, их уникальных функциях и преимуществах. Давайте подробнее рассмотрим разницу между микроконтроллером и микропроцессором.

Описание архитектуры микропроцессора и микроконтроллера

Микропроцессоры и микроконтроллеры выполняют относительно похожие функции, но если мы внимательно рассмотрим архитектуру каждого типа микросхем, мы увидим, насколько они разные.

Определяющей характеристикой микроконтроллера является то, что он объединяет все необходимые вычислительные компоненты на одном кристалле. ЦП, память, средства управления прерываниями, таймер, последовательные порты, средства управления шиной, периферийные порты ввода-вывода и любые другие необходимые компоненты находятся на одном кристалле, и никаких внешних схем не требуется.

Напротив, микропроцессор состоит из ЦП и нескольких вспомогательных микросхем, которые обеспечивают память, последовательный интерфейс, входы и выходы, таймеры и другие необходимые компоненты. Многие источники указывают, что термины «микропроцессор» и «ЦП» по сути синонимичны, но вы также можете встретить архитектурные схемы микропроцессора, которые изображают ЦП как компонент микропроцессора. Вы можете представить микропроцессор как отдельную микросхему интегральной схемы, которая содержит центральный процессор.Этот чип может подключаться к другим внешним периферийным устройствам, таким как шина управления или шина данных, которые обеспечивают ввод двоичных данных и принимают выходные данные от микропроцессора (также в двоичном формате).

Ключевое отличие здесь в том, что микроконтроллеры автономны. Вся необходимая вычислительная периферия находится внутри микросхемы, а микропроцессоры работают с внешними периферийными устройствами. Как мы скоро увидим, каждая из этих архитектур имеет свои уникальные преимущества и недостатки.

Объяснение применения микропроцессоров и микроконтроллеров

Микропроцессоры и микроконтроллеры — оба способа реализации ЦП в вычислениях.До сих пор мы узнали, что микроконтроллеры интегрируют ЦП в микросхему с несколькими другими периферийными устройствами, в то время как микропроцессор состоит из ЦП с проводными соединениями с другими поддерживающими микросхемами. Хотя может быть некоторое совпадение, микропроцессоры и микроконтроллеры имеют относительно отдельные и разные приложения.

Микропроцессоры зависят от сопряжения ряда дополнительных микросхем для формирования микрокомпьютерной системы. Они часто используются в персональных компьютерах, где пользователям требуются мощные высокоскоростные процессоры с универсальными возможностями, которые поддерживают ряд вычислительных приложений.Использование внешних периферийных устройств с микропроцессорами означает, что компоненты могут быть легко обновлены — например, пользователь может заменить свой чип RAM, чтобы получить дополнительную память.

Программируемые микроконтроллеры

содержат все компоненты микрокомпьютерной системы на одном кристалле, который работает с низким энергопотреблением и выполняет специализированную операцию. Микроконтроллеры чаще всего используются во встроенных системах, где ожидается, что устройства будут выполнять основные функции надежно и без вмешательства человека в течение продолжительных периодов времени.

Три ключевых различия между микроконтроллерами и микропроцессорами

Стоимость

Вообще говоря, микроконтроллеры обычно дешевле микропроцессоров. Микропроцессоры обычно производятся для использования с более дорогими устройствами, в которых для повышения производительности используются внешние периферийные устройства. Они также значительно сложнее, поскольку предназначены для выполнения множества вычислительных задач, в то время как микроконтроллеры обычно выполняют специальную функцию.Это еще одна причина, по которой микропроцессорам требуется надежный источник внешней памяти — для поддержки более сложных вычислительных задач.

С помощью микроконтроллера инженеры пишут и компилируют код, предназначенный для конкретного приложения, и загружают его в микроконтроллер, внутри которого находятся все необходимые вычислительные функции и компоненты для выполнения кода. Из-за их узкого индивидуального применения микроконтроллеры часто требуют меньше памяти, меньшей вычислительной мощности и меньшей общей сложности, чем микропроцессоры, следовательно, более низкая стоимость.

Скорость

Что касается общей тактовой частоты, существует значительная разница между ведущими в отрасли микропроцессорными микросхемами и высококачественными микроконтроллерами. Это связано с идеей, что микроконтроллеры предназначены для обработки конкретной задачи или приложения, в то время как микропроцессор предназначен для более сложных, надежных и непредсказуемых вычислительных задач.

Одним из ключевых преимуществ дизайна микроконтроллеров является то, что они могут быть оптимизированы для выполнения кода для конкретной задачи.Это означает использование нужной скорости и мощности для выполнения работы — не больше и не меньше. В результате многие микропроцессоры имеют тактовую частоту до 4 ГГц, в то время как микроконтроллеры могут работать с гораздо более низкими частотами, составляющими 200 МГц или меньше.

В то же время непосредственная близость компонентов на кристалле может помочь микроконтроллерам быстро выполнять функции, несмотря на их более низкую тактовую частоту. Иногда микропроцессоры могут работать медленнее из-за их зависимости от связи с внешними периферийными устройствами.

Потребляемая мощность

Одним из ключевых преимуществ микроконтроллеров является их низкое энергопотребление. Компьютерный процессор, выполняющий специальную задачу, требует меньшей скорости и, следовательно, меньшей мощности, чем процессор с высокой вычислительной мощностью. Энергопотребление играет важную роль в дизайне реализации: процессор, который потребляет много энергии, может нуждаться в подключении или поддержке внешнего источника питания, тогда как процессор, который потребляет ограниченную мощность, может получать питание в течение длительного времени всего лишь за небольшой промежуток времени. аккумулятор.

Для задач, требующих малой вычислительной мощности, может быть гораздо более рентабельным реализовать микроконтроллер по сравнению с микропроцессором, который потребляет гораздо больше энергии при том же выходе.

Встроенные системы и микроконтроллеры

Микроконтроллеры

включают множество функций, которые делают их пригодными для применения во встраиваемых системах:

  • Они являются автономными, включая все необходимые периферийные устройства на одной интегральной микросхеме
  • Они предназначены для запуска одного специального приложения
  • Их можно оптимизировать (программно и аппаратно) для одного специализированного приложения
  • Они обладают низким энергопотреблением и могут включать функции энергосбережения, что делает их идеальными для приложений, требующих, чтобы процессор работал в течение длительного времени без вмешательства человека
  • Они относительно недороги по сравнению с процессорами, главным образом потому, что вся система находится на одном кристалле

Хотя микропроцессоры могут быть более мощными, эта дополнительная мощность обходится дорого, что делает микропроцессоры менее востребованными для приложений встроенных систем: больший размер, большее энергопотребление и более высокая стоимость.

Сводка

В конечном счете, микроконтроллеры и микропроцессоры — это разные способы организации и оптимизации вычислительной системы на базе ЦП. В то время как микроконтроллер помещает ЦП и все периферийные устройства на один и тот же чип, микропроцессор содержит более мощный ЦП на одном кристалле, который подключается к внешним периферийным устройствам. Микроконтроллеры оптимизированы для выполнения специализированных приложений с низким энергопотреблением — идеально для встраиваемых систем — в то время как микропроцессоры более полезны для общих вычислительных приложений, требующих более сложных и универсальных вычислительных операций.

Если вы инженер встраиваемых систем и работаете над новым проектом с программируемыми микроконтроллерами, Total Phase предлагает инструменты, которые подходят вам и вашим встраиваемым системам. От хост-адаптеров до анализаторов протоколов, мы можем помочь вам сэкономить время и энергию при отладке вашего продукта и сократить общее время вывода на рынок.

Есть вопросы? Отправьте их нам! Вы можете связаться с нами по адресу [email protected]

Как выбрать микроконтроллер для вашего нового продукта

Как выбрать подходящий микроконтроллер для конкретного оборудования? Эта статья покажет вам все факторы, которые нужно учитывать при выборе самого лучшего микроконтроллера.

При выборе подходящего микроконтроллера для проекта вы должны учитывать стоимость, производительность, энергопотребление и общий размер. Доступность соответствующих программных и аппаратных средств также является важным фактором.

Поддержка выбранной платформы также очень важна — не только со стороны поставщика, но и со стороны сообщества в целом. Также помогает, если у выбранного микроконтроллера есть легкодоступная плата для разработки.

Наконец, время разработки может быть значительно сокращено, если выбранный микроконтроллер имеет обширные, полностью отлаженные программные библиотеки с хорошо документированными интерфейсами прикладного программирования или API.

В этой статье будут представлены только микроконтроллеры, которые в целом соответствуют вышеуказанным критериям.

Все современные микроконтроллеры имеют общие основные функции. Помимо процессора, у них есть определенное количество флэш-памяти, которая используется для хранения кода приложения, некоторого количества SRAM и, в большинстве случаев, некоторого количества EEPROM.

Им нужен источник тактовой частоты, который обычно обеспечивается либо внутренним генератором резистора-конденсатора (RC), либо использованием внешнего кварцевого резонатора для более критичных по времени приложений.У них есть несколько цифровых портов ввода-вывода и как минимум один таймер / счетчик.

Кроме того, помимо микроконтроллеров очень низкого уровня, большинство из них имеют по крайней мере один UART для последовательной связи. Помимо этого, микроконтроллеры различаются объемом памяти, который они имеют, количеством и типом других периферийных устройств, интегрированных в чип, и скоростью, с которой они запускают пользовательские приложения.

Это зависит не только от исходной тактовой частоты; это также зависит от объема данных процессора и любых включенных функций аппаратного ускорения.

Микроконтроллеры для встраиваемых систем в основном делятся на три категории в зависимости от ширины их шин данных: 8-битные, 16-битные и 32-битные. Есть и другие, но самые популярные.

В общем, 8-разрядные микроконтроллеры предназначены для приложений нижнего уровня, 32-разрядные — для приложений более высокого уровня, а 16-разрядные — для приложений среднего уровня.

Безусловно, большинство продуктов, над которыми я работаю, как правило, включают 32-битные микроконтроллеры, но 8- или 16-битные микроконтроллеры могут быть хорошим выбором для недорогих продуктов низкого уровня.

8-битные микроконтроллеры

Если приложение не предъявляет очень высоких требований к вычислительной мощности и имеет относительно небольшой размер, то имеет смысл рассмотреть 8-битный микроконтроллер.

Для справки: большинство Arduinos основано на 8-битных микроконтроллерах. Итак, если вы создали свой ранний прототип с использованием Arduino, вы можете использовать 8-битный микроконтроллер в своем конечном продукте.

Не оставляйте без внимания цену, хотя и направляйте ваше решение, и во многих случаях 32-битные микроконтроллеры могут быть дешевле 8-битных чипов.

Например, Atmega328p — это 8-битный микроконтроллер, использующий Arduino Uno. При объемах порядка 10 тыс. Штук он стоит немногим более 1 доллара. Он работает на частоте 20 МГц и включает 32 КБ флэш-памяти и 2 КБ ОЗУ.

С другой стороны, вы можете купить 32-битный микроконтроллер, работающий на частоте 48 МГц, с аналогичной памятью всего за 60 центов. Вероятно, это связано с тем, что популярность 32-битных микроконтроллеров снижает их стоимость.

При этом доступны даже более дешевые 8-битные микроконтроллеры, которые стоят менее 25 центов при аналогичном объеме.

8-битные микроконтроллеры

обычно следует рассматривать для приложений, которые предназначены только для выполнения одной работы, с ограниченным пользовательским интерфейсом и небольшой обработкой данных.

8-битные микроконтроллеры

бывают всех размеров от небольших 6-контактных устройств до микросхем с 64-контактными контактами. Они имеют размеры флэш-памяти от 512 байт до 256 КБ, размер SRAM от 32 до 8 КБ или более и EEPROM от 0 до 4 КБ или более. Минимальная система может быть такой же простой, как одна микросхема с байпасным конденсатором на шине питания.

Три самых популярных линейки 8-битных микроконтроллеров — это серия 8051, серия PIC от Microchip и серия AVR от Atmel, теперь часть Microchip.

Серия 8051

Первоначально от Intel, а теперь производимый другими, этот микроконтроллер до сих пор широко используется, он встроен во многие устройства.

Хотя они доступны как автономные устройства, 8051 в настоящее время в основном используются в качестве ядер IP (интеллектуальной собственности), которые встроены в микросхемы специализированных микросхем для конкретных приложений, таких как некоторые беспроводные радиоприемопередатчики.

Очень редко 8051 может быть правильным выбором в качестве основного микроконтроллера для вашего продукта.

Серия PIC

Микроконтроллеры

PIC довольно популярны и имеют широкую поддержку как Microchip, так и сторонних производителей.

Microchip предоставляет свою интегрированную среду разработки (IDE) MPLAB ® X, которая включает в себя C-компилятор бесплатно. Также бесплатно в качестве подключаемого модуля IDE доступен конфигуратор кода MPLAB, который генерирует C-код для встроенных периферийных устройств.

Затем его можно интегрировать в код приложения. Существуют модели PIC с комбинациями интерфейсов USART, SPI, I 2 C, ADC, USB, LIN, CAN и другими. Microchip также предлагает несколько инструментов разработки, включая MPLAB PICkit 4, ICD 4 и Real ICE.

Также доступны более качественные коммерческие компиляторы с лучшей оптимизацией кода. Вот краткое справочное руководство по микроконтроллерам PIC в формате PDF.

АРН серии

AVR — еще одна серия очень популярных 8-битных микроконтроллеров.Хотя они находятся в том же пространстве, что и описанные выше PIC, и имеют сопоставимые характеристики, у них есть одна большая претензия на славу: Arduino.

Рисунок 1. Большинство плат Arduino основаны на 8-битных микроконтроллерах AVR

Все оригинальные Arduinos, такие как Uno, Leonardo и Mega, используют микроконтроллеры AVR. Из-за очень широкого диапазона доступных библиотек для Arduinos, AVR заслуживают серьезного рассмотрения для 8-битных приложений, даже если только для подтверждения концептуальных прототипов.

Поскольку библиотеки Arduino написаны на C ++, их можно легко включить в любое приложение, написанное на C / C ++.

Инструменты разработки программного обеспечения включают AVR studio или, если используется Arduino, обычно используются Arduino IDE и Platform IO. Компилятор, используемый в этих IDE, — это AVR GCC, бесплатный, очень хорошо поддерживаемый и поддерживаемый компилятор C / C ++.

Инструменты разработки оборудования включают Atmel ICE и PICkit 4. Кроме того, по-прежнему широко доступны зрелые инструменты, такие как STK600 и AVR Dragon.Вот ссылка на краткое справочное руководство в формате PDF для микроконтроллеров AVR.

16-битные микроконтроллеры

16-разрядные микроконтроллеры

— это следующий шаг по сравнению с 8-разрядными, при этом они имеют многие из тех же атрибутов. Они быстрее, поддерживают еще больше периферийных устройств и, как правило, предлагают больше памяти, как флэш-памяти, так и SRAM.

В дополнение к большему количеству контактов ввода-вывода, большинство из них также имеют аппаратные умножители, которые значительно быстрее и используют меньше программной памяти по сравнению с чисто программными реализациями.

Легко найти устройства, которые имеют как АЦП, так и ЦАП, или устройства с емкостными сенсорными датчиками, драйверами сегментированных ЖК-дисплеев и Ethernet.

Внутри эти устройства также имеют аппаратные блоки, которые обычно не встречаются в устройствах нижнего уровня. К ним относятся механизмы шифрования, операционные или программируемые усилители усиления и контроллеры прямого доступа к памяти.

Хотя 16-битные микроконтроллеры можно найти у различных производителей, таких как Microchip (их dsPIC33 — популярный выбор), NXP, Infineon или Cypress, серия TI MSP430 будет представлена ​​здесь как типичный пример этого сегмента микроконтроллеров.

TI MSP430 серии

MSP430 — это серия 16-разрядных микроконтроллеров с очень низким энергопотреблением, которые доступны во многих вариантах. Они варьируются от моделей общего назначения до очень специализированных.

Одна интересная особенность специализированных вариантов этих микроконтроллеров заключается в том, что они фактически разветвляются на две крайности: очень специализированные, очень недорогие модели и высокопроизводительные модели с интерфейсами аналоговых датчиков и цифровой обработкой сигналов (DSP).

Этот ультразвуковой датчик потока является примером высокотехнологичного применения.На нижнем уровне TI также производит микросхемы на базе MSP430, которые решают многие очень специфические аппаратные функции. Для получения более подробной информации см. Этот электронный документ.

Например, нужен интерфейс SPI-UART, расширитель ввода-вывода или мост UART-UART? Все это есть, и все это менее чем за 0,3 доллара за этот чип.

Наконец, конечно, MSP430 поддерживается рядом недорогих инструментов и наборов для разработки.

В таблице 1 ниже показаны дополнительные функции, доступные в некоторых основных версиях.

MSP430FR2x MSP430FR4x MSP430FR5x MSP430FR6x
Программная память до 32 КБ до 16 КБ до 256 КБ до 128 КБ
Количество контактов от 16 до 64 в различных упаковках от 48 до 64 в различных упаковках от 24 до 100 в различных упаковках от 56 до 100 в различных упаковках
Периферийные устройства обычно не доступны в 8-битных контроллерах ЦАП, PGA, трансимпедансные и операционные усилители Логика ИК-модуляции DMA, AES DMA, AES
Драйверы сегментов ЖК-дисплея До 256 до 320

Таблица 1 — Обзор основных функций MSP430

32-битные микроконтроллеры

32-разрядные микроконтроллеры

— это мощные устройства с функциями микропроцессора.Некоторые из расширенных функций включают конвейерную обработку команд, прогнозирование ветвлений, вложенные векторные прерывания (NVI), блоки с плавающей запятой (FPU), защиту памяти и встроенные отладчики.

ПРИМЕЧАНИЕ:
Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF . 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

Конвейерная обработка инструкций означает, что ядро ​​процессора предварительно выбирает последующие инструкции, а прогнозирование ветвления предварительно выбирает следующие инструкции для обоих результатов условия if-else, таким образом ускоряя выполнение кода.

NVI обеспечивает приоритеты прерываний, при которых одно прерывание может вытеснить прерывание с более низким приоритетом.

FPU

могут выполнять вычисления с плавающей запятой намного быстрее, чем методы, реализованные в ПО.

Защита памяти гарантирует, что код приложения не сможет случайно перезаписать важные разделы, например, предназначенные для операционной системы.

Наконец, встроенная отладка позволяет заглядывать в регистры и другие области системы, чтобы облегчить отладку кода приложения.Все это вместе позволяет этим микроконтроллерам запускать большие, быстрые и надежные приложения.

Кроме того, их чистая вычислительная мощность означает, что они могут легко поддерживать операционные системы реального времени (RTOS), которые, в свою очередь, обеспечивают возможности многозадачности.

Несмотря на то, что на рынке представлено много 32-битных микроконтроллеров, в этой заметке основное внимание будет уделено устройствам на базе ARM Cortex M, с особым упоминанием ESP32 от Espressif.

ARM Holdings фактически разрабатывает только IP-адреса процессорных ядер, которые затем лицензируются различным поставщикам полупроводников, которые включают их вместе с некоторыми периферийными устройствами в свои собственные кремниевые микросхемы.Многие производители микросхем предлагают микроконтроллеры на базе архитектуры Cortex-M.

Два известных производителя чипов на базе ARM — это Atmel со своей линейкой устройств SAM и STMicroelectronics со своей линейкой продуктов STM32.

Устройства SAM заслуживают упоминания здесь из-за их использования в некоторых Arduino-совместимых платах. Однако в целом устройства STM32 предлагают больше вариантов, и им следует уделять первоочередное внимание при проектировании встроенного 32-разрядного микроконтроллера.

Микроконтроллеры STM32

Ядра

ARM Cortex M бывают разных версий.Самыми популярными из них являются M0 / M0 +, M1, M3, M4 и M7, каждый из которых предлагает все более высокую производительность. Микроконтроллеры STM32 содержат ядра M0 / M0 +, M3, M4 или M7.

На рис. 1 показано семейство микроконтроллеров на базе ARM Cortex M STM32 и их предполагаемые сегменты приложений.

Рисунок 2 — Семейство микроконтроллеров STM32

В каждой из категорий, показанных на рисунке 1, есть много семейств, которые можно выбрать для более точного соответствия заданному приложению.

Например, на рисунке 2 показаны основные варианты, доступные в категории «мейнстрим», и их относительная кривая производительности. Обратите внимание, что внутри каждого семейства существует множество вариантов с различными комбинациями периферийных устройств и объемом памяти.

Фактически, в настоящее время существует более трехсот микроконтроллеров STM32, доступных в этой категории.

Рисунок 3 — Семейство микроконтроллеров в категории STM32 Mainstream

Поддержка оборудования STM32: Семейство STM32 поддерживается широким спектром аппаратных средств, предоставляемых как ST Microelectronics, так и сторонними производителями.

Недорогой внутрисхемный отладчик / программатор — STLink V2. Он сделан ST и доступен в таких местах, как Digi-Key; однако также доступны очень недорогие клоны.

ST Microelectronics также предлагает большой выбор плат для разработки семейств Nucleo и Discovery.

Оба содержат интерфейс отладки STLink. Все, что требуется, — это компьютер с USB-портом, на котором запущено соответствующее программное обеспечение для оценки выбранного микроконтроллера.

Платы

Discovery включают дополнительные внешние периферийные устройства, такие как датчики MEM и емкостные сенсорные панели.Однако у Nucleos есть заголовки, совместимые с щитами Arduino.

Рисунок 4 — Макетная плата ST Discovery для микроконтроллера STM32F407

Перед тем, как покинуть этот раздел, стоит упомянуть еще об одной очень недорогой отладочной плате. Эта плата, обычно известная как Blue Pill, оснащена чипом на базе STM32F103 Cortex M3 и стоит менее 2 долларов США из некоторых источников.

Привлекательной особенностью этой платы является то, что ее можно сделать совместимой с Arduino, чтобы можно было использовать Arduino IDE или Platform IO для написания и загрузки кода для быстрой проверки концептуальных проектов.

Хотя процесс обеспечения совместимости с Arduino немного сложен, есть несколько мест, где продаются готовые к Arduino платы. Просто выполните поиск по запросу «STM32duino».

Чтобы узнать, как разработать собственную плату микроконтроллера на базе STM32, обязательно посмотрите это руководство и ознакомьтесь с этим подробным платным курсом.

Поддержка программного обеспечения STM32: STMicroelectronics предоставляет версию пакета разработки ARM Mbed для всей линейки продуктов STM32. Сюда входят IDE, компилятор и обширный набор библиотек.

Для разработчиков, которые предпочитают использовать другие компиляторы, ST предоставляет свой STMCube. Это программа-генератор кода, которая производит коды инициализации для периферийных устройств STM32.

При этом нет необходимости полностью настраивать биты нескольких регистров для настройки периферийных устройств, таких как, например, порты ввода-вывода или таймеры.

ESP32

ESP32 — это микроконтроллер от Espressif Systems. Как показано на рисунке 3, он имеет все функции типичного 32-разрядного микроконтроллера.

Рисунок 5 — Модуль Espressif ESP32

Однако то, что отличает этот конкретный микроконтроллер от других, — это наличие в микросхеме оборудования Wi-Fi и Bluetooth.

Это включает не только стеки протоколов, но и сами радиоприемопередатчики. ESP32 также доступен в виде небольшого предварительно сертифицированного модуля со встроенной антенной.

Для приложений, требующих подключения по Wi-Fi или Bluetooth, ESP32 заслуживает серьезного внимания.Цена ESP32 (как дискретного чипа, так и модуля) очень доступная, особенно с учетом количества функций и производительности, заложенных в этот чип.

Рисунок 6 — Функциональная блок-схема ESP32

Заключение

Микроконтроллер, пожалуй, самый важный компонент, который вы должны выбрать для своего продукта. Переход на новый микроконтроллер в середине проекта может быть кошмаром, поэтому убедитесь, что вы сделали этот выбор заранее.

Другие компоненты в конструкции, как правило, можно изменить, не требуя масштабных общесистемных изменений.Это не относится к микроконтроллеру, который служит ядром вашего продукта.

Выбирая микроконтроллер, вы обычно выбираете тот, который дает вашему продукту пространство для роста. Например, если вы определили, что вам требуется 16 контактов GPIO, вы не хотите выбирать микроконтроллер только с 16 контактами GPIO.

Что произойдет, если вы решите добавить новую кнопку в будущем, и вам понадобится еще один вывод GPIO? Если ваш микроконтроллер не дает вам возможности для роста, вы можете обнаружить, что кажущиеся простыми обновления конструкции в будущем потребуют масштабной модернизации, поскольку необходим новый микроконтроллер.

С другой стороны, вы не хотите выбирать больше производительности или функций, чем вы когда-либо предполагали.

Например, если ваш продукт просто отслеживает температуру и влажность, вам никогда не понадобится усовершенствованный 32-битный микроконтроллер, работающий на сотнях МГц. Это было бы излишним, поскольку добавляло ненужных затрат и усложняло дизайн вашему продукту.

Вместо этого вам нужно найти золотую середину между тем, чтобы иметь место для роста, если это необходимо, но при этом не платить за производительность или функции, которые вам никогда не понадобятся.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатный PDF-файл : Ultimate Guide по разработке и продаже нового электронного оборудования . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который может вам понравиться:

Основы микроконтроллеров — структура, приложения, плюсы и минусы

Что такое микроконтроллер?

PS: Этот пост является продолжением поста ВВЕДЕНИЕ В ПИК .

Микроконтроллер — это однокристальный микрокомпьютер, изготовленный на базе СБИС. Микроконтроллер также называют встроенным контроллером, потому что микроконтроллер и его вспомогательные схемы часто встроены или встроены в устройства, которыми они управляют. Доступны микроконтроллеры с разной длиной слова, такие как микропроцессоры (сегодня доступны 4-битные, 8-битные, 16-битные, 32-битные, 64-битные и 128-битные микроконтроллеры).

Микроконтроллер Чип

1) Микроконтроллер в основном содержит один или несколько следующих компонентов:

  • Центральный процессор (ЦП)
  • Оперативная память) (RAM)
  • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)
  • Порты ввода / вывода
  • Таймеры и счетчики
  • Управление прерываниями
  • Аналого-цифровые преобразователи
  • Преобразователи аналоговые цифровые
  • Последовательные порты интерфейса
  • Цепи колебательные

2) Внутренний микроконтроллер состоит из всех функций, необходимых для вычислительной системы, и функционирует как компьютер без добавления в него каких-либо внешних цифровых частей.

3) Большинство контактов микросхемы микроконтроллера могут быть сделаны программируемыми пользователем.

4) Микроконтроллер имеет множество инструкций обработки битов, которые могут быть легко поняты программистом.

5) Микроконтроллер может обрабатывать логические функции.

6) Более высокая скорость и производительность.

7) Встроенная в микроконтроллер структура ПЗУ обеспечивает лучшую защиту микропрограмм.

8) Простота проектирования, низкая стоимость и небольшие размеры.

Структура микроконтроллера

Базовая структура и структурная схема микроконтроллера показаны на рис. (1.1).

Структура микроконтроллера

Изображение взято из

ЦП

— это мозг микроконтроллера. ЦП отвечает за выборку инструкции, ее декодирование и, наконец, выполнение. ЦП объединяет каждую часть микроконтроллера в единую систему. Основная функция ЦП — выборка и декодирование инструкций. Команда, полученная из памяти программы, должна быть декодирована ЦП.

Функция памяти в микроконтроллере такая же, как и в микропроцессоре. Он используется для хранения данных и программ. Микроконтроллер обычно имеет определенный объем RAM и ROM (EEPROM, EPROM и т. Д.) Или флэш-памяти для хранения исходных кодов программ.

  • Параллельные порты ввода / вывода

Параллельные порты ввода / вывода в основном используются для подключения различных устройств, таких как ЖК-дисплеи, светодиоды, принтеры, памяти и т. Д., К микроконтроллеру.

Последовательные порты обеспечивают различные последовательные интерфейсы между микроконтроллером и другими периферийными устройствами, такими как параллельные порты.

Это одна из полезных функций микроконтроллера. Микроконтроллер может иметь более одного таймера и счетчиков. Таймеры и счетчики обеспечивают все функции отсчета времени и счета внутри микроконтроллера. Основными операциями этого раздела являются функции часов, модуляция, генерация импульсов, измерение частоты, создание колебаний и т. Д.Это также можно использовать для подсчета внешних импульсов.

  • Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

АЦП преобразователи используются для преобразования аналогового сигнала в цифровую форму. Входной сигнал в этом преобразователе должен быть в аналоговой форме (например, выход датчика), а выход этого устройства — в цифровой форме. Цифровой выход может использоваться для различных цифровых приложений (например, для измерительных устройств).

  • Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

ЦАП выполняет операцию обратного преобразования АЦП.ЦАП преобразует цифровой сигнал в аналоговый формат. Обычно используется для управления аналоговыми устройствами, такими как двигатели постоянного тока, различные приводы и т. Д.

Управление прерыванием, используемое для предоставления прерывания (задержки) для рабочей программы. Прерывание может быть внешним (активируется с помощью вывода прерывания) или внутренним (с помощью команды прерывания во время программирования).

  • Блок специального функционирования

Некоторые микроконтроллеры используются только для некоторых специальных приложений (например,грамм. космических систем и робототехники) эти контроллеры, содержащие дополнительные порты для выполнения таких специальных операций. Это считается специальным функциональным блоком.

Сравнение микропроцессора и микроконтроллера

Основное сравнение микропроцессора и микроконтроллера, показанное на рис. (1.2)

Сравнение микропроцессора и микроконтроллера

Источник изображения

Микропроцессоры Микроконтроллеры
1 Это только компьютер общего назначения CPU Сам микрокомпьютер
2 Память, порты ввода / вывода, таймеры, прерывания недоступны внутри микросхемы Все интегрировано внутри микросхемы микроконтроллера
3 Это должно иметь много дополнительных цифровых компонентов для выполнения своей работы Может работать как микрокомпьютер без каких-либо дополнительных компонентов.
4 Системы становятся громоздче и дороже. Сделайте систему простой, экономичной и компактной
5 Не поддерживает логические функции Обработка логических функций
6 Требуется большее время доступа Низкое время доступа
7 Программируется очень мало контактов Большинство контактов программируются
8 Очень мало инструкций по обработке битов Множество инструкций по обработке битов
9 Широко используется в современных ПК и ноутбуках широко используется в малых системах управления
E.грамм. INTEL 8086, серия INTEL Pentium INTEL8051,89960, PIC16F877

Преимущества микроконтроллеров

Приведены основные преимущества микроконтроллеров.

a) Микроконтроллеры действуют как микрокомпьютер без каких-либо цифровых компонентов.

b) Поскольку более высокая степень интеграции внутри микроконтроллера снижает стоимость и размер системы.

c) Использование микроконтроллера простое, легко устраняет и обслуживает систему.

d) Большинство контактов программируются пользователем для выполнения различных функций.

e) Простое сопряжение с дополнительной RAM, ROM, портами ввода / вывода.

е) Низкое время, необходимое для выполнения операций.

Недостатки микроконтроллеров

a) Микроконтроллеры имеют более сложную архитектуру, чем микропроцессоры.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *