Вернуться назад
Распечатать
Мікроконтролери - це що таке?
В наші дні мікроконтролери можна зустріти практично в кожному примірнику побутової техніки та електроніки. Наприклад, якщо в мікрохвильовій печі є світлодіодний або РК-екран і клавіатура, то вона обов'язково обладнана спеціальною керуючою мікросхемою.
Спочатку мовою мікроконтролерів був асемблер. Сьогодні популярним варіантом є мова C. При наявності відповідного кабелю, програмного забезпечення і ПК запрограмувати мікроконтролер своїми руками нескладно. Необхідно підключити контролер кабелем до паралельного порту комп'ютера, запустити додаток і завантажити набір команд.
Мікроконтролери – це малопотужні чіпи. Їх потужність при живленні від батареї становить близько 50 мВт. Настільний комп'ютер майже завжди підключений до розетки і споживає 50 Вт і більше. Мікроконтролер відрізняється наявністю спеціального блоку введення і часто (але не завжди) невеликого світлодіода або РК-дисплея для виводу. Приймає вхідні дані від пристрою, яким він керує, посилаючи сигнали різних його компонентів. Наприклад, мікроконтролер телевізора отримує сигнали з ПДУ і відображає висновок на екрані телевізора. Він керує селектором каналів, динаміками і деякими параметрами зображення, такими як контраст і яскравість. Контролер автомобільного двигуна приймає вхідні сигнали від датчиків кисню і детонації, регулює створення паливної суміші і синхронізує роботу свічок запалювання. В мікрохвильовій печі він приймає введення з клавіатури, відображає висновок на РК-дисплеї і управляє реле включення і відключення НВЧ-генератора. Мікроконтролери – це часто невеликі і недорогі пристрої. Компоненти вибираються таким чином, щоб мінімізувати розміри і максимально здешевити виробництво. Часто, але не завжди, робота мікроконтролера здійснюється в несприятливих умовах. Наприклад, пристрій керування двигуном автомобіля повинно працювати в екстремальних температурах, при яких звичайний комп'ютер взагалі не може функціонувати. На півночі мікроконтролер автомобіля повинен функціонувати при температурі -34 °C, а на півдні - при 49 °C. У моторному відсіку температура може досягати 65-80 °C. З іншого боку, мікроконтролер, вбудований програвач Blu-ray, взагалі не повинен бути особливо міцним. 
Різноманіття застосувань
Всі сучасні автомобілі містять принаймні один мікроконтролер і можуть бути обладнаними кількома для двигуна, антиблокувальної системи, круїз-контролю і т. д. Будь-який пристрій з ПДУ майже напевно має керування мікроконтролером. В цю категорію потрапляють телевізори, плеєри і високоякісні стереосистеми. Цифрові компактні і дзеркальні камери, мобільні телефони, відеокамери, автовідповідачі, лазерні принтери, стаціонарні телефони з можливістю ідентифікації абонента і пам'яттю на 20 номерів, багатофункціональні холодильники, посудомийні та пральні машини, сушарки. В принципі, будь-яка побутова техніка або пристрій, який взаємодіє з користувачем, має вбудований мікроконтролер.
Що це таке?
Мікроконтролер – це комп'ютер. Всі комп'ютери, незалежно від того, чи є вони персональними або великими мэйнфреймами, володіють деякими загальними рисами. У них є центральний процесор (ЦП), який виконує програми, завантажуючи команди з будь-якого сховища даних. На ПК, наприклад, це жорсткий диск. Комп'ютер також обладнаний оперативним запам'ятовуючим пристроєм (ОЗП). Для комунікації з зовнішнім світом повинні передбачатися спеціальні засоби. На ПК клавіатура і миша є пристроями введення інформації, а монітор і принтер використовуються для її виведення. Жорсткий диск поєднує в собі обидві ці функціональні можливості, оскільки працює як з вхідними, так і вихідними даними.
ЦПУ
Тип використовуваного в мікроконтролері процесора залежить від конкретного додатка. Доступні варіанти від простих 4-, 8 - або 16-розрядних до більш складних 32 - або 64-бітних. Що стосується пам'яті, то можуть використовуватися ОЗП, флеш-пам'ять, EPROM або в EEPROM. Як правило, мікроконтролери розраховані на використання без додаткових обчислювальних компонентів, оскільки вони спроектовані з достатнім об'ємом вбудованої пам'яті, а також мають контакти для спільних операцій вводу-виводу, щоб безпосередньо взаємодіяти з датчиками та іншими компонентами. Архітектура ЦПУ може бути як гарвардської, так і фон-неймановской, пропонуючи різні методи обміну інформацією між процесором і пам'яттю. В першому випадку шини даних і команд розділені, що дозволяє здійснювати одночасну їх передачу. У архітектури фон Неймана для цього використовується загальна.
Програмування
Процесори мікроконтролерів можуть базуватися на розширеному (CISC) або скороченому наборі команд (RISC). CISC зазвичай включає близько 80 інструкцій (RISC – близько 30), а також більша кількість режимів адресації – 12-24 за порівняно з 3-5 у RISC. Хоча розширений набір команд простіше реалізувати і він ефективніше використовує пам'ять, його продуктивність нижче з-за більшої кількості тактових циклів, необхідних для їх виконання. RISC-процесори приділяють більше уваги програмного забезпечення та більш продуктивні.Спочатку мовою мікроконтролерів був асемблер. Сьогодні популярним варіантом є мова C. При наявності відповідного кабелю, програмного забезпечення і ПК запрограмувати мікроконтролер своїми руками нескладно. Необхідно підключити контролер кабелем до паралельного порту комп'ютера, запустити додаток і завантажити набір команд.
Визначальні характеристики
Як відрізнити комп'ютер від мікроконтролера? Якщо перший являє собою пристрій загального призначення, яка може запускати тисячі різних програм, то другий є спеціалізованим, орієнтованим на один додаток. Існує і ряд інших характеристик, які дозволяють відрізнити мікроконтролери. Для початківців це проблемою не буде – досить встановити наявність у чіпа більшості перелічених якостей, щоб можна було сміливо віднести його до даної категорії. Мікроконтролери є елементами будь-якого іншого пристрою (часто побутової техніки) для управління його функціями, або роботою. Ще їх називають вбудованими контролерами. Пристрій призначений для виконання однієї задачі і запуску однієї конкретної програми, що зберігається в ПЗУ, яка зазвичай не змінюється.
Вимоги до ЦПУ
Процесори, що використовуються в мікроконтролерах, можуть сильно відрізнятися. Наприклад, в стільникових телефонах застосовувався 8-розрядний мікропроцесор Z-80 розроблений в 1970-х роках і спочатку використовувався в домашніх комп'ютерах. GPS-навігатор Garmin устатковувався малопотужною версією Intel 80386 яку також спочатку встановлювали в настільних ПК. Велика частина побутової техніки, такої як мікрохвильові печі, невимоглива до процесорів, але їх ціна є важливим фактором. У цих випадках виробники звертаються до спеціалізованих мікроконтролерів, розробленим з недорогих, невеликих і малопотужних ЦПУ. Motorola 6811 і Intel 8051 є хорошими прикладами таких чіпів. Також випускається серія популярних контролерів PIC компанії Microchip. За сьогоднішніми мірками ці процесори неймовірно мінімалістичні, але вони надзвичайно дешеві і часто можуть повністю задовольнити потреби конструктора.