Mikrokontroleri - kaj je to?

Danes mikrokontrolerji lahko najdemo v skoraj vseh kopijah gospodinjskih aparatov in elektronike. Na primer, če je v mikrovalovni pečici LED ali LCD zaslon in tipkovnica, potem je nujno opremljen s posebnim mikrovezjem.

Raznolikost aplikacij

Vsi sodobni avtomobili vsebujejo vsaj en mikrokrmilnik in so lahko opremljeni z več za motor, protiblokirni sistem, tempomat itd. Vsaka naprava z daljinskim upravljalnikom ima gotovo kontrolo mikrokrmilnika. Ta kategorija vključuje televizorje, predvajalnike in visokokakovostne stereo naprave. Digitalni kompaktni in SLR fotoaparati, mobilni telefoni, video kamere, telefonski odzivniki, laserski tiskalniki, fiksni telefoni z identifikacijo klicatelja in pomnilnik za 20 številk, večnamenski hladilniki, pomivalni stroji in pranje stroji, sušilniki. Načeloma vsi gospodinjski aparati ali naprave, ki sodelujejo z uporabnikom, imajo vgrajen mikrokrmilnik.

Kaj je to?

Mikrokrmilnik je računalnik. Vsi računalniki, ne glede na to, ali gre za osebne ali velike mize, imajo nekatere skupne lastnosti. Imajo osrednjo procesno enoto (CPU), ki izvaja programe in prenese ukaze iz katere koli podatkovne shrambe. Na računalniku je na primer trdi disk. Računalnik je opremljen tudi z RAM-om (random access memory). Posebna sredstva je treba zagotoviti za komunikacijo z zunanjim svetom. V računalniku so tipkovnice in miške vhodne naprave, monitor in tiskalnik pa se uporabljajo za izpis. Trdi disk združuje obe funkciji, saj deluje z vhodnimi in izhodnimi podatki.

CPU

Vrsta procesorja, ki se uporablja v mikrokrmilniška, je odvisna od specifične uporabe. Možnosti so na voljo od preprostih 4-, 8- ali 16-bitnih do bolj zapletenih 32- ali 64-bitnih. Kot za pomnilnik, RAM, flash pomnilnik, EPROM ali EEPROM lahko uporabite. Običajno so mikrokontrolerji namenjeni za uporabo brez dodatnih računskih komponent, saj so zasnovani z zadostno količino notranjega pomnilnika in imajo tudi stike za običajne operacije V / I za neposredno interakcijo s senzorji in drugimi komponentami.

Arhitektura procesorja je lahko Harvard ali von Neumann, ki ponuja različne metode izmenjave informacij med procesorjem in pomnilnikom. V prvem primeru so podatkovne in ukazne vrstice ločene, kar omogoča sočasen prenos. V Ljubljani arhitektura von Neumann Za to se uporablja splošno.

Programiranje

Procesorji mikrokontrolerjev lahko temeljijo na razširjenem (CISC) ali skrajšanem nizu navodil (RISC). CISC običajno vključuje okoli 80 navodil (RISC - približno 30), pa tudi večje število načinov naslavljanja - 12-24 v primerjavi s 3-5 za RISC. Čeprav je razširjen nabor navodil lažje izvedljiv in učinkoviteje uporablja pomnilnik, je njegova zmogljivost nižja zaradi več ciklov ura, potrebnih za njihovo izvedbo. RISC procesorji posvečajo večjo pozornost programski opremi in so bolj produktivni.

Na začetku je bil jezik mikrokrmilnikov asembler. Danes je priljubljen jezik C.

Z ustreznim kablom, programsko opremo in računalnikom mikrokrmilnik ni težko programirati z lastnimi rokami. Krmilnik morate priključiti na vzporedno pristanišče računalnik, zaženite aplikacijo in naložite nabor ukazov.

Opredelitev značilnosti

Kako razlikovati računalnik z mikrokrmilnika? Če je prva naprava za splošne namene, ki lahko deluje na tisoče različnih programov, potem je druga specializirana, osredotočena na eno aplikacijo. Obstajajo številne druge značilnosti, ki omogočajo razlikovanje mikrokrmilnikov. Za začetnike to ne bo problem - dovolj je, da ugotovite, ali je v čipu prisotna večina naslednjih lastnosti, tako da jo lahko varno napišete v to kategorijo.

• Mikrokrmilniki so elementi neke druge naprave (pogosto gospodinjskih aparatov) za upravljanje svojih funkcij ali dela. Imenujejo jih tudi vgrajeni krmilniki.
• Naprava je zasnovana za izvajanje ene naloge in zagon enega posebnega programa, shranjenega v ROM-ju, ki se običajno ne spremeni.

• Mikrokrmilniki so nizkoenergetski žetoni. Njihova moč z močjo baterije je približno 50 mW. Namizni računalnik je skoraj vedno povezan z električno vtičnico in porabi 50 vatov ali več.
• Mikrokrmilnik ima posebno vhodno enoto in pogosto (vendar ne vedno) majhno LED ali LCD zaslon za izhod. Prejema vhodne podatke iz naprave, ki jo nadzoruje, tako da pošilja signale različnim komponentam. Na primer, mikrokrmilnik televizorja sprejema signale iz daljinskega upravljalnika in prikaže izhod na televizijskem zaslonu. Upravlja izbirnik kanalov, zvočnike in nekatere nastavitve slike, kot sta kontrast in svetlost. Krmilnik avtomobilskega motorja sprejema vhodne signale s senzorjev kisika in detonacijo, uravnava nastajanje mešanice goriva in sinhronizira delovanje svečk. V mikrovalovni pečici sprejema vhod s tipkovnice, prikaže izhod na LCD-ju in nadzoruje rele za vklop in izklop mikrovalovnega generatorja.
• Mikrokrmilniki so pogosto majhne in poceni naprave. Komponente so izbrane tako, da zmanjšajo velikost in povečajo stroške proizvodnje.
• Pogosto, vendar ne vedno, mikrokrmilniška deluje pod neugodnimi pogoji. Naprava za upravljanje avtomobilskih motorjev mora na primer delovati pri skrajnih temperaturah, pod katerimi običajen računalnik sploh ne more delovati. Na severu mora mikrokrmilnik avtomobila delovati pri temperaturi -34 ° C, na jugu pa pri 49 ° C. V motornem prostoru lahko temperatura doseže 65-80 ° C. Po drugi strani mikrokrmilnik vgrajen v predvajalnik Blu-ray ne bi smel biti posebej močan.

Zahteve CPU-ja

Procesorji, uporabljeni v mikrokontrolerjih, se lahko zelo razlikujejo. Na primer, mobilni telefoni so uporabljali 8-bitni mikroprocesor Z-80, ki je bil razvit v sedemdesetih letih in je bil prvotno uporabljen v domačih računalnikih. GPS-navigator Garmin je bil opremljen z majhno različico Intel 80386, ki je bila prvotno nameščena tudi v namiznih računalnikih.

Večina gospodinjskih aparatov, kot so mikrovalovne pečice, je nezahtevna predelovalcem, vendar je njihova cena pomemben dejavnik. V teh primerih se proizvajalci obrnejo na specializirane mikrokontrolere, razvite iz poceni, majhnih in nizkoenergijskih procesorjev. Motorola 6811 in Intel 8051 sta dobri primeri takih čipov. Serija priljubljenih PIC krmilniki podjetje Microchip. Po današnjih standardih so ti procesorji izjemno minimalistični, vendar so izjemno poceni in lahko pogosto v celoti ustrezajo potrebam oblikovalca.

Ekonomično

Tipičen mikrokontroler je čip z 1000 bajtov ROMa, 20 bajtov RAM-a in 8 I / O zatiči. Pri izdelavi v velikih serijah je njihov strošek nizek. Seveda je nemogoče zagnati Microsoft Word na takem čipu - to zahteva vsaj 30 MB RAM-a in procesor, ki izvaja milijone operacij na sekundo. Toda za nadzor mikrovalovne pečice to ni potrebno. Mikrokrmilnik opravlja eno posebno nalogo, zato so njene glavne prednosti nizka cena in poraba energije.

Kako deluje?

Kljub širokemu razponu mikrokontrolerjev in še več programov za njih, ko ste se naučili ravnati z enim od njih, lahko spoznate vse. Tipičen scenarij dela je naslednji:

• Ko je napajanje izklopljeno, se naprava ne prikaže.
• Priključitev mikrokrmilnika na vir napajanja začne logični blok krmilnega sistema, ki prekine vse ostale kroge, razen kvarčnega kristala.
• Ko napetost doseže najvišjo vrednost, frekvenca oscilatorja stabilizira. Registri so napolnjeni z bitji, ki odražajo stanje vseh mikrokrmilniških vezij. Vsi stiki so konfigurirani kot vhodni podatki. Elektronika začne delovati v skladu z ritmičnim zaporedjem impulzov ure.
• Števec ukazov je ponastavljen. Navodilo na tem naslovu se pošlje dekoderju navodil, ki ga prepozna, po katerem se takoj izvrši.
• Vrednost števca ukazov se poveča za 1, celoten postopek pa se ponovi s hitrostjo 1 milijona operacij na sekundo.