Что такое микроконтроллер: ¡- Что такое микроконтроллер — МозгоЧины

Содержание

¡- Что такое микроконтроллер — МозгоЧины

Наверное, не многие люди слышали такой термин как «микроконтроллер» (за исключением наших читателей), но на самом деле это очень распространенное устройство — без него редко обходится какая-либо современная техника. Телевизоры, стиральные машины, мобильные телефоны, компьютеры и периферия, автомобили и многое другое — все они содержат в себе микроконтроллеры.

В этой небольшой статье я постараюсь рассказать о том, что это за зверь такой «микроконтроллер», какие у них плюсы и минусы, их особенностях и возможностях, а также о том, как их можно применять в мозгочинских целях.

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллер по сути дела является небольшим компьютером, выполненным в виде небольшой микросхемы, в которой на одном «кристалле» содержатся все основные компоненты: процессор, периферия, устройства ввода-вывода, а также, чаще всего, оперативная память (ОЗУ) и энергонезависимая память

(ПЗУ). Конечно, мощность такого компьютера совсем небольшая и не сравниться с мощностью настольного или портативного компьютера. Но ведь далеко не для всех задач она и нужна — для относительно простых зада и применяют микроконтроллеры, и их мощности предостаточно. Основным же плюсом использования одного микроконтроллера, в котором интегрированы все необходимые компоненты, вместо россыпи отдельных микросхем (процессор, ОЗУ, ПЗУ, периферия), является снижение стоимости, размеров, энергопотребления, а также затрат на разработку и сборку необходимого устройства. Ранее микроконтроллеры называли «однокристальными микро-ЭВМ», но со временем это название было вытеснено более современным (и лучше отражающим предназначение этого девайса) словом микроконтроллер (от англ. слова control — «управление»).

Общий вид микроконтроллера

Впервые такое устройство как микроконтроллер, которое тогда называлось еще однокристальной микро-ЭВМ, было разработано в 1971 году сотрудниками компании Texas Instruments,

инженерами М. Кочрену и Г. Буну, которые и предложили интегрировать изобретенный незадолго до этого микропроцессор на один кристалл со всеми необходимыми компонентами.

Поскольку под разные задачи лучше всего использовать наиболее подходящие для них микроконтроллеры, а количество применений для микроконтроллеров поистине неиссякаемое, то логично, что компании производители выпускают большое, измеряемое в сотнях, количество самых разнообразных по своим техническим характеристикам микроконтроллеров. По своим характеристикам, микроконтроллеры бывают как совсем простые — четырех разрядные (4 битные) с небольшой рабочей частотой, измеряемой в килогерцах, так и очень навороченные — до 64 битных с тактовой частотой, измеряемой в мегагерцах.

Микроконтроллеры выпускаются очень большим количеством разнообразных компаний, для перечисления которых не хватило бы даже целой статьи, так что я расскажу о микроконтроллерах, которые производит корпорация Атмел (Atmel), основанная в далеком 1984 году. Семейство этих микроконтроллеров зовётся

AVR — это восьмибитные микроконтроллеры, разработанные в 1996 году. Фирма Atmel выпускает несколько семейств микроконтроллеров:

  • 4-разрядные
  • 8-разрядные: MCS-51, AVR
  • 32-разрядные: ARM, AVR32

Само семейство микроконтроллеров AVR делится на две большие группы микроконтроллеров: Tiny и Mega. Отличаются они между собой набором функций, которые в них заложены. Основным же различием внутри группы является внутренняя частота и объём памяти, используемый для хранения программы. Большее распространение среди радиолюбителей получили микроконтроллеры семейства

Mega по причине того, что они имеют больше возможностей и функций, конкретнее – ATmega8, который имеет тактовую частоту 16 МГц и объём памяти в 8 Кбайт.

Возможности и особенности микроконтроллеров

Так что же могут микроконтроллеры? Благодаря тому что микроконтроллер является маленьким компьютером — его возможности очень широки. К примеру, микроконтроллеру можно поручить измерение разнообразных величин, обработку различных сигналов и управление широким спектром разных девайсов. Во многом возможности микроконтроллеров ограничены только вашим воображением и умениями работать с ними. Но у микроконтроллеров есть и определенные особенности, одной из которых является то, что все микроконтроллеры поступают с завода в продажу «пустые», то есть, если на них подать напряжение, то мы не получим ровным счетом ничего. Просто кусок кремния. Для того, что бы микроконтроллер начал выполнять какие-то операции, начиная с включения светодиода, заканчивая ШИМ-регулированием напряжения — ему нужно «объяснить» как это сделать, т.е.

прошить микроконтроллер исполняющей программой, которую можно написать на ассемблере или на Си.

Многие, наверняка, уже догадались, что можно сделать с микроконтроллерами, дочитав для этого момента. Конечно же, их можно и нужно применять в компьютерном моддинге! Поскольку так называемым «обвесом» микроконтроллера (набором электродеталей, периферией и т.д.) может быть практически всё (реле, транзисторы, светодиоды, индикаторы, LCD дисплеи и многое другое), в зависимости от нужных функций микроконтроллера (сигнализация, управление), то и возможности использования микроконтроллеров в моддинге поистине безграничны. Коротко перечислим некоторые из них.

Микроконтроллеры можно «научить» считывать сигнал с таходатчика (датчика скорости вращения) вентилятора или помпы и выводить значения на LCD или индикаторный дисплей. Таким же образом микроконтроллер может послужить для вычисления основных электрических величин: сопротивления, напряжения и силы тока. Всё это так же можно вывести на LCD дисплей.

Если к микроконтроллеру подключить необходимый датчик, то из него можно сделать термометр на светодиодных индикаторах, который отлично впишется в ваш проект, а затраты на изготовление будут минимальными (до 4 у.е.)!

Термометр на основе светодиодных индикаторов

Если приловчиться, изучить микроконтроллеры более детально и освоить необходимый язык программирования, то можно написать программу для ШИМ-регулятора, который, в свою очередь, будет управлять скоростью вращения корпусных вентиляторов.

Так же можно использовать микроконтроллеры как средство вывода информации о загрузке процессора, оперативной памяти или заполненности винчестера на тот же LCD дисплей, который органично впишется в любой дизайн.

Индикатор, собранный на основе микроконтроллеров

 

Использование микроконтроллеров

Как я уже писал, для того чтобы использовать микроконтроллер его необходимо прошить соответствующей программой, но это не все, поскольку микроконтроллер это не товар конечного потребления (как, например, MP3 плеер), а электронный компонент, на основе которого можно сделать необходимое устройство. Обычно этот процесс состоит из нескольких пунктов:

  • Определение задач, которые будет исполнять микроконтроллер
  • Создание схемы на основе микроконтроллера или, как бывает чаще, поиск нужной схемы в интернете
  • Написание программы-прошивки для микроконтроллера или, опять же, скачка программы, сделанной другим энтузиастом
  • Прошивка программы в микроконтроллер
  • Сборка и подключение всего устройства
  • Использование самодельного гаджета

Для того чтобы прошить микроконтроллер его необходимо подключить к ПК, для чего используется специальное устройство, которое называется программатор. С его помощью и осуществляется взаимосвязь между микроконтроллером и компьютером. Можно даже сказать, что программатор — это своеобразный мост.

Программу для микроконтроллера пишете на языке программирования Си (кстати, Си намного проще, чем ассемблер), после чего создаёте файл прошивки и с помощью программы прошивальщика прошиваете ваш микроконтроллер данной прошивкой. На самом деле всё довольно просто и, при желании, достаточно легко осваивается! Лично я использую для всех этих действий программу CodeVisionAVR так как она очень удобна и поддерживает практически все виды программаторов. От себя — очень советую!

Собирать устройство на основе микроконтроллера можно как на протравленной плате, так и на макетной или даже методом навесного монтажа

, в зависимости от того, как вам удобней и сложности предполагаемого устройства.

Выводы про микроконтроллеры

Микроконтроллеры — весьма перспективная штука, так как на ее основе можно создавать разнообразные гаджеты и примочки для вашего проекта, которые выведут его на качественно новый уровень, как по внешнему виду, так и по функционалу. Причем особый плюс заключается в том, что именно с помощью микроконтроллеров можно реализовать различные сложные кастомные гаджеты, которых попросту нет в продаже, что позволит сделать ваш проект действительно уникальным.

Из плюсов микроконтроллеров я бы выделил:

  • широкий спектр применения
  • минимум материальной базы для изготовления устройств
  • нет трудностей с приобретением

Ну, куда без минусов:

  • для начала нужно иметь программатор
  • придётся выучить Си или ассемблер, хотя бы на самом базовом уровне

На мой взгляд, плюсы в данном случае однозначно перевешивают минусы. Если вы заинтересовались микроконтроллерами, то не пугайтесь трудностей, в лице изучения языка программирования Си для микроконтроллеров. Лично я его не знаю , но это не мешает мне создавать интересные гаджеты. Тем более, в интернете полно литературы по изучению этого языка. Спасибо всем, кто дочитал статью до этих строк.

Отличие микроконтроллера от микропроцессора. Что такое микропроцессор, микроконтроллер и программируемый логический контроллер. Что такое микроконтроллер

Altera-Cyclone and Arduino

Каждый начинающий микропрогер на определенном этапе своего развития задается вопросом в чем же разница между ПЛИС (фирм Altera или Xilinx) и микроконтроллером (микропроцессором)?

Читаешь форумы — знатоки дела пишут, что это совершенно разные вещи, которые нельзя сравнить, аргументируя это тем, что у них разная архитектура . Читаешь мануал по Verilog или C++ — и тот и другой используют похожие операторы со схожим функционалом, даже синтаксис похож, а почему разные? Заходишь на марсоход — там светодиодами (или даже просто лампочками) с помощью

FPGA моргают, смотришь проекты на Arduino — там роботами управляют. СтОп!

А вот теперь остановимся и спросим себя: почему с ПЛИС — тупо лампочка, а Ардуино — умно робот? Ведь и первый и второй вроде как программируемое устройство, неужели у ПЛИС возможностей для робота не хватает?

В какой-то степени суть вопроса «В чем разница между ПЛИС и микроконтроллером ?» раскрывается именно на таком примере.

Отметим сразу. Функционал ПЛИС изначально не уступает микроконтроллеру (и микропроцессору, кстати, тоже), точнее — основные функции у одного и второго по сути идентичны — выдавать логические 0 или 1 при определенных условиях, а если говорить о быстродействии, количестве выводов(ножек) и возможностях конвейерной обработки, то микроконтроллеру до ПЛИС а вообще далеко. Но есть одно «но». Время на разработку одного и того же программного алгоритма на двух разных устройствах (ПЛИС и микроконтроллер ) различается в разы, а то и в десятки раз. Именно ПЛИС здесь в 99% случаев сильно уступает МК. И дело вовсе не в замороченности языков Verilog , VHDL или AHDL , а в устройстве самой ПЛИС .

FPGA : в ПЛИС и нет сложных автоматизированных цепочек(делающих часть работы за вас). Есть только железные проводные трассы и магистрали, входы, выходы, логические блоки и блоки памяти. Среди трасс есть особый класс — трасса для тактирования(привязанная к определенным ножкам, через которые рекомендуется проводить тактовую частоту).

Основной состав:

Трасса — металл, напаянный на слои микросхемы, является проводником электричества между блоками.

Блоки — отдельные места в плате, состоящие из ячеек. Блоки служат для запоминания информации, умножения, сложения и логических операций над сигналами вообще.

Ячейки — группы от нескольких единиц до нескольких десятков транзисторов.

Транзистор — основной элемент ТТЛ логики.

Выводы (ножки микросхемы) — через них происходит обмен ПЛИС с окружающим миром. Есть ножки специального назначения, предназначенные для прошивки, приема тактовой частоты, питания, а так же ножки, назначение которых устанавливаются пользователем в программе. И их, как правило, гораздо больше, чем у микроконтроллера .

Тактовый генератор — внешняя микросхема, вырабатывающая тактовые импульсы, на которых основывается большая часть работы ПЛИС .

Трассы подключаются к блокам с помощью специальных КМОП-транзисторов. Эти транзисторы способны сохранять свое состояние(открытое или закрытое) на протяжении длительного периода времени. Изменяется состояние транзистора при подаче сигнала по определенной трассе, которая используется только при программировании ПЛИС . Т.е., в момент прошивки осуществляется именно подача напряжения на некоторый набор КМОП-транзисторов. Этот набор определяется прошивочной программой. Таким образом происходит сложное построение огромной сети трасс и магистралей внутри ПЛИС , связывающей сложным образом между собой огромное количество логических блоков. В программе вы описываете какой именно алгоритм нужно выполнять, а прошивка соединяет между собой элементы, выполняющие функции, которые вы описываете в программе. Сигналы бегают по трассе от блока к блоку. А сложный маршрут задается программой.


Архитектура ПЛИС (FPGA)

В этом элементе ТТЛ логики все операции по обработкам отдельных сигнальчиков проводятся независимо от вас. Вы лишь указываете что делать с тем или иным набором принятых сигналов и куда выдавать те сигналы, которые нужно передать. Архитектура микроконтроллера состоит совсем из других блоков, нежели ПЛИС . И связи между блоками осуществляются по постоянным магистралям(а не перепрошиваемым). Среди блоков МК можно выделить основные:

Постоянная память (ПЗУ) — память, в которой хранится ваша программа. В нее входят алгоритмы действий и константы. А так же библиотеки(наборы) команд и алгоритмов.

Оперативная память (ОЗУ) — память, используемая микроконтроллером для временного хранения данных(как триггеры в ПЛИС ). Например, при вычислении в несколько действий. Допустим, нужно умножить первое пришедшее число на второе(1-е действие), затем третье на четвертое(2 действие) и сложить результат(3 действие). В оперативную память при этом занесется результат 1 действия на время выполнения второго, затем внесется результат 2 действия. А затем оба этих результата пойдут из оперативной памяти на вычисление 3 действия.

Процессор — это калькулятор микроконтроллера . Он общается с оперативной памятью, а так же с постоянной. С оперативной происходит обмен вычислениями. Из постоянной процессор получает команды, которые заставляют процессор выполнять определенные алгоритмы и действия с сигналами на входах.

Средства (порты) ввода-вывода и последовательные порты ввода-вывода — ножки микроконтроллера , предназначенные для взаимодействия с внешним миром.

Таймеры — блоки, предназначенные для подсчета количества циклов при выполнении алгоритмов.

Контроллер шины — блок, контролирующий обмен между всем блоками в микроконтроллере . Он обрабатывает запросы, посылает управляющие команды, организовывает и упорядочивает общение внутри кристалла.

Контроллер прерываний — блок, принимающий запросы на прерывание от внешних устройств. Запрос на прерывание — сигнал от внешнего устройства, информирующий о том, что ему необходимо совершить обмен какой-либо информацией с микроконтроллером .

Внутренние магистрали — трассы, проложенные внутри микроконтроллера для информационного обмена между блоками.

Тактовый генератор — внешняя микросхема, вырабатывающая тактовые импульсы, на которых основывается вся работа микроконтроллера .

В микроконтроллере , в отличии от ПЛИС , работа происходит между вышеперечисленными блоками, имеющими сложную архитектуру , облегчающую процесс разработки программ. При прошивке вы изменяете только постоянную память, на которую опирается вся работа МК.


ПЛИС прошивается на уровне железа, практически по всей площади кристалла. Сигналы проходят через сложные цепочки транзисторов. Микропроцессор же прошивается на уровне программы для железа, сигналы проходят группами, от блока к блоку — от памяти к процессору, к оперативной памяти, от оперативной к процессору, от процессору к портам ввода-вывода, от портов ввода-вывода к оперативной памяти, от оперативной памяти… и так далее. Вывод: за счет архитектуры ПЛИС выигрывает в быстродействии и более широких возможностях конвеерной обработки, МК выигрывает в простоте написания алгоритмов. За счет более простого способа описания программ, фантазия разработчика Микроконтроллера менее скованна временем на отладку и разработку, и, таким образом, время на программирование того же робота на МК и ПЛИС будет отличаться во многие и многие разы. Однако робот, работающий на ПЛИС будет гораздо шустрее, точнее и проворнее.

В ПЛИС всю работу нужно делать самому, вручную: для того, чтобы реализовать какую-либо программу на ПЛИС , нужно отследить каждый сигнальчик по каждому проводку, приходящему в ПЛИС , расположить какие-то сигнальчики в ячейки памяти, позаботиться о том, чтобы в нужный момент именно к этим ячейкам памяти обратился другой сигнальчик, который вы так же отслеживаете или даже генерируете, и в итоге набор сигнальчиков, задержанный в памяти задействовал нужный вам сигнальчик, который, например, пойдет на определенную выходную ножку и включит светодиодик, который к ней подключен. Часть сигнальчиков идет не в память, а например на запуск определенной части алгоритма(программы). То есть, говоря языком микропрогера, эти ножки являются адресными. Например, имеем на нашей плате в нашей программе три адресные ножки для включения неких не связанных(или связанных) друг с другом алгоритмов, которые мы реализовали на языке Verilog в ПЛИС . Также в программе, кроме трех адресных ножек, у нас есть еще например 20 информационных ножек, по которым приходит набор входных сигнальчиков(например с разных датчиков) с какой-либо информацией (например температура воды в аквариуме с датчика температуры воды в аквариуме). 20 ножек = 20 бит. 3 ножки -3 бита. Когда приходит адресный сигнал 001(с трех ножек адреса) — запускаем первый алгоритм, который записывает 20 информационных сигнальчиков в 20 ячеек памяти(20 триггеров), затем следующие 20 сигнальчиков умножаем на полученные ранее 20, а результат умножения записываем в память, а потом отсылаем по другим ножкам например в терморегулятор воды в аквариуме. Но Отошлем мы этот результат только тогда, когда на наши адресные ножки придет код например 011 и запустит алгоритм считывания и передачи. Ну, естественно «отсылаем», «считываем» и еще что-то прописываем в ручную. Ведем каждый сигнальчик в каждый такт работы ПЛИС по определенному пути, не теряем. Обрабатываем или записываем. Складываем или умножаем. Не забываем записать. Не забываем принять следующий сигнал и записать в другие триггеры. Еще добавьте сюда работу, привязанную к тактовой частоте, синхронизацию (которая так же реализуется вручную), неизбежные ошибки на этапах разработки и отладки и кучу других проблем, которые в данной статье рассматривать просто бессмысленно. Трудно. Долго. Но зато на выходе работает супер оперативно, без глюков и тормозов. Железно!

Теперь микроконтроллер . 20 ножек на прием информации — для большинства микроконтроллеров физически невозможная задача. А вот 8 или 16 — да пожалуйста! 3 информационных — в легкую! Программа? По адресу 001 умножить первое пришедшее число на второе, по адресу 011 отсылай результат в терморегулятор. Все! Быстро. Легко. Не супер, но оперативно. Если очень грамотно написать программу- без глюков и тормозов. Программно!

Железо и Программа! Вот главное отличие между ПЛИС и Микроконтроллером .

В микроконтроллере большинство замороченных, но часто используемых алгоритмов уже вшиты железо(в кристалл). Нужно лишь вызвать программным способом нужную библиотеку, в которой этот алгоритм хранится, назвать его по имени и он будет делать всю грязную работу за вас. С одной стороны это удобно, требует меньшего количества знаний о внутреннем устройстве микросхемы. Микрик берет на себя заботу об отслеживании принятых, генерируемых и результирующих сигналов, об их складировании, обработке, задержке. Все делает сам. В большинстве микропрогерских задач это то, что нужно. Но если безграмотно использовать все эти удобства, то возникает вероятность некорректной работы. Железо и Программа!

Заключение

Современные разработчики процессоров и микропроцессоров изначально разрабатывают свои устройства на ПЛИС . Да-да, вы правильно догадываетесь: сначала они имитируют создаваемую архитектуру микроконтроллера с помощью разработки и прошивки программы на ПЛИС , а затем измеряют скорость выполнения алгоритмов при том или ином расположении имитируемых блоков МК и том или ином наборе функционала каждого блока отдельно.

По характеристикам выдаваемого сигнала, ПЛИС чаще всего рассчитана на 3,3В, 20мА, Микроконтроллер на 5В, 20мА.

Под микроконтроллер AVR, успешно внедренный в платформу Arduino, написано множество открытых программ, разработано великое множество примочек в виде датчиков, двигателей, мониторчиков, да всего, чего только душе угодно! Arduino в настоящее время больше похож на игровой конструктор для детей и взрослых. Однако не стоит забывать, что ядро этого конструктора управляет «умными домами», современной бытовой электроникой, техникой, автомобилями, самолетами, оружием и даже космическими аппаратами. Несомненно, такой конструктор будет являться одним из лучших подарков для любого представителя сильной половины человечества.

В принципе, все просто!

Остались вопросы? Напишите комментарий. Мы ответим и поможем разобраться =)

Микропроцессор и микроконтроллер являются типичными программируемыми электронными чипами, используемыми для различных целей. Существенное различие между ними заключается в том, что микропроцессор представляет собой программируемый вычислительный механизм, состоящий из ALU, CU и регистров, обычно используемых в качестве блока обработки (например, CPU в компьютерах), который может выполнять вычисления и принимать решения. С другой стороны, микроконтроллер — это специализированный микропроцессор, который рассматривается как «компьютер на кристалле», поскольку он объединяет такие компоненты, как микропроцессор, память и параллельный цифровой ввод / вывод.

Микроконтроллер в первую очередь предназначен для управления задачами в реальном времени, в отличие от микропроцессора.

Сравнительная таблица

Основа для сравнения Микропроцессор микроконтроллер
основной Состоит из одного кремниевого чипа, содержащего ALU, CU и регистры. Состоит из микропроцессора, памяти, порта ввода / вывода, блока управления прерываниями и т. Д.
Характеристика Зависимая единица Автономный блок
Порты ввода / вывода Не содержит встроенного порта ввода / вывода Встроенные порты ввода / вывода присутствуют
Тип выполненной операции Общее назначение при проектировании и эксплуатации. Ориентирован на приложение или предметную область.
Целевой для Рынок высшего класса Встроенный рынок
Потребляемая мощность Обеспечивает меньше вариантов энергосбережения Включает больше вариантов энергосбережения

Определение микропроцессора

Микропроцессор с кремниевой микросхемой работает как центральный процессор (ЦП). Он может выполнять функции, в том числе логические и арифметические, согласно заранее определенным инструкциям, указанным изготовителем. ЦП состоит из АЛУ (арифметического и логического блока), регистра и блока управления. Микропроцессор может быть сконструирован разными способами в зависимости от набора команд и архитектуры системы.

Для проектирования микропроцессора предусмотрены две системные архитектуры — Гарвард и Фон-Нейман. Процессор гарвардского типа, встроенный в изолирующие шины для программ и памяти данных. Напротив, процессор на основе архитектуры фон-Неймана совместно использует одну шину для памяти программ и данных.

Микропроцессор не является независимым блоком, он зависит от других аппаратных блоков, таких как память, таймер, контроллер прерываний и т. Д. Первый микропроцессор был разработан Intel в 1971 году и назван Intel 4004.

Определение микроконтроллера

Микроконтроллер — это технология, разработанная после микропроцессора и позволяющая преодолеть недостатки микропроцессора. Микросхема микроконтроллера обладает высокой степенью интеграции с процессором, памятью (RAM и ROM), регистрами, блоками управления прерываниями и выделенными портами ввода / вывода. Кажется, это надстройка микропроцессора. В отличие от микропроцессора микроконтроллер не зависит от других аппаратных блоков, он содержит все необходимые блоки для правильного функционирования.

Микроконтроллер более ценен, чем микропроцессор в области встроенных систем, потому что он более экономичен и легко доступен. Первый микроконтроллер TMS 1000 был разработан компанией Texas Instruments в 1974 году. Базовая конструкция микроконтроллера TI напоминает процессор Intel 4004/4040 (4-разрядный), в который разработчики добавили поддержку ОЗУ, ПЗУ, ввода-вывода. Еще одним преимуществом микроконтроллера является то, что мы можем записывать пользовательские инструкции в процессор.

Ключевые различия между микропроцессором и микроконтроллером

  1. Микропроцессор состоит из кремниевого чипа, имеющего арифметически-логический блок (АЛУ), блок управления (БУ) и регистров. И наоборот, микроконтроллер включает в себя свойства микропроцессора, а также ОЗУ, ПЗУ, счетчики, порты ввода / вывода и так далее.
  2. Микропроцессор требует группы других микросхем, таких как таймеры, контроллеры прерываний и память программ и данных, что делает его зависимым. В отличие от этого, микроконтроллер не требует других аппаратных блоков, поскольку он уже включен с ним.
  3. В микроконтроллере предусмотрены неявные порты ввода / вывода, в то время как микропроцессор не использует встроенные порты ввода / вывода.
  4. Микропроцессор выполняет операции общего назначения. Напротив, микроконтроллер выполняет прикладные операции.
  5. В микропроцессоре основной упор делается на производительность, поэтому он нацелен на рынок высокого класса. С другой стороны, микроконтроллер ориентирован на рынок встраиваемых систем.
  6. Использование энергии в микроконтроллере лучше, чем в микропроцессоре.

Заключение

Микропроцессор может выполнять операции общего назначения для нескольких различных задач. Напротив, микроконтроллер может выполнять определенные пользователем задачи, где он выполняет одну и ту же задачу в течение всего жизненного цикла.

Общие сведения об устройстве микроконтроллеров и основные даты

Микроконтроллеры являются неотъемлемой частью быта современного человек. Применяются от детских игрушек до АСУТП. Благодаря использованию микроконтроллеров, инженерам получилось достигнуть большую скорость изготовления и качество продукции практических во всех сферах производства.

Данный материал является общим обзором ключевых дат в истории развития микроконтроллеров. Это не техническое пособие, многие тонкости и моменты упущены.

Предпосылки для появления микропроцессорных и микроконтроллерных систем

Чтобы разобраться с причинами появления и развития микропроцессорной техники взгляните на характеристики и особенности первых компьютеров. ENIAC — первый компьютер, 1946 год. Вес — 30 т, занимал целое помещение или 85 кубических метров объёма в пространстве. Большое тепловыделение, энергопотребление, постоянные неполадки из-за разъёмов электронных ламп. Окислы приводили к исчезновению контактов и лампы теряли связь с платой. Требовали постоянного обслуживания.

Компьютерная техника развивалась и к концу 60-х в мире их было порядка 30 тысяч, в их числе как универсальные ЭВМ, так и мини-компьютеры. Мини — того времени были размерами со шкаф.

Кстати, в 1969 году уже был изобретен прообраз интернета — ARPANET (англ. Advanced Research Projects Agency Network).

Параллельно развивались полупроводниковые технологии — в 1907 работы по детекторам и электролюминесценции полупроводников. В 1940-е диоды и транзисторы. Это всё привело к появлению интегральных технологий. Роберт Нойс в 1959 году изобрел интегральную микросхему (дальше ИМС или МС).

Важно:

Фирма Intel — внесла огромный вклад в развитие микроконтроллеров. Основатели: Роберт Нойс, Гордон Мур и Эндрю Гроув. Основана в 1968 году.

До определённых пор фирма производила п/п запоминающие устройства. Первым была МС «3101» — 64 разряда, Шотки — биполярная статическая ОЗУ.

Следующим было изобретение «4004» — микропроцессора с 2300 п/п транзисторов в своём составе, по производительности не хуже, чем ENIAC, а размером меньше ладони. Т.е. размер 4004-го микропроцессора был на много порядков меньше.

Архитектура, программирование, физическая реализация

Разработчиком архитектуры первого микропроцессора стал — Тед Хофф , системы команд — Стен Мейзор . Федерико Феджин — спроектировал кристалл. Но изначально компания Intel не владела всеми правами на этот чип, и, заплатив 60 000 долларов компании Busicom, получила полные права. Вскоре, последняя обанкротилась.

Для популяризации и внедрения новых технологи Intel вела как рекламную, так и образовательную кампанию.

Впоследствии и другие производители электроники объявляли о создании подобных устройств.

Это интересно:

4004 — 4-разрядная, p-МОП микросхема.

Следующим этапом стал выпуск в 1972 году процессора «8008». В отличие от предыдущей модели он уже больше похож на современные модели. 8008 — 8 разрядный, имеет аккумулятор, 6 регистров общего назначения, указатель стэка, 8 регистров адреса, команды ввода-вывода.

Событие:

А в 1973 году была изобретена наиболее удачная конфигурация микропроцессора, который до сих пор является классическим — это 8 разрядный «8080».

Через полгода у Intel появился серьезный конкурент — Motorola с процессором «6800», n-МОП технология, трёхшинную структуру с 16 разрядной шиной адреса. Более мощная система прерываний, для его питания достаточно оного напряжения, а не три, как у «8080». Кроме того, команды были проще и короче.

До нашего времени сохраняется противостояние семейств микропроцессоров этих производителей.

Ускорило скорость работы и расширило возможности микропроцессоров внедрение 16-разрядных микропроцесоров. Первым из них был разработан «8086» от Intel. Именно его использовали в компании IBM для создания первых персональных компьютеров.

Процессор «68000» — 16 разрядный ответ от «Motorola», использовался в компьютерах ATARI и Apple

Для широкой аудитории в роли ПК стали популярны ZX Spectrum . В них устанавливались процессоры «Z80», от Sinclair Research Ltd. Одна из основных причин популярности — не нужно покупать монитор, ведь спектрум, как современные приставки, подключался к телевизору, а обычный магнитофон как устройство для записи и хранения программ и данных.

Микроконтроллеры

Микро-ЭВМ — главный шаг массового применения компьютерной автоматизации в области управления. Так как в автоматизации основная задача контроль и регулирование параметров, то термин «контроллер» закрепился и в этой среде.

А первый патент в СССР на однокристальные микро-ЭВМ был выдан в 1971 году М. Кочрену и Г. Буну, из Texas Instruments. С этих пор на кристалле кремния кроме процессора размещали еще память, и дополнительные устройства.

Конец семидесятых — это новая волна конкуренции между Intel и Motorola. Причиной этому стали две презентации, а именно в 76 году Intel выпустила i8048, а Motorola, только в 78 — mc6801, который был совместим с раним микропроцессором mc6800.

Спустя 4 года, к 80 году, Intel выпускает популярны и до сих пор . Это было зарождение огромного семейства, которое живет и до сих пор. Ведущие мировые производители выпускают на этой архитектуры сильно модифицированные микроконтроллеры для широкого спектра задач.

Для своего времени он имел немыслимые 128 000 транзисторов. Это в четыре раза превосходило количество в i8086 процессоре.

В 2017 году, и последние десятилетие наиболее распространены следующие виды микроконтроллеров:

    8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel;

    16-битные MSP430 фирмы TI;

    32-битные микроконтроллеры, архитектуры ARM. Она продаётся разработчиками различным фирмам, на базе которой выпускается масса различных продуктов.

В Советском союзе техника не стояла на месте. Ученные не только копировали наиболее удачные и интересные зарубежные разработки, но и занимались разработкой уникальных проектов. Таким образом к 1979 году в НИИ ТТ была разработана К1801ВЕ1, эта микроархитектура называлась «Электроника НЦ» и имела 16 разрядов.

Различия микроконтроллеров

Микроконтроллеры можно разделить по таким критериям:

    Разрядность;

    Система команд;

    Архитектура памяти.

Разрядность — это длина одного слова обрабатываемого контроллером или процессором, чем она больше, тем быстрее микроконтроллер может обработать большие массивы данных, но такой подход не всегда справедлив, для каждой задачи выдвигаются индивидуальные требования, как по скорости, так и по способу обработку, например, применение 32-х разрядного ARM микропроцессор для работы в простых устройствах, оперирующих с 8 битным словами может быть не обосновано как по удобству написания программы и обработки информации, так и по себе стоимость.

Однако, по статистике на 2017 год, стоимость таких контроллеров активно снижается, и, если так будет продолжаться и далее — он будет дешевле простейших PIC контроллеров, при наличии гораздо большем наборе функций. Не понятно только одно — это маркетинговый ход и занижение цены, или реальный технологический прогресс.

Деление происходит на:

Деление по типу системы команд:

    RISC-архитектура , или сокращенная система команд. Ориентирована на быстрое выполнение базовых команд за 1, реже 2 машинных цикла, а также имеет большое количество универсальных регистров, и более длинный способ доступа к постоянной памяти. Архитектурна характерна для систем под управление UNIX;

    СISC-архитектура , или полная система команд, характерна прямая работа с памятью, большее число команд, малое число регистров (ориентирована на работу с памятью), длительность команд от 1 до 4 машинных циклов. Пример — процессоры Intel.

Деление по типу памяти:

    Архитектура Фон-Неймана — основная черта общая область памяти для команд и данных, при работе с такой архитектурой в результате ошибки программиста данные могут записаться в область памяти программ и дальнейшее выполнение программы станет невозможным. Пересылка данных и выборка команды не может осуществляться одновременно по тем же причинам. Разработана в 1945 году.

    Гарвардская архитектура — раздельная память данных и память программ, использовалась в первые на компьютерах семейства Mark. Разработана в 1944 году.

Выводы

В результате внедрения микропроцессорных систем размеры устройств снизились, а функционал увеличился. Выбор архитектуры, разрядности, системы команд, структуры памяти — влияет на конечную стоимость устройства, поскольку при единичном производстве разница в цене может быть не значительно, но при тиражировании — более чем ощутимой.

Пошаговое обучение программированию и созданию устройств на микроконтроллерах AVR

У электронщиков, специализирующихся на проектировании микроконтроллерных устройств, существует термин «быстрый старт» . Относится он к случаю, когда надо в короткий срок опробовать микроконтроллер и заставить его выполнять простейшие задачи.

Цель состоит в том, чтобы, не углубляясь в подробности, освоить технологию программирования и быстро получить конкретный результат. Полное представление, навыки и умения появятся позже в процессе работы.

Освоить работу с микроконтроллерами в режиме «быстрый старт», научиться их программировать и создавать различные полезные умные электронные устройства можно легко с помощью обучающих видеокурсов Максима Селиванова в которых все основные моменты разложены по полочкам.

Методика быстрого изучения принципов работы с микроконтроллерами основывается на том, что достаточно освоить базовую микросхему, чтобы затем достаточно уверенно составлять программы к другим ее разновидностям. Благодаря этому первые опыты по программировании микроконтроллеров проходят без особых затруднений. Получив базовае знания можно приступать к разработке собственных конструкций.

На данный момент у Максима Селиванова есть 4 курса по созданию устройств на микроконтроллерах, построенные по принципу от простого к сложному.

Курс для тех, кто уже знаком с основами электроники и программирования, кто знает базовые электронные компоненты, собирает простые схемы, умеет держать паяльник и желает перейти на качественно новый уровень, но постоянно откладывает этот переход из-за сложностей в освоении нового материала.

Курс замечательно подойдет и тем, кто только недавно предпринял первые попытки изучить программирование микроконтроллеров, но уже готов все бросить от того, что у него ничего не работает или работает, но не так как ему нужно (знакомо?!).

Курс будет полезен и тем, кто уже собирает простенькие (а может и не очень) схемы на микроконтроллерах, но плохо понимает суть того как микроконтроллер работает и как взаимодействует с внешними устройствами.

Курс посвящен обучению программирования микроконтроллеров на языке Си. Отличительная особенность курса — изучение языка на очень глубоком уровне. Обучение происходит на примере микроконтроллеров AVR. Но, в принципе, подойдет и для тех, кто использует другие микроконтроллеры.

Курс рассчитан на подготовленного слушателя. То есть, в курсе не рассматриваются базовые основы информатики и электроники и микроконтроллеров. Но, что бы освоить курс понадобятся минимальные знания по программированию микроконтроллеров AVR на любом языке. Знания электроники желательны, но не обязательны.

Курс идеально подойдет тем, кто только начал изучать программирование AVR микроконтроллеров на языке С и хочет углубить свои знания. Хорошо подойдет и тем, кто немного умеет программировать микроконтроллеры на других языках. И еще подойдет обычным программистам, которые хотят углубить знания в языке Си.

Этот курс для тех, кто не хочет ограничиваться в своем развитии простыми или готовыми примерами. Курс отлично подойдет тем, кому важно создание интересных устройств с полным пониманием того, как они работают. Курс хорошо подойдет и тем, кто уже знаком с программированием микроконтроллеров на языке Си и тем, кто уже давно программирует их.

Материал курса прежде всего ориентирован на практику использования. Рассматриваются следующие темы: радиочастотная идентификация, воспроизведение звука, беспроводной обмен данными, работа с цветными TFT дисплеями, сенсорным экраном, работа с файловой системой FAT SD-карты.

Дисплеи NEXTION представляют собой программируемые дисплеи с тачскрином и UART для создания самых разных интерфейсов на экране. Для программирования используется очень удобная и простая среда разработки, которая позволяет создавать даже очень сложные интерфейсы для различной электроники буквально за пару вечеров! А все команды передаются через интерфейс UART на микроконтроллер или компьютер. Материал курса составлен по принципу от простого к сложному.

Этот курс рассчитан на тех, кто хотя бы немного имеет опыта в программировании микроконтроллеров или arduino. Курс отлично подойдет и для тех, кто уже пытался изучать дисплеи . Из курса вы узнаете много новой информации, даже если думаете, что хорошо изучили дисплей!

Приближается осень, а вместе с ней наступит День знаний! Это отличная пора для новых дел, идей и начинаний и самое время для обучения. Используйте это время с пользой для прокачки своих знаний!

Полный курс обучения программированию микроконтроллеров со скидкой:

Микропроцессор — устройство, осуществляющее обработку цифровой информации или управляющее этим процессом, выполненное в виде одной или нескольких интегральных микросхем. Процессор состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ) и устройства управления (УУ), управляющего действиями над числами, которые реализует АЛУ. Все современные микропроцессоры используют двоичную арифметику, в которой число представляется как сумма степеней цифры 2, умноженных на соответствующую цифру:

где каждый разряд двоичного числа a v …, а п+[ может принимать только два значения: 0 или 1. Цифра 0 воспроизводится низким уровнем напряжения, а 1 — высоким.

Упрощенная структурная схема микропроцессорного устройства (М11У) приведена на рис. 2.16. Оно содержит микропроцессор, запоминающее устройство (ЗУ) или намять и устройство ввода-вывода (УВВ). Па процессор возлагается задача выполнения всех программных действий в соответствии с алгоритмом работы. В ЗУ хранятся команды программы функционирования процессора, а также значения констант и переменных величин, участвующих в вычислениях. Команды программы, воспринимаемые УУ, дают информацию о том, какие операции нужно выполнить, где в памяти хранить данные, куда следует записать результат и где расположена следующая команда. УВВ содержит в себе интерфейс — связующее звено, служащее для преобразования сигналов от микропроцессора в сигналы, доступные периферийным (внешним) устройствам, и наоборот. Интерфейс обеспечивает необходимое согласование (сопряжение) устройств но входным и выходным сигналам по форме представления сигналов (аналоговое, цифровое) и последовательности их прохождения.

Рис. 2.16.

Компоненты МПУ связаны между собой внутренними магистралями (шинами) — «-проводными линиями, по которым передаются «-разрядные двоичные числа. УУ координирует работу всех устройств системы с помощью шины управления. Передача данных из выбранной ячейки памяти или портов УВВ осуществляется посредством шины данных. Вся память МПУ пронумерована побайтно, единицей памяти является один байт. Для обращения процессора к памяти или к УВВ необходимо запросить адрес нужных данных по адресной шине. Запоминающие устройства подразделяются на постоянные (ПЗУ) и оперативные (ОЗУ). ПЗУ применяют в основном для хранения фиксированных программ, постоянных коэффициентов, таблиц и т.п. ОЗУ предназначены для записи и хранения переменной информации, используемой непосредственно при выполнении арифметических и логических операций в ходе исполнения программы. Оперативная память является энергозависимой, т.е. при отсутствии напряжения питания информация не сохраняется. В качестве единиц измерения памяти используют байты, килобайты (1 Кбайт = 2 10 Б = 1024 Б). Важнейшая характеристика МПУ — разрядность, т.с. максимальная длина двоичного кода, который может передаваться и обрабатываться целиком. Скорость работы определяется тактовой частотой процессора, т.е. минимальное время выполнения любой операции (время переключения элементов в МПУ) соответствует одному периоду следования импульсов, вырабатываемых тактовым генератором.

Микропроцессорный контроллер {микроконтроллер) — вычислительное устройство, предназначенное для выполнения функций логического контроля и управления различными техническими объектами и сочетающее в себе микропроцессорное ядро и набор встроенных устройств ввода-вывода. В зависимости от конкретных условий применения микроконтроллер может иметь различное конструктивное исполнение. С развитием схемотехники получили распространение микроконтроллеры, в которых микросхемы процессора, памяти, преобразователей сигналов и их интерфейсы размещены на одной плате. Преимущественно используются однокристальные микроконтроллеры, выполненные в виде одной интегральной микросхемы. Они имеют малые габаритные размеры и высокую надежность.

Структура и характеристики микроконтроллеров определяют их функциональные возможности. Используются 4-, 8-, 16-, 32- и 64-разрядпые процессоры, способные выполнять операции с данными в формате с фиксированной точкой (в большинстве случаев) или плавающей точкой, что обеспечивает более высокую точность. Микроконтроллеры различаются наличием специализированных устройств ввода-вывода, таких как таймеры (счетчики импульсов), блоки захвата и сравнения, ШИМ-модули с разным количеством каналов, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), интерфейсы различного типа. Производителями выпускаются семейства микроконтроллеров, насчитывающие десятки представителей (серий) с разнообразными конфигурациями интерфейсов и составом встроенных периферийных устройств. Для решения задач, требующих большого объема и скорости вычислений, применяются специализированные микроконтроллеры, адаптированные к решению задач цифрового управления в реальном времени, — процессоры для цифровой обработки сигналов (англ. DSP — Digital Signal Processor). Существуют микроконтроллеры, специально предназначенные для управления полупроводниковыми преобразовательными устройствами, имеющие вычислительное ядро на базе DSP с объектно-ориентированной системой команд. Одним из лидеров в области производства микроконтроллеров является фирма Texas Instruments, выпускающая широкую номенклатуру устройств для управления силовыми электронными преобразователями. Одно из популярных семейств — микроконтроллеры С2000 |3].

Давайте разберемся, чем же на самом деле отличаются и в чем сходство этих двух типов цифровых радиоэлектронных устройств.

И микропроцессор и микроконтроллер предназначены для выполнения некоторых операций — они извлекают команды из памяти и выполняют эти инструкции (представляющие собой арифметические или логические операции) и результат используется для обслуживания выходных устройств. И микроконтроллер и микропроцессор способны непрерывно производить выборку команд из памяти и выполнять эти инструкции, пока на устройство подается питание. Инструкции представляют из себя наборы битов. Эти инструкции всегда извлекаются из места их хранения, которое называется памятью.

Что такое микропроцессор

Микропроцессор (в ангоязычной литературе MPU — Micro Processor Unit) содержит функционал компьютерного центрального процессора, или ЦП (CPU — Central Processing Unit) на одном полупроводниковом кристалле (ИМС — интегральная микросхема или на западный манер — Integrated Circuit).

По своей сути — это микрокомпьютер, который используется для выполнения арифметических и логических операций, управления системами, хранения данных и прочих.

Микропроцессор обрабатывает данные, поступающие с входных периферийных устройств и передает обработанные данные на выходные периферийные устройства.

Существует четыре основных типа процессоров, различающихся своей архитектурой.

Микропроцессоры с полным набором команд (Complex Instruction Set Computer, CISC -архитектура). Характеризуются нефиксированным значением длины команды, кодированием арифметических действий одной командой, небольшим числом регистров, выполняющих строго определённые функции. Примером такого типа процессоров служит семейство x86.

Микропроцессоры с сокращенным набором команд (Reduced Instruction Set Computer, RISC -архитектура). Обладают, как правило, повышенным быстродействием за счёт упрощения инструкций, что позволяет упростить процесс декодирования и, соответственно, сократить время их выполнения. Большинство графических процессоров разрабатываются, используя этот тип архитектуры.

Микропроцессоры с минимальным набором команд (Minimal Instruction Set Computer, MISC -архитектура). В отличие от RISC-архитектуры, в них используются длинные командные слова, что позволяет выполнять достаточно сложные действия за один цикл работы устройства. Формирование длинных «командных слов» стало возможным благодаря увеличению разрядности микропроцессорных устройств.

В суперскалярных процессорах (Superscalar Processors ) используются несколько декодеров команд , которые загружают работой множество исполнительных блоков . Планирование исполнения потока команд происходит динамически и осуществляется самим вычислительным ядром. Примером процессора с таким типом архитектуры является, например Cortex A8.

Отдельно хочу выделить микропроцессоры специального назначения (ASIC — Application S pecific I ntegrated C ircuit). Как следует из названия, предназначены для решения конкретной задачи. В отличие от микропроцессоров общего назначения, применяются в конкретном устройстве и выполняют определенные функции, характерные только для данного устройства. Специализация на выполнении узкого класса функций приводит к увеличению скорости работы устройства и, как правило, позволяет снизить стоимость такой интегральной схемы. Примерами таких микропроцессоров может быть микросхема, разработанная исключительно для управления мобильным телефоном , микросхемы аппаратного кодирования и декодирования аудио- и видеосигналов — так называемые цифровые сигнальные процессоры (Digital Signal Processing, DSP multiprocessors). Могут быть реализованы в виде ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема). При разработке таких процессоров для описания их функциональности используют языки описания аппаратных устройств (HDL — Hardware D escription L anguage) , такие как Verilog и VHDL .

Системы на основе микропроцессоров строят примерно следующим образом.

Как видно, микропроцессор в этой системе имеет множество вспомогательных устройств, таких как постоянное запоминающее устройство, оперативная память, последовательный интерфейс, таймер, порты ввода/вывода и т.д. Все эти устройства обмениваются командами и данными с микропроцессором через системную шину. Все вспомогательные устройства в микропроцессорной системе являются внешними . Системная шина, в свою очередь, состоит из адресной шины, шины данных и шины управления.

Теперь, давайте, рассмотрим микроконтроллер.

Что такое микроконтроллер

Ниже представлена блок-схема микроконтроллера. Какого же его основное отличие от микропроцессора? Все опорные устройства, такие как постоянное запоминающее устройство, оперативная память, таймер, последовательный интерфейс, порты ввода/вывода являются встроенными. Поэтому не возникает необходимости создавать интерфейсы с этими вспомогательными устройствами, и это экономит много времени для разработчика системы.

Микроконтроллер не что иное, как микропроцессорная система со всеми опорными устройствами, интегрированными в одном чипе. Если вы хотите создать устройство, взаимодействующее с внешней памятью или блоком ЦАП/АЦП, вам нужно только подключить соответствующий источник питания постоянного напряжения, цепь сброса и кристалл кварца (источник тактовой частоты). Их просто проблематично интегрировать в полупроводниковый кристалл.

Ядро микроконтроллера (центральный процессор), как правило строится на основе RISC-архитектуры.

Программа, записанная в память микроконтроллера может быть защищена от возможности ее последующего чтения/записи, что обеспечивает защиту от ее несанкционированного использования.

Сравниваем микроконтроллер и микропроцессор

Микропроцессор Микроконтроллер
Использование Компьютерные системы Встраиваемые системы
Устройство Содержит центральный процессор, регистры общего назначения, указатели стека, счетчики программы, таймер и цепи прерываний Cодержит схему микропроцессора и имеет встроенные ПЗУ, ОЗУ, устройства ввода/вывода, таймеры и счетчики.
Память данных Имеет много инструкций для перемещения данных между памятью и процессором. Имеет одну-две инструкции для перемещения данных между памятью и процессором.
Электрические цепи Высокая сложность Достаточно простые
Затраты Стоимость всей системы увеличивается Низкая стоимость системы
Число регистров Имеет меньшее количество регистров, операции в основном производятся в памяти. Имеет большее число регистров, поэтому проще писать программы
Запоминающее устройство Основано на архитектуре фон Неймана. Программа и данные хранятся в том же модуле памяти. Основано на Гарвардской архитектуре. Программы и данные хранятся в разных модулях памяти.
Время доступа Время доступа к памяти и устройствам ввода/вывода больше. Меньшее время доступа для встроенной памяти и устройств ввода/вывода.
Железо Требует большее количество аппаратного обеспечения. Требует меньшее количество аппаратного обеспечения.

Микроконтроллер | Электроника. Радиотехника

Микроконтро́ллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. Википедия

Микроконтроллер по сути является маленьким компьютером, который содержит в себе (условно конечно) и процессор и жесткий диск — flash память и оперативную память и устройства ввода вывода и даже слоты для подключения дополнительных устройств — эту роль играют ножки микроконтроллера.

Микроконтроллер = Микропроцессор + (ОЗУ, ПЗУ, таймеры, АЦП, ЦАП, порты ввода/вывода, интерфейсы связи и т.д.)

Внутреннее устройство микроконтроллера

Применение микроконтроллеров

Микроконтроллер предназначен на управление, в отличии от микропроцессора, который предназначен для вычисления. Так же микропроцессор не способен работать как самостоятельная микросхема.

Корпус микроконтроллеров

Области применения микроконтроллеров

Семейства микроконтроллеров

Проверка микроконтроллера

Существует 4 способа тактирование микроконтроллера:

  • использовать внутренний RC-генератор;
  • использовать внешний кварц;
  • использовать внешний генератор;
  • использовать RC-цепочку.

Производители микроконтроллеров

https://www.drive2.ru/b/2520018/

Ресурсы

http://frela-mk.narod.ru/olderfiles/1/Mikrokontrollery.pdf

http://ikarab.narod.ru/

Шпоргалка для работы с PIC (Obsluga): https://drive.google.com/file/d/0B3lFUSB8ZK9RRFZYdU4tN3RfRms/view

Справочник по среднему семейству PIC: https://drive.google.com/file/d/0B3lFUSB8ZK9RemtRSEJfQUNmZE0/view

Литература

http://avr.ru/docs/books/avr

http://avr.ru/docs/books/textbook

Чем отличается микроконтроллер от микропроцессора

В составе многих современных цифровых устройств есть микроконтроллер и микропроцессор. Что представляют собой данные электронные компоненты?

Что такое микроконтроллер?

Под микроконтроллером понимается электронный компонент, содержащий в себе основные аппаратные модули, необходимые для выполнения им своих функций. Такие как, например:

  • вычислительный чип;
  • модуль ПЗУ;
  • модуль ОЗУ;
  • таймер;
  • мосты;
  • регулятор напряжения;
  • порты ввода и вывода.

Таким образом, все соответствующие компоненты являются встроенными. Микроконтроллер, если он устанавливается в компьютере, чаще всего взаимодействует с другими аппаратными модулями ПК (например, жестким диском или оперативной памятью) напрямую и не применяет без особой надобности модули в ПК, аналогичные по назначению тем, что встроены в девайс.

Так, благодаря встроенному модулю, отвечающему за управление напряжением, микроконтроллер не требует адаптации внешнего напряжения к особенностям питания внутренних компонентов и в общем случае не использует внешних компонентов контроля над уровнем напряжения.

Микроконтроллеры, как правило, отвечают за какую-либо часть вычислительных операций. Например, если они стоят на ПК, это может быть чтение и запись данных, включение и выключение устройств, подключенных к ПК. Поэтому их производительность относительно невысока.

Часто микроконтроллер используется в приборах, в которых задействование микропроцессора не имеет особого смысла в силу его более высокой в большинстве случаев стоимости. Например, это может быть микроволновая печь, кондиционер или устройство, предназначенное для автоматического полива растений в саду. В составе отмеченных девайсов обычно присутствует самый простой по структуре микроконтроллер.

к содержанию ↑

Что такое микропроцессор?

Под микропроцессором принято понимать микросхему, основным компонентом которой является кристалл из кремния или другого полупроводника. По сути, это в несколько раз более мощный, чем тот, что установлен в микроконтроллере, вычислительный чип. Но на этом сходства между рассматриваемыми типами электронных компонентов заканчиваются.

Микропроцессоры, как правило, не укомплектованы большим количеством дополнительных компонентов (как микроконтроллеры) и используют преимущественно внешние устройства в целях выполнения своих функций. Это могут быть модули ОЗУ, регуляторы напряжения или отдельные источники питания, порты ввода и вывода. В принципе, данные компоненты те же по назначению, что и в случае с контроллерами, но внешние. Однако, как и сам вычислительный чип микропроцессора, в большинстве случаев более производительные, чем те, что стоят в микроконтроллере.

Внутренних модулей у процессора немного. Как правило, современные модели электронных компонентов рассматриваемого типа содержат микросхему ОЗУ — из тех типов компонентов, что характерны для конструкции микроконтроллера. ПЗУ, регулятор напряжения, порты в структуре микропроцессора обычно отсутствуют.

Главное предназначение микропроцессора — сложные вычислительные операции. Поэтому он, как правило, обладает большой производительностью и инсталлируется в те девайсы, функционал которых ее требует. Например, в игровые приставки, ПК, мобильные устройства.

к содержанию ↑

Сравнение

Основное отличие микроконтроллера от микропроцессора в том, что в первом компоненте основные модули, необходимые для выполнения им своих функций, — встроенные. Микропроцессор, в свою очередь, задействует по большей части внешние устройства. Вместе с тем микроконтроллер также способен обращаться к их ресурсам, если производительности тех, что являются встроенными, не хватает. Разумеется, это возможно, только если соответствующего типа внешние устройства предусмотрены в конструкции девайса, в котором используется микроконтроллер. Бывает, что их нет в принципе, — и тогда эффективность работы прибора зависит от производительности микроконтроллера.

Между двумя рассматриваемыми электронными компонентами, как правило, есть существенная разница по уровню скорости вычислений. Микроконтроллер в большинстве случаев менее производителен, чем микропроцессор аналогичного назначения (если, конечно, они взаимозаменяемы в конкретном устройстве), поскольку рассчитан на выполнение только части вычислительных операций или же тех, что имеют очень простую структуру.

Определив, в чем разница между микроконтроллером и микропроцессором, зафиксируем выводы в таблице.

к содержанию ↑

Таблица

МикроконтроллерМикропроцессор
Что общего между ними?
Вычислительный чип, который входит в состав микроконтроллера, может выполнять функции, схожие с теми, что характерны для микропроцессора
В чем разница между ними?
Использует для выполнения функций главным образом встроенные аппаратные модулиПрименяет в основном внешние аппаратные модули
Имеет относительно невысокую производительность, отвечает, как правило, за часть вычислительных операций устройства, в котором установленХарактеризуется высокой производительностью и потому в устройстве, в котором установлен, нередко является главной микросхемой
Часто выступает более выгодной альтернативой процессору (если от микроконтроллера не требуется высокой производительности), но, в принципе, может быть им замененСчитается более производительной альтернативой контроллеру, но, как правило, не может быть им заменен при выполнении своих функций — поскольку производительности второго может оказаться недостаточно

Микроконтроллеры AVR — Практическая электроника

Микроконтроллеры (далее по тексту просто МК) ворвались в нашу жизнь и очень сильно ее облегчили. Они используются абсолютно везде, начиная с вашей стиральной машины и заканчивая смартфоном. Сами по себе МК ничего не могут делать, но занимают главную «должность» в электронной аппаратуре. Они УПРАВЛЯЮТ  процессом работы всех отдельных узлов радиоэлектронной аппаратуры и КОНТРОЛИРУЮТ ситуацию, чтобы та не вышла за рамки дозволенности). Эта их основная функция ;-). Вот и все!

Приступая к изучению микроконтроллеров с нуля, даже опытные электронщики порой заходят в тупик, не знают с чего начать и как понять все это. Гора информации кажется неподъемной и настолько страшной и не понятной, что порой на  первых попытках изучения МК все и заканчивается.

 Что такое микроконтроллеры?

В настоящее время видов МК очень много. Самые знаменитые из них это микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology, в народе «пики»;  а также микроконтроллеры AVR фирмы Atmel, в народе называемые «авээрки». Самые продвинутые электронщики уже юзают микроконтроллеры STM фирмы STMicroelectronics. Думаю, до них нам еще далеко. Так как самыми простыми МК для изучения являются AVR с них, пожалуй, и начнем.

Микроконтроллер представляет из себя пластмаску с железными ножками в различных корпусах. Ниже на рисунке корпуса микроконтроллеров  AVR:

 Давайте рассмотрим МК AVR Atmega8 в DIP корпусе:

Для того, чтобы узнать, как у нее идет нумерация ножек (распиновка), надо простой найти выемку на микросхеме, и от нее уже начинать счет 😉

А вот так идет счет, против часовой стрелки:

Теперь давайте рассмотрим схемотехническое обозначение МК AVR Atmega8:

Как мы видим, каждая из ножек пронумерована, носит свое название и даже не одно. Все дело в том, что некоторые выводы могут выполнять разные функции, в зависимости от того, как мы запрограммируем наш МК. Чем «фаршированнее» МК, тем больше ножек и выполняемых функций он имеет.

[quads id=1]

Как же это все работает?

Внутри микроконтроллера функционирует программа. Эта программа способна выполнять ТОЛЬКО ТРИ ДЕЙСТВИЯ, она может на любую из ножек ПОДАТЬ ПИТАНИЕ в 5 Вольт (включить логическую единицу), ВЫКЛЮЧИТЬ ПИТАНИЕ (логический ноль), ПРОЧИТАТЬ, подаем мы на ногу питание со стороны или нет. Вот и все, другого не дано, программа ни на что более не способна. Это, на самом деле, сильно упрощает программирование.  Подробнее про  основы цифровой электроники можно прочитать зде сь.

Например, мы хотим помигать светодиодом.

В основном, с этой программы начинают изучение микроконтроллеров. Как поступим в этом случае?

Для начала мы прицепим, скажем, на ножку «2» микроконтроллера светодиод (LED-RED). Пусть он будет прицеплен  анодом, а катод светодиода будет сидеть на земле (GND или, грубо говоря, минус питания). Схема будет выглядеть следующим образом:

Схема сделана в программе Proteus, к которой мы вернемся в следующих статьях.

Итак, на ноге PD0 второго вывода микросхемы сидит светодиод с токоограничительным резистором. Резистор здесь просто ограничивает проходящий ток через светодиод, чтобы светодиод не сгорел.

Что же дальше?

Дальше нам надо запрограммировать наш МК программой. На языке программеров это звучит как «залить», «прошить», «шивануть». Для этого существуют специальные программаторы.

А дальше программа внутри микроконтроллера должна делать следующее:

  1. Подать питание на ногу PD0 (светодиод загорается)
  2. Подождать сколько нужно (продолжает гореть)
  3. Выключить питание на ноге PD0 (светодиод тухнет)
  4. Подождать сколько нужно ( все еще не горит)
  5. Перейти к шагу 1 (светодиод загорается)

Вот и все, больше ничего программа делать не будет, только тупо моргать светодиодом 😉

Посмотрим что будет, если из алгоритма выкинуть хотя бы один шаг.

Думаю нет необходимости выкидывать шаги 1 и 3, очевидно, что без них светодиод либо никогда не загорится, либо будет всегда выключен.

Что если убрать шаг 2? Тогда получится следующее: Питание включено, диод горит, далее через не ощутимое человеком мгновение светодиод погас, идет задержка. Светодиод включается на столь малое время, что нам кажется, будто он постоянно выключен.

Аналогично будет, если убрать задержку под номером 3, светодиод будет выключаться на столь малое время, что будет казаться нам постоянно включен.

Вот что примерно представляет из себя микроконтроллер.

Учебное пособие по микроконтроллеру

(1/5): что такое микроконтроллер?

Это мой первый из пяти постов в этой серии руководств по микроконтроллерам. На протяжении всего этого урока я буду создавать схему микроконтроллера, документируя процесс. Следуя тому, что я делаю, вы можете сделать свой собственный дома.

Моя цель — сделать максимально простую схему, не требующую внешних программистов или отладчиков. Вы должны быть в состоянии просто подключить его к порту USB на вашем компьютере и запрограммировать его.

Я никак не планировал это. Я просто собираюсь построить его, и напишу о процессе. Надеюсь, мы получим пригодную для использования схему.

В этой первой части учебника по микроконтроллерам я начну с нуля. Я хочу объяснить, что такое микроконтроллер, очень простыми словами. Я хочу привлечь всех к участию, прежде чем мы погрузимся в создание цепи.

Бонус: Загрузите это руководство из 5 частей в формате PDF, которое шаг за шагом покажет вам, как сделать плату микроконтроллера, которую вы можете собрать дома, используя стандартные инструменты для хобби.

Что такое микроконтроллер?

Вы можете думать о микроконтроллере как о крошечном компьютере. Вы можете подключить такие вещи, как небольшой дисплей, несколько кнопок, двигатель и несколько датчиков. И вы можете ставить на него программы и запускать их.

Микроконтроллер представляет собой интегральную схему и может выглядеть так:

Но он также может иметь множество других форм и форм.

Что можно сделать с микроконтроллером?

О, с чего мне начать?

С микроконтроллером можно делать так много всего.

Вы можете построить робота. Или MP3-плеер. Или мобильный телефон. Или дверной замок, который автоматически отпирает вашу дверь, когда вы вводите код на своем смартфоне.

Возможности безграничны!

Допустим, вы хотите построить робота. Вы можете подключить инфракрасный датчик, чтобы использовать его в качестве видения для робота. И вы можете соединить двигатель с некоторыми колесами, чтобы заставить его двигаться.

Теперь все, что вам нужно сделать, это написать программу, которая считывает информацию с инфракрасного датчика и управляет двигателем.В своем коде вы можете убедиться, что робот остановится, если увидит что-то перед собой, и заставить его повернуться либо влево, либо вправо, прежде чем продолжить.

Когда вы знаете, как создавать схемы микроконтроллеров, ваши возможности почти безграничны! А следуя этому руководству по микроконтроллерам, вы научитесь использовать микроконтроллеры в своих проектах =)

Пристальный взгляд на микроконтроллер

Микроконтроллер имеет несколько контактов. Большинство этих контактов являются так называемыми входными и выходными контактами.И с помощью этих выводов микроконтроллер может взаимодействовать с внешним миром.

Микроконтроллер ничего не делает сам по себе. Вам нужно сказать ему, что делать, сделав для него программу, которую вы в него загружаете. Это часто называют программированием микроконтроллера.

Из программы, которую вы пишете, вы можете управлять входными и выходными контактами.

Итак, подключив что-нибудь, например, светодиод (LED) к выходному контакту, вы сможете включать и выключать свет из своей программы.

Входной контакт можно использовать для проверки того, была ли нажата подключенная к нему кнопка. Или считывать температуру с датчика температуры.

В вашей программе вы сможете принимать решения на основе ввода. Таким образом, вы можете сделать программу, которая начнет мигать, если температура поднимется выше или ниже определенного уровня. Поместите это в свою пивоваренную комнату, и вы получите визуальный сигнал тревоги, если температура для пивоварения не подходит.

Программирование микроконтроллера

Программирование микроконтроллера может показаться немного сложным, потому что нужно сделать много запутанных вариантов.Я помню, что я чувствовал в начале. Со всеми доступными компиляторами, IDE, программистами и методами программирования — неудивительно, что вы запутались!

Итак, давайте разберемся.

Это три шага, необходимые для программирования микроконтроллера:

1. Напишите код
2. Скомпилируйте свой код в машинный код
3. Загрузите машинный код в свой микроконтроллер

Что конкретно делать на каждом шаге зависит от микроконтроллера к микроконтроллеру. Но не волнуйтесь — я проведу вас через точные шаги, необходимые, когда мы туда доберемся.

Далее в учебнике по микроконтроллерам

Пора найти микроконтроллер и приступить к работе. Найти микроконтроллер не обязательно так просто, как хотелось бы. Вероятно, существует 58 миллиардов различных. Хорошо, может чуть меньше. Но много.

Но у меня есть несколько советов, которые облегчат задачу. Но об этом в следующей части руководства по микроконтроллерам.

На протяжении всего руководства я покажу вам шаги, которые необходимо предпринять для создания собственной схемы микроконтроллера.Затем вы сможете использовать эту схему, чтобы построить мигающую лампу, робота или какую-то другую собственную идею.

Бонус: Загрузите это руководство из 5 частей в формате PDF, которое шаг за шагом покажет вам, как сделать плату микроконтроллера, которую вы можете собрать дома, используя стандартные инструменты для хобби.

Перейти к части 2 учебника по микроконтроллерам >>

FPGA и микроконтроллер | В чем разница?

Программируемый пользователем логический элемент или сеточная матрица (FPGA) и микроконтроллер похожи, но не одно и то же.Оба они по сути являются «маленькими компьютерами» или интегральными схемами, встроенными в другие устройства и продукты. Основное отличие в названии. Пользователи могут программировать аппаратное обеспечение FPGA после изготовления, делая их «программируемыми в полевых условиях», в то время как микроконтроллеры настраиваются только на более поверхностном уровне. Кроме того, ПЛИС могут обрабатывать параллельные входные данные, в то время как микроконтроллеры считывают по одной строке кода за раз.

Поскольку они обеспечивают более высокий уровень персонализации, ПЛИС являются более дорогими и более сложными для программирования.Напротив, микроконтроллеры экономичны, но гораздо менее настраиваемые. Узнайте больше о сходствах и различиях между микроконтроллерами и ПЛИС. Одно не обязательно лучше другого — при принятии решения о том, что использовать, учитывайте множество факторов.

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллер (MCU) — это, по сути, небольшой компьютер. Он имеет все те же элементы, что и другие компьютеры, включая центральный процессор (ЦП), некоторую оперативную память (ОЗУ) и устройства ввода и вывода.В отличие от настольного компьютера, на котором могут выполняться тысячи различных программ, микроконтроллер — это специальное устройство, выполняющее одну программу.

Это сделано для многократного выполнения одного действия, автоматически или по запросу пользователя. Он встроен в какое-то другое устройство, будь то потребительское, производственное, медицинское или другое устройство. Он работает с низким энергопотреблением — его энергопотребление измеряется в миллиамперах. В результате микроконтроллеры, как правило, доступны по цене. Однако устройство, в которое он встроен, может сильно различаться по стоимости.

Микроконтроллеры окружают вас повсюду в повседневной жизни. Вот несколько потребительских устройств, в которые встроен микроконтроллер:

.
  • Клавиатуры
  • Мониторы
  • Принтеры
  • Копировальные аппараты
  • Факсы
  • Телефоны
  • Пульт дистанционного управления для телевизора
  • Микроволновые печи
  • Стиральные машины и сушилки
  • Спринклеры для газонов
  • Детские игрушки

 

Помимо предметов потребления, микроконтроллеры также встраиваются в следующие устройства:

  • Светофоры
  • Системы управления двигателем автомобиля
  • Электроинструмент
  • Имплантируемые медицинские устройства

Это лишь несколько примеров — микроконтроллеры встроены во все виды устройств, на которые мы полагаемся в современном обществе.Каждый микроконтроллер имеет определенное повторяющееся назначение. Он может работать автоматически с помощью системы управления с обратной связью, как в случае со светофором. Или он может работать по входным сигналам пользователя, таким как щелчок переключателя или нажатие кнопки. Эта последняя концепция верна для вашей микроволновой печи, стиральной машины и телевизионного пульта дистанционного управления.

Что такое программируемый пользователем сетевой массив?

Программируемый пользователем вентиль или сетка немного сложнее, чем микроконтроллер.В большинстве случаев чип поставляется предварительно запрограммированным. Как пользователь, вы можете изменить программное обеспечение, но не аппаратное обеспечение. Это подводит нас к определяющему элементу FPGA — вы, пользователь, можете настроить его оборудование после покупки.

Инженеры находят это особенно полезным для создания прототипов собственных интегральных схем для конкретных приложений. Фактически, Intel использует форму FPGA для оптимизации собственного процесса прототипирования. FPGA также полезны, потому что устройства, в которые встроены FPGA, могут быть изменены без необходимости использования совершенно нового оборудования.

В соответствии с примером, приведенным в «ПЛИС для чайников», правила могут измениться, чтобы потребовать, чтобы камеры заднего вида транспортных средств работали быстрее. Если эти камеры работают на FPGA, производители могут внести это изменение без установки дорогостоящего совершенно нового оборудования. Они могут просто перепрограммировать FPGA в камере заднего вида каждого автомобиля. Автомобили, которые уже находятся в пути, можно изменить, а не устареть.

Как это работает?

FPGA

имеют «массив» интегральных аппаратных схем — эти массивы представляют собой группы программируемых логических блоков.Во время производства FPGA не настраивается для выполнения какой-либо конкретной функции. Вместо этого пользователь может настроить его, а затем перенастроить по своему усмотрению.

Пользователь делает это с помощью языка описания оборудования (HDL). FPGA имеет логические блоки, такие как AND и XOR, которые пользователь может соединять вместе с межсоединениями. Современные ПЛИС имеют множество логических вентилей и блоков ОЗУ, поэтому они могут выполнять сложные вычисления. Некоторые FPGA также имеют аналого-цифровые преобразователи или цифро-аналоговые преобразователи, аналогичные программируемым пользователем аналоговым массивам (FPAA).

Чем они похожи

И FPGA, и микроконтроллеры имеют одну и ту же основную цель — они оба построены таким образом, что производитель или конечный пользователь могут определить их функции. Они оба выполняют определенные приложения и встроены в другие устройства, будь то светофор или стиральная машина. Благодаря этой универсальности вы можете найти их повсюду вокруг себя. Все, что мы делаем, становится проще благодаря этим маленьким интегральным схемам.

На неопытный взгляд они выглядят примерно одинаково.Оба представляют собой плоские квадратные крошечные чипы, окруженные программируемыми контактами. Оба они, по сути, миниатюрные компьютеры, запрограммированные для определенной цели. По этой причине ни FPGA, ни микроконтроллер не могут служить персональным или настольным компьютером. Вместо этого они следуют командам для выполнения одной функции на разных уровнях сложности.

Основные компоненты

Эти устройства имеют несколько фундаментальных сходств. По сути, они состоят из одних и тех же основных компонентов. И FPGA, и микроконтроллер представляют собой интегральные схемы, которые работают с использованием компьютерной логики и двоичного кода.

Интегральная схема — это набор электронных схем на одной плоской микросхеме, состоящей из полупроводникового материала — часто из кремния. Он может выполнять вычисления и хранить данные. Интегральные схемы используют либо цифровую, либо аналоговую технологию — как упоминалось выше, некоторые FPGA могут выполнять преобразование между ними. Цифровая технология использует двоичную логику, в то время как аналоговая технология определяет линейную функцию входа для расчета выхода.

Эта основная концепция, ввод определяющая вывод, описывает, как работают все компьютеры.Цифровая техника включает в себя систему двузначной логики, или бинарную — единица или ноль, включено или выключено, да или нет. Важно понимать основы компьютерной логики при программировании микроконтроллера или ПЛИС.

Персонализация

Кроме того, как FPGA, так и микроконтроллеры в некоторой степени программируются после производства, что означает, что либо производитель, либо конечный пользователь могут разработать свои функции и встроить их по мере необходимости. Вот почему эти устройства имеют так много применений в самых разных отраслях.

Степень, в которой вы можете настроить FPGA, отличает ее, поэтому они наиболее полезны для сложных, высокотехнологичных приложений. С другой стороны, микроконтроллер лучше подходит для более простых приложений.

Чем они отличаются

Основное различие между FPGA и микроконтроллером заключается в уровне настройки и сложности. Они также различаются по цене и удобству использования. По сути, ПЛИС допускает более широкие возможности настройки и более сложные процессы, а также ретроактивные изменения в оборудовании.Пользователю нужно больше навыков и ноу-хау для использования FPGA.

Хотя у FPGA есть свои преимущества, микроконтроллеры дешевле и проще в использовании. Большинство любителей или новичков выиграют от покупки микроконтроллеров, в то время как инженерные компании и производители могут предпочесть ПЛИС.

Микроконтроллеры

К определяющим характеристикам микроконтроллеров относятся:

  • Они просты в использовании:  Любой, кто имеет базовые знания в области программирования, может запрограммировать микроконтроллер.Вы можете запрограммировать микроконтроллер, используя язык ассемблера, такой как Javascript или Python, которому вы можете научиться самостоятельно на онлайн-курсах.
  • Они доступны по цене:  Поскольку их проще производить в массовом порядке, первоначальные затраты на микроконтроллер меньше, чем на ПЛИС.
  • Они не всегда идеальны для сложных приложений:  Выделенный процессор микроконтроллера обрабатывает все входы и выходы. В результате могут возникать узкие места, поскольку процессы должны ждать разрешения других.Поскольку они не позволяют выполнять параллельные функции, микроконтроллеры лучше подходят для более простых целей.
  • Идеально подходят для простых задач:  Подумайте о своей стиральной машине. После того, как вы надели одежду, вы настраиваете две или три настройки, а затем нажимаете «Старт». Точно так же вашей компьютерной мыши нужно знать, как интерпретировать только несколько вводов — прокрутка вверх, прокрутка вниз, щелчок левой и правой кнопкой мыши. Для таких простых, неизменяемых приложений идеально подходит микроконтроллер.

ПЛИС

Некоторые определяющие характеристики ПЛИС включают:

  • Для их использования требуются дополнительные навыки:  Для программирования ПЛИС вам потребуется нечто большее, чем базовое понимание языка программирования. Помимо знания языка программирования, вам нужно будет уметь отслеживать большое количество переменных. Вам также необходимо понимать язык описания оборудования. Проектирование и перепроектирование оборудования — задача не для новичков.
  • Они обеспечивают больший параллелизм:  В FPGA есть тысячи логических блоков, каждый из которых можно запрограммировать. Вы можете создавать процессы, независимые друг от друга, уменьшая количество узких мест, как в случае с микроконтроллерами.
  • Они обеспечивают более высокий уровень настройки:  Проще говоря, если вы знаете, что делаете, вы можете сделать гораздо больше с FPGA, чем с микроконтроллером. Если вы хотите запрограммировать что-то сложное, вам потребуется больше возможностей настройки, чем предоставляет микроконтроллер.
  • Как правило, они стоят дороже:  Одним из недостатков FPGA является то, что они, как правило, дороже микроконтроллеров. Несмотря на более высокие первоначальные затраты, они могут сэкономить деньги для отраслей, которым может потребоваться внести изменения задним числом — подумайте о примере с камерой заднего вида.
  • Они идеально подходят для более сложных приложений:  Поскольку FPGA допускают параллельные процессы, вы можете реализовать больше входных данных с FPGA, чем с микроконтроллером, не сталкиваясь с проблемой узких мест.Это делает их идеальными для более сложных операций.
  • Они позволяют вносить изменения в дальнейшем:  Одним из самых больших преимуществ FPGA является то, что само оборудование может быть изменено после его первоначального программирования. По этой причине вы можете изменить функцию устройства без полной замены его оборудования. Это более рентабельно в долгосрочной перспективе, особенно для отраслей массового производства.

Должен ли я использовать микроконтроллер или FPGA в моей печатной плате (PCB)?

Печатная плата оживляет чертеж схемы.Чем больше проводящих слоев на плате, тем больше соединений вы можете сделать. Четырехслойная плата будет иметь четыре проводящих слоя с изолирующими слоями между ними. Сборка печатной платы требует приличных технических знаний, поэтому ознакомьтесь с жаргоном, если вы собираете ее впервые. Вы можете положиться на профессиональную службу по производству печатных плат или поставщика печатных плат.

Используете ли вы микроконтроллер или ПЛИС в своей печатной плате, зависит от нескольких факторов, в том числе:

  • Необходимый уровень сложности.
  • Ваш уровень знаний.
  • Ваш бюджет, особенно если вам нужно купить оптом.
  • Изменения, имеющие обратную силу, которые вам могут понадобиться.

Необходимый уровень сложности

FPGA

могут одновременно выполнять несколько строк кода, обеспечивая независимые параллельные процессы. Для высокоразвитых приложений эта возможность является необходимостью. FPGA может обрабатывать более сложные входные данные и выполнять одновременные операции. Недостатком является то, что FPGA требуют идеальной синхронизации и точности для правильной работы.Малейшая ошибка может сделать всю систему бесполезной.

Напротив, микроконтроллеры считывают только одну строку кода за раз, обрабатывая команды последовательно. Хотя это может привести к проблемам с узким местом, у этого есть свои преимущества. Поскольку микроконтроллеры менее сложны, их легче программировать и перепрограммировать методом проб и ошибок. Для простых приложений FPGA может быть сложнее, чем необходимо, и может сделать программирование сложнее, чем нужно.

Если при программировании ПЛИС допущена ошибка, то ремонт значительно усложняется.Это подводит нас к следующему пункту, который заключается в том, что ваш выбор между FPGA и микроконтроллером должен зависеть от вашего уровня знаний.

Ваш уровень знаний

Проще говоря, ПЛИС — не лучший выбор для новичка. Языки описания оборудования требуют больше времени и опыта для изучения, чем языки ассемблера. Более высокий уровень настройки означает, что требуется больше навыков. Если у вас большой опыт работы с вычислительной техникой, ПЛИС предоставит вам привлекательный уровень настраиваемости.

Ваш бюджет

Имейте в виду, что FPGA, как правило, более дороги по своей начальной стоимости, чем микроконтроллеры. Если вы хотите запрограммировать что-то простое, например автоматическое затемнение света или датчик температуры, лучшим вариантом может быть относительно экономичный микроконтроллер.

Несмотря на то, что их первоначальная стоимость выше, FPGA могут снизить расходы в дальнейшем, особенно в отношении объектов массового производства, которые могут нуждаться в изменении после первоначальной сборки.

Ваша потребность в ретроактивном изменении

По ряду причин вам может понадобиться изменить аппаратное обеспечение вашего приложения.В этом случае вы будете рады иметь FPGA. Это одна из причин, почему так много отраслей предпочитают ПЛИС. Когда законы, стандарты, правила или потребности меняются, изменение существующих FPGA обходится гораздо дешевле и занимает меньше времени, чем внедрение совершенно новых аппаратных систем.

Узнайте больше, связавшись с Millennium Circuits

И FPGA, и микроконтроллеры ценны для самых разных целей. Их универсальность позволяет использовать их для тысяч приложений, некоторые из которых мы используем каждый божий день.Понимание сходств и различий между ними поможет вам определить, какой вариант лучше всего подходит для ваших целей.

Несмотря на то, что они состоят из одних и тех же основных компонентов, они различаются по уровню настройки, сложности, цене и требуемому уровню знаний. Выбор одного над другим должен зависеть от множества факторов. Каждое решение имеет уникальные преимущества и потенциальные недостатки.

Независимо от того, разрабатываете ли вы проект «сделай сам», создаете прототип нового продукта или хотите оптимизировать технический процесс, одна из этих интегральных схем обязательно вам пригодится.Если у вас есть какие-либо вопросы о технологиях FPGA или микроконтроллеров, используемых на печатных платах, свяжитесь с экспертами в Millennium Circuits Limited для получения дополнительной информации.

Что такое микроконтроллер? И чем он отличается от микропроцессора?

Микроконтроллеры и микропроцессоры

Уважаемые читатели, обратите внимание, что это старый сайт maxEmbedded. Статьи больше не поддерживаются, не обновляются и не поддерживаются.Пожалуйста, посетите новый веб-сайт здесь и найдите этот пост. Кроме того, вы можете удалить .wordpress из адресной строки, чтобы перейти к новому местоположению.

Пример: если адрес веб-сайта http://maxEmbedded.wordpress.com/contact/, то удаление .wordpress с него станет http://maxEmbedded.com/contact/.

Приносим извинения за неудобства. Мы просто хотим дать вам лучший опыт просмотра и обучения! Спасибо!

Микроконтроллер (иногда сокращенно µC , uC или MCU ) представляет собой небольшой компьютер на единой интегральной схеме, содержащий процессорное ядро, память и программируемые периферийные устройства ввода/вывода.

Микропроцессор (иногда сокращенно µP , UP или MPU ) объединяет функции центрального процессора компьютера (CPU) на одной интегральной схеме (IC или микрочипе).

Ну что, запутались? Простыми словами, микроконтроллер — это полноценный ПК в одном чипе! С другой стороны, микропроцессор — это центральный процессор ПК в одном чипе!

Хорошо, если кто-то спросит у вас конфигурацию вашего ПК/ноутбука, как вы им ответите? Что-то вроде этого (ну, это конфигурации моего ноутбука… Я знаю, что он уже устарел и устарел, но он все еще служит моей цели 😉 )

  • Процессор Intel core2duo T6600
  • 2.Скорость обработки 2 ГГц
  • 2 МБ кэш-памяти
  • Жесткий диск 320 ГБ, 7200 об/мин
  • 4 ГБ оперативной памяти DDR2
  • выделенная графическая карта ATI 512 МБ
  • 15-дюймовый экран WLED с разрешением HD 720p
  • и другие материалы

Итак, это конфигурации полноценного ноутбука/ПК. Теперь в MCU есть все это! Удивлен? Что ж, вам должно быть интересно, что ранее я сказал, что MCU — это один чип, но ноутбук — это такая огромная вещь.Он содержит так много микросхем, так много устройств, периферийных устройств и т. д. Как микроконтроллер может вместить все это? Что ж, у него есть все эти функции, но в более низком/ограниченном/ограниченном масштабе . Возьмем микроконтроллер Atmel ATMEGA32. Он имеет следующие характеристики:

  • Флэш-память 32 КБ
  • 2 КБ ОЗУ
  • 1 КБ EEPROM
  • Максимальная скорость 16 МГц
  • 40-контактная микросхема
  • и многие другие, с которыми мы столкнемся позже

Итак, вы видите, небольшая ИС может легко вместить эти функции.Микропроцессор можно считать состоящим из отдельных блоков, но имеющих более высокие ресурсы.

Проще говоря,

МЦП = ЦП

MCU = MPU + Периферийные устройства + Память

Периферийные устройства = порты + часы + таймеры + UART/USART + АЦП + ЦАП + драйверы ЖК-дисплея + другие компоненты

Память = Flash + SRAM + EPROM + EEPROM

(Не беспокойтесь об этих терминах, мы обсудим их при необходимости)

Поскольку у ПК более высокие ресурсы (из более высоких ресурсов я имею в виду процессор 4 ГГц вместо 16 МГц, 4 ГБ ОЗУ вместо 2 КБ ОЗУ и т. д.), их сложно втиснуть в одну ИС, поэтому мы разделили блоки.

Таким образом, все дело в том, чтобы разместить больше на небольшом пространстве. По мере совершенствования технологии в одну микросхему можно втиснуть больше компонентов. Все зависит от новейших технологий проектирования СБИС.

Следующая диаграмма все объясняет!

Микроконтроллер и микропроцессор

Теперь вы, должно быть, думаете, что если MCU — это ПК, то зачем использовать MPU? В связи с этим я хотел бы затронуть следующий момент. MCU обычно специфичен для приложения или, другими словами, специфичен для приложений, которые не требуют больших ресурсов.Например, в системе светодиодного освещения. Здесь абсолютно бесполезно внедрять процессор core2duo 2,2 ГГц, жесткий диск 320 ГБ, 4 ГБ ОЗУ и т. д. Одноядерного процессора 16 МГц, 16 КБ флэш-памяти, 1 КБ ОЗУ и т. д. более чем достаточно для этого приложения. Так зачем тратить деньги и ресурсы на MPU, если мы можем легко управлять ими с помощью недорогого MCU? Но в случае с MPU он может справляться с огромными нагрузками и поддерживает многозадачность. Вы можете играть в игры на своем компьютере, а также выходить в Интернет с того же компьютера.

Таким образом, мы обсудили еще один важный момент, что микроконтроллеры обычно предназначены для выполнения небольшого набора определенных функций, например, как в случае процессора цифровых сигналов (например, TMS320 от Texas Instruments), который выполняет небольшой набор функций обработки сигналов. , тогда как микропроцессоры, как правило, предназначены для выполнения более широкого набора функций общего назначения.

Для тех, кого это может касаться, большинство MPU основаны на архитектуре фон Неймана (одинаковая память для программ и данных), тогда как большинство MCU основаны на гарвардской архитектуре (отдельная память для программы и данных). Однако исключения существуют!

Примеры MPU включают процессоры Intel (серия Pentium, Dual Core, Core i7 и т. д.), процессоры AMD и т. д., а примеры MCU включают процессоры производства Atmel (AVR), Microchip (PIC), Intel (8051), Texas Instruments (MSP430) и др.

Автомобильный задний фонарь: Применение MCU

Давайте посмотрим еще на несколько приложений микроконтроллера :

  • будильники, электрическая зубная щетка
  • микроволновые печи, автоматические электронагреватели
  • светофор
  • телефоны
    и мобильные телефоны
  • автомобильная промышленность – освещение, торможение, регулирование скорости
  • жесткие диски, флешки, принтеры, мыши, камеры, небольшие электронные машины
  • повседневное применение, такое как стиральные машины, копировальные машины, лифты и т. д.
  • спасательное оборудование, такое как кардиостимулятор и т. д.
  • и список бесконечен!

Приложение MCU: робототехника и управление

Отсюда мы делаем вывод, что наш мир слишком много проводной и слишком много микроконтроллеров! Попробуйте провести день без микроконтроллеров… Держу пари, вы не сможете! А если да, поделитесь со мной своим опытом 😉

И не забудьте оставить ответ ниже и рассказать, как вам понравилась эта статья!

Резюме

  • MPU = ЦП (один чип)
  • MCU = MPU + Периферийные устройства + Память (один чип)
  • MCU
  • предназначены для конкретных приложений, тогда как MPU предназначены для различных приложений
  • MPU и MCU имеют разную архитектуру
  • Жизнь неполноценна без MCU!

Нравится:

Нравится Загрузка…

Связанные

Микропроцессор и микроконтроллер: в чем разница?

Микропроцессор и микроконтроллер — микропроцессор — это то же самое, что и микроконтроллер? Оба термина на протяжении многих лет использовались взаимозаменяемо друг с другом и в некоторых случаях могли сбить пользователей с толку.

Как микропроцессоры, так и микроконтроллеры предназначены для вычислений в реальном времени и действительно имеют много общих черт. Однако между ними есть очень существенные различия как на концептуальном, так и на прикладном уровне.

В этом руководстве мы подробно разъясним основные различия между микропроцессорами и микроконтроллерами, их приложениями, а также некоторыми популярными микроконтроллерами и микропроцессорными продуктами, такими как Raspberry Pi, Beagleboard Black и Arduino.

Что такое микропроцессор?

В двух словах, микропроцессор представляет собой интегральную схему (ИС), которая отвечает за выполнение необходимых задач и инструкций компьютерной обработки.

Все компьютеры должны иметь по крайней мере один микропроцессор, который действует как центральный блок, который управляет и выполняет все логические задачи и инструкции.

Физически микропроцессор представляет собой многоцелевой кремниевый чип, который принимает двоичные данные в качестве входных данных, обрабатывает эти данные, а затем производит выходные данные в соответствии с инструкциями/программами, хранящимися в памяти.

Микропроцессор состоит из интегральных схем, которые могут содержать тысячи или более транзисторов. Чем больше транзисторов содержится в системе, тем мощнее вычислительные возможности.

Можно с уверенностью сказать, что микропроцессор является наиболее важным элементом любого компьютера.Без него компьютер просто не может выполнять свою функцию.

Задачей микропроцессора является выполнение вычислительных и логических операций, таких как сложение, вычитание, умножение, межпроцессное взаимодействие, обмен данными между устройствами, управление вводом/выводом и т.д.

Ключевой вывод: микропроцессор — это нечто маленькое (микро), которое обрабатывает данные, инструкции и задачи (процессор)

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллер — это компактная схема, предназначенная для управления или управления определенными операциями во встроенной системе — комбинация аппаратного и программного обеспечения, предназначенная для выполнения определенных функций, главным образом как часть более крупной системы.

Микроконтроллер обычно состоит из микропроцессора, устройств ввода/вывода (ввода/вывода) и памяти на одном кристалле. Можно сказать, что микроконтроллер — это отдельный компьютер, способный выполнять только определенные задачи (чаще всего только одну конкретную задачу) .

Сравните это с нашим ноутбуком, например, это «компьютер общего назначения», который может запускать тысячи различных программ. Чаще всего микроконтроллер может выполнять только одну конкретную программу, которая хранится в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), которое также интегрировано в систему микроконтроллера.

Как правило, мы не можем изменить эту программу. Микроконтроллеры обычно встраиваются внутрь другого устройства, поэтому они могут управлять определенными действиями устройства. Вот почему микроконтроллер часто называют «встроенным контроллером».

Отличия микропроцессора от микроконтроллера

После того, как мы обсудили основные определения микропроцессоров и микроконтроллеров, мы видим, что они сильно отличаются друг от друга, и эти термины не должны использоваться взаимозаменяемо.Чтобы обсудить далее, вот некоторые заметные различия между микроконтроллером и микропроцессором:

  • Микропроцессор состоит только из процессорного блока, в то время как микроконтроллер может включать в себя другие периферийные устройства, такие как ОЗУ, ПЗУ, ЭСППЗУ, устройства ввода-вывода и т. д. которые интегрированы всего в один чип микроконтроллера.
  • Обычно микроконтроллер меньше (всего лишь очень маленькая микросхема), а микропроцессор имеет тенденцию быть более громоздким и сложным.
  • Микропроцессор обычно намного дороже микроконтроллера.Микроконтроллер в основном изготавливается из полупроводниковых материалов на основе оксидов металлов, которые дешевле по сравнению с материалами на основе кремния, используемыми в микропроцессорах.
  • Средняя скорость микроконтроллеров составляет от 8 до 50 МГц, тогда как для микропроцессоров она может составлять около 1 ГГц и даже намного выше 3 ГГц. По скорости микропроцессор намного быстрее.
  • Микроконтроллер обычно потребляет меньше энергии по сравнению с микропроцессором и часто имеет режим энергосбережения (или режим ожидания).Микропроцессор не может все время простаивать, и существуют различные внешние устройства, которые должны работать вместе с микропроцессором, чтобы он работал точно.
  • Задачи и инструкции, выполняемые микроконтроллером, как правило, проще без каких-либо сложных структур, в то время как в микропроцессорах задачи могут быть очень сложными.
  • Микропроцессоры основаны на архитектурной модели фон Неймана, в которой программы и данные хранятся в одном и том же модуле памяти. С другой стороны, микроконтроллеры основаны на гарвардской архитектуре, в которой память данных и память программ разделены.

Применение микропроцессора по сравнению с микроконтроллером

Применение микропроцессора

Фактически мы можем найти по крайней мере один микропроцессор в любом устройстве, которое мы ежедневно используем: настольные ПК, ноутбуки, планшеты и даже ваш смартфон. Тем не менее, вот разбивка важных применений микропроцессоров в различных отраслях:

  1. В компьютерах
    • Как установлено, микропроцессоры являются мозгом любого компьютерного устройства от микрокомпьютеров и одноплатных компьютеров (SBC) до суперкомпьютеров
    • В настоящее время, мобильные устройства, такие как смартфоны или планшеты, также используют микропроцессоры для выполнения инструкций
    • Смарт-телевизоры, игровые приставки, видеомагнитофоны также используют микропроцессоры для выполнения сложных вычислений и различных других задач
  2. В бытовой технике
    • Смарт-приборы и устройства, такие как интеллектуальный термостат, интеллектуальный дверной звонок и интеллектуальная камера видеонаблюдения используют датчики, управляемые как минимум одним микропроцессором.Смарт-камера, например, имеет микропроцессор, который работает вместе с датчиками движения и звука, а также с самой камерой для записи и отображения видеоматериалов.
    • Холодильники премиум-класса, стиральные машины, кофеварки и другие подобные приборы также содержат микропроцессор.
  3. Транспортная промышленность
    • Современные автомобили и общественный транспорт используют микропроцессорную технологию, например, для доступа к системам GPS, регулирования их работы и т.д.
  4. Медицинская промышленность
    • Различные медицинские устройства управляются микропроцессорами для выполнения различных задач, таких как сбор информации с биосенсоров, анализ информации о состоянии здоровья пациентов и хранение данных.

Приложения для микроконтроллеров

Различные устройства и приборы полагаются на микроконтроллеры для выполнения конкретных операций, таких как:

  1. Бытовая техника : любые автоматические бытовые приборы, такие как микроволновая печь, стиральная машина и т. д.
  2. Медицинские инструменты: ЭКГ, Accu-check и др.
  3. Измерительные приборы: мультиметр, тестер тока, осциллографы и др.
  4. Устройства связи: смартфоны, автоответчики, телефоны , факс и т. д.
  5. Автомобили и транспорт: спидометр, система ABS и т. д.
  6. Другое оборудование: MP3-плеер, принтер, КПК и т. д.

Является ли Raspberry Pi микроконтроллером?

Распространенное заблуждение — называть популярный Raspberry Pi микроконтроллером (и в некоторых случаях некоторые люди могут ошибочно принять его за микропроцессор).Однако технически Raspberry Pi — это , а НЕ микроконтроллер, а правильнее называть его одноплатным компьютером или малым платным компьютером (SBC).

Что такое SBC?

С точки зрения непрофессионала, одноплатный компьютер — это полноценный компьютер, построенный всего на одной печатной плате. Это полностью автономный или встроенный компьютер, который сконструирован иначе, чем стандартные компьютеры общего назначения, и может интегрировать более одного микропроцессора, блоков памяти и периферийных устройств ввода-вывода (I/O).

SBC значительно отличается от микроконтроллера, главным образом из-за того, что SBC может выполнять более одной или двух конкретных операций и действовать как компьютер общего назначения. Однако SBC также может выступать в качестве микроконтроллера для контроля или управления определенными функциями, когда это необходимо.

Ниже мы обсудим некоторые популярные одноплатные компьютеры, доступные сегодня на рынке, их уникальные преимущества и недостатки, а также ключевые факты, которые вы, возможно, захотите узнать.

Raspberry Pi 4

Raspberry Pi 4, возможно, является одним из самых популярных одноплатных компьютеров, доступных сегодня, в основном благодаря своей универсальности, довольно полному набору функций и удивительно мощным возможностям.

Кроме того, Raspberry Pi 4 является одним из самых простых в использовании по сравнению с другими одноплатными компьютерами и имеет довольно небольшую кривую обучения. Это также связано с огромным сообществом Raspberry Pi с сотнями доступных проектов, от простых, таких как умные зеркала, до очень сложных, таких как планшеты и даже функциональные роботы.

Ключевые спецификации

  • Квадратный ядер 1,5 ГГц коры ARM-A72 CPU
  • Videocore VI GPU
  • Broadcom BCM2711 Система
  • 1/2/4 GB LPDDR4 RAM
  • 11101
  • 1/2/4 GB LPDDR4 RAM
  • 11111111111011 1/2/4 GB LPDDR4 RAM
  • 1111111111111111111011/2/4 GB LPDDR4
  • 1111111111111111111111101 1/2/4 GB LPDDR4.0, подключение Gigabit Ethernet
  • 2 порта micro-HDMI с поддержкой [защищенных электронной почтой] дисплеев через HDMI 2.0, порт дисплея MIPI DSI, порт камеры MIPI CSI, 4-полюсный стереовыход и порт композитного видео
  • 2 порта USB 3.0, 2 x USB 2.0
  • 40-контактный разъем GPIO для расширения
  • 5 В/3 А через USB-C, 5 В через разъем GPIO выход питания

Если вы хотите узнать больше о том, как использовать Raspberry Pi 4 в своем проекте, мы d рекомендую в качестве отправной точки книгу «Изучение Raspberry Pi: взаимодействие с реальным миром» Дерека Моллоя.

Я большой поклонник книг Дерека, потому что он использует инженерный подход в первую очередь , а не рецепт или хобби.

Beagleboard BeagleBone Black

BeagleBone Black, по общему признанию, является относительно новым одноплатным компьютером среди конкурентов и изначально разрабатывался как недорогой одноплатный компьютер с большим количеством операций ввода-вывода. Из-за огромного количества точек ввода-вывода и необузданной мощности этой платы я просто в восторге от нее!

Ключевые спецификации

  • AM335x 1 ГГц ARM® Cortex-A8 процессор
  • 512 DDR3 RAM
  • 4 Гб 8-битных EMMC на борту флэш-памяти
  • 3D графика ускоритель
  • NEON с плавающей точкой ускорителя
  • 2x ФУ 32- битовые микроконтроллеры
  • USB-клиент для питания и связи
  • USB-хост, Ethernet, возможность подключения HDMI
  • 2x 46-контактных разъема для расширения

Я бы порекомендовал Exploring BeagleBone: Tools and Techniques, снова написанный Дереком Моллоем, если хотите чтобы узнать больше о BeagleBone SBC, и особенно о BeagleBone Black.

Arduino Mega 2560

Arduino и Raspberry Pi часто путают друг с другом по нескольким причинам. Оба они являются двумя из самых популярных SBC, доступных сегодня, они оба начинались как доступное бюджетное оборудование и обучение STEM, и они очень похожи друг на друга.

Однако на самом деле они сильно отличаются друг от друга на уровне архитектуры.

Arduino основан на микроконтроллерах, в то время как Raspberry Pi на самом деле представляет собой микропроцессор, интегрированный со встроенной оперативной памятью и другими периферийными устройствами.

Arduino, возможно, проще в использовании, чем Raspberry Pi, для создания электронных прототипов, но Pi более универсален и может использоваться как полноценный настольный компьютер.

Основные характеристики

  • Микроконтроллер ATMega 2560
  • Рабочее напряжение 5 В
  • Рекомендуемое входное напряжение 7–12 В, нижний и верхний пределы 6–20 В
  • 16 контактов аналогового входа
  • 20 мА постоянного тока на контакт ввода/вывода
  • 50 мА постоянного тока на 3.Контакт 3 В
  • 256 КБ флэш-памяти, 8 КБ SRAM, $ КБ EEPROM
  • Тактовая частота 16 МГц
  • 13 светодиодов
  • 52 мм Д x 53,3 мм Ш
  • 37 граммов
  • 3 при создании ваших электронных проектов я бы рекомендовал

    Заключение

    Как мы видим, между микроконтроллерами и микропроцессорами есть некоторые основные различия, начиная от их основных концепций и заканчивая приложениями. Кроме того, мы также узнали, что одноплатные компьютеры (SBC) могут быть основаны на микроконтроллерах (Arduino) и могут быть в основном микропроцессорами (Raspberry Pi).

    Микроконтроллер обычно намного дешевле микропроцессора, но в то же время обычно предназначен только для одной конкретной цели. С другой стороны, микропроцессор более универсален и может сам по себе питать полноценный настольный компьютер.

    Однако микропроцессору необходимы внешние периферийные устройства, такие как устройства ввода-вывода, ОЗУ, ПЗУ и т. д., хотя эти устройства обычно являются встроенными и интегрируются с микросхемой микропроцессора.

    Заключительные слова…

    Надеюсь, вам понравилась эта статья, в которой микропроцессор противопоставляется микроконтроллеру.Я подумал, что здесь также уместно обсудить SBC, поскольку их часто путают.

    Если вы еще этого не сделали, я призываю вас стать участником сайта. PLCGurus.NET быстро становится одним из крупнейших и быстрорастущих сообществ профессиональных инженеров, техников и технологов, разделяющих страсть к промышленной автоматизации и системам управления.

    Регистрация есть и всегда будет полностью бесплатной. Зарегистрируйтесь здесь!

    Кроме того, загляните на наш канал YouTube, чтобы посмотреть отличные видео… и не забудьте поставить лайк и подписаться на наш канал! Если вам понравилась эта статья, обязательно ознакомьтесь с некоторыми из следующих полезных материалов:

    Наконец, если вы столкнетесь с какими-либо проблемами в своей повседневной инженерной деятельности, обязательно посетите наш живой и интерактивный форум по ПЛК!

    И, если хотите, помогите другим членам сообщества, отвечая или предлагая полезную информацию на вопросы или проблемы, с которыми они могут столкнуться прямо сейчас! Спасибо за чтение.

    Что такое двигатель микроконтроллера? (с картинками)

    Двигатель с микроконтроллером обычно представляет собой электрический двигатель, управляемый микроконтроллером, который обычно представляет собой компьютер с одной печатной платой с микропроцессором, памятью и интерфейсными компонентами. Вместе с одноплатным компьютером мотор микроконтроллера используется в стандартных и встраиваемых системах. Помимо двигателя микроконтроллера, другие устройства, которыми может управлять микроконтроллер, включают электромагнитные приводы, клапаны и реле.Одноплатный компьютер очень распространен во многих приложениях, требующих небольшой или средней степени автоматизации.

    Встроенный одноплатный компьютер лучше всего подходит для приложений, не требующих интенсивного компьютерного управления.Примеры встроенных систем включают устройства защиты и безопасности. Существует неограниченный потенциал применения встроенных системных решений к существующим системам и продуктам. В любой ситуации, когда может помочь искусственный интеллект, можно использовать встроенные одноплатные компьютеры. Многие одноплатные компьютеры уже внедрены во всевозможные гаджеты и бытовую технику.

    Двигатель с микроконтроллером — популярный проект среди любителей и энтузиастов, потому что связанное с ним механическое движение позволяет легко оценить взаимодействие компьютера и машины.Двигатель микроконтроллера может быть либо стандартным постоянно вращающимся двигателем постоянного тока (DC), либо шаговым двигателем. Шаговые двигатели, которые представляют собой двигатели с дискретным угловым смещением, которые поворачиваются на определенный угол за раз, полезны для механизмов позиционирования, таких как принтеры и сканеры.

    Роботизированные проекты обычно используют двигатель микроконтроллера.Проекты Arduino™, представляющие собой одноплатные компьютеры с отдельными компонентами и платами, могут поставляться полностью собранными. Большинство людей используют языки программирования, такие как Универсальный символьный код инструкций для начинающих (BASIC) или Java™, для выполнения простых и средних сложных операций. Контроллер периферийного интерфейса (PIC) — это микроконтроллер, который использует меньше команд в своем наборе инструкций, и он также известен как микроконтроллер компьютера с сокращенным набором команд (RISC).

    Общим компонентом микроконтроллера является микропроцессор, который состоит из регистров или 8-, 16- или 32-разрядной памяти для хранения одного слова.В то время как микропроцессор имеет внутреннюю шину данных, которая соединяет между собой все регистры, внешняя шина данных соединяет его с энергозависимой и энергонезависимой памятью, такой как оперативная память для чтения/записи (RAM) и оперативная постоянная память (RA). -ПЗУ). Серийно выпускаемые микропроцессоры имеют предопределенный набор команд. Схема тактового генератора процессора регулярно выбирает новую инструкцию из места, основанного на предыдущей инструкции. Если предыдущая команда была инструкцией перехода, следующий адрес в памяти для выполнения зависит от предыдущих аргументов.

    Что внутри микроконтроллера? | Бесплатный видеоурок

    • Программировать микроконтроллеры на языке программирования C.
    • Используйте периферийные устройства с таймером
    • Используйте коммуникационные периферийные устройства
    • Используйте периферийные устройства аналого-цифрового преобразователя
    • Используйте жидкокристаллический дисплей (LCD)
    • Используйте MSP430 для разработки встроенных систем

    Английский [Авто] С возвращением, и в этом разделе мы собираемся узнать немного больше о том, что находится внутри микроконтроллера. включая такие вещи, как телефоны и смарт-часы, автомобили и игрушки.Однако, в отличие от других типов компьютерных микросхем, микроконтроллеры являются программируемыми. То есть, как разработчик, вы можете сказать микроконтроллеру, что вы хотите, чтобы он делал, дав специальный набор инструкций. С помощью этих инструкций микроконтроллеры могут служить мозгом электронных устройств, сообщая устройствам, как вести себя в том же разделе. Мы также видели, как микроконтроллеры выглядят как другие компьютерные чипы. Микроконтроллеры находятся в пластиковых корпусах черного цвета. На обеих сторонах монеты все еще есть маленькие штифты или соединения, торчащие из черных пакетов для связи с внешним миром.Они бывают разных форм и размеров, каждый из которых предназначен для оптимизации размера, простоты обращения и количества контактов или соединений. Здесь мы показываем вам блок-схему или высокоуровневое представление того, что вы найдете внутри микроконтроллера. Вверху находится компонент, который называется центральным процессором или ЦП, иногда его называют ядром, но это скорее сленговый термин. Именно ЦП выполняет фактическую обработку информации и инструкций в микроконтроллере.Если микроконтроллер — это мозг встроенной системы, вы можете думать о ЦП как о головном мозге мозга, процессорах ЦП, инструкциях для вашей программы. Сама программа хранится в блоке, который называется Программа памяти. Рядом с микроконтроллером должно быть место для хранения информации, которую он собирает или обрабатывает, например, он может хранить. Помните, если кнопка нажата, состояние выхода, возможно, самая последняя измеренная температура. Вся эта информация хранится в блоке, называемом памятью данных.Наконец, у микроконтроллеров есть функциональный блок, называемый периферией. В отличие от памяти программ и данных, не существует стандартного или общепринятого определения периферийного устройства. На данный момент мы просто скажем, что это блок, который содержит все дополнительные функции, которые микроконтроллер использует для выполнения своей работы. Пока у нас есть эта блок-схема микроконтроллера, это хорошая возможность графически показать различия между микроконтроллерами и микропроцессорами.Микропроцессоры обычно не имеют внутренней запрограммированной памяти и полагаются на внешнюю твердотельную память или магнитный жесткий диск для хранения программ. Некоторые микропроцессоры имеют очень небольшой объем памяти данных, часто называемый кэшем, однако микропроцессоры обычно полагаются на внешнюю интегральную схему или компьютерный чип для хранения большей части своей памяти данных. Наконец, микропроцессоры обычно не содержат периферийных устройств, которые находятся внутри микроконтроллера. Ну а остальные? Что ж, поскольку микропроцессор содержит только центральный процессор, остальные функциональные блоки обычно добавляются в систему с помощью внешних интегральных схем.Взгляните на эту интегральную плату. Выделенная интегральная схема представляет собой микропроцессор. Остальные интегральные схемы представляют собой компьютерные микросхемы, обеспечивающие микропроцессор своей программой памяти данных, памятью и периферийными устройствами. Вот пример печатной платы, в которой используется микроконтроллер. Опять же, мы видим, что микроконтроллер по существу стоит сам по себе и содержит почти все необходимые схемы, чтобы выполнять свою роль мозга встроенной системы. Мы говорим, что микроконтроллер более интегрирован, чем микропроцессор.Такой высокий уровень интеграции может снизить общую стоимость встроенной системы. Но интеграция дополнительных функций в микроконтроллер означает, что определенные версии микроконтроллера могут быть непригодны для использования в других приложениях. Идеальный микроконтроллер для стиральной машины может плохо работать в кофеварке. По этой причине некоторые компании будут разрабатывать сотни различных версий микроконтроллеров. Таким образом, вы можете выбрать микроконтроллер для своей встроенной системы, который лучше всего подходит для памяти и функций, которые вам нужны.Просто помните, микроконтроллеры состоят из четырех основных компонентов: ЦП, программы, памяти, памяти данных и периферийных устройств, выполняющих дополнительные функции. ЦП является относительно сложным компонентом, и мы уже достаточно знаем о нем, чтобы обойтись. Но для тех, кто заинтересован, бонусный раздел включен в ЦП в конце раздела. Далее мы подробно рассмотрим различные типы программной памяти микроконтроллера.

    Микроконтроллер и его типыНекоторые микроконтроллеры могут работать с тактовой частотой и использовать четырехбитные выражения. Поскольку многие устройства, которыми они управляют, работают от батарей, микроконтроллеры часто должны быть маломощными. Микроконтроллеры используются в самых разных продуктах, включая бытовую электронику, автомобильные двигатели, компьютерную периферию, контрольно-измерительное оборудование. Они также хорошо подходят для длительного использования батареи. Подавляющее большинство используемых сегодня микроконтроллеров встроено в другие устройства.

    Работа микроконтроллера:

    Чип микроконтроллера — это быстродействующее устройство, но медленное по сравнению с компьютером.В результате каждая команда будет быстро выполняться внутри микроконтроллера. Кварцевый генератор включается и регистрируется через логическую схему управления после подачи питания. Паразитные конденсаторы будут перезаряжаться в течение нескольких секунд, пока идет ранняя подготовка. Как только уровень напряжения достигает своего максимального значения и частота генератора стабилизируется, операция записи битов через регистры специальных функций становится стабильной. Все управляется CLK генератора, и вся электроника начнет функционировать.Все это происходит за наносекунды.

    Основная роль микроконтроллера заключается в том, что его можно рассматривать как автономную систему с процессорной памятью. Его периферийные устройства можно использовать так же, как и микроконтроллер 8051. Большинство микроконтроллеров, используемых сегодня, встроены в другие типы оборудования, такие как телефоны, бытовые приборы, транспортные средства и периферийные устройства компьютерных систем.

    Типы микроконтроллеров:
    • ЦП: Микроконтроллер называется устройством ЦП, поскольку он используется для переноса и декодирования данных перед тем, как эффективно выполнить возложенную на него задачу.Все компоненты микроконтроллера подключены к определенной системе с использованием центрального процессора. ЦП может декодировать инструкции, извлеченные из программируемой памяти.
    • Память: Микросхема памяти микроконтроллера работает аналогично микропроцессору в том смысле, что в ней хранятся все данные, а также программы. Микроконтроллеры имеют ограниченное количество ОЗУ/ПЗУ/флеш-памяти для хранения исходного кода программы.
    • Порты ввода и вывода: Обычно эти порты используются для подключения или иного управления различными устройствами, такими как светодиоды, ЖК-дисплеи, принтеры и т. д.
    • Последовательные порты: Последовательные порты используются для создания последовательных интерфейсов между микроконтроллером и рядом дополнительных периферийных устройств, таких как параллельный порт.
    • Таймеры: Таймеры и счетчики входят в состав микроконтроллера. В микроконтроллере они используются для управления всеми операциями синхронизации и подсчета. Основная функция счетчика заключается в подсчете внешних импульсов, тогда как таймеры, среди прочего, выполняют задачи синхронизации, производство импульсов, модуляцию, измерение частоты и колебания.
    • АЦП (аналого-цифровой преобразователь): АЦП — это аббревиатура от «Автоматизированный сбор данных» (аналого-цифровой преобразователь). Аналого-цифровой преобразователь сокращенно АЦП. Основной функцией АЦП является преобразование аналоговых сигналов в цифровые. Требуемые входные сигналы для АЦП являются аналоговыми, а результирующий цифровой сигнал используется в различных цифровых приложениях, таких как измерительное оборудование.
    • Интерпретация управления: Этот контроллер используется для обеспечения отложенного управления работающим приложением с внутренней или внешней интерпретацией.
    • Блок со специальными функциями: Специальный функциональный блок включен в некоторые специальные микроконтроллеры, созданные для конкретных устройств, таких как роботы и космические системы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.