Микроконтроллеры виды: Микроконтроллеры. Устройство и особенности. Применение

Ширина шины относится к количеству параллельных линий, проводов или соединений, присутствующих в указанной шине. Увеличение ширины шины микроконтроллера увеличивает его точность и общую производительность микроконтроллера. По ширине шины микроконтроллеры делятся на 8-битные, 16-битные и 32-битные микроконтроллеры.

Ширина шины таких микроконтроллеров составляет 8 бит (1 байт). Это означает, что он может передавать и обрабатывать 8-битные данные за один цикл. Основное препятствие, которое он создает, заключается в математических операциях, потому что его ALU (арифметико-логический блок) также является 8-битным. Для обработки больших данных, например, 16-битных, он использует несколько циклов для выполнения простой математической функции. Это приводит к плохой работе всей логической схемы.

Еще одна ключевая особенность 8-битного микроконтроллера — это таймер. 8-битный таймер имеет максимальный диапазон от 0x00 (0) до 0xFF (255). Это может привести к неточности при создании функций задержки времени.

Некоторые из распространенных 8-битных микроконтроллеров — это семейства Intel 8031/8051, PIC1x и Motorola MC68HC11.

Ширина шины такого микроконтроллера составляет 16 бит (2 байта). Он может передавать и обрабатывать данные размером 16 бит за один цикл.Его 16-битный ALU более эффективен по производительности по сравнению с 8-битным микроконтроллером. А его 16-битный таймер обеспечивает широкий диапазон от 0x0000 (0) до 0xFFFF (65535), что обеспечивает лучшую точность по затратам для любого приложения или проектов, требующих функций таймера.

Типичными примерами 16-разрядных микроконтроллеров являются семейства 8051XA, PIC2x, Intel 8096 и Motorola MC68HC12.

32-битный микроконтроллер имеет ширину шины 32 бита или 4 байта.Производительность и точность такого микроконтроллера выше, чем у 16-битного микроконтроллера, но они также дороги и потребляют много энергии.

Его более высокая скорость обработки делает его лучшим кандидатом для выполнения сложных задач, таких как обработка аудио и видеосигналов, обработка изображений и т. Д. Он также может поддерживать несколько периферийных устройств, необходимых для любых проектов или приложений встроенных систем, таких как Ethernet, универсальная последовательная шина. (USB), универсальные асинхронные приемопередающие устройства (UARTS) и шина сети контроллеров (CAN).

Распространенными 32-битными микроконтроллерами являются семейство Intel / Atmel 251, PIC3x.

Микроконтроллер также подразделяется на два типа на основе основных блоков памяти.

В микроконтроллере такого типа все основные блоки или модули памяти встроены в единый корпус. Некоторые из этих функциональных блоков — это память программ и данных, таймеры и счетчики, прерывания и т. Д.Эти блоки памяти являются фиксированными и не являются расходными материалами, но микроконтроллер, имеющий функцию поддержки внешних ПЗУ, может расширить свою память для хранения. Они компактны по конструкции.

В микроконтроллере такого типа нет одного из основных блоков памяти внутри микросхемы, и для правильной работы он должен быть подключен извне. Использование внешних модулей увеличивает габариты всего устройства.

Набор команд или архитектура набора команд (ISA) является частью микроконтроллера, которая дает команду микропроцессору для выполнения определенной функции.Набор команд включает режимы адресации, инструкции, типы данных, регистры, прерывания и внешний ввод-вывод.

Вот некоторые примеры инструкций в микроконтроллере; чтение, запись, копирование / перемещение, сложение, вычитание, умножение, деление, увеличение, уменьшение, сравнение, вызов адреса и т. д.

Сложный набор команд состоит из комбинации нескольких команд, то есть для выполнения сложной команды; микроконтроллер должен выполнять различные простые инструкции.Этот набор инструкций используется для инструкций, которые содержат несколько шагов, включая использование нескольких функциональных блоков. Одной из сложных функций микроконтроллера является перемещение данных в и из нескольких регистров, копирование строк данных, квадратный корень, журнал, синус и т. Д.

В соответствии с набором команд микроконтроллеры подразделяются на два типа;

ЦП микроконтроллера такого типа предназначен для выполнения одной сложной команды.Он может выполнять несколько инструкций или шагов, используя одну инструкцию. Достоинством микроконтроллера CISC является его малогабаритность программы. Но из-за большого размера его набора команд со многими режимами адресации для выполнения требуется несколько машинных циклов, что приводит к увеличению времени выполнения. Другая проблема — параллельное выполнение инструкции, которое невозможно в CISC.

Этот тип ЦП микроконтроллера предназначен для выполнения небольших простых инструкций.Поскольку для выполнения одной инструкции требуется один машинный цикл, количество инструкций может быть уменьшено для выполнения сложной задачи с более высокой скоростью, чем CISC. Размер его набора команд невелик, а программный код, написанный для таких микроконтроллеров, обычно очень длинный и состоит из многих строк.

Архитектура микроконтроллера — это набор правил, которые определяют функциональность и реализацию микроконтроллера.

Программная память (ПЗУ) используется для хранения и доступа к коду или инструкции. В то время как память данных (RAM) используется для хранения и доступа к данным, используемым этими инструкциями. Существует два типа архитектуры, которые отличаются друг от друга на основе использования одной или отдельной памяти для этих данных и инструкций.

Микроконтроллер на основе архитектуры Гарварда имеет физически отдельную память для программного кода (инструкций) и данных, известную как память программ и память данных соответственно.Таким образом, у них есть отдельные автобусные линии, и к ним можно получить доступ одновременно. Следовательно, микроконтроллер на основе гарвардской архитектуры может выполнять инструкции за один машинный цикл.

Из-за двух физически отдельных шинных линий сложность конструкции микроконтроллера и стоимость разработки возрастают. Чаще всего они используются в современных микроконтроллерах и устройствах цифровой обработки сигналов.

Архитектура фон Неймана или Принстона предлагает использовать единую память как для хранения программ, так и для хранения данных.Эта концепция была предложена математиком Фон Нейманом в 1945 году. На сегодняшний день это самая используемая архитектура для всех компьютеров, настольных компьютеров и ноутбуков.

Для доступа к данным и получения инструкций требуется только одна шина. Таким образом, обе операции нельзя выполнять одновременно, и они должны быть запланированы. Вот почему микроконтроллеру на основе архитектуры фон Неймана требуется два машинных цикла для выполнения инструкции. Поскольку он использует систему с одной шиной, его конструкция проста, а производство очень низкое по сравнению с архитектурой Гарварда.

PIC — это аббревиатура контроллера периферийного интерфейса, основанная на архитектуре Гарварда. Он в основном используется для разработки систем встроенной электроники в транспортных средствах, робототехнике, медицинских устройствах, торговых автоматах, офисных машинах и различных других устройствах. Это семейство микроконтроллеров, созданных по технологии Microchip. Его можно легко запрограммировать с помощью программного обеспечения, используя язык ассемблера, C или базовый C для выполнения конкретной задачи.

Он имеет высокопроизводительный процессор RISC (компьютер с сокращенным набором команд) с флэш-памятью или памятью программ и памятью данных. Программная память EEPROM (электрически стираемая программируемая постоянная память) является перепрограммируемой памятью. Поскольку это базовая архитектура Гарварда, она имеет отдельную память программ и память данных, что увеличивает скорость ее обработки.

Большинство PIC имеют свой внутренний генератор обычно 8 МГц или 16 МГц . Они доступны в версиях 8-бит , 16-бит и их последние модели в 32-битной шине данных шириной .Набор команд микроконтроллеров PIC варьируется от 35 инструкций в микроконтроллерах низкого уровня до 80 команд в микроконтроллерах высокого уровня. Ширина набора программных команд может составлять 12, 14, 16 и 24 бита. Это зависит от семейства и модели микроконтроллера PIC. Они доступны в корпусах SMD (устройство для поверхностного монтажа) и DIP (двухрядный корпус), содержащих от 6 до 144 контактов.

Благодаря низкой стоимости, низкому энергопотреблению и высокой скорости они используются почти в каждом электронном устройстве.

Самый распространенный тип микроконтроллера PIC — PIC 16F877A . Ниже приведены некоторые из наиболее характерных особенностей PIC16F877A ;

• Это 40-контактная ИС в DIP-корпусе с 33 контактами для ввода / вывода.
• Нет внутреннего генератора, поэтому внешний генератор является обязательным для генерации тактового сигнала.
• Поскольку внутренние часы отсутствуют, использование внешних часов с частотой до 20 МГц приводит к более быстрой работе.
• Он имеет меньший набор инструкций из 35.
• Он имеет 8-битный АЦП с 8 каналами для одновременного подключения 8 аналоговых входов.
• Он имеет 3 таймера, включая два 8-битных таймера и один 16-битный таймер.
• Функция спящего режима обеспечивает сверхнизкое энергопотребление для продления срока службы батареи.
• Рабочее напряжение от 4,2 до 5,5 В.

8051 — самый распространенный и дешевый микроконтроллер, произведенный корпорацией Intel в 1981 году.Он основан на Гарвардской архитектуре CISC для раздельной памяти программ и данных. Наиболее заметные особенности микроконтроллеров 8051:

• Это 8-битный микроконтроллер, доступный в 40-контактном DIP-корпусе (двухрядный корпус).
• Он имеет 4 Кбайт программируемого ПЗУ на кристалле для хранения программного кода.
• Он имеет 128 байт встроенной оперативной памяти для временного хранения данных. Однако его можно расширить за счет использования внешней памяти до 64 КБ.
• 32 из 40 контактов являются контактами ввода / вывода, которые разделены на четыре параллельных 8-битных порта.& каждый из этих битов программируется и доступен.
• Имеет 2 16-битных таймера / счетчик и 2 внешних прерывания.
• Он также может иметь различные специальные функции, такие как UART, АЦП, операционный усилитель и т. Д.
• Программа для 8051 написана на языке C, который конвертируется в язык ассемблера для понимания микроконтроллером

Микроконтроллер 8051 обычно используется в проектах по электронике в основном в учебных целях. Он используется для выполнения определенных задач, таких как пожарная сигнализация, измерение температуры, управление двигателем, автомобили, приложения для светочувствительности и приложение, управляемое RTC.

AVR означает RISC-процессор Альфа и Вегарда, потому что он был впервые разработан норвежскими студентами Альф-Эгилем Богеном и Вегардом Волланом. Это семейство микроконтроллеров, разработанных Atmel с 1996 года и микрочипов с 2016 года.

Оно основано на модифицированной архитектуре Гарварда, которая предлагает отдельное место для хранения программ и данных. AVR имеет очень высокую скорость по сравнению с микроконтроллером PIC или 8051.

Микроконтроллеры AVR обычно доступны в следующих семействах;

• TinyAVR
• MegaAVR
• XMEGAAVR
• AVR для конкретных приложений
• 32-битный AVR

Наиболее распространенные микроконтроллеры AVRmegaAVR относятся к семейству микроконтроллеров MegaAVR. & ATmega64.Разница между этими микроконтроллерами заключается в их флеш-памяти размером 16 КБ, 32 КБ и 64 КБ, идентифицируемых по последнему номеру в их имени.

Общей чертой микроконтроллеров AVR ATmega32 являются:

• Это 8-битный микроконтроллер с 40 контактами DIP (двухрядный корпус).
• Общее количество входных / выходных контактов составляет 32, которые разделены на четыре 8-битных порта.
• Он имеет встроенную перепрограммируемую флеш-память объемом 32 КБ с ОЗУ 1 КБ для данных.
• Он содержит 3 таймера / счетчика, включая два 8-битных таймера и один 16-битный таймер.
• 10-разрядный АЦП с 8 аналоговыми каналами.
• Имеет 4 канала ШИМ для генерации импульсов.
• Он имеет внутренний генератор на 8 МГц, который можно уменьшить.
• Самый популярный AVR из-за его высокой скорости и низкой стоимости среди студентов и любителей.

Связанное сообщение: Разница между аналоговой и цифровой схемой — цифровая и аналоговая

ARM — это аббревиатура от Advanced RISC Machine и семейство ядер микропроцессоров, доступных как в Гарварде, так и в Гонконге. Архитектура на основе Неймана.Архитектура Гарварда имеет отдельные шины для доступа к программной (ПЗУ) и памяти данных (ОЗУ), в то время как архитектура фон Неймана использует одну память для обоих, что снижает скорость. В основном ядра ARM — это микропроцессоры, предназначенные для использования в таких микросхемах, как микроконтроллеры.

Процессор ARM основан на архитектуре RISC, которая обеспечивает быстрое выполнение инструкций. Они являются популярным выбором для широкого использования в потребительских портативных электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, планшеты, мультимедийные плееры и другие носимые устройства.

Существуют различные типы процессоров ARM, специально разработанные для различных целей;

Cortex-A: Эти процессоры созданы для передовых операционных систем и обеспечивают наилучшую производительность;

Cortex-R: Эти процессоры имеют быстрое время отклика, поэтому они используются для приложений реального времени.

Cortex-M: Процессор Cortex-M специально создан для микроконтроллеров,

• Наиболее распространенным типом микроконтроллеров ARM является ARM Cortex-M.
• Это семейство процессоров ARM, созданных для микроконтроллеров с различной скоростью обработки.
Процессор
• Cortex M0 (на основе архитектуры фон Неймана) предлагает низкую скорость при очень низкой стоимости, в основном используется в платах для разработки.
• В то время как его улучшенные модели, такие как Cortex-M3 (на основе архитектуры Гарварда), используются в известных платах Adruino.
• Это 32-битный RISC-процессор.
• Он энергоэффективен и имеет более высокую производительность.

RENESAS означает Renaissance Semiconductor для передовых решений и предлагает микропроцессоры и микроконтроллеры с лучшими характеристиками в дополнение к сверхнизкому энергопотреблению и компактной упаковке.

Благодаря наличию самого большого диапазона емкости памяти и количества выводов, они используются в различных передовых встроенных приложениях для управления автомобилем. Микроконтроллеры семейства RL78 и RX наиболее популярны, где первые используются из-за низкого энергопотребления, а вторые известны своей высокой производительностью.

Некоторые из наиболее заметных особенностей микроконтроллеров семейства RENESAS RL78 и RX;

• Они основаны на Гарвардской архитектуре CISC для обеспечения высокой производительности.
• Семейство RL78 доступно в 8-битном и 16-битном микроконтроллере, а RX — в 32-битном микроконтроллере.
• Семейство RL78 представляет собой микроконтроллер с низким энергопотреблением, в то время как RX предлагает высокую производительность и эффективность.
• Количество выводов для семейства RL78 варьируется от 20 до 128 выводов, в то время как микроконтроллеры RX доступны в корпусах от 48 до 176 выводов.
• Флэш-память также масштабируется с 16 КБ до максимальных 512 КБ для RL78 и 32 КБ до 2 МБ для микроконтроллеров семейства RX.
• Объем оперативной памяти в семействе RX составляет от 2 до 128 КБ.

Связанное сообщение: Разница между инвертором и ИБП — источник бесперебойного питания

Микроконтроллеры могут использоваться для выполнения любой задачи путем сопряжения датчиков, приводов, двигателей и устройств и т. Д. используется в приложениях на базе встроенных систем для автоматического управления конкретной задачей. Ниже приведены некоторые применения микроконтроллеров;

• Смартфоны и портативные мобильные устройства
• Автомобили
• Камеры
• Приборы
• Обнаружение пожара, охранная сигнализация и устройства безопасности (включая датчик температуры и дыма)
• Электронные измерительные приборы
• Бытовые приборы, такие как микроволновая печь, сигнализация часы, стиральные машины, кондиционеры.
• Промышленная автоматизация (конвейерные ленты, сортировка, роботы для сбора и размещения и т. Д.)
• Промышленные контрольно-измерительные приборы и измерительные приборы, такие как вольтметры и измерители тока, устройства обнаружения, контроля и сортировки,
• Устройства связи
• Приложения для управления двигателями
• Тестирование и измерение
• Медицинские приборы, такие как глюкометр, аппарат для измерения артериального давления, МРТ, КТ и рентгеновские аппараты и т. Д.

Связанные сообщения:

Типы микроконтроллеров (2021) — HardwareBee

В современном мире большая часть автоматизируются приборы, а также промышленное управление.Чтобы системы работали независимо, необходима эффективная система управления. Микроконтроллеры удовлетворяют потребность в системе управления. Эта система управления обладает всеми функциями, которые могут использоваться в малогабаритной системе автоматизации.

Поскольку мы знаем, что для разных приложений могут потребоваться различные типы микроконтроллеров в зависимости от требований, таких как память, количество устройств сопряжения, скорость обработки и т. Д. Итак, в этой статье представлен обзор различных типов микроконтроллеров, что такое различие между разными типами микроконтроллеров и то, какие приложения могут быть нацелены с помощью разных микроконтроллеров.

Типы микроконтроллеров

Микроконтроллеры классифицируются в зависимости от ширины шины, набора команд и структуры памяти. Для одного и того же семейства может существовать несколько форм из разных источников. В этой статье будут рассмотрены некоторые из основных категорий микроконтроллеров, о которых новые пользователи могут не знать. На рисунке 1 показаны некоторые основные типы микроконтроллеров.

Рисунок 1. Общие типы микроконтроллеров

8051 Микроконтроллер

В 1981 году Intel представила микроконтроллер 8051.Микроконтроллер 8051 представляет собой 40-контактное интегрированное устройство с двойным встроенным корпусом (DIP), RAM-128 байт, ROM-4kb и 16-битные 2 таймера. Он имеет четыре параллельных 8-битных порта, которые можно адресовать и настроить в соответствии с потребностями. Поскольку она соединяет все устройства с центральным процессором, системная шина имеет решающее значение в конструкции микроконтроллера 8051. Системная шина состоит из 8-битной шины данных, 16-битной адресной шины и сигналов управления шиной. Системная шина также может использоваться для подключения других компонентов, таких как порты, память, управление прерываниями, последовательный интерфейс, ЦП и таймеры.

В микроконтроллере 8051 Vcc связан с контактом 40, а Vss связан с контактом 20, который поддерживается на уровне 0 В. Также имеются порты ввода и вывода от P1.0 до P1.7, включая функцию открытого стока. Port3 предлагает дополнительные функции. Вывод 36 — это открытый сток, а вывод 17 — это транзистор с внутренним подтягиванием внутри микроконтроллера.

Когда логическая 1 применяется к порту 1, логическая 1 применяется к порту 21, и наоборот. Контакт 9 подключен к контакту RESET, связанному с конденсатором.Когда переключатель включен, конденсатор начинает заряжаться, и RST становится высоким. Высокий уровень сигнала на контакте сброса сбрасывает микроконтроллер. Когда к этому выводу подается логический ноль, программа начинает выполнение с самого начала.

Программирование микроконтроллера довольно сложно. По сути, мы создаем программу на C, которая затем преобразуется на машинный язык, понятный микроконтроллеру.

Архитектура микроконтроллера 8051

Базовая архитектура микроконтроллера 8051 показана на рисунке 2.

Рисунок 2: Блок-схема микроконтроллера 8051

Характеристики микроконтроллера 8051

Посмотрев на блок-схему, мы можем перечислить ряд функций для микроконтроллеров 8051, которые включают Встроенная оперативная память (RAM), постоянная память (ROM), последовательные порты для связи с другими устройствами, возможность установки внешнего генератора для различных частотных диапазонов, время и счетчики, которые могут использоваться для регистрации событий, прерывания также включены которые можно использовать для принятия решения на основе различных событий.

Микроконтроллеры AVR

«Advanced Virtual RISC» — это аббревиатура микроконтроллера AVR, а микроконтроллер — сокращенное название. Корпорация Atmel выпустила микроконтроллер AVR в 1996 году. Он имеет две основные архитектуры: (i) Гарвардская архитектура, которая имеет разные шины для управления данными и инструкциями, в то время как (ii) фон Нейман имеет единую общую шину как для данных, так и для памяти программ, что делает его работать медленнее. По сравнению с другими характеристиками, такими как спящий режим6, встроенный АЦП (аналоговый цифровой преобразователь), внутренний генератор и последовательное соединение данных, функции микроконтроллера выполняют инструкции за один рабочий цикл.Эти микроконтроллеры работают очень быстро и потребляют меньше энергии для работы с различными методами энергосбережения. Доступны варианты микроконтроллеров AVR с различной длиной бит, которые включают 8-, 16- и 32-битные шины, а вариант семейства AVR под названием ATmega8, ATmega16 и т. Д.

Существует три основных типа Доступны микроконтроллеры AVR, включая XmegaAVR, MegaAVR и TinyAVR.

• Микроконтроллер Xmega AVR — это микроконтроллер Xmega AVR.
Микроконтроллер
• Mega AVR известен своими многочисленными интегрированными компонентами, отличной памятью и текущими приложениями.
• Крошечный микроконтроллер AVR используется для множества простых целей.

Архитектура микроконтроллера Atmel AVR

На рисунке 3 показана блок-схема микроконтроллера Atmel AVR

Блок-схема Atmel: Микроконтроллер AVR

Характеристики микроконтроллера AVR

Характеристики микроконтроллеров AVR включают 8-битный микроконтроллер и высокопроизводительную обработку данных, он использует архитектуру RISC, в которой используется одноцикловое выполнение, инструкции с двойным адресом и 32 регистра общего назначения.AVR также можно запрограммировать, пока они находятся на кристалле. Эти контроллеры имеют эффективную плотность кода для языка C, а также потребляют мало энергии.

Микроконтроллер PIC

PIC, изобретенный в 1993 году универсальным инструментом для микроэлектроники, представляет собой контроллер периферийного интерфейса. PIC — это самый маленький микроконтроллер в мире, который можно запрограммировать для выполнения широкого круга задач. Программа-мастер схемы может выполнять это программирование и процедуру моделирования микроконтроллера.Микроконтроллер PIC состоит из ИС и имеет архитектуру ЦП, ОЗУ, ПЗУ, таймеров, счетчиков и протоколов, таких как SPI и UART. Приложения микроконтроллеров включают промышленные приложения. Этот микроконтроллер предлагает преимущество низкого энергопотребления, высокой эффективности, аппаратных и программных инструментов, таких как симуляторы, компиляторы, отладчики и т. Д. Микроконтроллеры PIC входят в новые приложения, такие как мобильные телефоны, аудио аксессуары, периферийные устройства для видеоигр и сложное медицинское оборудование.

Архитектура микроконтроллера PIC

На рисунке 4 показана архитектура микроконтроллера PIC

Рисунок 4: Схема блок-схемы микроконтроллера PIC

0 Типы микроконтроллера

0

Преимущества микроконтроллеров

Существуют различные преимущества микроконтроллеров, которые позволяют нам использовать их для множества различных приложений.Микроконтроллеры надежны, так как их можно использовать повторно. Контроллеры небольшие, очень экономичные и энергоэффективные. Другим положительным моментом микроконтроллеров является наличие встроенной памяти, такой как RAM, ROM и порты ввода-вывода, которые упрощают взаимодействие.

Недостатки микроконтроллеров

Помимо преимуществ микроконтроллеров, есть еще несколько недостатков. Программирование немного сложное, но теперь его можно упростить, используя Arduino.Микроконтроллеры чувствительны к статическому электричеству, а также сопряжение с устройствами большой мощности является сложной задачей. Другое ограничение заключается в том, что он может выполнять операции только последовательно, одновременно возможно только ограниченное количество выполнений.

Типичные применения микроконтроллеров

Существует огромное количество устройств, в которых используются микроконтроллеры, в основном потому, что их легко включить или установить в машину для проекта.Основными направлениями деятельности являются:

• Управление энергопотреблением: Компетентное измерение оборудования помогает в расчетах потребления энергии в доме и в промышленности. Эти системы грамотно разработаны за счет включения микроконтроллеров.

• Сенсорные экраны: Многие производители микроконтроллеров включают в себя сенсорное управление. Движущиеся гаджеты, такие как медиаплееры, игровые гаджеты и сотовые телефоны — вот некоторые из иллюстраций микроконтроллера в сочетании с сенсорными датчиками.

• Автомобили: В поставке автомобильных решений признан микроконтроллер 8051. Они часто используются для управления колебаниями двигателя в гибридных автомобилях. Такие работы, как круиз-контроль и антивирусная техника, также позволили ему более эффективно объединять микроконтроллеры.

• Медицинские устройства: Мобильные медицинские устройства, такие как тонометры для измерения глюкозы и артериального давления, приводят в действие микроконтроллеры, тем самым обеспечивая большую надежность для достижения правильных результатов в отношении здоровья.

Дополнительная литература:

Пошаговое руководство по программированию микроконтроллеров

Руководство по разработке встроенного программного обеспечения

Приложения для микроконтроллеров

Ведущие производители микроконтроллеров

Микроконтроллер | Типы | Структура | Преимущество | Недостаток

Микроконтроллер

Введение

Все чаще мы слышим названия микроконтроллеров и микропроцессоров. Для тех, кто работает с электроникой, микроконтроллеры — прекрасная вещь.Но многие из нас думают, что микроконтроллеры предназначены только для роботов, а микропроцессоры просто невозможно использовать в компьютерах. Поэтому они даже не думают о работе с микроконтроллерами и микропроцессорами.

Но микроконтроллеры и микропроцессоры в настоящее время в значительной степени ответственны за улучшения, внесенные в цифровые системы управления или системы автоматического управления. Поэтому нам нужно работать с большим количеством систем контроля. Мы хотим, чтобы наше следующее поколение легко нашло богатую базу знаний. Работайте над большим количеством контрольных вопросов.В этой статье мы подробно обсудим микроконтроллер. Надеюсь, из этой статьи вы получите лучшее представление о микроконтроллерах.

Что такое микроконтроллер?

Микро и контроллер Оба вместе представляют собой микроконтроллер на английском языке. Микро означает маленький, а контроллер означает контроль. Тогда имеет смысл, что маленькая вещь будет контролировать. Его действительно можно назвать маленьким компьютером. У него одновременно есть процессор, оперативная память, край ввода / вывода памяти.

μC — это микроконтроллер, а MCU — это блок микроконтроллера.

Функция микроконтроллера

Проще говоря, это задача выполнения определенных задач по определенным правилам. Программирование определяется как особое правило. Микроконтроллер будет выводить свой вывод точно так, как мы указываем ему при программировании. Его еще называют программируемым устройством. Вы можете программировать его сколько угодно раз.

Микроконтроллер в основном преобразует аналоговую работу в цифровую. Так что же такое аналоговые задачи? Аналоговая работа предназначена для работы с различными типами ИС, транзисторными диодами и т. Д.Микроконтроллер может работать на всех этих устройствах одновременно с цифровым значением (0,1).

Предположим, мы создали 7-сегментные часы. Для этого нам понадобится 7-сегментная микросхема драйвера, схема счетчика времени, схема установки времени и т. Д. Самое смешное, что это легко сделать с помощью только микроконтроллеров.

Типы микроконтроллеров

По размеру обрабатываемого слова

1. 4-битный микроконтроллер.
2. 8-битный микроконтроллер.
3. 16-битный микроконтроллер.
4. 32-битный микроконтроллер.

Согласно инструкции или набору инструкций

1. Микроконтроллер RISC.
2. Микроконтроллер CISC.

По подключению памяти

1. Микроконтроллер внутренней памяти.
2. Микроконтроллер внешней памяти.

В соответствии с архитектурой памяти микроконтроллера

1. Гарвардский микроконтроллер архитектуры.
2. Микроконтроллер с архитектурой фон Неймана.

Что такое микропроцессор?

Микропроцессор — это, по сути, цифровая интегральная схема (ИС), которая обычно принимает данные и инструкции через входную шину, обрабатывает данные в соответствии с входными данными, выдает результаты и передает эти результаты на устройство вывода через выходную шину.

Вход создает различные управляющие сигналы для управления устройством вывода. Логические и математические функции компьютера организованы в микропроцессоре.Микропроцессор — важная часть компьютерной системы, которая функционирует как центральный процессор. Например Intel 8085, MC 68000, Z80 Примеры некоторых популярных микропроцессоров.

Разница между микроконтроллером и микропроцессором

• Микроконтроллер — это, по сути, однокристальный компьютер с процессором, RAM, ROM и портом ввода / вывода. А микропроцессор — это интегральная схема, которая действует как центральный процессор компьютера. Поэтому иногда его называют ЦП.
• Микроконтроллеры — Intel 8051, Atmel ATmega16 и т. Д. Микропроцессоры — это микропроцессоры семейства Intel x86 8086, 80816, 80286, 80386 и т. Д.
• Внутри микроконтроллера находится целый процессор, такой как RAM, ROM, порт ввода / вывода и т.д. Внутри микропроцессора находятся АЛУ, регистр общего назначения, накопитель, программный счетчик, регистр флагов, шина данных и счетчика и так далее.

Структура микроконтроллера

Основные компоненты, из которых состоит микроконтроллер, показаны на рисунке ниже.Разные компании-производители формируют микроконтроллеры по-разному. Теперь мы рассмотрим структуру простого и базового микроконтроллера.

ЦП

ЦП означает центральный процессор, состоящий из ALU, аккумулятора, блока управления, флага, указателя стека и некоторых регистров общего назначения. Логические функции микроконтроллера находятся в АЛУ ЦП. Команда передается из ОЗУ в регистр команд. Сборка по существу преобразует языковые инструкции в машинный язык.Необходимые логические задачи выполняются в АЛУ. Наконец, передает вывод в регистр памяти.

Память

Полупроводниковая память используется внутри микроконтроллера, где есть RAM, ROM. ОЗУ — это временная память, которая стирается при отключении питания, тогда как данные постоянно хранятся в ПЗУ.

Порт ввода / вывода

Микроконтроллер принимает входные сигналы от различных датчиков и ЖК-дисплея, семисегментного дисплея, шагового двигателя, датчика и т. Д.добавляются к выходу микроконтроллера.

Порт, который принимает и излучает эти сигналы, называется портом ввода / вывода. Эти порты представляют собой один или несколько резисторов микроконтроллера, бит которых логически подключен к внешнему выводу микроконтроллера. При желании вы можете указать один и тот же порт для ввода и вывода пользователем.

Есть два типа портов

1. Последовательный порт: Последовательный порт для последовательной передачи данных.
2. Параллельный порт: параллельный порт для параллельной передачи данных.

Таймеры и счетчики

Большинство микроконтроллеров имеют один, а в некоторых случаях более одного счетчика таймера. Он в основном рассчитывает временные графики, перерывы и т. Д. Его основная функция — измерение частоты и функции часов. В основном это 8- или 16-битный регистр.

Цифро-аналоговый преобразователь

Он преобразует цифровой сигнал в аналоговый сигнал и управляет различными аналоговыми устройствами.

Аналого-цифровой преобразователь

Входящие сигналы от различных аналоговых датчиков и аналоговых устройств поступают в микроконтроллер.Но мы знаем, что ЦП микроконтроллера не может читать аналоговые данные. Таким образом, сигнал должен быть преобразован в цифровой сигнал. Это в основном то, что делает этот конвертер.

Контроллер прерываний

Прерывание — это еще одна функция, которая прерывает нормальный ход программы во время выполнения программы. После выполнения задачи процессор возвращается к исходной программе. Это в основном задача контроллера прерываний.

Сторожевой таймер

Микроконтроллер использует сложные системы безопасности и несколько важных вещей.Программирование или прерывание работы оборудования из-за ошибок при работе микроконтроллера. Сторожевой таймер постоянно отслеживает это состояние и автоматически сбрасывается и перезапускается при возникновении проблем с программой или оборудованием.

Используемый язык программирования микроконтроллера

Существует много типов языков программирования для микроконтроллеров. Однако недостатки языка программирования C лучше. Потому что язык C называют «матерью» программирования. Многие программисты говорят на языке Си.Лучший компилятор для микрочипа — Micropro Pick. Компилируйте программу в основном с ним.

Метод записи или записи программы микроконтроллера

После правильной записи программы или кода в программном обеспечении на языке C ее необходимо загрузить в микроконтроллер. Для загрузки программы устройству требуется устройство, называемое Load PIC Programmer / PIC Burner. Он должен быть установлен на компьютере. Вы можете найти программное обеспечение, только выполнив поиск в Интернете.

Преимущества и недостатки микроконтроллера

Преимущество

1. Малое время, необходимое для выполнения операции.
2. Микросхемы процессора очень маленькие и гибкие.
3. Благодаря более высокой степени интеграции стоимость и размер системы снижаются.
4. Микроконтроллер легко подключает к дополнительному ОЗУ, ПЗУ и портам ввода-вывода.
5. После того, как микроконтроллеры запрограммированы, их нельзя перепрограммировать.
6. В то же время многие задачи могут быть выполнены, поэтому человеческие эффекты могут сэкономить.
7. Без каких-либо цифровых частей он может действовать как микрокомпьютер.
8. Он прост в использовании, устранение неисправностей и обслуживание систем просты.

Недостаток

1. Микроконтроллер не может напрямую взаимодействовать с мощными устройствами.
2. Имеет более сложную конструкцию по сравнению с микропроцессором.
3. Одновременно выполнялось только ограниченное количество выполнений.
4. Обычно используется в микрооборудовании.

Некоторые популярные марки микроконтроллеров

1. Microchip PIC / dsPIC.
2. Arduino (сделано на AVR).
3. Atmel (AVR / ARM).
4. Toshiba / Samsung / Intel и т. Д.

Есть много других брендов.

Microchip PIC

Серия PIC16F: 16F877, 16F72, 16F628, 16F676 и т. Д. Есть еще много моделей. Помимо PIC18F, PIC24F, PIC32F и др. Есть серии. Однако они отличаются друг от друга, но не полностью. Но это широко распространенная модель 16F877A. У каждого микроконтроллера есть свои особенности. Приходится отсортировать их по типу работы.

Покупка микроконтроллера

• Размер слова процессора: ALU микроконтроллера представляет собой отдельную инструкцию, поскольку битовые данные могут выполнять логические и математические функции, называемые размером слова микроконтроллера.На рынке доступны микроконтроллеры разрядности 4, 8, 16, 32 бит. Микроконтроллеры тактовой частоты должны использоваться в соответствии с требованиями.
• Скорость работы: Тактовая частота микроконтроллеров должна выбираться в соответствии с потребностями системы.
• RAM и ROM: Учитывая это, микроконтроллеры следует выбирать в соответствии с потребностями.
• Ввод-вывод: Учитывая пины и таймеры, купите микроконтроллер.

«Узнайте больше о некоторых темах»

Сравните цены на электроэнергию для предприятий | Ставки | Котировки поставщиков | Советы по экономии

ИНДУКЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | ПОЧЕМУ ВРАЩАЕТСЯ РОТОР | ПРИНЦИП РАБОТЫ

ПРИНЦИП РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРА

УПРАВЛЕНИЕ СКОРОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ, СЕРИЯ И СОЕДИНЕНИЕ)

ХАРАКТЕРИСТИКИ СКОРОСТНОГО МОМЕНТА D.C MOTOR

Преобразование звезды в дельту | Диаграмма и формула | Приложение

Как это:

Нравится Загрузка …

Резюме

Название статьи

Микроконтроллер | Типы | Структура | Преимущество | Недостаток

Описание

Микро и контроллер Оба вместе представляют собой микроконтроллер на английском языке. Микро означает маленький, а контроллер означает контроль.Тогда имеет смысл, что

Автор

Dibbo

Имя издателя

iceeet

Логотип издателя

Различные типы микроконтроллеров, используемых во встроенной системе

Привет, ребята, добро пожаловать в мой блог. В этой статье я расскажу о различных типах микроконтроллеров, используемых во встроенных системах, особенностях микроконтроллеров разных типов, работе микроконтроллеров, преимуществах и недостатках микроконтроллеров и т. Д.

Если вам нужна статья по другим темам, оставьте комментарий ниже в поле для комментариев. Вы также можете поймать меня в Instagram — Четан Шидлинг.

Также читайте:

1. Различные типы протоколов связи или топологии сети.
2. Разница между SCR, DIAC, TRIAC | Определение, конструкция.
3. Разница между Arduino Uno, Nano, Mega, функциями, приложениями.

Типы микроконтроллеров

Микроконтроллер

Десять лет назад процесс и управление выполнялись только микропроцессорами.Но в настоящее время ситуация полностью изменилась, и им управляет устройство под названием микроконтроллер, которое используется для конкретных задач. Разработка настолько радикальна, что мы не можем найти ни одного электронного устройства без микроконтроллера. Итак, здесь мы просто определяем, что микроконтроллер — это однокристальный компьютер со всеми периферийными устройствами, такими как ОЗУ, ПЗУ, порты ввода-вывода, таймеры, АЦП и т. Д., На одном кристалле.

Микроконтроллер — это однокристальный микрокомпьютер, изготовленный на базе СБИС.-6 и в устройстве используются транзисторы небольшого размера. Отсюда мы определяем, что микроконтроллер — это довольно небольшое устройство, используемое для управления устройствами. Микроконтроллер экономит средства, экономит энергопотребление и делает схему компактной. Сейчас мы используем разные типы микроконтроллеров в ряде приложений, потому что они дают эффективный результат.

Микроконтроллер — это интегральная схема, которая содержит ядро ​​процессора вместе с памятью, связанными схемами и управляет некоторыми функциями электронных устройств или систем.Микроконтроллеры в основном используются в устройствах, требующих определенной степени контроля со стороны пользователя устройства. Сегодня на рынке доступно множество типов микроконтроллеров с различной длиной термина, например, 4-битные, 8-битные, 64-битные и 128-битные микроконтроллеры.

Микроконтроллер может получать входные данные от устройства, которым он управляет, и поддерживать управление, посылая сигналы устройства в различные части устройства. Они запускают одну конкретную программу и привержены одной задаче.Это устройства с низким энергопотреблением, со специальными устройствами ввода и небольшими выходами для светодиодных или ЖК-дисплеев. Прекрасным примером является микроконтроллер телевизора, он принимает входные данные с пульта дистанционного управления и выводит их на экран телевизора.

обычно должны иметь условия низкого энергопотребления, поскольку многие устройства, которыми они управляют, работают от батарей. Микроконтроллеры вполне подходят для батарей с длительным сроком службы. Преобладающая роль микроконтроллеров, используемых в настоящее время, реализована в другой аппаратуре.

Типы микроконтроллеров

В настоящее время на рынке доступны различные типы микроконтроллеров с различными функциями, например:

1. PIC Микроконтроллер
2. ARM Микроконтроллер
3. 8051 Микроконтроллер
4. Микроконтроллер AVR
5. Микроконтроллер MSP

Давайте обсудим один за другим «типы микроконтроллеров».

01. PIC Микроконтроллер

PIC — это семейство микроконтроллеров, производимых по микрочиповой технологии, первоначально произведенных подразделением микроэлектроники General Instruments.Название PIC первоначально относилось к Контроллеру периферийного интерфейса, а в настоящее время оно расширено как Программируемый интеллектуальный компьютер.

PIC знакомы как промышленным разработчикам, так и любителям из-за их низкой стоимости, широкой доступности, большой базы пользователей, обширной коллекции заметок по применению, последовательного программирования, бесплатных инструментов разработки и возможности перепрограммируемой флэш-памяти.

Характеристики PIC16F877

01. Основные характеристики

1. Высокопроизводительный процессор RISC
2. Память программ FLASH до 8k × 14 слов
3. 35 инструкций
4. 368 × 8 статическая память данных на основе ОЗУ
5. До 256 × 8 байтов памяти данных EEPROM
6. Возможность прерывания (до 14 источников)
7. Три режима адресации (прямая, косвенная, относительная)
8. Сброс при включении питания (POR)
9. Гарвардская архитектура памяти
10. Энергосберегающий спящий режим
11. Широкий диапазон рабочего напряжения: 2.От 0 В до 5,5 В
12. Высокий ток потребления / источника: 25 мА
13. Станок на аккумуляторной основе

02. Периферийные устройства

1. 3 Таймеры / счетчики
2. 2 модуля захвата, сравнения, PMW
3. Аналого-цифровой преобразователь с 10-битным каналом
4. USART с 9-битным адресом, направление
5. Синхронный последовательный порт, включая ведущий режим и I2C Master / Slave
6. 8-битный параллельный подчиненный порт

03. Аналоговые характеристики

1. Аналого-цифровой преобразователь от 10 бит до 8 каналов
2. Сброс неисправности
3. Модуль аналогового компаратора (программируемое мультиплексирование входов со входов устройства и выходов компаратора доступно извне).

Блок-схема микроконтроллера PIC

Микроконтроллер PIC состоит из 8-канального 10-битного аналого-цифрового преобразователя. Производительность аналого-цифрового преобразователя контролируется этими специальными функциональными регистрами. Ранние модели PIC имели постоянную память или программируемую СППЗУ в качестве хранилища программ, некоторые из которых имели возможность стирать память. Все существующие модели используют флэш-память для хранения программ, а более современные модели поддерживают PIC для самопрограммирования.

Набор команд также различается в зависимости от модели, с дополнительными мощными микросхемами, добавляющими инструкции для функций цифровой обработки сигналов. PIC имеет встроенную память данных, шину данных и выделенный процессор для обеспечения всех функций ввода-вывода. Есть много PIC, которые начинались с PIC16F84 и PIC16C84.

Младшие биты хранятся в ADRESL (8 бит), а старшие биты хранятся в регистре ADRESH. Microchip недавно представила флеш-чипы гораздо более привлекательных типов, например 16F628, 16F877 и 18F452.

Преимущества микроконтроллера PIC

01. Они надежны, процент неисправностей PIC очень легкий, а производительность PIC действительно высокая благодаря использованию архитектуры RISC.

02. Мощность концепции тоже намного меньше по сравнению с разными микроконтроллерами. Когда мы обсуждаем с точки зрения программиста, интерфейс действительно прост, более того, мы можем подключать аналоговые устройства напрямую без каких-либо дополнительных схем и использовать их, программирование также очень легко по сравнению с различными микроконтроллерами.

03. Это согласуется, и процент преподавателей ПОС очень низкий. Использование архитектуры RISC обеспечивает высокую скорость работы.

Недостатки микроконтроллера PIC

01. Длина программы будет большая из-за использования RISC (35 инструкций).

02. Программная память недоступна, присутствует только один аккумулятор.

Применение микроконтроллера PIC

01.Эти микроконтроллеры используются в электронных устройствах, таких как мобильные устройства, компьютеры и встроенные операционные системы.

02. Микроконтроллеры PIC — это самые маленькие микроконтроллеры в мире, которые могут быть созданы для выполнения огромного количества задач, поэтому этот микроконтроллер часто используется для большого количества задач. Далее идет микроконтроллер ARM в типах микроконтроллеров.

02. ARM Микроконтроллер

Arm полная форма или подставки Advanced Risk Machine, первоначально машина acorn RISC — это семейство архитектур с сокращенным набором команд (RISC) для компьютерных процессоров, настроенных для различных сред.Это одно из самых обширных и лицензируемых процессорных ядер в мире.

Первый процессор ARM был разработан в 1978 году Кембриджским университетом, а первый процессор ARM RISC был создан группой компьютеров acorn в 1985 году. Arm Holding разрабатывает архитектуру и лицензирует ее различным компаниям, которые создают свои собственные продукты, которые выполняют одну из этих архитектур, включая системные модули (SoC) и системные модули (SoM), которые включают в себя память, интерфейсы, радио и т. д.

Процессоры ARM имеют меньшее количество транзисторов, потому что они имеют сокращенный набор команд, что обеспечивает меньший размер для IC. Благодаря тому, что он также занимает мало места. Большинство электронных устройств состоит из этих процессоров. Объединив процессоры ARM с ОЗУ, ПЗУ и другими периферийными устройствами в одном чипе, мы получаем микроконтроллер ARM.

Характеристики микроконтроллера ARM

1. В разработанном процессоре всего 25 основных типов команд.
2. Большинство операций осуществляется через регистры
3. Все инструкции могут иметь некоторые условия.
4. В этом процессоре могут быть разные режимы адресации.
5. Ручное управление запасом выполнено. Адресация стека и подпрограммы явно запрограммированы.
6. Микропроцессор в 32-битном режиме сделал возможным доступ к памяти и манипулирование данными, сохраненными в этих 32-битных файлах.
7. Диапазон адресов этого процессора составляет 26 бит.Это позволяет напрямую обращаться к 64 мегабайтам памяти.
8. Обычно выполняется один цикл.
9. Процессор не поддерживает неправильные обращения к памяти.

Блок-схема микроконтроллера ARM

Это 32-битный процессор, обладающий рядом преимуществ перед другими микроконтроллерами. Это 32-битный микроконтроллер, поэтому все инструкции имеют длину 32 бита и выполняются за один цикл. Это аппаратная архитектура.Для связи с ПЗУ и ОЗУ эта архитектура предоставляет отдельные шины команд и шины данных.

Он состоит из набора инструкций для выполнения арифметических, логических и логических операций. ARM — это архитектура загрузки-сохранения, далее инструкции выполняются условно. Он имеет трехступенчатый конвейер, который выбирает инструкции, затем декодирует их, а затем, в конечном итоге,
выполняет инструкцию.

Последнее, что нам нужно понять, — это то, как будет использоваться ARM и как появится чип.Различные сигналы, которые взаимодействуют с процессором, являются входными, выходными или контрольными сигналами, которые будут использоваться для управления операцией ARM.

Преимущества микроконтроллера ARM

1. Они дешевы по сравнению с другими процессорами
2. Они сделаны с такими характеристиками, что потребляют меньше энергии.
3. Устройства с процессорами ARM могут иметь намного лучшее время автономной работы, чем другие процессоры.
4. Они выполняют одну операцию за раз, поэтому работают быстрее.
5. Доступность и поддержка приложений также заставили пользователей выбрать процессоры ARM.

Недостатки микроконтроллера ARM

1. Он не двоично совместим с x86, что означает, что вы не сможете запускать на нем окна в ближайшее время.
2. Некоторые тактовые частоты процессоров ARM, скорость которых и пропускная способность памяти в таких случаях ограничены.
3. Планирование инструкций затрудняет отладку.
4. Производительность этих процессоров во многом зависит от исполнения.Если программист не выполняет его должным образом, для правильной работы может потребоваться много времени.

Приложения микроконтроллера ARM

1. Процессор ARM находит применение в цифровых телевизорах, телевизионных приставках, смартфонах, мобильных телефонах, ноутбуках и т. Д.
Процессоры ARM
2. используются в сетевых приложениях, таких как домашние шлюзы, модемы DSL
Процессоры
3. ARM используются во многих сегментах рынка, включая сети, автомобили и устройства хранения данных.В каждом сегменте процессоры ARM можно найти в нескольких приложениях. Далее идет 8051 микроконтроллер в различных типах микроконтроллеров.

03. 8051 Микроконтроллер

В 1981 году Intel выпустила 8-битный микроконтроллер под названием 8051. Это чрезвычайно интегрированный одиночный чип, который состоит из встроенного ЦП (центрального процессора), EPROM / PROM / ROM (стираемая программируемая постоянная память), Ввод / вывод, последовательный и параллельный, таймеры, RAM (оперативная память), контроллер прерываний, последовательные порты интерфейса, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, колебательные схемы.

Внутренний микроконтроллер содержит все функции, необходимые для вычислительных систем, и функционирует как компьютер без объединения в него каких-либо внешних цифровых частей. Он может обрабатывать логические функции и имеет несколько инструкций по обработке битов, которые программист может четко понять.

Характеристики микроконтроллера 8051

1. 40-контактный DIP (двухрядный корпус)
2. 8-битная шина данных и 16-битная адресная шина
3. ОЗУ 128 байт (внутренняя память данных)
4. ПЗУ 4 КБ (встроенная память программ)
5. Максимальный объем внешней памяти для данных / программ, которая может быть сопряжена, составляет 64 КБ
6. 4 параллельных порта по 8 бит
7. 32 двунаправленных линии ввода / вывода
8. Встроенный генератор с частотой 12 МГц
9. Источник питания постоянного тока 5 В
10. Встроенные 2 таймера и счетчика (16 бит)
11. В микроконтроллере 5 прерываний {(2 аппаратных: IN1 и IN2) & (3 программных прерывания: Timer0, Timer1 и последовательный порт)}
12. Имеет встроенную программируемую схему энергосбережения
13. Использует архитектуру Harvard 2RISC
14. Встроенный последовательный порт.Это полнодуплексный тип, асинхронный с программируемой скоростью передачи {(универсальный асинхронный приемник) (передатчик: I2C, SPI, USB) & (протоколы: набор и правила)}
15. 111 полный набор команд в микроконтроллере 8051.

Блок-схема микроконтроллера 8051

Есть прерывание, которое очень полезно, так как помогает в экстренных случаях. Прерывание дает нам механизм, позволяющий приостановить текущие операции, выполнить подпрограмму, а затем снова вернуться к другой операции.Когда подпрограмма завершена, начинается выполнение основной программы. Как правило, микроконтроллеры 8051 имеют 5 прерываний. Внешние прерывания, которые могут быть вызваны низким уровнем или отрицательным фронтом. Когда все эти прерывания активированы, установите соответствующие флешки, кроме последовательного прерывания. Флаги прерывания сбрасываются во время переходов процессора к процедуре обслуживания прерывания (ISR).

требуется программа, которая представляет собой набор инструкций.Эта программа сообщает микроконтроллеру о выполнении определенных задач. Этим программам требуется память, в которой они могут быть сохранены и прочитаны микроконтроллером для выполнения определенных операций конкретной задачи. Память, которая используется для хранения программы микроконтроллера, определяется как память кода или память программ приложений. Он известен как ПЗУ микроконтроллера, который также требует памяти для хранения данных или временно зависит от микроконтроллера. Память данных 8051, используемая для временного хранения данных для работы, известна как оперативная память.

В основном шина — это набор проводов, которые работают как канал связи или среда для передачи данных. В этом микроконтроллере у нас есть адресная шина, используемая для адресации ячеек памяти и для передачи адреса из ЦП в память микроконтроллера, и есть еще одна шина, называемая шиной данных, которая используется для передачи данных конкретного приложения.

Как правило, мы понимаем, что микроконтроллер — это устройство, поэтому ему требуются тактовые импульсы для работы приложений микроконтроллера.Для этой цели микроконтроллер 8051 имеет встроенный генератор, который работает как источник синхронизации для центрального процессора микроконтроллера. Импульсы на выходе генератора стабильны. Следовательно, он обеспечивает синхронизированную работу всех частей микроконтроллера 8051.

Обычно микроконтроллеры используются во встроенных системах для управления работой машин в микроконтроллере. Поэтому для подключения его к другим машинам, периферийным устройствам или устройствам нам необходимы порты интерфейса ввода / вывода в интерфейсе микроконтроллера.Таймеры используются для измерения интервалов для определения ширины импульсов.

Преимущества микроконтроллера 8051

1. Минимальное время, необходимое для выполнения операции.
2. Процессорные микросхемы очень малы и универсальны.
3. Благодаря более высокой степени интеграции стоимость и размер системы снижаются.
4. Микроконтроллер легко подключает к дополнительным портам RAM, ROM и I / O.
5. В то же время многие задачи выполняются, поэтому человеческий эффект может быть сохранен.
6. Без каких-либо цифровых компонентов он может действовать как микрокомпьютер.
7. Прост в использовании, устранение неисправностей и обслуживание системы просты.

Недостатки микроконтроллера 8051

1. Микроконтроллер не может напрямую взаимодействовать с мощными устройствами.
2. Он имеет более сложную структуру по сравнению с микропроцессором.
3. Одновременно выполнялось только ограниченное количество выполнений.
4. В основном используется в микрооборудовании.

Применение микроконтроллера 8051

1. Бытовая техника (ТВ-тюнеры, пульты дистанционного управления, компьютеры и швейные машины)
2. Бытовая техника (телевизоры, видеомагнитофоны, видеоигры, видеокамеры, музыкальные инструменты, домашние системы безопасности, открыватели гаражных ворот и т. Д.)
3. Системы связи (мобильные телефоны, домофоны, автоответчики, пейджинговые устройства)
4. Офис (Факсы, принтеры, копировальные аппараты, лазерные принтеры)
5. Автомобили (подушки безопасности, АБС, управление двигателем, управление коробкой передач, контроль температуры, вход без ключа)
6. Авиация и космос
7. Медицинское оборудование
8. Системы защиты
9. Управление производственными процессами и потоками
10. Робототехника
11. Радио и сетевое оборудование
12. Дистанционное зондирование
13. Счетчик предоплаченной энергии с использованием микроконтроллера и GSM-модема
14. Используется для обнаружения кражи энергии.Далее идет микроконтроллер AVR в типах микроконтроллеров.

04. Микроконтроллер AVR

разработан в 1966 году корпорацией Atmel. Архитектура AVR была разработана Альф-Эгилем Богеном и веганом Волланом. AVR получил свое название от своих разработчиков и означает микроконтроллер Alf-Egil Bogen Vegan Wollan RISC, также известный как Advanced Virtual RISC.

AVR доступны в трех категориях:

1.TinyAVR: Меньше памяти, небольшой размер, подходит только для более простых приложений.
2. MegaAVR: Это самые популярные из них с большим объемом памяти, большим количеством встроенных периферийных устройств и подходящими для умеренных и сложных приложений.
3. XmegaAVR: Используется в коммерческих целях для сложных приложений, требующих большой памяти для программ и высокой скорости.

AVR — одно из первых семейств микроконтроллеров, в котором для хранения программ используется встроенная флэш-память, в отличие от одноразового программируемого ПЗУ, СППЗУ или EEPROM, используемых другими микроконтроллерами в то время.AVR был модифицированной машиной с гарвардской архитектурой, в которой программа и данные хранились в отдельной системе физической памяти, которая появляется в разных адресных пространствах, но имеет силу для просмотра данных или информационных вещей из определенных направлений виктимизации программной памяти. AVR не является ассоциированным обозначением степени и не символизирует что-то особенное. Микроконтроллеры AVR используются во встроенных системах.

Характеристики микроконтроллера AVR

1. 32 × 8 регистров общих рабочих функций.
2. 32 Кбайт внутрисистемной самопрограммируемой флэш-памяти программ.
3. 2 Кбайт внутренней SRAM.
4. 1024 байта EEPROM.
5. Доступен в 40-контактном DIP-корпусе, 44-контактном QTFP, 44-контактном QFN / MLF.
6. 32 программируемых линии ввода / вывода.
7. 8-канальный, 10-битный АЦП.
8. Гарвардская архитектура.
9. Поддержка протокола UART, I2C, SPI.
10. Разнообразные последовательные интерфейсы, включая I2C-совместимый двухпроводной интерфейс синхронного / асинхронного SPI.

Блок-схема микроконтроллера AVR

Микроконтроллеры AVR основаны на усовершенствованной архитектуре RISC и состоят из 32 × 8-битных рабочих регистров общего назначения.В течение одного такта AVR может принимать входные данные из двух регистров общего назначения и помещать их в ALU для выполнения запрошенной операции и передавать результат обратно в произвольный регистр. ALU может выполнять как арифметические, так и логические операции. Помимо входов из регистра или внутри регистра и константы. Операции с одним регистром, такие как взятие дополнения, также могут выполняться в ALU. Мы видим, что AVR не имеет никакого регистра, подобного аккумулятору, как в семействе микроконтроллеров 8051: операции могут выполняться между любыми регистрами и могут храниться в любом из них.

AVR следует гарвардскому архитектурному формату, в котором процессор оснащен отдельными запоминающими устройствами и шинами для программы и информации данных. Здесь, когда инструкция выполняется, следующая инструкция предварительно выбирается из памяти программ. Поскольку AVR может выполнять выполнение за один цикл, это означает, что AVR может выполнять 1 миллион инструкций в секунду, если частота цикла составляет 1 МГц.

Преимущества микроконтроллера AVR

1. Микроконтроллеры AVR, обладающие высокопроизводительными функциями.
2. Эти преформы любой инструкции с высокой скоростью
3. Потребляет меньше энергии
4. Дешевый и очень маленький по размеру
5. Он отменяет машинный цикл и выполняет конвейерную операцию с тактовым циклом в качестве командного цикла.

Недостатки микроконтроллера AVR

1. Доступен только с одним источником, то есть Atmel
AVR
2. Atmel имеют довольно низкое энергопотребление.

Применение микроконтроллера AVR

1. Мобильные телефоны
2. Автомобильная промышленность
3. CD / DVD плееры
4. Стиральные машины, микроволновые печи
5. Камеры
6. Модемы и роутеры
7. Охранная сигнализация
8. Электронные измерительные приборы.Далее идет микроконтроллер MSP в типах микроконтроллеров.

05. Микроконтроллер MSP

MSP — один из членов семьи Texas Instruments. Это 16-битный ЦП и процессор смешанных сигналов на основе RISC. В этом MSU имеют правильное сочетание интеллектуальных периферийных устройств, простоты использования и низкого энергопотребления для тысяч приложений.

В этом случае внешний вид контроллера напрямую связан с 16-битной шиной данных, семью режимами адресации и сокращенным набором команд, который обеспечивает более короткий и плотный программный код для высокоскоростной работы.

Характеристики микроконтроллера MSP

1. Семейство микроконтроллеров смешанных сигналов
2. 16-битный процессор
3. Низкая стоимость, низкое энергопотребление
4. Архитектура со сверхнизким энергопотреблением и гибкая система часов продлевают срок службы батареи
5. Низкое рабочее напряжение (от 1,8 до 3,6 В)
6. Обнуление питания Сброс выхода из строя (BOR)
7. Расширенные библиотеки для использования в нескольких приложениях, таких как емкостное сенсорное управление, измерительная метрология, конструкция с низким энергопотреблением и отладка.
8. Расширенные возможности прерывания избавляют от необходимости опроса
9. Гибкие и мощные возможности обработки
10. Семь режимов адресации источника
11. Четыре режима адреса назначения
12. Только 27 основных инструкций
13. Большой регистровый файл
14. Эффективная обработка стола
15. Быстрое преобразование шестнадцатеричного в десятичное

Блок-схема микроконтроллера MSP

Здесь есть система часов в начале, используемая для определения времени, и они используются для управления различными периферийными устройствами.Здесь он принимает вход от Xin, и есть выход для этой системы часов, который представляет собой Xout, используемый для управления внешними устройствами, а ACLK и SMCLK используются для
внутреннего управления, но MCLK в основном используется для ЦП.

Имеется флэш-память, используемая для кодирования, и ОЗУ для хранения данных, а также аналоговое и цифровое периферийное устройство для получения желаемого вывода в виде желаемого сигнала. В основном есть две шины, называемые шиной адресации памяти (MSB) и шиной данных памяти (MDB), которые используются для передачи адреса и данных, которые взаимодействуют с ЦП и памятью.Есть таймеры, используемые для подачи сигналов тревоги, и есть система защиты для обеспечения безопасности микроконтроллера.

Преимущества микроконтроллера MSP

1. Контроллеры MSP value-line дешевле, чем контроллеры ATMega более высокого уровня, используемые в платформе Arduino.
2. В этом микроконтроллере нам не нужен внешний кристалл, потому что микроконтроллеры MSP могут работать на полной частоте 16 МГц от своего внутреннего источника синхронизации.

Недостатки микроконтроллера MSP

Микроконтроллеры MSP основаны на старой версии GCC — она ​​работает достаточно хорошо, но имеет ограниченную поддержку новых устройств.

Приложения микроконтроллера MSP

1. Используется для заводского управления и автоматизации.
2. Используется в сетевой инфраструктуре и измерительных приложениях.
3. Используется в переносном контрольно-измерительном оборудовании.
4. Используется в приложениях для здоровья, медицины и фитнеса.

Заключение

Сегодня на земле нет электронного устройства, в котором бы не использовались различные типы микроконтроллеров.Таким образом, современные типы микроконтроллеров ознаменовали революционные изменения во всех аспектах процессов проектирования и производства автомобилей благодаря их гибкости и адаптируемости. Итак, исходя из приведенной выше информации, мы определенно можем сказать, что типы микроконтроллеров имеют большое значение.

Я надеюсь, что эта статья может вам всем очень помочь. Спасибо за чтение. Если у вас есть сомнения по поводу этой статьи «разные типы микроконтроллеров», оставьте комментарий ниже.

Автор контента — R Indu

Также читайте:

• 10 шагов для подготовки к трудоустройству и получения высокой зарплаты в год
• 500+ проектов встроенных систем для инженера, диплом, MTech, PhD
• 500+ проектов для дипломированных специалистов по электрике, электронике, дипломный проект
• Наиболее часто задаваемые вопросы на собеседовании по аналоговой электронике
• Приложения IoT, Интернет вещей, что такое IoT, новейшие технологии
• Приложения микроконтроллеров, приложения встроенных систем
• Вопросы для интервью по автомобильной электронике для инженеров, автомобили
• Лучшее инженерное направление для будущего
• Вопросы для технических собеседований Cadence для студентов EE и EC
• Разница между технологиями 2G, 3G, 4G, 5G, преимущества и недостатки
• Разница между микроконтроллерами 8051, ARM, AVR и PIC
• Разница между активными и пассивными компонентами в электронике
• Разница между аналоговым и цифровым сигналами
• Разница между аналоговыми и цифровыми интегральными схемами
• Разница между Arduino Uno, Nano, Mega, функциями и приложениями
• Разница между асинхронным счетчиком и синхронным счетчиком
• Разница между языком C и встроенным C
• Разница между каскадным Н-мостом, летающими конденсаторами, многоуровневым инвертором с диодными зажимами
• Разница между CRO и DSO, электронно-лучевым и цифровым запоминающим устройством
• Разница между диодом и SCR (выпрямитель с кремниевым управлением)

Я энтузиаст обучения, блоггер, YouTube, специалист по цифровому маркетингу, фрилансер и создатель контента.Мне всегда нравится делиться своими знаниями через блоги, Instagram и YouTube.

— классификация, архитектура, применение, преимущества

Микроконтроллеры играют важную роль в мире встраиваемых систем. Любое технологическое устройство вокруг нас построено на микроконтроллере. В этом посте мы обсудим, что такое микроконтроллер, как он работает, его различные классификации, архитектуры, приложения, преимущества и недостатки.

Микроконтроллер — это устройство, которое фиксирует ввод, обрабатывает его и генерирует вывод на основе полученной информации.Его также называют MC или MCU (микроконтроллерный блок), который представляет собой компактный цифровой процессор на микросхеме металл-оксид-полупроводник. Микроконтроллеры также называют «компьютерами специального назначения». Они предназначены для выполнения конкретной задачи, которая запрограммирована и хранится в ПЗУ.

Рис. 1 — Знакомство с микроконтроллером

Они доступны со встроенной памятью и портами ввода-вывода, что исключает создание схемы с отдельными внешними ОЗУ, ПЗУ и периферийными микросхемами.MC работают на более низких скоростях, сохраняя функциональность и потребляя меньше энергии. Эти особенности микроконтроллеров делают их идеальным выбором для встраиваемых приложений.

На рисунке 2 ниже показан одноплатный микроконтроллер MC, также называемый микроконтроллером макетной платы, встроенный на одной печатной плате (PCB). Он предоставляет необходимые схемы, включая процессор, память, часы, схемы ввода-вывода и т. Д. Они широко используются в образовательных целях для получения опыта, поскольку доступны по невысокой цене.

Рис. 2 — Макетная плата микроконтроллера 8051

Микроконтроллеры широко подразделяются на различные категории на основе:

• Память
• Архитектура
• Конфигурация битов
• Набор команд

MC далее делится на две категории в зависимости от конфигурации их памяти.Это:

• Микроконтроллер с внешней памятью
• Микроконтроллер со встроенной памятью

Микроконтроллер с внешней памятью

Этот тип МК не имеет программной памяти на кристалле. Пример — Intel 8031 ​​MC.

Микроконтроллер со встроенной памятью

Этот тип МК имеет все программы и память данных, счетчики и таймеры, прерывания, порты ввода / вывода, встроенные в микросхему. Пример — Intel 8051 MC.

Рис. 3 — Классификация микроконтроллеров

Существует два типа архитектуры MC:

• Архитектура фон Неймана
• Гарвардская архитектура

Архитектура Neumann

Этот тип архитектуры имеет общую память для хранения данных и программ.

Гарвардская архитектура

Эта архитектура имеет отдельные блоки памяти для хранения программ и данных и отдельные шины для передачи данных и инструкций.

Существует три типа микроконтроллеров на основе битовой конфигурации. Это:

• 8-битный MC
• 16-битный MC
• 32-битный MC

8-битный MC

8-битный микроконтроллер в основном используется для выполнения арифметических и логических операций, таких как сложение, вычитание, умножение. разделение.Он обрабатывает 8 бит данных за раз. Например. Микроконтроллер Intel 8031 ​​и 8051.

16-битный MC

Этот тип MC используется в приложениях, где требуется более высокая точность и производительность. Он также используется для выполнения арифметических и логических операций, например. Intel 8096.

32-битный MC

Этот тип MC предлагает превосходную скорость обработки и может работать с несколькими периферийными устройствами и обычно используется в автоматически управляемых устройствах, таких как медицинские приборы, компьютерные приложения и т. Д.

MC подразделяется на два типа на основе конфигурации набора команд. Это:

CISC

CISC — это аббревиатура от «Компьютер со сложным набором команд». CISC позволяет пользователю вставить одну инструкцию в качестве альтернативы множеству простых инструкций.

RISC

RISC — это аббревиатура для компьютеров с сокращенным набором команд. RISC помогает сократить время работы за счет сокращения тактового цикла на инструкцию.

Самый популярный микроконтроллер 8051 разработан с использованием Гарвардской архитектуры, и поэтому этот тип архитектуры был рассмотрен здесь для объяснения его компонентов. Различные компоненты / модули микроконтроллера:

• Ядро процессора
• Память
• Контроллер прерываний
• Таймер / счетчик
• Цифровой ввод / вывод
• Аналоговый ввод / вывод
• Интерфейсы
• Сторожевой таймер

Фиг.4 — Архитектура микроконтроллера 8051

Это центральный процессор микроконтроллера, состоящий из арифметико-логического модуля (АЛУ). Этот блок отвечает за выполнение арифметических и логических операций.

Он управляет работой MC и представлен регистром STATUS. Это помогает в передаче данных в другие регистры.

В MC есть два типа памяти данных.Это:

• Статическая RAM (SRAM)
• EEPROM / Flash

SRAM состоит из регистров специальных функций (SFR) и регистров общего назначения (GPR). SRAM — это 8-битные ячейки памяти, которые обеспечивают связь между аппаратным и программным обеспечением микроконтроллера.

Цикл записи (программа / стирание) этой памяти неограничен, но данные, хранящиеся в SRAM, теряются при потере питания контроллера. Следовательно, EEPROM также используется для хранения данных.

Регистры специальных функций (SFR) управляют функциональными блоками, тогда как регистры общего назначения (GPR) хранят значения переменных и констант.

Это тип энергонезависимой электронной памяти, которая используется для хранения данных. Память EEPROM сравнительно медленная и имеет ограниченное количество циклов записи и, следовательно, используется для хранения данных, которые необходимо сохранить при отключении питания MC.

Этот модуль имеет таймер / счетчик, который измеряет время и вычисляет события.Обычно MC содержит 2-3 таймера / счетчика и работает в режиме таймера или счетчика и вычисляет количество полученных импульсов. Таймер также генерирует сигнал ШИМ, который преобразуется в постоянное напряжение с помощью фильтров нижних частот.

Этот модуль состоит из цифровых входов / выходов. Это помогает микроконтроллеру обнаруживать и выводить логические состояния (высокий или низкий).

Этот модуль состоит из аналогового ввода / вывода. Это помогает в преобразовании уровня напряжения в цифровое значение.Большинство МК имеют встроенные аналого-цифровые преобразователи. Для генерации аналогового выхода RC Low Pass Filters используются для преобразования выходов PWM в напряжение постоянного тока.

Они предназначены для приема или отправки цифровых сигналов на другие устройства. Большинство контроллеров снабжены интерфейсами SPI, SCI, Ethernet, USB.

Сторожевой таймер

Как видно из названия, он наблюдает за выполнением программы MC. Он генерирует сигнал «СБРОС», если процесс выполнения завершается неудачно.

Как работает микроконтроллер

Чтобы понять работу микроконтроллера, давайте рассмотрим базовую блок-схему простейшей автоматической системы сигнализации, показанной на рисунке 5 (a). Эта система предназначена для ежечасного звукового сигнала с использованием микроконтроллера, и ожидается, что конечный продукт будет напоминать рис. 5 (b).

Рис. 5 — (a) Блок-схема автоматической системы сигнализации (b) Конечный продукт

Требования или спецификации:

1. 8051 Микроконтроллер
2. Источник питания
3. ЖК-экран (дата и день должны быть отображенным)
4. Зуммер (должен подавать звуковой сигнал в течение 10 секунд и останавливаться)

Источник питания является входом, а ЖК-экран вместе со зуммером действует как выход для системы.

Для правильного функционирования система должна быть изначально настроена. ЖК-дисплей инициализирован, определенные режимы контактов предназначены для входов и выходов. Исходный код создается на основе требований и загружается в микроконтроллер.

Для проверки правильности работы системы включается блок питания. Встроенная схема регулирует напряжение питания и выдает 5 В. Это освещает ЖК-экран.

На экране дисплея отображаются текущее время и дата.Система запрограммирована таким образом, что зуммер издает звуковой сигнал в течение 10 секунд после каждого часа и автоматически выключается.

  Также читают: 
 Транзистор  - классификация, конфигурация, применение, преимущества 
  Что такое смарт-карта - как она работает, характеристики, типы и применение
Что такое стабилизатор напряжения - зачем он нам, как он работает, типы и применение