Устройство микроконтроллера. Микроконтроллеры: устройство, принцип работы и применение

Что такое микроконтроллер и как он устроен. Какие компоненты входят в состав микроконтроллера. Как работает микроконтроллер. Где применяются микроконтроллеры в современной технике.

Что такое микроконтроллер и его основные компоненты

Микроконтроллер представляет собой миниатюрный компьютер, размещенный на одной интегральной схеме. Он содержит процессор, память и периферийные устройства, объединенные в единый корпус. Основными компонентами микроконтроллера являются:

• Центральный процессор (CPU) — выполняет вычисления и управляет работой всех узлов
• Память программ (ROM, Flash) — хранит программный код
• Оперативная память (RAM) — используется для временного хранения данных
• Порты ввода-вывода — обеспечивают взаимодействие с внешними устройствами
• Таймеры — отсчитывают временные интервалы
• АЦП и ЦАП — преобразуют аналоговые и цифровые сигналы
• Интерфейсы (UART, SPI, I2C) — для обмена данными с другими устройствами

Принцип работы микроконтроллера

Микроконтроллер работает по принципу последовательного выполнения команд, записанных в его памяти программ. Процесс работы микроконтроллера можно описать следующим образом:

1. После включения питания процессор начинает выполнять программу с начального адреса памяти
2. Команды программы считываются из памяти и декодируются
3. Процессор выполняет инструкции, производя вычисления и обращаясь к портам ввода-вывода
4. Результаты вычислений сохраняются в регистрах или оперативной памяти
5. Процессор переходит к следующей команде и цикл повторяется

Микроконтроллер может реагировать на внешние события с помощью прерываний, временно приостанавливая основную программу.

Архитектура микроконтроллеров

Большинство современных микроконтроллеров построены на основе гарвардской архитектуры. Её ключевые особенности:

• Раздельные шины для памяти программ и памяти данных
• Возможность одновременного доступа к памяти программ и данных
• Разная разрядность шин памяти программ и данных
• Повышенное быстродействие по сравнению с фон-неймановской архитектурой

Гарвардская архитектура позволяет оптимизировать работу микроконтроллера для встраиваемых систем управления.

Память микроконтроллера

В микроконтроллере используются различные типы памяти:

Память программ

Хранит исполняемый код программы. Обычно это энергонезависимая Flash-память объемом от нескольких килобайт до мегабайт. Некоторые микроконтроллеры имеют встроенный загрузчик для обновления прошивки.

Оперативная память (RAM)

Используется для хранения переменных и промежуточных результатов вычислений. Объем RAM составляет от сотен байт до десятков килобайт.

EEPROM

Энергонезависимая память небольшого объема для хранения настроек и калибровочных данных.

Оптимальное сочетание разных типов памяти позволяет эффективно использовать ресурсы микроконтроллера.

Периферийные устройства микроконтроллеров

Современные микроконтроллеры оснащаются широким набором встроенной периферии:

• Порты ввода-вывода общего назначения
• Таймеры и счетчики
• Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
• Интерфейсы UART, SPI, I2C, CAN, USB
• Широтно-импульсные модуляторы (PWM)
• Часы реального времени (RTC)
• Контроллеры прерываний
• Сторожевые таймеры (Watchdog)

Наличие такого разнообразия периферии позволяет создавать на базе одного микроконтроллера законченные системы управления.

Программирование микроконтроллеров

Для программирования микроконтроллеров используются:

• Языки низкого уровня (ассемблер)
• Языки высокого уровня (C, C++)
• Визуальные среды программирования

Процесс разработки включает:

1. Написание исходного кода программы
2. Компиляцию в машинный код
3. Загрузку скомпилированной программы в память микроконтроллера
4. Отладку с использованием симуляторов или аппаратных отладчиков

Современные среды разработки предоставляют удобные инструменты для всех этапов создания программ.

Применение микроконтроллеров

Микроконтроллеры нашли широчайшее применение в самых разных областях:

• Бытовая техника (стиральные машины, микроволновые печи, кондиционеры)
• Автомобильная электроника (системы управления двигателем, климат-контроль)
• Промышленная автоматика
• Измерительное оборудование
• Системы «умного дома»
• Игрушки и развлекательная электроника
• Медицинское оборудование
• Портативные устройства (MP3-плееры, фотоаппараты)

Микроконтроллеры позволяют создавать интеллектуальные системы управления практически в любой сфере.

Что такое микроконтроллер. Применение микроконтроллеров.

Цель курса – познакомиться с микропроцессорной техникой, научиться писать программы для микроконтроллеров и отлаживать их на реальном оборудовании. В курсе описано устройство микроконтроллера, показано, как он взаимодействует с окружающим миром. Курс предназначен для учащихся школ, нетехнических колледжей, техникумов и ВУЗов.

Для освоения курса не требуется каких-либо специализированных знаний в электротехнике и программировании, не нужно ничего паять (хотя в будущем было бы неплохо научиться ;), не нужно покупать дорогостоящих отладочных плат. Для начала работы нам понадобится персональный компьютер (ПК) с выходом в интернет. Вся практическая часть курса выполняется в лаборатории с удаленным доступом, которая представлена макетной платой с микроконтроллером и направленной на нее вебкамерой. Любой желающий может, сидя у себя дома, запрограммировать микроконтроллер и через вебкамеру понаблюдать за его работой.

Программы мы будем писать на языке С в среде программирования Keil-C компании ARM. Сразу оговоримся, среда разработки Keil-C платная, но для выполнения всех наших работ достаточно демонстрационной версии этого продукта, demo версию можно скачать либо с официального сайта компании ARM www.keil.com, либо у нас в разделе файлы. В своих примерах я буду использовать версию v812.

Что же такое микроконтроллер? Микроконтроллер можно сравнить с персональным компьютером, он также имеет свой процессор, оперативную память, память для долгосрочного хранения информации, порты ввода-вывода и многие другие периферийные устройства, например, аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). Только, в отличие от персонального компьютера, все эти компоненты объединены в одной микросхеме, поэтому микроконтроллер можно назвать «компьютером в одной микросхеме». Конечно, быстродействие такого компьютера не сравниться с быстродействием ПК, но для большинства задач мониторинга и управления его достаточно.

Рисунок 1 — Внешний вид микрокнтроллера ADuC842 в различных корпусах

Микроконтроллер может задавать режим работы стиральной машины, контролировать температуру в бассейне, выводить на жидкокристаллический дисплей текст или изображение, управлять мощностью освещения, измерять напряжение, ток или любую другую физическую величину. Микроконтроллер можно встретить в сотовом телефоне, телевизоре, микроволновой печи, фотоаппарате, автомобиле, клавиатуре, наручных часах, то есть в любых устройствах, где так или иначе приходится чем-либо управлять, что-то измерять или обрабатывать информацию.

Также как и для персонального компьютера, для работы микроконтроллера требуется программа, но если в ПК, как правило, программа рассчитана на взаимодействие с операционной системой, то в микропроцессоре (тоже, как правило, но совсем не обязательно) такой операционной системы нет. В персональном компьютере операционная система организует доступ пользовательской программы ко всем внутренним и внешним устройствам компьютера через драйвер. Когда мы пишем программу для микроконтроллера, то никаких драйверов устройств нет, и нам необходимо самостоятельно организовывать программный доступ к каждому устройству.

Для обмена информацией с внешним миром в контроллере предусмотрены порты ввода и вывода информации. Часто порт ввода объединяется с портом вывода, и образуют порт ввода-вывода информации.

С внешним миром микроконтроллер обменивается информацией в цифровом виде. Основой логики работы микропроцессора служит двоичная система счисления, состоящая всего из двух цифр – единицы «1» и нуля «0». Эти две цифры двоичной системы позволяют записывать практически любые числа. Для электрических сигналов, несущих эту цифровую информацию, двоичная система счисления соответствует двум состояниям, или двум «логическим» уровням: высокому и низкому. Как правило, напряжение высокого логического уровня близко к напряжению питания микросхемы, например, 5 В или 3 В. Напряжение низкого логического уровня – логического ноля «0» — может составлять несколько десятых вольта, например, 0,3 В, и в идеальном случае равняется 0 В. С помощью загруженной в него программы микроконтроллер может установить на любой ножке порта вывода требуемый уровень напряжения. Также микроконтроллер может программно определять состояние сигнала на своих ножках, высокое ли напряжение на ней или низкое (ноль или единица).

Получать информацию микроконтроллер может из подключаемых к его портам устройств, таких как: кнопки, клавиатуры, различные датчики, цифровые микросхемы и других микроконтроллеры, и даже ПК. Для вывода информации к портам контроллера можно подключать светодиоды, жидкокристаллические индикаторы, семисегментные индикаторы и многое другое.

Все порты ввода-вывода можно разделить на две группы: это параллельные порты и последовательные. При параллельном способе передачи информации каждый бит передаваемого слова имеет отдельный провод, таким образом, при передаче данных байтами нам понадобиться шлейф из восьми проводов. При таком способе передачи у микропроцессора для функции ввода-вывода должно быть зарезервировано восемь ножек. При последовательном способе передачи данных используется всего лишь один информационный проводник, на нем последовательно, друг за другом, устанавливаются биты передаваемого слова. На другой стороне приемник также последовательно считывает эти биты. То есть для реализации последовательной передачи данных может быть использована всего одна ножка контроллера.

Рисунок 2 — Структурная схема микроконтроллера

Любой микроконтроллер в своем составе должен иметь микропроцессор. Микропроцессор — это «мозг» микроконтроллера, помимо вычислений он обеспечивает взаимодействие всех периферийных устройств микроконтроллера. Когда мы пишем программу, мы как бы указываем микропроцессору, какие инструкции и в какой последовательности ему следует выполнять.

Также как и в персональном компьютере, в микропроцессоре есть память. Структурно память состоит из пронумерованных ячеек, номер ячейки принято называть адресом, а совокупность всех возможных адресов памяти называют адресным пространством. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Всю память можно разделить две большие группы: это ПЗУ — постоянно запоминающее устройство, и ОЗУ — оперативно запоминающее устройство, или просто — оперативная память. В персональном компьютере роль ПЗУ выполняют жесткие диски, оптические диски, карты памяти и флешки. Особенность этого типа памяти заключается в том, что после отключения питания устройства записанная информация сохраняется на носителе, и после возобновления подачи питания снова может быть считана. В оперативной же памяти информация сохраняется только пока подано питание. Но быстродействие ОЗУ может превосходить быстродействие ПЗУ в десятки и даже сотни раз. Поэтому удобно исполняемую программу держать в ПЗУ, а все переменные, к которым требуется быстрый доступ — в ОЗУ. Если в ПК объем памяти измеряется в ГБ (приставка Гига – 10⁹), то в микроконтроллерах все гораздо скромнее. Так, в микроконтроллере ADuC842, который мы будем использовать в практической части урока, имеется всего 62 кБ (килобайта) ПЗУ и 256 байт ОЗУ.

Еще одна особенность микроконтроллеров заключается в том, что большая часть из них выполнена по так называемой Гарвардской архитектуре, а это значит, что для хранения программ и данных используется две различные памяти: память программ и память данных. В памяти программ хранится непосредственно исполняемый код, который определяет алгоритм действия системы. Этот код никоим образом не может быть изменен исполняемой программой. Загружая исполнительный код в память микроконтроллера, программист определяет алгоритм функционирования микроконтроллерной системы. Часто процесс загрузки программы в память называют «прошивкой» контроллера.

После загрузки программы в память мы перезапускаем микроконтроллер. После перезагрузки микропроцессор обращается в самую первую ячейку памяти программ за командой. Адрес самой первой ячейки — 0. Затем считанная команда выполняется, и процессор начинает считывать следующую по порядку команду. Таким образом, команды выполняются последовательно, одна после завершения другой. Но существуют команды, способные изменить последовательность выполнения команд в зависимости от каких-либо условий, такие команды называются командами условного перехода. С помощью таких команд реализуются разветвленные алгоритмы работы.

Рисунок 3 — Порядок выполнения команд

В данном курсе мы научимся создавать собственные «прошивки» для микроконтроллеров. Каждый урок будет состоять из двух частей. Первая часть — это теория, где я расскажу о способах подключения различных устройств к микроконтроллеру и особенностях функционирования встроенной периферии. Во второй части покажу, как программно организовать работу описанной в первой части системы. Кроме того, в конце каждого урока полагается домашнее задание, где будет предложено решить прикладную задачу: написать, отладить и испытать на реальном оборудовании программу.

Как устроен микроконтроллер

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Советы начинающим программистам микроконтроллеров Программирование микроконтроллеров Из песочницы Очень давно хотелось поделиться своим опытом, с начинающими радиолюбителями, потому что об этом пишут очень мало и разрозненно. Мой опыт не хороший, не плохой, он такой какой есть.

Поиск данных по Вашему запросу:

Как устроен микроконтроллер

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Микроконтроллер
• Принцип работы микроконтроллера для чайника
• Урок 1. Введение. Устройство микроконтроллера
• Как работает микроконтроллер?
• Что внутри микроконтроллера
• УСТРОЙСТВО МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ AVR

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок 1 версия 2 Что такое микроконтроллер

Микроконтроллер

Производство интегральных микросхем. Как устроены микросхемы. Так делают компьюторные процессоры. Как работает микропроцессор. Большой скачок Микропроцессоры. Термин контроллер образовался от английского слова to control — управлять. Эти устройства могут основываться на различных принципах работы от механических или оптических устройств до электронных аналоговых или цифровых устройств.

Механические устройства управления обладают низкой надежностью и высокой стоимостью по сравнению с электронными блоками управления. Электронные аналоговые устройства требуют постоянной регулировки в процессе эксплуатации, что увеличивает стоимость их эксплуатации. К настоящему времени почти не используются. Наиболее распространенными на сегодняшний день схемами управления являются схемы, построенные на основе цифровых микросхем.

В зависимости от стоимости и габаритов устройства, которым требуется управлять, определяются и требования к контроллеру. Если объект управления занимает десятки метров по площади, как, например, автоматические телефонные станции, базовые станции сотовых систем связи или радиорелейные линии связи, то в качестве контроллеров можно использовать универсальные компьютеры.

В такие компьютеры при включении питания заносится управляющая программа, которая и превращает универсальный компьютер в контроллер. Использование универсального компьютера в качестве контроллера позволяет в кратчайшие сроки производить разработку новых систем связи, легко их модернизировать путём простой смены программы а также использовать готовые массовые а значит дешёвые блоки.

Контроллеры требуются не только для больших систем, но и для малогабаритных устройств таких как радиоприёмники, радиостанции, магнитофоны или сотовые аппараты.

В таких устройствах к контроллерам предъявляются жёсткие требования по стоимости, габаритам и температурному диапазону работы. Этим требованиям не могут удовлетворить даже промышленные варианты универсального компьютера.

Любые устройства, в том числе и устройства связи, радиоавтоматики или аудиовизуальной аппаратуры требуют присутствия в своем составе устройства управления контроллера.

Контроллеры требуются практически во всех предметах и устройствах, которые окружают нас. Популярными микроконтроллерами являются микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel. Одно перечисление семейств микроконтроллеров может занять несколько страниц текста, поэтому ограничимся приведёнными семействами восьмиразрядных микроконтроллеров.

Расширенные аналоговые возможности, такие как встроенный датчик температуры, быстродействующий аналоговый компаратор, битный АЦП и встроенный усилитель с программируемым коэффициентом усиления, позволяют создавать высокоинтегрированные устройства с минимальной стоимостью. В рамках семейства AVRR микроконтроллеры AVR являются не просто самыми миниатюрными из полнофункциональных, но и единственными, которые могут работать при напряжении питания всего 0. Продажи микроконтроллеров будут ставить рекорды в ближайшие 5 лет Емкость всего рынка MCU прогнозируется на уровне 18,1 млрд единиц, что соответствует процентрому росту в годовом исчислении.

Этому прогрессу будут способствовать смарт-карты для электронного банкинга, банкоматов, защищенных кредитных и дебетовых карт, различных систем оплаты, технологий «электронного правительства» и приложений в сфере обеспечения безопасности. При этом рекордная реализация чипов ожидается по итогам всех следующих лет, кроме года, говорится в исследовании. You can do it, too! Цифровая схемотехника. История ЭВМ 1 Классификация и основные параметры цифровых микросхем 2 Характеристики цифровых сигналов 3 Напряжения и величины сигналов различных логик 4 Логические элементы и способы построения логических элементов 5 Асинхронные RS триггеры 6 Синхронные RS триггеры 7 D триггеры 8 T триггеры 9 Двухступенчатые триггеры 10 JK триггеры 11 Счётчики электрических импульсов 12 Суммирующие и вычитающие счетчики 13 Счётчики с произвольным коэффициентом пересчёта 14 Делители частоты 15 Регистры.

Классификационные признаки регистров 16 Регистры сдвига 17 Шифраторы 18 Дешифраторы 19 Мультплексоры 20 Демультиплексоры 21 Кодопреобразователи 22 Коды Грея 23 Аналоговые компараторы 24 Цифровые компараторы 25 Одноразрядный полусумматор. Полные сумматоры 26 Сумматор параллельного действия 27 Сумматор последовательного действия 28 Программируемые логические матрицы 29 Виды памяти и её параметры 30 Устройство памяти компьютера 31 Настройка памяти ПК 32 Типы постоянных запоминающих устройств 33 Оперативное запоминающее устройство 34 Элементная база ОЗУ 35 Динамическая память 36 Статическая память 37 Сверхоперативная память регистровая 38 Флеш память 39 Аналого-цифровые преобразователи 39 Квантование и кодирование информации 40 Цифро-аналоговые преобразователи 41 Маркировка микросхем 41 Маркировка радиодетатей 42 Производство микросхем 42 Производство транзисторов 43 Микроконтроллеры и их применение 45 Сопряжение МК с периферийными устройствами.

Виды развязок 48 Микроконтроллеры Микроконтроллеры и область применения. Наш Email. Онлайн тестирование. Микроконтроллеры и область применения. Структура и основные характеристики МК. Производство интегральных микросхем Как устроены микросхемы Так делают компьюторные процессоры Как работает микропроцессор Большой скачок Микропроцессоры. Log in Log out Edit. Jimdo You can do it, too!

Принцип работы микроконтроллера для чайника

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой. Что такое микроконтроллеры — назначение, устройство, софт.

АЛУ – сердце (а может быть и ум, с честью и совестью) микроконтроллера. Здесь мы не будем входить в роль “маньяка-расчленителя” и ковыряться во.

Урок 1. Введение. Устройство микроконтроллера

Учебный курс по микроконтроллерам. Азбука AVR , основы радио электроники, устройство микроконтроллера, схемы, прошивки, примеры, скачать книги по электронике и программированию, простые программаторы AVR и PIC. Быстрый и уверенный старт. Соблюдайте технику безопасности! Используйте средства защиты. Думайте и только потом делайте. Всегда защищайте глаза! Не работайте с приборами под высоким или сетевым напряжением, а если все же придется — то не работайте в одиночку и одну руку всегда держите за спиной.

Как работает микроконтроллер?

Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств , содержит ОЗУ и или ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер , способный выполнять относительно простые задачи. Отличается от микропроцессора интегрированными в микросхему устройствами ввода-вывода, таймерами и другими периферийными устройствами. С появлением однокристальных микро-ЭВМ связывают начало эры массового применения компьютерной автоматизации в области управления. Первый патент на однокристальную микроЭВМ был выдан в году инженерам М.

Работа МК заключается в сравнении и изменении чисел в регистрах, в сравнении и изменении отдельных битов в регистрах. Сравнение и изменение происходит в соответствии с программой.

Что внутри микроконтроллера

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Более 4 млрд. Они установлены в микроволновках, стиральных машинах, музыкальных центрах… При этом они являются однокристальными компьютерами, со своим процессором, памятью, портами ввода-вывода. В статье я постараюсь кратко объяснить что это за звери и как их приручают.

УСТРОЙСТВО МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ AVR

Данная статья является обзорной, более подробную информацию по всем разделам можно найти в datasheet на конкретный микроконтроллер далее МК. Мы будем осваивать все возможности МК сразу на приборах, начиная с простых и постепенно переходя к более сложным схемам. В каждом приборе мы будем подробно разбирать программу, и вы научитесь работать с МК на практике, сразу наблюдая результат своей работы. Также во всех приборах оставлено место для самостоятельной работы. Такой подход более продуктивный и интересный, чем работать с отладочной платой например, Arduino или STM Discovery board. В этой статье мы не будем подробно рассматривать программирование МК программированию посвящена отдельная статья Приемы программирования микроконтроллеров. Вам важно только запомнить название и назначение каждого модуля, его возможности и основные параметры.

Путь с нуля на мой взгляд заключается в изучении периферии и особенностей, если это микроконтроллер. Правильнее сначала.

Предыстория На днях возникла необходимость собрать программатор PicKit2, да и сам программатор хотелось сделать маленьким, дабы можно было удобно с собой таскать. Как раз на форуме видел несколько тем про двухсторонние платы по методу ЛУТ или ЛЛТ, в частности про изготовление двухсторонних плат, в которых основная засада это совмещение двух сторон идеально точно. Постараюсь на конкретном примере именно этого программатора рассказать, как это делаю я. Разумеется, в своем повествовании буду использовать программу Eagle Cad.

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие.

Микроконтроллер — это интегральная схема , предназначенная для управления различными электронными устройствами или их отдельными функциональными блоками.