Устройство на микроконтроллере. Микроконтроллеры: устройство, типы и применение в современной электронике

Что такое микроконтроллер и как он устроен. Какие бывают типы микроконтроллеров. Где применяются микроконтроллеры в современной электронике. Как выбрать подходящий микроконтроллер для проекта.

Что такое микроконтроллер и как он устроен

Микроконтроллер (МК) представляет собой миниатюрный компьютер, размещенный на одной интегральной схеме. В отличие от обычных компьютеров, микроконтроллеры предназначены для выполнения одной конкретной задачи и обычно встраиваются в различные устройства.

Основные компоненты микроконтроллера:

• Процессор (CPU) — выполняет вычисления и управляет работой всех узлов
• Память программ (ROM) — хранит программу, которую выполняет процессор
• Оперативная память (RAM) — для временного хранения данных
• Порты ввода-вывода — для взаимодействия с внешними устройствами
• Таймеры — для отсчета временных интервалов
• АЦП — для преобразования аналоговых сигналов в цифровые
• Различные интерфейсы (UART, SPI, I2C и др.)

Все эти компоненты размещены на одном кристалле, что обеспечивает компактность и низкое энергопотребление микроконтроллера.

Типы микроконтроллеров

Существует три основных типа микроконтроллеров:

8-разрядные микроконтроллеры

Самые простые и дешевые. Подходят для несложных задач, где не требуется высокая производительность. Примеры: Atmega328 (Arduino), PIC16F877.

16-разрядные микроконтроллеры

Обладают большей производительностью и объемом памяти. Используются в более сложных системах. Пример: MSP430 от Texas Instruments.

32-разрядные микроконтроллеры

Самые мощные. Применяются в сложных системах, требующих высокой производительности. Примеры: STM32, ESP32.

Архитектуры микроконтроллеров

Основные архитектуры, используемые в современных микроконтроллерах:

• ARM — самая распространенная архитектура для 32-разрядных МК
• AVR — используется в популярных 8-разрядных МК от Atmel (Arduino)
• PIC — архитектура от Microchip Technology
• MSP430 — архитектура 16-разрядных МК от Texas Instruments

Выбор архитектуры зависит от требований конкретного проекта и предпочтений разработчика.

Применение микроконтроллеров

Микроконтроллеры широко применяются в самых различных областях современной электроники:

• Бытовая техника (стиральные машины, микроволновки, холодильники)
• Автомобильная электроника (управление двигателем, климат-контроль)
• Промышленная автоматика
• Системы «умный дом»
• Медицинское оборудование
• Портативная электроника (смартфоны, ноутбуки, планшеты)
• Игрушки и развлекательные устройства

Практически любое современное электронное устройство содержит один или несколько микроконтроллеров.

Как выбрать подходящий микроконтроллер для проекта

При выборе микроконтроллера для проекта следует учитывать следующие факторы:

• Требуемая производительность
• Объем памяти программ и ОЗУ
• Наличие необходимых интерфейсов и периферии
• Энергопотребление
• Стоимость
• Наличие средств разработки и отладки
• Поддержка производителем

Для простых проектов часто достаточно 8-разрядного МК, например, популярного ATmega328 из Arduino. Для более сложных задач лучше выбрать 32-разрядный МК, например, STM32 или ESP32.

Программирование микроконтроллеров

Для программирования микроконтроллеров используются различные языки и среды разработки:

• Ассемблер — низкоуровневый язык, обеспечивает максимальную производительность
• С/С++ — наиболее популярные языки для программирования МК
• Arduino IDE — упрощенная среда для начинающих
• Специализированные среды от производителей — MPLAB, IAR, Keil и др.

Выбор языка и среды разработки зависит от сложности проекта и опыта программиста. Для начинающих удобнее всего использовать Arduino IDE, опытные разработчики обычно предпочитают С/С++ в профессиональных средах.

Преимущества использования микроконтроллеров

Микроконтроллеры обладают рядом преимуществ по сравнению с другими вычислительными устройствами:

• Компактность — все необходимые компоненты на одном кристалле
• Низкое энергопотребление
• Невысокая стоимость
• Надежность благодаря минимуму внешних компонентов
• Простота использования
• Широкий выбор готовых решений для различных задач

Эти преимущества делают микроконтроллеры оптимальным выбором для многих встраиваемых систем и устройств Интернета вещей.

Перспективы развития микроконтроллеров

Основные тенденции в развитии микроконтроллеров:

• Повышение производительности при снижении энергопотребления
• Увеличение объемов встроенной памяти
• Интеграция беспроводных интерфейсов (WiFi, Bluetooth)
• Улучшение средств обеспечения безопасности
• Снижение стоимости
• Применение новых технологических процессов

В будущем микроконтроллеры станут еще более производительными, экономичными и функциональными, что позволит создавать на их основе все более сложные и интеллектуальные устройства.

Зарядное устройство на микроконтроллере для автомобильного аккумулятора в Подольске: 500-товаров: бесплатная доставка, скидка-69% [перейти]

Партнерская программаПомощь

Подольск

Каталог

Каталог Товаров

Одежда и обувь

Одежда и обувь

Стройматериалы

Стройматериалы

Здоровье и красота

Здоровье и красота

Детские товары

Детские товары

Текстиль и кожа

Текстиль и кожа

Продукты и напитки

Продукты и напитки

Дом и сад

Дом и сад

Электротехника

Электротехника

Сельское хозяйство

Сельское хозяйство

Мебель и интерьер

Мебель и интерьер

Вода, газ и тепло

Вода, газ и тепло

Все категории

ВходИзбранное

Зарядное устройство на микроконтроллере для автомобильного аккумулятора

Зарядное устройство Arnezi 00-00296615 Режим Boost: нет, Зарядка щелочных аккумуляторов: нет, Режим

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Электронное зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов Goodyear CH-6A Зарядка

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Заряднопредпусковое устройство Вымпел Вымпел-47

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство QUATTRO ELEMENTI BC 4M

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство AutoExpert BC-48

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство QUATTRO ELEMENTI i-Charge 4. 1 Режим Boost: нет, Зарядка щелочных аккумуляторов:

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство Ника Антас ЗУ — 90

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство Вымпел 30

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

19 910

Пуско-зарядное устройство Airline AJS-400-02

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство BENTON ICE 5 Режим Boost: да, Зарядка щелочных аккумуляторов: нет, Режим

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство Ника Антас ЗУ-130М

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство QUATTRO ELEMENTI BC 6M Режим Boost: нет, Зарядка щелочных аккумуляторов: нет,

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство BENTON BX4

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство АВТОЭЛЕКТРИКА Т-1001АР

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство Arnezi Smart X4

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство СТАРТ Кедр 10 А

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство АВТОЭЛЕКТРИКА Т-1021 12В 0,1-7,5А Регулировка «ручная/автомат»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство Вымпел Вымпел-27

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

10 160

Зарядное устройство BENTON BX2 Режим Boost: да, Зарядка щелочных аккумуляторов: нет, Режим

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство АВТОЭЛЕКТРИКА Т-1051 Режим Boost: да, Зарядка щелочных аккумуляторов: нет,

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство для гелевых и кислот. АКБ Вымпел 05

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Заряднопредпусковое устройство Вымпел Вымпел-37

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство СТАРТ Кедр S80

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство Вымпел 20

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство Вымпел 100

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство Вымпел 03 Режим Boost: нет, Зарядка щелочных аккумуляторов: нет, Режим

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство QUATTRO ELEMENTI BC 12M

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Зарядное устройство Вымпел 40

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

2 страница из 18

Общее устройство микроконтроллеров

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

Ну вот, уважаемые читатели, мы и подошли к одному из главных вопросов в деле изучения микроконтроллеров – устройству микроконтроллеров.

Микроконтроллеры фирмы ATMEL

Для начала давайте условимся, что слово микроконтроллер в тексте будет прописываться двумя заглавными буквами –

МК, так проще и удобнее.

Немножко истории.
Фирма ATMEL была создана в 1984 году, ее полное название – Advanced Technologi Memory and Logic.
Первый МК фирма выпустила в 1993 году.
В 1995 году была придумана новая архитектура процессорного ядра для МК, так называемое RISС-ядро (что это за диво, вы при желании можете ознакомиться в любой популярной литературе, а мы отвлекаться не будем).
Новую архитектуру МК назвали AVR. Идея новой архитектуры ядра оказалась очень удачной, и уже с 1997 года ATMEL начала серийный выпуск МК на основе RISC-ядра.

В настоящее время ATMEL выпускает в год несколько миллиардов МК разнообразных типов. Из всего этого множества мы выделим два семейств восьмиразрядных МК:

— TINY AVR
– MEGA AVR

Семейство Tiny – более простые, менее навороченные и, соответственно,  более дешевые.

Семейство Mega – более навороченные, но и стоят дороже.
В каждом семействе большое разнообразие различных МК, что позволяет нам выбрать для создаваемой конструкции наиболее оптимальный вариант МК как по его возможностям, так и по цене.

Почему эти семейства МК называются восьмиразрядными (заодно узнаем что такое шины).

МК – сложная штука, в нем (в одном корпусе) размещено много разных устройств, которые, естественно, должны общаться между собой – передавать или принимать данные (нули и единички), передавать и принимать различные сигналы управления, записывать данные в память или считывать их из памяти. Общение устройств между собой а также с «внешним миром» происходит с помощью шин.
Шину можно представить как жгут с несколькими проводами с помощью которых все устройства соединены между собой и по которым передаются цифровые сигналы – логические нули и логические единицы.

В МК имеется три шины:
1. Шина данных (Data Bus – по английски).
Шина данных — шина, предназначенная для передачи информации.
Эта шина служит только для передачи различных данных между устройствами. Эта шина двунаправленная: по ней устройство может как передавать, так и принимать данные. МК семейства Tiny и Mega могут за один раз передать или принять восемь бит информации (бит – наименьшая единица измерения данных в цифровой технике, одна логическая единица или один логический ноль – это один бит информации) . Такая шина называется восьмиразрядной (иногда встречается название – восьмибитовая), а отсюда и сами МК – восьмиразрядными (если грубо, то можно сказать, что все устройства соединены жгутами из восьми проводов).
Минимальная разрядность шины данных – 8 бит (меньше не бывает). Современные компьютеры имеют 64-разрядную шину данных. Разрядность шины данных всегда кратна 8 (восьмиразрядная, шестнадцатиразрядная, тридцатидвухразрядная…)
2. Шина адреса (Addr Bus – по английски).
Шина адреса — шина, на которой в ходе выполнения программы выставляется адрес ячейки памяти, к которой в данный момент времени должен обратиться МК чтобы считать или следующую команду, или данные, или в которую необходимо записать данные.
3. Шина управления (Control Bus – по английски).
Шина управления – шина, а точнее набор линий (проводников) по которым передаются управляющие сигналы с помощью которых определяется как будет происходить обмен информацией – или ее считывание из памяти, или запись в память, а также некоторые специальные сигналы – сигнал готовности, сигнал сброса.
Небольшой пример работы шин.
Необходимо записать число 60 в ячейку памяти:
– на шине адреса выставляется адрес ячейки памяти в которую необходимо записать число
– на шине управления выставляется сигнал записи
– по шине данных передается число 60, которое записывается в выбранную ячейку памяти.
Ну вот, как общаются устройства в МК между собой, мы вроде-бы разобрались. Идем дальше.

В современном МК много различных устройств, в каком-то типе больше, а в каком-то меньше, а кроме того, в разных МК эти устройства могут различаться по своим характеристикам. Но в МК есть то, что составляет его основу и присутствует во всех типах – процессорное ядро (микропроцессорная система – по аналогии с компьютером), которое состоит из трех основных устройств:
1. АЛУ – арифметико-логическое устройство

(микропроцессор) которое выполняет все вычисления (выполняет нашу программу).
2. Память -предназначена для хранения программ, данных, а также любой другой нужной нам информации.
3. Порты ввода – вывода. Это выводы МК с помощью которых он общается с «внешним миром». При передаче информации МК выставляет на своих выводах соответствующие логические уровни (0 или 1). При приеме информации МК считывает с этих выводов логические уровни, которые выставлены внешним устройством.
Это трио – основа МК:

Эту основу МК мы с вами рассмотрим очень подробно, но в следующей статье, как и то, что вы прочтете ниже.

В зависимости от модели МК в нем могут присутствовать дополнительные или, как еще говорят – периферийные устройства. Все периферийные устройства работают сами по себе, т.е. отдельно от процессора МК и не мешают выполнению программы. Когда периферийное устройство выполнит свою работу, оно может об этом сообщить процессору, а может и не сообщать – зависит от нашего желания, сами потом посмотрим на результаты.

1. Аналоговый компаратор
Присутствует во всех моделях МК
Аналоговый компаратор – устройство сравнения. Основная задача компаратора – это сравнение двух напряжений: одно из них – образцовое (с чем сравниваем), а второе – измеряемое (сравниваемое). Если сравниваемое напряжение больше образцового – компаратор вырабатывает сигнал логической единицы. Если сравниваемое напряжение меньше образцового – компаратор формирует на своем выходе логический ноль.  
С помощью компаратора можно, к примеру, контролировать напряжение на заряжаемом аккумуляторе. Пока напряжение не достигнет нужного уровня, на выходе компаратора – логический ноль, как только напряжение аккумулятора достигло уровня нужного нам, компаратор вырабатывает логическую единицу, и значит можно завершить зарядку аккумулятора.

2. АЦП – аналогово-цифровой преобразователь.
Имеют не все МК.
АЦП – преобразователь аналогового напряжения в цифровую форму.
Аналоговое напряжение – это напряжение которое изменяется по напряжению во времени. Например – синусоидальный сигнал с выхода генератора частоты, напряжение в бытовой розетке, звуковой сигнал на колонках.
АЦП постоянно анализирует на своем входе величину напряжения и выдает на своем выходе цифровой код, соответствующий входному напряжению.
Примеры применения:
– цифровой вольтметр или амперметр
– процессорный стабилизатор напряжения
МК, которые имеют АЦП, также имеют раздельное питание для цифровой и для аналоговой частей.

3. Таймер/счетчик
Присутствует во всех моделях МК, но в разных количествах – от 1 до 4, и с разными возможностями.
Таймер/счетчик – это как бы два устройства в одном флаконе: таймер + счетчик.
Таймер – устройство, которое позволяет формировать временные интервалы. Таймер представляет собой цифровой счетчик который считает импульсы или от внутреннего генератора частоты, или от внешнего источника сигнала.
С помощью таймера/счетчика можно:
– отсчитывать и измерять временные интервалы
– подсчитывать количество внешних импульсов
– формировать ШИМ-сигналы
К примеру, мы хотим создать прибор позволяющий измерять частоту входного сигнала (частотомер). В этом случае мы можем использовать два счетчика/таймера. Первый будет отсчитывать временные интервалы равные 1 секунде, а второй будет считать количество импульсов за промежуток времени в 1 секунду которые отсчитывает первый таймер. Количество импульсов подсчитанное вторым таймером/счетчиком за 1 секунду будет равно частоте входного сигнала.
ШИМ— широтно-импульсный модулятор, предназначен для управления средним значением напряжения на нагрузке.
ШИМ – один из вариантов работы таймера/счетчика, позволяющий генерировать на выходе МК прямоугольное импульсное напряжение с регулируемой длительностью между импульсами (скважностью), которое применяется в различных устройствах:
– регулирование частоты вращения электродвигателя
– осветительные приборы
– нагревательные элементы

4. Сторожевой таймер.
Есть во всех моделях МК. Может быть включен или выключен по усмотрению программиста.
У сторожевого таймера только одна задача – производить сброс (перезапускать программу) МК через определенный промежуток времени.
При работе МК могут возникать различные ситуации при которых его нормальная работа будет нарушена (внешние помехи, дурацкая программа, за которую надо голову оторвать программисту). В таких случаях говорят, что МК «завис».
При нормальной работе МК и включенном сторожевом таймере, программа должна периодически производить сброс сторожевого таймера (а периодический сброс мы должны сами предусмотреть в программе) еще до того, как он должен сработать и перезапустить МК. Если программа «зависла», то сброса сторожевого таймера не будет, и через определенный промежуток времени он перезапустит МК.

5. Модуль прерываний.
Прерывание – сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей программы приостанавливается и управление передается обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его (выполняется программа, которую должен выполнить МК при наступлении соответствующего события – прерывания), после чего возвращается в прерванную программу.
Прерывания бывают внутренние и внешние.
Внутренние прерывания могут возникать при работе периферийных устройств МК (АЦП, компаратор, таймер и т.д.)
Внешнее прерывание – событие, которое возникает при наличии сигнала на одном из специальных входов МК (таких специальных входов для внешних прерываний у МК может быть несколько).
Пример.
Внутреннее прерывание. Собрали на МК устройство, которое еще обладает и функцией зарядки резервного источника питания. МК выполняет свою основную программу, аналоговый компаратор в это время проверяет напряжение на аккумуляторе. Как только напряжение аккумулятора снизится ниже допустимого, компаратор вырабатывает сигнал процессору – прерывание, процессор останавливает выполнение основной программы и переходит к выполнению программы прерывания, вызванного компаратором – к примеру, включает схему зарядки аккумулятора, а затем возвращается к выполнению прерванной программы.
Внешнее прерывание. Работа МК происходит также, как и при внутреннем прерывании, но вызываться оно может любым устройством, подключенным к специальному входу МК.

6. Интерфейсы и модули для передачи данных. Мы подробно рассматривать их будем только в том случае, если они потребуются для собираемой нами (в будущем) конструкции. Более подробно о них можно прочитать в популярной литературе.
Последовательный периферийный интерфейс SPI
Имеется во всех моделях МК.
Мы его в 99,9 случаях из 100 применяем для программирования МК.
Кроме программирования МК интерфейс SPI позволяет:
– обмениваться данными между МК и внешними устройствами
– обмениваться данными нескольким МК между собой
Универсальный приемопередатчик
Имеют все модели МК, но разных типов:
– USART
– UART
Предназначены для обмена данными по последовательному каналу.
Последовательный двухпроводный интерфейс TWI
Встречается только в серии Mega.
Предназначен для обмена данными по двухпроводной линии. Всего к такой линии можно подключить до 128 устройств.
TWI является полным аналогом интерфейса I2C.

---

Предыдущие статьи:

♦ Микроконтроллер и как его победить
♦ Микроконтроллер и системы счисления
♦ Микроконтроллер и логические операции

Следующие статьи:

♦ Арифметико-логическое устройство и организация памяти – память программ, память данных, энергонезависимая память
♦ Регистры общего назначения, регистры ввода/вывода, стек, счетчик команд
♦ Регистр состояния SREG
♦ Порты ввода/вывода микроконтроллера

---

---

Как выбрать микроконтроллер для ваших устройств IoT

Все тонкости микроконтроллеров и обзор различий между MCU и микропроцессорами (MPU).

Поговорите со специалистом

Что такое (и чем не является) микроконтроллер?

Блок микроконтроллера (MCU) представляет собой небольшой автономный компьютер, размещенный на одной интегральной схеме или микрочипе. Они отличаются от вашего настольного компьютера тем, что обычно предназначены для одной функции и чаще всего встроены в другие устройства (например, мобильные телефоны, бытовую электронику).

В чем разница между микроконтроллером и микропроцессором (MCU и MPU)?

Микроконтроллеры также отличаются от микропроцессоров. Микропроцессоры содержат только ЦП и поэтому требуют дополнительных периферийных устройств для выполнения задач. MCU, с другой стороны, содержат RAM, ROM и аналогичные периферийные устройства, которые позволяют им выполнять (простые) задачи независимо.

В конечном счете, несмотря на схожие названия и внешний вид, микроконтроллеры и микропроцессоры сильно различаются по своему применению. Микропроцессоры более мощные, но для их функционирования их необходимо использовать как отдельные компоненты в более крупных системах. Между тем микроконтроллеры ограничены по мощности и функциональности, но могут выполнять простые функции самостоятельно. Вашему Apple TV, например, требуется микропроцессор для выполнения всех разнообразных и сложных задач, которые он выполняет. С другой стороны, подключенной кофеварке нужно выполнять только простые процедуры и задачи, и поэтому в ней используется микроконтроллер.

В чем разница между микроконтроллером (MCU) и системой на кристалле (MCU и SoC)?

Другим термином, который часто можно услышать в этом обсуждении, является система на кристалле (SoC). Различие между MCU и SoC гораздо менее очевидно, и эти два термина часто используются как синонимы. Однако в обычном использовании термин SoC обычно относится к микроконтроллерам с большим количеством встроенных периферийных устройств и функций. Для целей этого плана мы не будем делать различий между MCU и SoC.

Зачем использовать MCU для IoT

• Простота

  В большинстве случаев использования IoT относительная простота MCU является преимуществом, а не недостатком. Для работы микроконтроллеров не требуются операционные системы, и их легко взаимодействовать с внешними устройствами, такими как датчики и двигатели. Отсутствие внешних зависимостей также упрощает их настройку. Вы можете просто включить их, загрузить прошивку, и они работают. Кроме того, кодирование, необходимое для программирования микроконтроллера, минимально.

• БЕЗОПАСНОСТЬ

  Благодаря своей относительной простоте микроконтроллеры также предлагают меньше возможностей для атак. Как правило, каждый открытый порт и доступный IoT-протокол также является потенциальной уязвимостью. Код на микроконтроллерах работает «на голом железе», что означает отсутствие промежуточной операционной системы для выполнения инструкций. Это приводит к ограничению потенциальных векторов атак и повышению внутренней безопасности.

• Стоимость

  В большинстве современных приложений Интернета вещей микроконтроллер может обеспечить всю необходимую вычислительную мощность и функциональность. В результате микроконтроллеры чаще всего являются лучшим и наиболее экономичным выбором оборудования для приложений IoT. В целом, они предлагают простую, безопасную функциональность за небольшие деньги.

Какой MCU подходит именно вам?

• Технические характеристики

  Технические характеристики вашего микроконтроллера полностью зависят от его предполагаемого применения. Относительная важность таких характеристик, как скорость обработки и объем памяти, будет отличаться от варианта использования к варианту использования. Например, для устройства IoT, предназначенного для выполнения более сложных задач, потребуется MCU с более высокой тактовой частотой. Однако менее требовательные к обработке задачи могут не требовать такого высокопроизводительного оборудования. Вот почему крайне важно, чтобы вы четко определили свои технические потребности, прежде чем принимать решение о конкретной технологии. В целом, основные характеристики включают: память; скорость; использование энергии; функции безопасности; и тип подключения (Bluetooth/Wi-Fi/сотовая связь).

• Стоимость

  Все эти технические характеристики будут неизменно сопоставляться с их стоимостью. Хотя стоимость микроконтроллеров быстро снижается, дополнительная мощность, память и другие характеристики обычно приводят к увеличению затрат. Хотя поначалу затраты на оборудование могут не показаться пугающими, увеличение масштаба может быстро усилить даже незначительные различия в цене оборудования. В то же время, выбор MCU только с минимальными характеристиками, необходимыми для работы, может привести к тому, что вы не сможете внедрять обновления, новые функции и другие улучшения в будущем.

• Служба поддержки

  При выборе MCU также важно учитывать сообщество, окружающее его. У микроконтроллеров с ограниченным внедрением будет меньше ресурсов, которые помогут вам в разработке. С другой стороны, такие устройства, как Photon, уже имеют большие сообщества пользователей и разработчиков, что значительно упрощает поиск информации и поддержки в случае необходимости. С сообществом из более чем 100 000 разработчиков и инженеров платформа Particle предлагает множество доступных ресурсов, включая образцы проектов, демонстрации и инструменты разработки. Кроме того, выбрав более распространенный MCU, вы обеспечите легкую интеграцию своего IoT-устройства с существующими облачными сервисами.

Взгляд за пределы MCU

Ваш продукт IoT — это система, а не компонент. При планировании любого элемента вашего дизайна важно учитывать полный набор оборудования, программного обеспечения и возможностей подключения. Вы должны учитывать такие факторы, как то, какие протоколы IoT подходят для вашего продукта, а также такие вещи, как масштабируемость, возможность подключения (например, сотовая связь или Wi-Fi), управление устройствами, а также функции и приложения для конкретных случаев использования.

То, как это делается и как управляются эти данные, должно быть главным соображением в процессе разработки IoT. В прошлом разработка, размещение и управление собственной облачной инфраструктурой были необходимой частью внедрения IoT. Теперь поставщики платформ, такие как Particle, предлагают подключенное к облаку оборудование и комплексные платформы IoT, которые снижают общую стоимость владения проектом IoT, а также сокращают время выхода на рынок.

Предварительно сконфигурированные модули, такие как Electron, готовы к подключению к Интернету прямо из коробки и уже сертифицированы FCC/CE/PTCRB. Эти интегрированные платформы позволяют предпринимателям сосредоточиться на своих продуктах, а не на сложностях подключения.

Начните свой проект IoT

Аппаратное обеспечение IoT настолько хорошо, насколько хороша платформа, на которой оно работает. Являясь полнофункциональной IoT-платформой как услугой, Particle предоставляет все необходимое для подключения вашего устройства к Интернету. Мы предлагаем различные недорогие комплекты для разработки MCU для Wi-Fi и сотовой связи, которые легко настроить и легко интегрировать в существующую инфраструктуру вашей организации.

Вы создаете продукт Интернета вещей?

Связаться с отделом продаж

Все, что вам нужно знать о микроконтроллерах

В нашем руководстве рассматриваются области применения микроконтроллеров, а также доступные типы и архитектуры

Отзыв Митхуна Суббаройбхата, инженера технической поддержки (февраль 2021 г. )

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллеры (часто сокращаются до MCU или MC) — это очень маленькие микрокомпьютеры, полностью автономные на одном чипе.

Вы можете определить микроконтроллер как упрощенный компьютер, который обычно предназначен для многократного запуска одной базовой программы. По определению, микроконтроллеры обычно предназначены для выполнения одной автоматизированной задачи, предварительно запрограммированной пользователем, на одном устройстве. Они предназначены для повторного выполнения одной и той же работы (или, как это часто бывает, в цикле с заданным временем).

Это известно как встроенное приложение, в отличие от более универсальных приложений общего назначения, которые обрабатываются полноценными микропроцессорами и центральными процессорами.

Микроконтроллеры действительно содержат своего рода микропроцессор в качестве одного из своих ключевых компонентов, но обычно это гораздо менее сложная и динамичная форма ЦП, чем большинство автономных MP. Это связано с тем, что блок микроконтроллера обычно ограничен выполнением одной узкоспециализированной работы. Это означает, что ему не требуется полный набор функций, которые предлагает надлежащий микропроцессор.

Чтобы достичь этого, основы микроконтроллера диктуют, что он обычно работает в сочетании с другими типами компонентов и электронных схем, подключенных через печатные платы (ПП) . Эта комбинация микроконтроллера и оборудования на основе печатных плат может играть ключевую роль в управлении, мониторинге и воздействии на различные виды систем и поведение компонентов.

Просмотреть все микроконтроллеры

Типы микроконтроллеров

Несмотря на то, что для микроконтроллеров используется много известных производителей и архитектур программирования, в настоящее время используются только три различных типа микроконтроллеров. Это:

8-разрядные микроконтроллеры

Просмотреть сейчас

16-разрядные микроконтроллеры

Просмотреть сейчас

32-разрядные микроконтроллеры

Просмотреть

Основное различие между тремя типами шин микроконтроллеров заключается в их ширине. ширина их соответствующих каналов данных.

Это, в конечном счете, ключевая спецификация, которая ограничивает математическую точность скорости микроконтроллера. Короче говоря, 8-битному микроконтроллеру потребуется большее количество обращений к шине и больше инструкций для выполнения 16-битных или 32-битных вычислений. Поэтому ответ (т. е. выходное поведение) будет получен гораздо медленнее, чем 16- или 32-битный микроконтроллер.

С точки зрения вычислительной техники, это тот же самый тип ограничения, который возникает при работе с медленным процессором, а не с более быстрым и мощным. Эти важные критерии будут влиять на выбор и набор языков программирования, которые вы можете удобно использовать с микроконтроллером. Будь то C++, Python, R или Arduino, микроконтроллеры в целом совместимы с различными языками программирования, хотя особенности будут зависеть от устройства.

8-битные микроконтроллеры долгое время считались самыми простыми и экономичными вариантами, но с ограниченной функциональностью в некоторых приложениях. 16-разрядные и 32-разрядные микроконтроллеры обычно дороже, но обеспечивают соответствующий прирост производительности.

Применение микроконтроллеров

Микроконтроллеры в самых разных современных приложениях и отраслях быстро завоевали широкое распространение на рынке, и сегодня их можно найти во многих технологиях и гаджетах. Любое электронное устройство, содержащее датчик, дисплей, пользовательский интерфейс и программируемое управление выходом или исполнительный механизм, скорее всего, будет оснащено микроконтроллером.

Некоторые из наиболее распространенных проектов микроконтроллеров, функций, приложений и сред, в которых они используются, включают:

• Автоматизация и  робототехника
• Электроника и бытовая техника
• Медицинское и лабораторное оборудование (портативные диагностические приборы, сканеры и рентгеновские аппараты, средства измерения, анализа и контроля)
• Автомобильная промышленность и системы управления транспортными средствами (регулировка трансмиссии, мультимедийные консоли и навигационное программное обеспечение)
• Контроль промышленной и производственной среды (отопление и освещение, Системы ОВиК  и предохранительные замки)
• Устройства и системы Интернета вещей

Что делают микроконтроллеры?

При установке в качестве части функционирующей схемы в устройстве или системе плата микроконтроллера может воспринимать, отслеживать и реагировать на различные события, поведение или входные сигналы, которые она обнаруживает от подключенных компонентов и окружающей среды.

Микроконтроллер, например, может быть запрограммирован на передачу определенного типа выходного сигнала или управления поведением в ответ на определенные входные критерии. Это может включать выполнение таких задач, как:

• Подсветка светодиода или OLED-дисплея  в ответ на сенсорный запрос пользователя
• Воспроизведение световых и звуковых сигналов в приложениях для измерения температуры или других вариантах систем сигнализации и оповещения
• В ответ на необходимость включения или выключения двигателя в насосе или другом механическом устройстве
• Регулировка наклона, баланса и скорости в приложениях на основе гироскопа или акселерометра

Как использовать микроконтроллер: как они работают?

Блок микроконтроллера (MCU) — это очень маленький компьютер, полностью встроенный в единую интегральную схему, также известную как микросхема.

В этом отношении использование микроконтроллеров чем-то похоже на использование системы на кристалле (SoC) , которую вы обычно используете для питания домашнего компьютера, возможно, производства Intel или AMD. Однако микроконтроллер значительно менее сложен, чем средняя SoC (последние часто включают одну или несколько плат микроконтроллеров среди своих многочисленных основных компонентов).

Микроконтроллеры работают так же, как очень простые однокристальные системы, в том смысле, что они могут обнаруживать и реагировать на внешние стимулы или условия с помощью любого количества различных протоколов связи. К ним могут относиться USB, сенсорный отклик или датчики окружающей среды.

При правильном программировании для реагирования на определенные входные данные или обнаружение сигналов процессор MCU можно использовать для выполнения адаптивного поведения в разнообразных функциях и приложениях. Они могут варьироваться от простых триггеров ввода-вывода (I/O) и алгоритмов управления компонентами до влияния на поведение дополнительных компонентов в гораздо более сложных полностью интегрированных системах.

Также важно понимать физическое строение микроконтроллерного устройства. Это позволит лучше понять, как программировать микроконтроллер, а также различия между MCU и аналогичными компонентами, такими как микропроцессоры (MP).

Поскольку микроконтроллер фактически представляет собой простой мини-компьютер, встроенный в единую интегрированную микросхему, для него требуются многие из тех же основных компонентов, что и для более крупного и сложного компьютера. Основные компоненты микроконтроллера включают в себя:

• ЦП (центральный процессор). По сути, это мозг микрокомпьютера, этот компонент представляет собой микропроцессор, который контролирует и контролирует все процессы, происходящие внутри микроконтроллера. Он отвечает за чтение и выполнение всех логических и математических функций, выполняемых
.
• ОЗУ (оперативное запоминающее устройство). Это временное хранилище, используемое только при включении, для помощи в запуске и расчете программ, которые MCU должен выполнять. Он постоянно перезаписывается во время использования
• ПЗУ (постоянная память). Это предварительно записанная постоянная память, которая сохраняется даже без питания. По сути, он инструктирует MCU о том, как выполнять свои программы, когда его спрашивают
.
• Internal Oscillator (основной таймер MCU). Этот компонент функционирует как основной тактовый генератор микроконтроллера и контролирует ритмы выполнения его внутренних процессов. Как и любой другой тип таймера, они отслеживают время, прошедшее в течение заданного процесса, и помогают микроконтроллеру запускать и завершать определенные функции через определенные промежутки времени
• порта ввода/вывода (ввода/вывода). Он состоит из одного или нескольких коммуникационных портов, обычно в виде соединительных контактов. Они позволяют соединить MCU с другими компонентами и цепями для передачи входных/выходных сигналов данных и источника питания
• Микросхемы контроллера периферийных устройств (другие дополнительные аксессуары и компоненты). Они зависят от задачи, которую должен выполнять MCU. Это может быть что угодно, от различных дополнительных таймеров и счетчиков до узлов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), 9Аналого-цифровые преобразователи 0101 , Цифро-аналоговые преобразователи , многочисленные модули ввода данных, флэш-память и память программ, дополнительные параметры ввода/вывода и многое другое помимо

Однако объем и емкость всех этих компонентов на микроконтроллере значительно меньше, чем у сопоставимой SoC в персональном компьютере. Обычно микроконтроллеры контролируют базовые функции таких продуктов, как фены или калькуляторы, но предлагают бессмысленно ограниченные функции в более сложной машине, такой как полноценный компьютер.

Архитектура микроконтроллера

Несмотря на то, что существует только три основных типа микроконтроллеров, существует широкий спектр марок и архитектур производителей микроконтроллеров.

Некоторые из наиболее распространенных имен, на которые пользователи могут часто обращать внимание, включают:

• Процессоры ядра ARM (многие поставщики поставляют микроконтроллеры ARM и связанные с ними компоненты, включая ядра ARM Cortex-M)
• Microchip Technology Atmel Микроконтроллеры AVR (8-разрядный), AVR 32 (32-разрядный) и AT91SAM (32-разрядный)
• Микроконтроллеры Microchip Technology PIC (8-разрядные PIC16, PIC18, 16-разрядные dsPIC33, PIC24, 32-разрядные PIC32)
• Freescale ColdFire (32-разрядная версия) и S08 (8-разрядная версия)
• Микроконтроллеры Intel 8051
• PowerPC ISE
• Renesas Electronics (16-битный микроконтроллер RL78, 32-битный микроконтроллер RX, SuperH, 32-битный микроконтроллер V850, 16-битный микроконтроллер H8, R8C)
• Silicon Laboratories Конвейерные 8-битные микроконтроллеры 8051 и 32-битные микроконтроллеры на базе ARM со смешанными сигналами
• Texas Instruments TI MSP430 (16-разрядная), MSP432 (32-разрядная), C2000 (32-разрядная)
• Toshiba TLCS-870 (8- и 16-разрядная версии)
• CISC и RISC (также RISC-V)

Для получения более подробной информации и рекомендаций по выбору или программированию микроконтроллеров, процессоров, плат и комплектов для разработки микроконтроллеров, пожалуйста, обращайтесь по телефону в нашу службу поддержки клиентов .

Блок-схема микроконтроллера

На этой блок-схеме показана внутренняя архитектура микроконтроллера 8051.

ЦП управляет процессами и синхронизирует их, управляя регистрами и интерпретируя данные ПЗУ. Вызов подпрограммы Interrupts предусмотрен, если другая приоритетная программа запрашивает доступ к системной шине. Прерывания позволяют задержать текущие процессы, чтобы произошел этот дополнительный доступ. Генератор (обозначенный на схеме как OSC) выполняет работу таймера для цифровой схемы микроконтроллера.

Микроконтроллеры и микропроцессоры

Часто возникает путаница в отношении того, что именно отличает микроконтроллер от микропроцессора (MP) или системы на кристалле (SoC).

В двух словах, микроконтроллер — это упрощенная однозадачная версия SoC. Хотя MCU технически содержит ЦП или процессор как часть своей интегральной схемы, это гораздо более упрощенная версия. Этот маломощный микропроцессор эффективно функционирует как простой центральный процессор или мозг для блока микроконтроллера, предоставляя микроконтроллеру базовую способность выполнять свою единственную запрограммированную роль.

Говоря о других ключевых различиях между микропроцессором и микроконтроллером, проще всего говорить о компонентах. Настоящий микропроцессор не содержит никакой памяти (ОЗУ или ПЗУ) или портов ввода-вывода и может работать только как часть более широких встроенных систем. Наборы инструкций, сообщающие автономному микропроцессору, как выполнять данную функцию, обычно хранятся во внешнем хранилище. В микроконтроллере все эти различные компоненты, включая упрощенный процессор, объединены в единый автономный блок.

Магазин Микропроцессоры

С точки зрения производительности микроконтроллеры и микропроцессоры классифицируются примерно так:

Микроконтроллеры

• Полностью автономные устройства, содержащие очень простой ЦП или микропроцессор
• Используются для одного конкретного приложения, как предварительно запрограммировано пользователем
• Не особо мощные с точки зрения производительности; как правило, они потребляют лишь небольшое количество энергии и имеют небольшую встроенную емкость для хранения данных
• Должен быть запрограммирован оператором для выполнения любой значимой роли
• Не могут работать за пределами своих специально запрограммированных полномочий (код, написанный для них, и его качество полностью определяют их производительность)
• Обычно предназначены для использования в определенных устройствах или приборах, предназначенных для многократного выполнения одной задачи

Микропроцессоры

• Гораздо сложнее и универсальнее с точки зрения диапазона функций и предназначены для использования в более общих вычислениях (в отличие от специализированных однозадачных устройств)
• Имеют гораздо более высокую тактовую частоту процессора, чем микроконтроллеры, часто измеряемую в гигагерцах (ГГц), а не в Гц
• Сложные и дорогие в производстве, в отличие от относительно простых и дешевых микроконтроллеров
• Для работы требуется гораздо больше внешних компонентов (ОЗУ, порты ввода-вывода, хранилище данных, EEPROM или флэш-память), ни один из которых не интегрирован в MP и должен приобретаться и подключаться отдельно
• Имеют значительно более высокое энергопотребление и, следовательно, гораздо менее рентабельны для непрерывной работы

Популярные бренды

Microchip

Имея широкий выбор доступных вариантов, просмотрите весь ассортимент микроконтроллеров Microchip и сделайте покупку онлайн уже сегодня.

View Range

Renesas Electronics

Покупайте микроконтроллеры Renesas Electronics в Интернете с помощью RS Components. Выберите идеальный компонент для вашего проекта.

Просмотр ассортимента

STMicroelectronics

Ведущий бренд STMicroelectronics предлагает варианты микроконтроллеров 8, 16 и STM32, помогая определить нужный компонент.

View Range

NXP

Микроконтроллеры NXP — это высококачественные долговечные компоненты, идеально подходящие для ряда внутрисхемных приложений. Приобретайте весь ассортимент прямо сейчас.

Диапазон просмотра

Часто задаваемые вопросы

Какой размер у маленького микроконтроллера?

Микроконтроллеры представляют собой очень маленькие микрокомпоненты, спроектированные так, чтобы быть максимально компактными без ущерба для функциональности. Типичные размеры многих стандартных микроконтроллеров включают высоту от 0,5 до 4,9 мм. 5 мм и длиной от 4 мм до 35,56 мм. Однако следует отметить, что это может значительно варьироваться в зависимости от множества других факторов и требований. Среди наименьших размеров микроконтроллера — высота всего 0,15 мм и длина 1,06 мм.

Какие микроконтроллеры самые лучшие?

Лучший микроконтроллер в конечном счете зависит от требований вашего проекта. Вы должны принять во внимание несколько ключевых факторов при выборе микроконтроллерного устройства, в том числе:

• Температурный допуск
• Архитектура
• Объем памяти
• Цена и экономичность
• Эффективность (производительность в зависимости от энергопотребления)
• Безопасность
• Торговая марка или производитель
• Мощность процессора
• Интерфейс
• Максимальная частота (МГц)

Микроконтроллер и ПЛК: в чем разница?

A Программируемый логический контроллер (ПЛК) похож на микроконтроллер, но он крупнее, быстрее и надежнее.