Схема микроконтроллера. Структурная схема и архитектура микроконтроллера: принципы работы и ключевые компоненты

Какие основные блоки входят в структуру микроконтроллера. Как работает центральный процессор микроконтроллера. Какую роль играет память в архитектуре микроконтроллера. Какие периферийные устройства обычно включает в себя микроконтроллер.

Содержание

Общая архитектура микроконтроллера

Микроконтроллер представляет собой компактную интегральную схему, объединяющую в себе основные компоненты компьютера. Типичная архитектура микроконтроллера включает следующие ключевые блоки:

Центральный процессор (CPU)
Память программ (ROM/Flash)
Оперативная память (RAM)
Порты ввода-вывода
Таймеры
АЦП и ЦАП
Интерфейсы связи (UART, SPI, I2C и др.)
Источник тактового сигнала

Все эти компоненты размещены на одном кристалле и соединены системной шиной, что обеспечивает компактность и высокую интеграцию микроконтроллера.

Центральный процессор микроконтроллера

Центральный процессор (CPU) является «мозгом» микроконтроллера и выполняет следующие основные функции:

Выборка команд из памяти программ
Дешифрация команд
Выполнение арифметических и логических операций
Управление работой остальных блоков микроконтроллера

CPU микроконтроллера оптимизирован для встраиваемых приложений и обычно имеет упрощенную архитектуру по сравнению с процессорами общего назначения. Это позволяет снизить энергопотребление и стоимость микроконтроллера.

Организация памяти в микроконтроллере

Память играет ключевую роль в архитектуре микроконтроллера и обычно состоит из следующих компонентов:

Память программ (ROM/Flash) — хранит код программы и константы
Оперативная память (RAM) — используется для хранения переменных и стека
EEPROM — энергонезависимая память для хранения настроек

Объем памяти в микроконтроллерах обычно ограничен и составляет от нескольких килобайт до сотен килобайт. Это накладывает ограничения на размер программ и требует оптимизации кода.

Периферийные устройства микроконтроллера

Современные микроконтроллеры включают широкий набор встроенных периферийных устройств, что позволяет создавать законченные системы управления на одном кристалле. Типичные периферийные устройства:

Порты ввода-вывода для подключения внешних устройств
Таймеры/счетчики для измерения временных интервалов
АЦП для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код
ЦАП для формирования аналоговых сигналов
Интерфейсы UART, SPI, I2C для связи с другими устройствами
Контроллеры прерываний
Сторожевой таймер (watchdog)

Наличие встроенной периферии значительно упрощает разработку конечных устройств на базе микроконтроллеров.

Система тактирования микроконтроллера

Тактовый генератор формирует импульсы, синхронизирующие работу всех узлов микроконтроллера. Основные компоненты системы тактирования:

Кварцевый или керамический резонатор
RC-генератор
PLL-синтезатор частоты
Делители частоты

Правильный выбор частоты тактирования позволяет оптимизировать производительность и энергопотребление микроконтроллера под конкретную задачу.

Программная модель микроконтроллера

С точки зрения программиста, микроконтроллер представляет собой набор регистров и областей памяти:

Регистры общего назначения
Регистры специальных функций (SFR)
Память программ
Оперативная память
Регистры периферийных устройств

Программирование микроконтроллера заключается в правильной настройке регистров и организации взаимодействия между различными областями памяти и периферийными устройствами.

Особенности архитектуры популярных семейств микроконтроллеров

Рассмотрим ключевые особенности архитектуры некоторых распространенных семейств микроконтроллеров:

AVR

8-битное RISC-ядро
Гарвардская архитектура
32 регистра общего назначения
Расширенная система команд

PIC

RISC-архитектура с редуцированным набором команд
Аппаратный стек
Банковая организация памяти

ARM Cortex-M

32-битное RISC-ядро
Фон-неймановская архитектура
Высокая производительность
Поддержка DSP-инструкций

Выбор конкретной архитектуры зависит от требований проекта по производительности, энергопотреблению и стоимости.

Заключение

Структурная схема и архитектура микроконтроллера определяют его ключевые возможности и особенности применения. Понимание принципов работы основных блоков микроконтроллера позволяет эффективно использовать его ресурсы при разработке встраиваемых систем. Современные микроконтроллеры предоставляют разработчикам широкие возможности по созданию компактных и экономичных устройств управления.

Структурная схема микроконтроллера (МК)

Если переводить слово «микроконтроллер» (англ. «microcontroller») дословно, то получится «миниатюрное устройство, предназначенное для управления». Здесь принято во внимание, что термин «control» в англоязычных текстах гораздо чаще имеет значение «управлять», чем «контролировать».

На практике в функции МК входит контроль и управление производственными процессами, бытовыми приборами, спецтехникой, системами сбора информации, принтерами, факсами, сотовыми телефонами и т.д.

Следует отличать МК от микропроцессоров, микроконверторов, цифровых сигнальных процессоров и микрокомпьютеров. Слова по звучанию похожие, но по смыслу разные. Что их объединяет — это наличие водном корпусе набора узлов, пригодных для построения функционально законченной системы управления.

Исторически первыми появились микропроцессоры. Их родоначальником стала микросхема i4004, которую фирма Intel представила миру 15 ноября 1971 г.

Обобщённая структурная схема типового микропроцессора показана на Рис. 1.1. В его основе — центральное процессорное устройство (ЦПУ), которое содержит арифметический вычислитель, логическое ядро и регистры общего назначения. С внешним миром ЦПУ общается при помощи трёх шин: адреса, данных и управления.

По этим же шинам в него поступают коды управляющей программы, которая хранится на внешнем носителе. Начальная установка регистров ЦПУ производится по сигналу сброса RESET, а синхронизация работы осуществляется от тактовых импульсов SYN.

Разделение процессоров на обычные процессоры и микропроцессоры возникло в 1970-х годах с началом производства больших интегральных схем (БИС). Радиолюбители со стажем хорошо помнят микропроцессоры КР580ВМ80А и Zilog Z80A, применявшиеся в первых домашних компьютерах «Радио-86РК», «Специалист», «ZX-Spectrum», а также в телефонах с АОН — автоматическим определителем номера абонента.

Если к ЦПУ на кристалл добавить оперативное и постоянное запоминающие устройства (ОЗУ, ПЗУ), таймеры, счётчики, аналого-цифровые и цифроаналого-вые преобразователи (АЦП, ЦАП), интерфейсные узлы и порты ввода/вывода, то микропроцессор превратится в МК (Рис. 1.2). Первые МК были разработаны фирмой Intel в 1976 г.

У истоков стояло семейство MCS-48 во главе с первенцем — микросхемой i8048. Существует и другое мнение, согласно которому первым МК был четырёхбитный TMS1000 фирмы Texas Instruments (1972 г.), который содержал 32 байта ОЗУ, 1 Кбайт ПЗУ, часы реального времени и систему ввода/вывода.

В середине 1980-х годов в СССР появились первые аналоги семейств MCS-48/51 на популярных БИС из серий К1816, КР1830. Их называли однокристальными микро-ЭВМ или программируемыми контроллерами, но в лексике эти термины не закрепились.

Согласно одному из многих определений, микроконтроллер (МК) — это специализированный микропроцессор, оснащённый приборными интерфейсами. Главным отличием между микропроцессором и МК является самодостаточность и способность к «самовыживанию» последнего. Например, тактовые импульсы вырабатывает встроенный синхрогенератор, который может работать как автономно, так и от внешнего кварцевого резонатора.

Порты ввода/вывода гибко перестраивают свои функции и могут напрямую соединяться с датчиками и исполнительными устройствами. Управляющая программа хранится во внутреннем, а не во внешнем, ПЗУ Её легко стирать и модифицировать, поскольку современные МК содержат многократно перезаписываемую флэш-память (FLASH).

Для программирования обычно используется интерфейс ISP (In-System Programming), который не требует извлечения МК из панельки в печатной плате.

Иногда МК уменьшительно называют «контроллерами». Здесь надо правильно понимать смысл, к чему относится фраза, ведь существуют и настоящие «промышленные контроллеры», представляющие собой готовое изделие или печатную плату с радиоэлементами, среди которых может находиться процессор и МК.

Микроконвертор — это удачное рекламное изобретение фирмы Analog Devices. Первым микроконвертором был ADuC812, выпущенный в 1998 г. Ключевое слово «MicroConverter» является официальной торговой маркой и защищено юридическими правами. Относится оно к линейкам микросхем ADuC7xxx, ADuC8xx, выполняющих функцию центрального ядра интеллектуальных систем сбора информации.

«Изюминкой» микроконверторов является быстродействующий прецизионный АЦП, дополненный универсальным блоком логической обработки данных и многоразрядным ЦАП. Если учесть сверхнизкое потребление тока и малые габариты микроконверторов, то становится ясно, что специализированные «АДуКи» по праву занимают свою нишу на рынке.

Тем не менее, структурные схемы у микроконверторов и МК полностью совпадают. Однако принципиальная разница всё же имеется. Заключается она в идеологии разработки — «Что первично, курица или яйцо?». Для обычного МК сначала выбирается цифровое вычислительное ядро, а затем к нему добавляется АЦП и ЦАП.

В противоположность этому, ядром микроконвертора изначально служит связка прецизионных АЦП и ЦАП, к которым добавляется управляющий процессор. Такие рассуждения вполне логичны, учитывая богатый опыт фирмы Analog Devices в разработке уникальных по параметрам аналоговых микросхем.

Цифровые сигнальные процессоры (англ. DSP — Digital Signal Processor) тоже относятся к подвиду «микроконтроллерных» (Рис. 1.3). Их «коньком» является обработка широкополосных сигналов в режиме реального времени. Это характерно как для аудио/видео техники, так и для систем гибкого управления роботизированными комплексами.

Достижению цели способствует высокое быстродействие ядра сигнального процессора (СП), многопотоковая система обслуживания памяти и наличие аппаратных математических команд, например, для быстрого преобразования Фурье. Обычные М К такими возможностями не обладают.

Первые DSP появились в конце 1970-х годов через несколько лет после первых МК, однако высокая цена и технологические ограничения того времени не позволили им соревноваться на равных. Лишь в 1982 г. фирма Texas Instruments сделала революционный прорыв, выпустив в продажу первый универсальный программируемый DSP TMS32010.

Его концепция стала стандартом «де-факто» для всех последующих сигнальных процессоров и их собратьев — цифровых сигнальных контроллеров (англ. DSC — Digital Signal Controller). К числу последних, в частности, относится известное среди радиолюбителей семейство dsPIC фирмы Microchip Technology Inc. (сокращённо Microchip).

Различия в архитектуре и узкая специализация привели к тому, что направление DSP/DSC выделилось в отдельную от МК сферу разработок с количеством разновидностей моделей более 300. Считается, что основным отличительным признаком DSP является отсутствие развитой системы команд управления, т.е. условных переходов, косвенных вызовов подпрограмм и т.д., которые необходимы для выполнения задач сопряжения с внешними объектами.

Процессор в DSP и его система команд ориентированы на наивысшую скорость преобразования поступающих входных данных. На управленческие «мелочи» вычислительных ресурсов уже не хватает.

Как показало время, уход DSP из микроконтроллерной «альма-матер» получился недолгим. Сейчас наступает этап мирной конвергенции. Современные МК заимствуют от DSP аппаратное умножение и специализацию команд, a DSP заимствуют от МК универсальные интерфейсы ввода/вывода и гибкость в платформе программирования. Грани различий постепенно стираются.

В начале 1980-х годов с лёгкой руки японской фирмы Hitachi в обиход вошло «новое старое» название «микрокомпьютер». Этим звучным термином в даташи-тах стали называть быстродействующие процессоры линейки «Hitachi SuperH».

В рекламе возможностей чипов «SuperH microcomputer SH7000 series» подчёркивалось, что на одной микросхеме теперь можно построить управляющую систему реального времени, превышающую по производительности обычный настольный микрокомпьютер.

Надо знать, что в те годы к микрокомпьютерам относили и «продвинутые» калькуляторы фирмы Hewlett Packard, и домашние компьютеры «Apple-Н», и облегчённые модели специализированных вычислителей для научных экспериментов. Интересно, что впервые слово «микрокомпьютер» в 1956 г. употребил американский писатель-фантаст Айзек Азимов [1-11.

Современный микрокомпьютер (Рис. 1.4) содержит все составляющие М К или DSP, но вдобавок имеет на борту контроллер шин для подключения внешней высокоскоростной памяти, а также аудио- и видеопроцессоры. Последние, как правило, не уступают ЦПУ по сложности и функциональности. Примеры упрощённых микрокомпьютеров из повседневной жизни — это однокристальные СБИС китайских клонов игровых приставок «Dendy», «SEGA Mega Drive-Н».

Современные технологии добавляют новые штрихи к устоявшейся классификации микросхем. Перспективным считается объединение разных вычислительных архитектур на одном кристалле, что стало возможным благодаря повышению степени интеграции транзисторов. Сейчас производят двухядерные чипы, содержащие одновременно ЦПУ, что характерно для МК, и сигнальный процессор, что характерно для DSP.

Первый из них управляет исполнительными механизмами, а второй осуществляет обработку данных. Именно такую структуру имеет встраиваемый 32-битный сигнальный контроллер 1892ВМЗТ на базе российской платформы «Мультикор» [1-2].

Слово «микро» в названии современных МК порой звучит весьма архаично. Например, «девайс» AT91CAP9S500A фирмы Atmel согласно даташиту называется «Customizable Microcontroller Processor». Но можно ли всерьёз говорить о микросвойствах изделия, которое размещается в корпусе с 400 (!) выводами, имеет тактовую частоту 200 МГц, поддержку DSP-команд, звуковой процессор, десяток встроенных периферийных интерфейсов и 500 тысяч вентилей ПЛИС?

Сейчас уже не спорят о том, к какому подвиду относится очередной сверхбольшой чип, а рассуждают о конкретном режиме его работы. К примеру, в одних изделиях он может использоваться как быстродействующий DSP, в других — как многопортовый МК, в третьих — как управляющий центральный процессор с собственной операционной системой и т.д.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема. (Выпуск 1).

Принципиальная схема микроконтроллера

Принципиальная схема микроконтроллера приведена на рис. 3.

Блок микроконтроллера БМК представляет собой микроконтроллер фирмы ATMEL АТ89S8252 (соответствующий аналог КР1816ВЕ51, КР1830ВЕ51) , в который записывается программа работы микроконтроллер МК и набор транзисторов VT1-VT6, которые управляют индикацией всего реле. Микроконтроллер АТ89S8252 (микросхема D1) через собственные порты Р0-Р3 по записанной программе управляет работой микроконтроллера, а через транзисторы VT1-VT6 — индикацией реле. Для процесса обучения в блок БМК дополнительно введены модуль индикации шагового режима ИШР, блок АЦП.

Модуль индикации шагового режима ИШР представляет собой индикатор HG3 RL-5621, который индицирует номер шага в шаговом режиме работы микроконтроллера. ИШР управляется портом Р1.7-Р1.0, а выбор соответствующей цифры – транзисторами VT5-VT6.

Блок АЦП выполнен на микросхеме D2(К1113ПВ1 – функциональный аналог микросхемы AD571 фирмы ANALOG DEVICES (США)). Микросхема К1113ПВ1 представляет собой полупроводниковую БИС функционально завершенного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и предназначена для применения в электронной аппаратуре в составе блоков аналогового ввода. В данном применении микросхема выполняет функцию 10-разрядного аналого-цифрового преобразования однополярного (0 – +10,24В) входного сигнала с представлением результатов преобразования в параллельном двоичном коде. Например:

При этом загорается индикатор «ПУСК» (светодиод АЛ307 HL2). На вход D3/13 поступает входное напряжение от 0В до +10В. После запуска АЦП происходит аналого-цифровое преобразование в цифровой код, который выдается на выход АЦП через время Тпр. После окончания преобразования АЦП выдает сигнал готовности Гот. АЦП (вывод D3.17). При этом загорается индикатор «Гот. АЦП» (светодиод АЛ307 HL11) и на выходах АЦП D9-D0 устанавливаются достоверные данные, а выводы АЦП D9-D2 поступают непосредственно на входы порта Р0.7-Р0.0 микроконтроллера AT89S8252. Индикация значения АЦП D9-D2 (светодиоды АЛ307 HL3-HL10) выполнена на микросхемах К155ЛА3 (D3, D4). Управление индикацией значения АЦП D9-D2 осуществляется разрядом Р2.2.

Расчетная точность преобразования — 10,24В/1024(макс. двоичный код АЦП)=1/100В на разряд.

Рисунок 7.4 — Временная диаграмма чтения данных АЦП в МК

Таблица 7.1 Результаты преобразования напряжения в параллельный двоичный код с помощью АЦП

Код однополярного входного напряжения 0 — +10,24В
Uвх. , В	Двоичные разряды
	Ст. р. 9	8	7	6	5	4	3	2	1	Мл. р 0
Вес разряда	512	256	128	64	32	16	8	4	2	1
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1,45	0	0	1	0	0	1	0	0	0	1
3,59	0	1	0	1	1	0	0	1	1	1
10,24	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1

Питание микросхемы осуществляется от двух источников питания (+5В – вывод 10 МС и -15В – вывод 12 МС). Время преобразования Тпр. сигнала из аналогового в цифровой = 30мкс. Сброс АЦП происходит по значению логической «1» на входе D3/11, а запуск АЦП происходит по значению логического «0» на этом же входе. При этом загорается индикатор «ПУСК» (светодиод АЛ307 HL2). На вход D3/13 поступает входное напряжение от 0В до +10В. После запуска АЦП происходит аналого-цифровое преобразование в цифровой код, который выдается на выход АЦП через время Тпр. После окончания преобразования АЦП выдает сигнал готовности Гот. АЦП (вывод D3.17). При этом загорается индикатор «Гот. АЦП» (светодиод АЛ307 HL11) и на выходах АЦП D9-D0 устанавливаются достоверные данные, а выводы АЦП D9-D2 поступают непосредственно на входы порта Р0.7-Р0.0 микроконтроллера AT89S8252. Индикация значения АЦП D9-D2 (светодиоды АЛ307 HL3-HL10) выполнена на микросхемах К155ЛА3 (D3, D4). Управление индикацией значения АЦП D9-D2 осуществляется разрядом Р2.2.

Временная диаграмма чтения данных АЦП в МК AT89S8252 показана на рис. 4.

2.2. Блок управления БУ представляет собой набор кнопок КМ1-1 SB1-SB2, SB4 и переключателя ПМ1-1 SB3.

Кнопка SB1 «СБР» выполняет сброс микроконтроллера и повторный запуск программы работы.

Кнопка SB2 «ВП» выполняет изменение значения выбранного параметра.

Кнопка SB4 «ШАГ» выполняет пошаговую работу микроконтроллера (введена для процесса обучения).

Переключатель SB3 «ВР» устанавливает режим работы микроконтроллера «ШАГ» или «АВТ» (введен для процесса обучения). В положении включено переключателя «ВР» загорается индикатор «АВТ» HL14 (светодиод АЛ307) и реле контроля работает в автоматическом режиме по заданной программе.

В положении выключено переключателя «ВР» загорается индикатор «ШАГ» HL15 (светодиод АЛ307) и микроконтроллер работает в шаговом режиме.

2.3. Блок индикации БИ представляет собой два индикатора HG1 RL-T3620, HG2 RL-S3920, которые индицируют соответственно значение выбранного параметра и номер параметра. Сегменты индикатора HG1 управляются портом Р1.7-Р1.0, а выбор соответствующей цифры — выводами порта Р3.4-Р3.6. Cегменты индикатора HG2 управляются портом Р1.7-Р1.0 и выводом порта Р3.7. Свечение индикатора HL1 (светодиод АЛ307) указывает на отрицательное значение выбранного параметра. Индикатор HL1 управляется разрядом Р3.3.

2.4. Блок выходной (Блок реле) БР представляет собой два выходных реле JOZ-7F-ICS, которые имеют один перебрасывающийся контакт, коммутирующий 250В 8А.

Реле К1 включается при необходимости включить значение больше «Б» и реле К2 включается при необходимости включить значение меньше «М». Реле К1 управляется разрядом порта Р2.0 и транзисторами VT7-8 КТ315Г и КТ361Г соответственно. При срабатывании реле К1 включается индикатор больше «Б» (светодиод АЛ307 красного цвета) HL12.

Реле К2 управляется разрядом порта Р2.1 и транзисторами VT9-10 КТ315Г и КТ361Г соответственно. При срабатывании реле К2 включается индикатор меньше «М» (светодиод АЛ307 зеленого цвета) HL13.

2.5. Блок конденсаторов С1-С4 представляет набор конденсаторов 0,1 мкФ, который необходим для исключения помех в цифровых схемах. На схеме не приведен.

2.6. Блок питания выдает напряжения +5В, +12В и -15В. На схеме не приведен.

Сравнение программируемой логической интегральной схемы и микроконтроллера

Авторы: Аверченко Артем Павлович, Колмогоров Владислав Сергеевич

Рубрика: Информационные технологии

Опубликовано в Молодой учёный №48 (338) ноябрь 2020 г.

Дата публикации: 26. 11.2020 2020-11-26

Статья просмотрена: 681 раз

Скачать электронную версию

Скачать Часть 1 (pdf)

Библиографическое описание:

Аверченко, А. П. Сравнение программируемой логической интегральной схемы и микроконтроллера / А. П. Аверченко, В. С. Колмогоров. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 48 (338). — С. 13-15. — URL: https://moluch.ru/archive/338/75684/ (дата обращения: 08.10.2022).

Программируемая интегральная схема (ПЛИС, Programmable logic device, PLD) — электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем, логика работы которого не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования).

Состав программируемой интегральной схемы:

Трасса — металл, который напаян на слои микросхемы, и тем самым являясь проводником электричества между блоками.

Блоки — отдельные элементы в плате, которые состоят из ячеек. Блоки предназначены для запоминания информации, умножения, сложения и логических операций над сигналами.

Ячейки — группы с разным количеством транзисторов.

Транзистор — основной элемент ТТL (Транзисторно-транзисторная логика).

Выводы (ножки микросхем) — через них происходит взаимодействие плис с окружающим миром. У различных есть свое назначение, одни предназначены для программирования, приема тактовой частоты, питания, а также другие ножки, назначение которых устанавливаются пользователем в программе. И их как правило, гораздо больше, чем у микроконтроллера.

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

Рис. 1. Архитектура ПЛИС (FPGA)

Микроконтрооллер (Micro Controller Unit, MCU)

Микроконтроллер — это микросхема, которая была создана для управления электронными устройствами. Обычный микроконтроллер объединяет на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ.

Микроконтроллеры предназначены для управления разными электронными приборами и устройствами. Они используются в ПК, бытовой технике, в робототехнике, в офисной технике, в военной технике. Микроконтроллер является многофункциональным инструментом, с помощью которого выполняется управление различной электроникой. При этом алгоритм управляющих команд человек закладывает в них самостоятельно, и может менять его в любой момент, в зависимости от ситуации.

В корпусе микроконтроллера находятся основные элементы всей его структуры. Существует три класса таких устройств: 8, 16 и 32-разрядные. Из них 8-разрядные модели имеют наименьшую производительность. Этого достаточно для решения простых задач управления объектами. 16-разрядные микроконтроллеры — модернизированные 8-разрядные. Они имеют расширенную систему команд. 32-разрядные устройства включают в себя высокоэффективный процессор общего назначения. Они используются для управления сложными объектами.

Для разработчиков в микроконтроллерах доступен фиксированный набор решений и средств присущих конкретному чипу, отступить от архитектуры никак не получится. Программисту предоставлен набор команд, с помощью которых он производит операции взаимодействия с окружающей средой, через считывание данных с цифровых и аналоговых входов и выдачи сигналов исполнительным устройствам с помощью выходов.

Кроме этого, разработчик может производить вычисления, сохранять данные в ПЗУ или регистрах и оперировать данными, прошитыми в память микроконтроллера. В этом и заключается назначение и особенности работы с микроконтроллерами.

Рис. 2. Архитектура микроконтроллера

Отличия ПЛИС и микроконтроллера

ПЛИС программируется на уровне железа, по всей площади кристалла. Сигналы поступают через сложные цепочки транзисторов. Микропроцессор прошивается на уровне программы для железа, сигналы поступают группами, от блока к блоку — от памяти к процессору, к оперативной памяти, от оперативной к процессору, от процессора к портам ввода-вывода, от портов ввода-вывода к оперативной памяти, от оперативной памяти… и т. д.

Главным отличием ПЛИС от микроконтроллеров является тот факт, что в микроконтроллере человек не может изменять внутренние связи между простейшими элементами, а в ПЛИС на основе прописывания связей основывается программирование и работа с ними.

ПЛИС отличаются ещё и тем, что, программируя устройство программист сам создает архитектуру из базовых логических элементов. Таким образом он получает высокое быстродействие и функциональность микросхемы. Это даёт возможность, не изменяя одного чипа сделать большое количество проектов.

При выборе ПЛИС основным критерием является число программируемых блоков — их должно хватать для реализации проекта.

Вывод

За счет более сложной архитектуры ПЛИС выигрывает в быстродействии и больших возможностях конвейерной обработки, микроконтроллер выигрывает в простоте написания алгоритмов. За счет более простого способа написания программ, разработчик микроконтроллера располагает большим количеством времени на разработку и программирование, по этой причине время на программирование одного и того же робота на микроконтроллере и ПЛИС будет значительно отличаться. Однако у робота, работающего на ПЛИС, скорость и точность выполнения программы будет гораздо выше.

Литература:

1. Преснухин, Л. Н. Микропроцессоры / Л. Н. Преснухин. — М.: Высшая школа, 2015. — 351 c.

Максфилд, К. Проектирование на ПЛИС: Архитектура, средства и методы. Курс молодого бойца. 2007–407 с.

Основные термины (генерируются автоматически): микроконтроллер, ПЛИС, оперативная память, FPGA, MCU, PLD, блок, программирование, программируемая интегральная схема, устройство.

Все о микроконтроллерах — код, схемы и конструкция

См. также заметки Дэна О’Салливана о микроконтроллерах. Мои заметки во многом основаны на заметках Дэна.

Микроконтроллер — это небольшой недорогой компьютер, обычно используемый для получения данных из реального мира и управления устройствами на основе этих данных. Большинство электронных устройств, которые вы используете сегодня, имеют микроконтроллер в той или иной форме. Микроконтроллеры просты в использовании с простыми датчиками и устройствами вывода, и они также могут довольно просто взаимодействовать с настольными компьютерами. Когда вы создаете какой-либо настраиваемый датчик или устройство вывода, использование микроконтроллера — отличный способ отделить настраиваемую часть вашего проекта от той части, которую лучше всего выполнять на настольном компьютере. Они также очень полезны, когда вы разрабатываете простое интерактивное устройство, которому не нужна полная мощность настольного компьютера, но которое должно быть меньше или дешевле.

Как и любой другой компьютер, микроконтроллер должен иметь входные порты для обнаружения действий пользователя и выходные порты, через которые он выражает результаты своих программ. Штыри, торчащие из микроконтроллеров, являются входами и выходами. Другие устройства, такие как датчики света, тепла или движения, двигатели, источники света, наши звуковые устройства, подключаются к этим контактам, чтобы позволить микроконтроллеру быть чувствительным к миру и самовыражаться.

Существует несколько различных уровней микроконтроллеров и микроконтроллерных систем. Некоторые из них представляют собой очень маленькие устройства размером с чип, к которым вы должны подключить свою собственную электронику. Другие крупнее, состоят из нескольких компонентов и портов для ввода-вывода, готовых к прямому подключению к другим устройствам.

Микроконтроллеры более высокого уровня будут иметь простой аппаратный интерфейс с другими устройствами (обычно штекер или пара проводов) и более простой язык программирования, если вообще будут. Они также, как правило, будут самыми дорогими из микроконтроллеров, потому что кто-то другой сделал всю работу за вас. Контроллеры более высокого уровня должны быть подключены к персональному компьютеру через последовательный порт или USB для работы. Микроконтроллеры более низкого уровня потребуют больше работы, как в с точки зрения аппаратных соединений (вам придется создавать свои собственные схемы для их взаимодействия с другими устройствами) и с точки зрения программирования (вам нужно будет использовать язык программирования более низкого уровня, такой как C или ассемблер). Однако процессоры более низкого уровня, как правило, самые дешевые и наиболее гибкие с точки зрения того, что вы можете заставить их делать.

Некоторые типичные примеры микроконтроллеров различных уровней:

Высокий уровень: Гейнер

Контроллер гейнера

Что это: интерфейсный модуль микроконтроллера, который позволяет создавать собственные интерфейсные схемы датчиков и приводов и управлять ими из обычная мультимедийная среда программирования.

Язык программирования: ActionScript, Max/MSP, Processing. Сами модули предварительно запрограммированы и используют последовательный протокол с открытым исходным кодом. К ним можно обращаться через ряд интерфейсов прикладного программирования (API) для различных языков программирования.

Аппаратный интерфейс: USB

Стоимость: Начальные комплекты варьируются от 130 долл. США за базовый комплект интерфейса до 530 долл. США за заводской

Высокий уровень: Phidgets

a серия контроллеров Phidget 90 8: 2 90 интерфейсных модулей, которые позволяют пользователю подключать датчики, двигатели, источники света, MIDI-устройства и многое другое практически без работы с электроникой.
Язык программирования: C/C++, Java, Actionscript и т. д. Сами модули предварительно запрограммированы и используют собственный последовательный протокол USB. К ним можно обращаться через серию интерфейсов прикладного программирования (API) для разных языков программирования.
Аппаратный интерфейс: USB
Стоимость: Стоимость стартовых комплектов варьируется от 130 долл. США за базовый комплект интерфейса до 530 долл. США за рабочий
Микроконтроллеры среднего уровня обычно программируются путем подключения последовательного кабеля от ПК, на котором код пишется в самом микроконтроллере. Кроме того, никакого дополнительного оборудования не требуется.
Различные модули среднего уровня и микроконтроллеры низкого уровня.
Средний уровень: проводка и Arduino
Модуль Arduino
Что это: электронный модуль с микроконтроллером, источником питания, USB-последовательным интерфейсом, контактами интерфейса ввода/вывода .
Интерфейс аппаратных средств: простых цифровых и аналоговых схем, интерфейсных для контактов ввода-вывода.
Стоимость: Электропроводка: 80 долларов США. Ардуино: 30 долларов. Оба могут быть получены от Sparkfun в США.
Как и другие микроконтроллеры среднего уровня, Wiring и Arduino напрямую подключаются к компьютеру для программирования. Однако, в отличие от других, они имеют встроенный интерфейс USB-to-serial, поэтому они подключаются прямо к вашему USB-порту. Кроме того, никакого дополнительного оборудования не требуется.
Программное и аппаратное обеспечение для Wiring и Arduno имеют открытый исходный код, планы доступны в Интернете. Поэтому, если вам нравится работать на низком уровне, вы можете использовать их как мост, чтобы добраться туда. Оба они основаны на семействе микроконтроллеров Atmel.
Существует несколько вариантов Arduino, некоторые из которых созданы оригинальной командой, а некоторые — другими производителями. Различные конструкции отражают множество различных возможных применений или личные вкусы производителя. Список нескольких вариантов Arduino можно найти на сайте Arduino.
Средний уровень: Модуль микроконтроллера NetMedia BX-24
Модуль BX-24
Что это: электронный модуль с микроконтроллером, источником питания, последовательным интерфейсом, памятью, контактами интерфейса ввода/вывода
Язык программирования: BX BASIC, очень близкий к Visual Basic.
Интерфейс аппаратных средств: простых цифровых и аналоговых схем, интерфейсных для контактов ввода-вывода.
Стоимость: $50. 00
В микроконтроллерах более низкого уровня отсутствуют некоторые основные схемы модулей среднего уровня. Обратите внимание, например, что на PIC выше отсутствует тактовый кристалл, который есть у BX-24 выше (длинная трубка внизу BX-24). Точно так же отсутствуют некоторые другие микросхемы, такие как регулятор напряжения, внешняя память EEPROM и буфер последовательного порта. Они должны быть добавлены пользователем, если они необходимы.
Для программирования микроконтроллеров более низкого уровня обычно требуется внешний аппаратный программатор. Как правило, программатор подключается к ПК через последовательный, параллельный или USB-кабель, а микроконтроллер помещается в программатор для его перепрограммирования. У некоторых программистов есть кабели, позволяющие им подключаться к схеме, в которую встроен микроконтроллер, чтобы перепрограммировать ее. Это называется внутрисхемным программированием .
Низкий уровень: микроконтроллер Atmel AVR
Что это: Чип микроконтроллера
Язык программирования: Ассемблер, C, BASIC, Проводка
Аппаратный интерфейс : для работы требуется, чтобы программист создал схемы питания и синхронизации; после этого схемы ввода-вывода аналогичны BX-24 и другим схемам среднего и низкого уровня.
Стоимость: 1,00–15,00 долл. США в зависимости от используемой модели.
Контроллеры Atmel — это контроллеры, лежащие в основе модулей Wiring, Arduino и BX-24. В семействе AVR имеется множество контроллеров с различными функциями. Некоторые из них имеют больше контактов ввода-вывода, некоторые — больше память, некоторые могут говорить по USB и т. д. Существует хороший компилятор C с открытым исходным кодом для микросхем AVR, AVR-GCC. Он является основой для сред разработки Wiring и Arduino и доступен для Windows, OSX, и Linux. У Objective Development есть хороший пакет AVR-GCC для пользователей OSX.
Низкий уровень: Микроконтроллер PICMicro от Microchip
Что это: Чип микроконтроллера
Язык программирования: Ассемблер, C, BASIC

Аппаратное обеспечение для программирования интерфейса: для питания и синхронизации7 действовать; после этого схемы ввода-вывода аналогичны BX-24 и другим схемам среднего и низкого уровня.

Стоимость: 1,00–15,00 долл. США в зависимости от используемой модели.

На что обратить внимание при выборе микроконтроллера:

Стоимость

Сколько я готов потратить? Чем выше уровень, тем выше стоимость. Но если это сократит время между настройкой и самовыражением, возможно, стоит потратить дополнительные деньги.

Время

Сколько работы я хочу сделать? контроллер более высокого уровня, как правило, сводит к минимуму объем работы, которую вы выполняете для создания своего интерфейса с миром. Контроллеры более низкого уровня потребуют больше работы, прежде чем у вас все заработает.

Какие языки программирования/коммуникационные протоколы/электронику я уже знаю? При прочих равных условиях выберите систему, о компонентах которой вы что-то знаете.

На что похожа база знаний? Большинство микроконтроллеров имеют несколько веб-сайтов и серверов списков, посвященных их использованию и программированию. Довольно часто лучшие из них размещаются прямо на сайте производителя или дистрибьютора. Ознакомьтесь с ними, просмотрите примеры кода и заметки по применению. Почитайте несколько веток обсуждения. Выполните несколько поисковых запросов в Интернете для среды микроконтроллера, которую вы рассматриваете. Много ли собранных знаний доступно в форме, которую вы понимаете? Это важный фактор, который следует учитывать. Иногда конкретный процессор может казаться величайшей вещью в мире, но если никто, кроме вас, им не пользуется, вам будет гораздо труднее его освоить.

Возможность расширения/совместимость

С какими другими компонентами совместим микроконтроллер? Можете ли вы добавить модули к вашему микроконтроллеру? Например, совместимы ли с ним их контроллеры моторов? Контроллеры дисплея? Датчики или сенсорные модули? Часто эти модули дорогие, но они просто вставляются без каких-либо специальных схем. Если ваше время дорогого стоит, то эти модули — хорошая покупка. Иногда, даже если вы знаете, как построить систему с помощью контроллера более низкого уровня, система более высокого уровня стоит затрат, поскольку она экономит время на сборку и обслуживание.

К чему мне подключиться? Вы подключаетесь к MIDI-синтезатору? Плата освещения DMX-512? Настольный компьютер? Телефонная система? Интернет? Различные микроконтроллеры будут иметь разные возможности интерфейса. Убедитесь, что вы можете соединить все вместе. Иногда это требует некоторых творческих комбинаций контроллеров, если ни один контроллер не может общаться со всеми устройствами, с которыми вы хотите, чтобы он общался.

Физические и электрические характеристики

Сколько входов/выходов мне нужно? Каждая система имеет определенное количество входов и выходов. Если можете, решите, сколько вещей вы хотите ощущать или контролировать, прежде чем выбрать контроллер.

Какие входы и выходы мне нужны? Нужны ли вам аналоговые входы и выходы для обнаружения изменяющихся значений или вам нужны только цифровые входы и выходы для определения того, включено или выключено что-то?

Какая сила мне доступна? Нужно ли питание от батареи? Должен ли он соответствовать напряжению другого устройства? Нужно ли потреблять очень мало силы тока?

Как быстро мне нужно обрабатывать данные? Процессоры более низкого уровня, как правило, обеспечивают большую скорость.

Сколько памяти мне нужно? Если вы планируете сложную обработку или регистрацию данных, вам может понадобиться микропроцессор с большим объемом памяти или возможность взаимодействия с внешней памятью.

Насколько маленьким он должен быть? Контроллер более низкого уровня обычно позволяет создавать собственные схемы, что позволяет уменьшить размер необходимого оборудования.

Экономика разработки микроконтроллеров

Один из первых вопросов, который обычно задают люди, когда узнают, что контроллеры низкого и среднего уровня могут делать много одинаковых вещей: почему такая разница в стоимости? Почему BX-24 или Basic Stamp стоят 50 долларов и выше, а PIC или SX micro стоят менее 10 долларов? Кроме того, почему программное обеспечение для разработки контроллеров среднего уровня бесплатно, а программное обеспечение для контроллеров низкого уровня — нет? Ответ, как и следовало ожидать, заключается в целях людей, продающих их.

Компании, производящие модули микроконтроллеров среднего уровня (NetMedia для BX-24, Parallax для Basic Stamp, Basic Micro для Basic Atomm), занимаются аппаратным бизнесом. Они зарабатывают деньги, продавая вам модули. Обычно они обслуживают клиентов с небольшим объемом продаж, которые покупают иногда один, иногда дюжину, но редко более сотни модулей за раз. Чтобы клиент возвращался, они также разрабатывают проприетарные среды разработки, чтобы вы не могли перепрограммировать их модули с помощью программного обеспечения другого парня. Однако, чтобы вы не расстраивались по этому поводу, они раздают его бесплатно. Они верят, что уникальное сочетание микроконтроллера, вспомогательной схемы и среды разработки, которую они предлагают, обеспечивает наилучший способ использования микроконтроллеров, и это стоит премиальной цены. Для новичков они часто бывают правы.

Движение за аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом вносит некоторые интересные изменения в эту модель посредством таких проектов, как Gainer, Wiring, Arduino и других. Производители оборудования с открытым исходным кодом осознают ценность сред программирования среднего и высокого уровня для контроллеров более низкого уровня, а также желание некоторых пользователей перейти на более низкий уровень, когда они понимают больше, чем основы. Они также видят ценность в совместной работе нескольких групп над совместимыми системами. Хотя компании, производящие эти модули, конкурируют друг с другом за клиентов, они также сотрудничают, чтобы улучшить свое аппаратное и программное обеспечение. Иногда сотрудничество может быть трудным, но в долгосрочной перспективе в результате все инструменты становятся лучше. .

Инструменты среднего уровня с открытым исходным кодом многообещающи, потому что они сочетают в себе лучшее из обоих миров. Они позволяют вам учиться на среднем или высоком уровне, а затем, когда вы знаете, что делаете, вы можете воспользоваться низкоуровневыми внутренностями устройства (контроллер Atmel в случае этих двух инструментов) и получить экономическую выгоду. рабочего низкого уровня. Подобных гибридных проектов с открытым исходным кодом постоянно появляется в сети. Некоторые из них были представлены на семинаре Sketching in Hardware в 2006 году, и ссылки на ресурсы были собраны в Интернете по этой ссылке, если вы хотите узнать больше.

С другой стороны, компании, производящие низкоуровневые контроллеры (Microchip, Atmel, Ubicom), привыкли продавать их в очень больших объемах. Они продают контроллеры крупным производителям, которые устанавливают их на такие вещи, как автомобили, игрушки, выключатели света, микроволновые печи и многое другое. Их клиенты должны сократить все лишние расходы, чтобы получить прибыль от конечного продукта. Эти клиенты готовы обучать инженеров низкоуровневому кодированию, разрабатывать собственные программные инструменты и т. д., чтобы получить недорогой чип в больших объемах. По сути, низкоуровневые процессоры являются сердцем процессоров среднего уровня. Посмотрите на большой чип на Basic Stamp 2; это ПОС. Низкоуровневые производители не тратят много времени на создание сред разработки, поэтому они могут специализироваться на выпуске широкого спектра хороших микросхем. На самом деле они привыкли иметь дело с такими большими объемами, что несколько фишек больше или меньше не имеют большого значения. Большинство из них даже предлагают ограниченное количество бесплатных образцов на своих веб-сайтах для потенциальных клиентов.

Так что, если вы новичок или мелкий парень, который хочет использовать чипы низкого уровня? Вероятно, у вас нет ни времени, ни опыта для разработки собственного компилятора для него, и вы бы предпочли не использовать язык ассемблера контроллера, если можно этого избежать. Именно здесь на помощь приходят сторонние разработчики программного обеспечения. Такие компании, как CCS, Microengineering Labs, Crownhill, Hi-Tech и другие, создают и продают специализированные высокоуровневые среды разработки для низкоуровневых контроллеров. Они занимаются программным бизнесом. Поскольку рентабельность низкоуровневых контроллеров уже настолько низка, они предпочитают не разрабатывать дополнительное оборудование для продажи вам премиального оборудования, а вместо этого создают действительно хорошие программные инструменты, чтобы вам было легко программировать низкоуровневые контроллеры. Многие из них также делают специальные аппаратные программаторы, которые также облегчают работу с аппаратным обеспечением.

Итак, что же остается вам, любителю или новичку в области микроконтроллеров? Что выбрать?

Использование микроконтроллеров среднего уровня обойдется вам относительно недорого с точки зрения периферийных устройств. Программное обеспечение бесплатное, а последовательный кабель стоит около 5 долларов. Различные компоненты, которые вам понадобятся для создания типичного проекта, обойдутся вам в 50–75 долларов. Микроконтроллер обойдется вам еще в 50 долларов. Если вы знаете, как обращаться со схемой, и вы достаточно уверены, что не разрушите свой микроконтроллер, это неплохой способ. Вы всегда можете сохранить проект нетронутым и повторно использовать микроконтроллер для других проектов. Вы сэкономите время, не изучая, как работает аппаратный программатор, какой компилятор выбрать или как его настроить. Для новичка, стремящегося к немедленному удовлетворению, подойдет средний уровень.

Единственным недостатком является то, что если вы хотите построить гораздо больше проектов, вам придется каждый раз получать эти 50 долларов сверх стоимости любых других проектов. И если вы повредите микроконтроллер, есть еще 50 долларов. И еще, и еще, пока вы не научитесь быть осторожным со своими схемами.

С другой стороны, использование низкоуровневых контроллеров доставляет больше хлопот. Вы должны выбрать среду разработки и заплатить за нее, выбрать аппаратного программиста и заплатить за него, а также научиться настраивать все это. За приличный компилятор и приличный, но дешевый программатор вы, вероятно, выложитесь около 300 долларов. Вы потратите много времени на то, чтобы ругаться и жалеть, что не купили Basic Stamp 2 или BX-24. Преимущество приходит чуть позже, когда все настроено и вы начинаете делать проекты. Во-первых, если вы поджарите чип, у вас останется всего несколько долларов на его замену. Чем дольше вы продолжаете создавать проекты микроконтроллеров, тем лучше. Вам не нужно тратить больше денег на среду разработки, а чипы дешевы. Если вы можете немного поработать для удовольствия, и вы настроены на долгосрочную перспективу, это хороший способ.

Что такое микроконтроллер? — LOOMIA Soft Circuit Systems

Микроконтроллер — это интегральная схема, предназначенная для управления входом и выходом электронного устройства. Первый микроконтроллер был разработан еще в 1971 году двумя инженерами компании Texas Instruments; Гэри Бун и Майкл Кокран. Бун и его коллеги заметили, что существует высокий спрос на интегральные схемы меньшего размера и в более компактной форме. После многих часов проектирования и экспериментов родился первый микроконтроллер, а остальное уже история!

Как работают микроконтроллеры

Блок микроконтроллера представляет собой мини-компьютер на микросхеме. Он управляет функциями устройства, интерпретируя данные, которые оно получает от периферийных устройств. Если вы не знакомы с периферийными устройствами, они помогают с вводом и выводом информации. Примером периферийного устройства может быть графическая карта или сканер изображений.

Информация, полученная от микроконтроллера, затем добавляется в его хранилище данных, а микропроцессоры, встроенные в данные, создают действия. Чтобы проиллюстрировать, как работает микроконтроллер, давайте посмотрим на игровой контроллер. Игрок нажимает кнопку, чтобы выбрать опцию в своей игре, а микроконтроллер принимает этот ввод и производит желаемое действие — выбор опции. Подумайте об этом таким образом; любое электронное устройство, связанное с управлением системой и выполнением последующих действий, скорее всего, имеет встроенный микроконтроллер. Мы получим больше приложений позже.

Система

Микроконтроллер состоит из трех основных компонентов, один из которых упоминался ранее: процессор, память и периферийные устройства ввода/вывода.

Процессор

Также известный как центральный процессор (ЦП), процессор является сердцем функциональности микроконтроллера. Он обрабатывает и соответственно реагирует на входные и выходные данные, а также выполняет передачу данных.

2. Память

Подобно памяти, хранящейся на жестком диске компьютера, память микроконтроллера хранит данные, полученные от процессора, и использует эти данные для выполнения действий. Следует помнить о двух типах памяти: памяти программ и памяти данных. В памяти программ хранятся постоянные данные процессора. Самое замечательное в этом типе памяти то, что она может хранить информацию в течение длительного времени без источника питания. Память данных немного более временна. Он хранит данные во время выполнения действий, но может делать это только при подключении к источнику питания.

3. Периферийные устройства

Периферийные устройства ввода и вывода получают и отправляют информацию процессору, а затем процессор отправляет инструкции на основе этой информации устройству вывода. Оттуда устройство выполняет желаемое действие.

Компоненты

Почти каждый микроконтроллер состоит из пяти основных компонентов: ЦП, ОЗУ, цифровых преобразователей, интерфейса последовательной шины и портов ввода/вывода. Каждый компонент довольно сложен, поэтому мы постараемся описать его как можно проще.

ЦП — Как вы, возможно, уже знаете, ЦП означает центральный процессор. Это штаб-квартира микроконтроллера, если вы хотите посмотреть на это таким образом, и она контролирует всю информацию, входящую и выходящую из микроконтроллера. Центральный процессор состоит из двух основных частей: арифметико-логического блока (ALU) и блока управления (CU). ALU выполняет все арифметические (также известные как математические) и логические операции, а CU помогает выполнять инструкции процессора.
RAM — Вы, наверное, уже слышали термин RAM, если работаете с компьютерами. ОЗУ или оперативное запоминающее устройство временно хранит данные. К сохраненным данным можно получить быстрый доступ, а ОЗУ позволяет микроконтроллеру одновременно обрабатывать большое количество битов информации.
Цифровые преобразователи — В микроконтроллере есть два типа преобразователей: аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь. (ЦАП). Оба довольно просты; АЦП преобразует аналоговые сигналы в цифровые, а ЦАП преобразует цифровые сигналы в аналоговые. Оба преобразователя позволяют процессору взаимодействовать с внешними компонентами и устройствами.
Интерфейс последовательной шины — Интерфейс последовательной шины соединяет микросхемы интегральных схем с дорожками на печатной плате, встроенной в микроконтроллер. Целью интерфейса последовательной шины является соединение всех компонентов. Они являются венами всей системы.
Порты ввода/вывода — И, наконец, порты ввода и вывода. Это соединения микроконтроллера с внешними устройствами. Входные порты получают данные, такие как температура и движение, и отправляют эти данные в ЦП для интерпретации. Выходной порт получает эти входные сигналы данных, а затем выполняет действие на основе полученной информации, например, выключает устройство.

Применение

Микроконтроллеры используются в сотнях приложений, от бытовой электроники до устройств безопасности. Here’s a shortlist of the most common uses:

Computer keyboard
Computer monitor
Printer
Smartphone
Tablet
Microwave
Security system
Телевидение
DVD Player
CAR DASHBOARD
CAR Двигатель

ВСЕ ВСЕМ, Microconterlers, не имея в фундаментах, и не имеем основных, и не имеют основных, и не имеют основных, и не имеют основных, и не имеют основных, и не имеют основных, и не имеют основных, и не имеют основных, и не имеют основных, и не имеют основных. продукты, которые мы делаем сегодня. Если вы заинтересованы в домашнем прототипировании с помощью микроконтроллеров, мы настоятельно рекомендуем взять эти платы от Arduino.

Ардуино Уно

Плата Arduino Uno на сегодняшний день является самой популярной платой на рынке и лучшей для начинающих прототиперов. Он надежен, прост в использовании и доступен всего за 23 доллара!

Купить Arduino Uno

Arduino Nano

Плата Arduino Nano — это все, что вам может понадобиться от платы микроконтроллера, но в меньшем корпусе. Лучшей особенностью Nano является его удобная для макета конфигурация.

Купить Arduino Nano

В чем разница между микроконтроллером и микропроцессором? — Производство печатных плат и сборка печатных плат

Микроконтроллеры и микропроцессоры внешне могут выглядеть одинаково, но у них разные функции. Микроконтроллер и микропроцессор образуют важные компоненты любого электронного устройства. Без него становится невозможным какое-либо подобие электронной работы. Однако, несмотря на жизненно важное значение для электроники, эта разница может стать проблемой для большинства энтузиастов электроники. Так есть ли разница?

Микропроцессоры предназначены для обработки данных для компьютера или другой электронной системы, тогда как микроконтроллеры больше похожи на сами компьютеры. Микропроцессор позволит вам запускать программы без дисплея, ввода или вывода. Эти микропроцессоры часто встречаются в компьютерах.

С другой стороны, микроконтроллеры могут делать много разных вещей и предназначены для выполнения задач. Единственный способ управлять микроконтроллером — это набор команд, которые вы ему даете. Их также можно использовать с дополнительными компонентами, такими как переключатели или датчики.

Статья поможет вам понять, что влечет за собой каждый компонент. Кроме того, это поможет вам различать микропроцессоры и микроконтроллеры. Итак, давайте погрузимся прямо в это.

Запросить цену микроконтроллера или микропроцессора сейчас

Что такое микроконтроллер? Микроконтроллеры

Оптимизированная микросхема, отвечающая за управление электронными устройствами. Микроконтроллер хранится в отдельной интегральной схеме, предназначенной для выполнения конкретной задачи. Кроме того, такая интегральная схема нацелена на выполнение точного приложения.

Следовательно, предполагается, что это специально разработанная схема для встраиваемых приложений. Микроконтроллер обычно используется в автоматизированных электронных устройствах. Он обладает памятью, программируемым вводом-выводом и процессором.

Что такое микропроцессор? Блок управления микрокомпьютером. Он упакован в небольшой чип и помимо связи с подключенными устройствами выполняет операции ALU (арифметико-логическая единица). Следовательно, он рассматривается как единая интегральная схема, в которой объединены различные функции.
Типы микроконтроллеров Вы разработчик электроники? Если да, то понимание различных типов микроконтроллеров становится основополагающим в ваших усилиях по проектированию и производству электронных устройств. Микроконтроллеры бывают разных типов, и к ним относятся следующие.
Микроконтроллер PIC. Альтернативно называемый микроконтроллером выбора, этот контроллер с программируемым интерфейсом связан с электронными схемами, которые можно запрограммировать для выполнения широкого круга задач. Вооружившись программным обеспечением для программирования микроконтроллера , таким как Circuit Wizard, вы можете запрограммировать этот микроконтроллер для работы в качестве таймера, управления конкретной производственной линией и т. д. их или купить их в виде готовых схем. Помните, если вам нужно иметь программное обеспечение, такое как мастер схем, чтобы запрограммировать PIC для выполнения желаемой задачи.
Поскольку PIC бывают разных типов, они также имеют широкий спектр областей применения. Некоторые из областей применения контроллеров с программируемым интерфейсом включают компьютерные системы управления, системы сигнализации, телефоны и аналогичные электронные устройства.
Микроконтроллер Intel 8051. Это популярный микроконтроллер, который в основном используется во встроенных системах, автомобилях и бытовой электронике. Intel 8051 был разработан с использованием технологии N-MOS, но он перешел на технологию CMOS из-за зависимости от устройств с батарейным питанием. Хотя производство этого микроконтроллера было остановлено в 2007 году, более двадцати производителей полупроводников все еще производят эти микроконтроллеры. Тем не менее, современные микроконтроллеры 8051 поставляются с кремниевыми IP-ядрами, а микроконтроллеры 8051 по-прежнему производятся дискретно.
Отличительные особенности микроконтроллера Intel 8051 включают низкое энергопотребление, простую архитектуру и меньший размер. Тем не менее, микроконтроллер 8051 развертывается в FPGA и SoC в качестве замены микроконтроллеров, основанных на усовершенствованной архитектуре ARM.
Некоторые из идеальных областей применения микроконтроллеров Intel 8051 включают следующее.
Бытовые приборы, включая пульты дистанционного управления, ТВ-тюнеры, швейные машины, компьютеры и т. д.,
Системы связи, включая домофоны, мобильные телефоны, пейджинговые устройства, автоответчики и т. д.,
Области домашнего применения, включая видеомагнитофоны, телевизоры, видеокамеры, видеоигры, открыватели гаражных ворот, системы домашней безопасности, музыкальные инструменты и т. д.
Автомобили с АБС, подушкой безопасности, управлением коробкой передач, бесключевым доступом, контролем температуры, управлением двигателем и т. д.,
оф. Здесь к областям применения относятся принтеры, факсимильные аппараты, лазерные принтеры, копировальные аппараты и т. д.
Робототехника
Медицинское оборудование
Сетевое и радиооборудование
Космос и аэронавтика
Оборонные системы
Дистанционное зондирование
Управление потоками и промышленный процесс Это важный микроконтроллер, использующий чипсет Bluetooth с низким энергопотреблением. Микроконтроллер обеспечивает связь с другими компонентами Bluetooth в пределах своего диапазона. Отличным примером является микроконтроллер Bluetooth 5, в котором есть интегрированные продукты, в том числе соединения GPIO, среди других встроенных периферийных устройств. Он может включать встроенный выход PMW, аудиокодек, настраиваемые интерфейсы и высокоточный АЦП. Другой хороший пример — беспроводной микроконтроллер Bluetooth ESP32.
Некоторые из жизненно важных функций микроконтроллера Bluetooth включают в себя потоковую передачу данных, встроенную память, напряжение питания, емкость приемника, передатчики и т. д. Он идеально подходит для областей приложений встроенных систем, которым требуется поддерживаемая платформа обработки.
Микроконтроллер PICAXE. Это стандартный микроконтроллер, который поставляется с предварительно запрограммированным кодом начальной загрузки PICAXE. Следовательно, начальная загрузка позволяет простое перепрограммирование через загрузочное кабельное соединение, что устраняет необходимость в традиционной программе PIC.
Микроконтроллер прост в использовании, поэтому его предпочитают большинство любителей или новичков. Кроме того, чипы бывают разных размеров, что повышает гибкость системных приложений. Более того, контакты настраиваются пользователем и, таким образом, могут быть выходом, цифровым входом, сенсорным датчиком или аналоговым входом.
Микроконтроллер PICAXE имеет доступную стоимость из-за отсутствия программы PIC и допускает различные приложения.
Микроконтроллер Arduino. Это предварительно запрограммированный микроконтроллер с загрузчиком. Загрузчик упрощает такие процессы, как загрузка программы во флэш-память (на кристалле). Хотя это не совсем автономный микроконтроллер, как другие типы, микроконтроллер Arduino содержит микроконтроллер Atmel на плате Arduino. Плата поставляется в комплекте с предварительно протестированными аппаратными и программными библиотеками, а также имеет интегрированную среду разработки.
Микроконтроллер Arduino можно использовать в различных приложениях, особенно в приложениях для Интернета вещей. Он включает в себя датчики считывания, управление двигателями и управление освещением. Следовательно, он становится обычным явлением в системах домашней автоматизации, играх, садовом освещении, робототехнике, термостатах, гаражных воротах и т. д.
Микроконтроллер AVR. Это электронный чип, разработанный Atmel и основанный на усовершенствованной архитектуре RISC (компьютер с сокращенным набором команд). Он имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогами. Микроконтроллер AVR может поставляться в различных конфигурациях, некоторые из которых предназначены для монтажа в отверстия или на поверхность. Кроме того, вы можете получить восьмиконтактный микроконтроллер с сотней контактов. Однако все, что превышает шестьдесят четыре контакта, доказывает исключительно поверхностный монтаж.
Некоторые распространенные микроконтроллеры AVR включают микроконтроллер ATmega16, микроконтроллер ATmega8, микроконтроллер ATmega32 и микроконтроллер ATmega328.
Важные особенности микроконтроллера AVR включают внутренние и внешние источники прерываний и внутренний калиброванный RC-генератор. Кроме того, помимо сброса при включении, он также обладает программируемым обнаружением отключения питания. Он также имеет шесть спящих режимов, включая отключение питания, расширенный режим ожидания, режим ожидания, энергосбережение и шумоподавление АЦП.
Микроконтроллер ATMEL. Это подразумевает микроконтроллер производства ATMEL с использованием их фирменных программ микроконтроллера ATMEL . Он включает в себя разнообразные группы, в том числе микроконтроллеры AVR. Такие микроконтроллеры имеют разнообразные характеристики, в том числе постоянную память, разные типы процессоров, цвета, области применения.
Микроконтроллер ATMEL может применяться в электронике и автомобилях. В электронике это могут быть мобильные телефоны, CD/DVD-плееры, стиральные машины, охранная сигнализация, камеры, микроволновые печи, контроллеры клавиатуры и модема, а также электронные измерительные приборы.
Микроконтроллер Python. Это тип микроконтроллера, который использует python в качестве исполняемого языка для своих библиотек. Микроконтроллер Python также оптимизирован для работы в различных приложениях. Поскольку python (python) как основной язык программирования не может работать в микроконтроллерах, в этом случае используется его версия, называемая Micro-python. Этот микроконтроллер, широко известный как pyboard Micro-python, может применяться в различных офисных и домашних электронных продуктах.
Микроконтроллер Фотон. Это тип микроконтроллера, который в основном используется на фотонных платах. В первую очередь это мощный микроконтроллер STM32 ARM Cortex M3. Он контролирует все, включая Wi-Fi-чип Broadcom BCM43362 и восемнадцать смешанных контактов GPIO, помимо сетевой IDE. Таким образом, он контролирует подключение к Интернету и связь с другими компонентами устройства.
Микроконтроллер Photon идеально подходит для управления устройствами Интернета вещей с поддержкой Wi-Fi, особенно при подключении продуктов и проектов для IoT.
Запросить микроконтроллер или микропроцессор с расчетом стоимости сейчас
Типы микропроцессоров Микропроцессоры бывают различных типов и включают следующие.
Комплексный набор инструкций для микропроцессоров. Это микропроцессор с одной инструкцией, выполняющей множество низкоуровневых операций. К таким операциям относятся загрузка из памяти, сохранение в памяти и арифметические операции. Кроме того, CISM также может выполнять многоэтапные операции.
Он находит свое применение в недорогих областях применения, таких как домашняя автоматизация, системы безопасности и т. д.
ASIC или специализированная интегральная схема. Это нестандартная интегральная схема, предназначенная для конкретного использования, в отличие от других, которые оказываются многофункциональными. Конструкция ASIC развертывается для продуктов с большими производственными циклами. Смешанные конструкции (ASIC) могут включать в себя логические и аналоговые (в том числе радиочастотные) функции. Типы или уровни ASIC включают в себя стандартную ячейку, матрицу вентилей и полностью индивидуальные конструкции ASIC.
Использование смешанных конструкций ASIC играет ключевую роль в создании полных систем на одном кристалле, что позволяет использовать его в нескольких областях применения.
Микропроцессоры с сокращенным набором инструкций. Это жизненно важный тип микропроцессора, который выполняет сокращенные или небольшие наборы инструкций. Каждая инструкция в таком процессоре направлена на выполнение и достижение небольших операций. Он содержит короткие и простые инструкции, которые объединяются для быстрого решения сложных команд в отдельных операциях.
Важные характеристики этого микропроцессора включают меньшую потребность в декодировании, ограниченные типы данных в аппаратном обеспечении, набор унифицированных инструкций, скромные узлы адресации и идентичный регистр общего назначения.
Мультипроцессоры цифровых сигналов (DSP). Это ключевой тип микропроцессора, предназначенный для измерения, сжатия и фильтрации реальных сигналов аналогового типа. DSP находит свое применение в телекоммуникациях, обработке аудиосигналов, радарах, речи, системах распознавания гидролокаторов и обработке цифровых изображений, помимо бытовой электроники, такой как дисководы, мобильные телефоны и телевизоры высокой четкости.
История микроконтроллера Первый микроконтроллер появился в 1971 году благодаря усилиям американской корпорации Intel. Он появился как i4004 и был использован в калькуляторах. Однако в 1993 году была представлена EEPROM. В том же году ATMEL также разработала первый микроконтроллер с использованием флэш-памяти.
История микропроцессора микропроцессоров
Первоначальная интегральная схема была разработана в 1959 от Fairchild Semiconductor. Однако в 1968 году Эндрю Гроув, Гордан Мур и Роберт Нойс основали свою компанию — Intel. Затем к 1981 году компания превратилась в мирового промышленного гиганта. В 1971 году она создала микропроцессор 4004 с частотой 108 кГц, и он стал микропроцессором первого поколения.
Микропроцессор второго поколения создавался примерно с 1973 по 1978 год. Такие микропроцессоры были 8-битными и включали Motorola 6801 и 6800, Ziglog’s-Z80 и INTEL-8085.
Микропроцессор третьего поколения вышел на первый план в 1978 году благодаря Intel 8008, а Intel выпустила четвертое поколение с 32-разрядными процессорами в начале 1980-х годов. Пятое поколение имело 64-разрядный процессор и было выпущено Intel в 1995 году.
Атрибуты микроконтроллера
Несмотря на то, что существуют разные типы микроконтроллеров, все они имеют схожие характеристики. Это включает в себя.
Сброс процессора
Выводы ввода-вывода переменных и программной памяти, альтернативно обозначаемые как выводы ввода-вывода оперативной памяти.
Таймеры циклов команд
DCCP или центральный процессор синхронизации устройства
Атрибуты микропроцессора
Подобно микроконтроллерам, микропроцессоры бывают разных типов. Однако различные типы микропроцессоров также обладают сходными атрибутивными свойствами, которые включают следующее.
Интерфейс внешней памяти
Имеет встроенный отладчик или программу мониторинга с возможностью обработки прерываний
Обеспечивает параллельный ввод/вывод.
Огромное количество инструкций, каждая из которых выполняет свой вариант одной и той же операции.
Таймер цикла выполнения инструкций. энтузиасты. Однако, если вы хотите спроектировать свой электронный продукт, полезно учитывать следующие различия между этими двумя электронными аспектами.
Микроконтроллер Микропроцессор
Микроконтроллер является нервным центром любой встраиваемой системы. Микропроцессор также играет решающую роль и служит эпицентром любой компьютерной системы.
Помимо компонентов ввода-вывода и внутренней памяти микроконтроллер имеет процессор. В основном он представляет собой процессор, что подразумевает отсутствие компонентов ввода-вывода или памяти. Поэтому вы должны соединить эти два элемента снаружи, чтобы обеспечить бесперебойную работу.
Он имеет небольшую внутреннюю схему с предустановленными компонентами ввода-вывода и памяти. Элементы ввода-вывода и памяти должны подключаться снаружи. Таким образом, схема часто оказывается большой по сравнению с микроконтроллером.
Становится возможным развертывание микроконтроллера в компактных системах. Использование микропроцессоров в компактных системах невозможно.
Стоимость всей микроконтроллерной системы оказалась низкой Стоимость микропроцессора в целом оказывается высокой
Микроконтроллерная система имеет небольшое количество внешних компонентов, поэтому общее энергопотребление оказывается меньше. Все это означает, что микроконтроллер может отлично работать на устройствах, которые полагаются на работу от батареи и накопленную энергию. Как уже упоминалось, он включает в себя внешние компоненты на основе всей архитектурной схемы. Следовательно, он имеет общее энергопотребление, которое оказывается высоким. В результате микропроцессорная система оказывается непригодной для устройств, работающих от батарей или других форм накопленной энергии.
Многие микроконтроллерные системы имеют режимы энергосбережения. Многие микропроцессоры или микропроцессорные системы не обеспечивают функции энергосбережения.
Он в основном используется в таких приложениях, как MP3-плееры, стиральные машины и другие встроенные системы. Микропроцессорная система в основном используется в ПК или персональных компьютерах.
В микроконтроллере больше регистров, поэтому программы проще писать. Микропроцессоры имеют меньшее количество регистров. Следовательно, больше операций выполняется в памяти по сравнению с микроконтроллерными системами.
Микроконтроллеры основаны на Гарвардской архитектуре Микропроцессоры, с другой стороны, основаны на модели фон Неймана
Микроконтроллер является побочным продуктом разработки микропроцессора с центральным процессором, помимо других периферийных устройств. Микропроцессор представляет собой центральный процессор, основанный на одной кремниевой ИС или интегральной микросхеме.
Он имеет центральный процессор и поставляется в комплекте с постоянной памятью (ПЗУ), оперативной памятью (ОЗУ) и другими встроенными периферийными устройствами на одном конкретном чипе. В микропроцессоре отсутствуют оперативная память, постоянное запоминающее устройство, таймеры, блоки ввода-вывода, а также прочая периферия, содержащаяся в микросхеме.
Он развертывает внутреннюю шину управления. Микропроцессор развертывает внешнюю шину. Такая шина становится средством взаимодействия с постоянной памятью, оперативной памятью и другими периферийными устройствами чипа.
Система на основе микроконтроллера обычно работает на частоте до 200 МГц и более в зависимости от соответствующей архитектуры. Система на базе микропроцессора может работать на высоких скоростях благодаря используемой технологии.
Микроконтроллер развертывается для систем, зависящих от приложения. Микропроцессор используется в первую очередь для областей общего назначения, которые позволяют обрабатывать большое количество информации или данных.
Микроконтроллер оказался простым и относительно недорогим. Он также обладает ограниченными инструкциями по обработке. Микропроцессор оказался дорогим и сложным. Он также имеет огромное количество инструкций по обработке.
Общие области применения микроконтроллеров Микроконтроллеры имеют различные области применения. В то время как каждый тип микроконтроллера имеет определенное приложение, как показано ранее, микроконтроллеры имеют общие области применения. Он включает следующее.
Микроконтроллеры являются жизненно важными компонентами для работы мобильных телефонов
Автомобили также используют микроконтроллеры в качестве жизненно важных компонентов для обеспечения освещения и сигнализации, помимо других важных аспектов автомобилей.
Это также относится к проигрывателям CD/DVD.
Камеры
Стиральные машины
Контроллеры клавиатуры
ОБСЛУЖИВАНИЯ
Микроволновая печь
MP3 -плееры
Строки также развернули микрокестер, особенно в таких аспектах, как аспекты, такие как аспекты, такие как аспекты, такие как аспекты, такие аспекты, как аспекты, такие как аспекты. 0018 Accounting system
Calculators
Games machine
Traffic light
Complex industrial controllers
Control data
Defense systems
Military applications
Computation systems
Frequently Asked Questions on the Microcontroller vs Микропроцессор Большинство людей не понимают разницы между микроконтроллером и микропроцессором. Это происходит из-за тесной взаимосвязи и важности двух компонентов в электронике. Тем не менее, вы лучше поймете разницу между микроконтроллером и микропроцессором, ответив на эти часто задаваемые вопросы.
Что лучше между микроконтроллером и микропроцессором?
На этот вопрос не существует однозначного ответа, поскольку он в основном зависит от рассматриваемой области применения. Например, микроконтроллер оптимизируется для приложений с низким энергопотреблением и, таким образом, идеально подходит для встраиваемых систем. С другой стороны, микропроцессоры идеально подходят для приложений, связанных с общими вычислениями, требующими универсальных и сложных вычислительных операций. Таким образом, в зависимости от того, хотите ли вы развернуть его для встроенной системы или нацелить его на сложные вычисления, любой из двух вариантов может стать идеальным.
Чем микроконтроллер отличается от микропроцессора?
Основным отличием микроконтроллера от микропроцессора является то, что он содержит центральный процессор, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и другие периферийные устройства, в то время как микропроцессор имеет только ЦП.
Что из микроконтроллера или микропроцессора дешевле?
Микроконтроллер дешевле микропроцессора по следующим причинам. Во-первых, дополнительная технология, использующая технологию металл-оксид-полупроводник, требует более дешевых материалов по сравнению с теми, которые необходимы для микропроцессоров. Во-вторых, микроконтроллеры требуют меньше внешних компонентов, чем микропроцессоры, и это значительно снижает стоимость.
Каковы недостатки и преимущества микроконтроллера?
Преимущества
Для работы требуется мало времени.
Микросхемы процессора микроконтроллера очень малы и поэтому обеспечивают гибкость при развертывании в своих областях применения.
Благодаря улучшенной интеграции система имеет меньший размер и стоимость.
Микроконтроллер оказывается простым при подключении дополнительных портов ввода-вывода, постоянной памяти и оперативной памяти.
Микроконтроллеры, однажды запрограммированные, не могут быть перепрограммированы для других приложений, что сохраняет их работоспособность.
Микроконтроллер выполняет множество задач одновременно и, таким образом, избавляет вас от вычислительных проблем, которые в противном случае заняли бы много времени, если бы выполнялись вручную.
Микроконтроллер может работать как автономный микрокомпьютер при отсутствии каких-либо цифровых компонентов или частей.
Микроконтроллер также прост в использовании, помимо обслуживания системы и устранения неполадок.
Недостатки
Микроконтроллер не может иметь прямой интерфейс с мощными устройствами.
Он также имеет более сложную структуру, чем микропроцессор.
Микроконтроллер может одновременно выполнять только ограниченное количество операций.
Он также в основном используется в микрооборудовании
Что делает микроконтроллер?
Как сжатый эквивалент компьютера с микросжатием, микроконтроллер предназначен для управления операциями встроенных систем. Это могут быть встроенные системы в роботах, офисных машинах, автомобилях, офисных машинах и других электронных гаджетах. Все это становится возможным благодаря его способности хранить информацию (память), обрабатывать информацию (процессор) и другие вычислительные аспекты (периферийные устройства).
Микропроцессор оказывается дорогим?
Микропроцессоры дороже микроконтроллеров, потому что они выполняют сложные вычисления в высокопроизводительных системах, таких как мобильные телефоны и компьютеры.