Τι είναι ένας μικροελεγκτής;

Οι μικροελεγκτές αποτελούν αναπόσπαστο μέρος των ενσωματωμένων συστημάτων. Ο μικροελεγκτής είναι βασικά φθηνός και μικρός υπολογιστής σε ένα μόνο τσιπ που περιλαμβάνει επεξεργαστή, μικρή μνήμη και προγραμματιζόμενα περιφερειακά εισόδου-εξόδου. Προορίζονται για χρήση σε αυτόματα ελεγχόμενα προϊόντα και συσκευές για την εκτέλεση προκαθορισμένων και προγραμματισμένων εργασιών. Για να πάρετε μια καλύτερη ιδέα για το τι είναι πραγματικά ένας μικροελεγκτής. ας δούμε ένα παράδειγμα προϊόντος όπου χρησιμοποιείται μικροελεγκτής. Ένα ψηφιακό θερμόμετρο που εμφανίζει τη θερμοκρασία περιβάλλοντος χρησιμοποιεί έναν μικροελεγκτή που συνδέεται με έναν αισθητήρα θερμοκρασίας και μια μονάδα οθόνης (όπως LCD). Ο μικροελεγκτής εδώ παίρνει την είσοδο από τον αισθητήρα θερμοκρασίας σε ακατέργαστη μορφή, την επεξεργάζεται και την εμφανίζει σε μια μικρή μονάδα οθόνης LCD σε μορφή αναγνώσιμη από τον άνθρωπο.Παρομοίως, ένας ή πολλαπλοί μικροελεγκτές χρησιμοποιούνται σε πολλές ηλεκτρονικές συσκευές ανάλογα με τις απαιτήσεις και την πολυπλοκότητα των εφαρμογών.

Πού χρησιμοποιούνται;

Οι μικροελεγκτές χρησιμοποιούνται σε ενσωματωμένα συστήματα, βασικά μια ποικιλία προϊόντων και συσκευών που είναι συνδυασμός υλικού και λογισμικού, και έχουν αναπτυχθεί για την εκτέλεση συγκεκριμένων λειτουργιών. Μερικά παραδείγματα ενσωματωμένων συστημάτων όπου χρησιμοποιούνται μικροελεγκτές, θα μπορούσαν να είναι - πλυντήρια, μηχανήματα αυτόματης πώλησης, μικροκύματα, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, αυτοκίνητα, ιατρικός εξοπλισμός, έξυπνα τηλέφωνα, έξυπνα ρολόγια, ρομπότ και διάφορες οικιακές συσκευές.

Γιατί χρησιμοποιούμε μικροελεγκτές;

Οι μικροελεγκτές χρησιμοποιούνται για την αυτοματοποίηση σε ενσωματωμένες εφαρμογές. Ο κύριος λόγος πίσω από την τεράστια δημοτικότητα των μικροελεγκτών είναι η ικανότητά τους να μειώσουν το μέγεθος και το κόστος ενός προϊόντος ή ενός σχεδίου, σε σύγκριση με ένα σχέδιο που κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας ξεχωριστούς μικροεπεξεργαστές, συσκευές μνήμης και εισόδου / εξόδου.

Καθώς οι μικροελεγκτές διαθέτουν χαρακτηριστικά όπως ενσωματωμένος μικροεπεξεργαστής, RAM, ROM, σειριακές διασυνδέσεις, παράλληλες διασυνδέσεις, αναλογικός σε ψηφιακό μετατροπέα (ADC), ψηφιακός σε αναλογικός μετατροπέας (DAC) κ.λπ. που διευκολύνει την κατασκευή εφαρμογών γύρω από αυτό. Επιπλέον, το περιβάλλον προγραμματισμού μικροελεγκτών προσφέρει τεράστιες δυνατότητες ελέγχου των διαφόρων τύπων εφαρμογών σύμφωνα με τις απαιτήσεις τους.

Ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι μικροελεγκτών;

Υπάρχει ένα ευρύ φάσμα μικροελεγκτών που διατίθενται στην αγορά. Διάφορες εταιρείες όπως οι Atmel, ARM, Microchip, Texas Instruments, Renesas, Freescale, NXP Semiconductors κ.λπ. κατασκευάζουν διαφορετικά είδη μικροελεγκτών με διαφορετικά είδη χαρακτηριστικών. Εξετάζοντας διάφορες παραμέτρους όπως προγραμματιζόμενη μνήμη, μέγεθος φλας, τάση τροφοδοσίας, καρφίτσες εισόδου / εξόδου, ταχύτητα κ.λπ., μπορεί κανείς να επιλέξει τον κατάλληλο μικροελεγκτή για την εφαρμογή τους.

Ας ρίξουμε μια ματιά σε αυτές τις παραμέτρους και διαφορετικούς τύπους μικροελεγκτών σύμφωνα με αυτές τις παραμέτρους.

Δίαυλος δεδομένων (Μέγεθος bit):

Όταν ταξινομούνται σύμφωνα με το μέγεθος bit, οι περισσότεροι μικροελεγκτές κυμαίνονται από 8 bit έως 32 bit (διατίθενται επίσης μικροελεγκτές υψηλότερου bit). Σε έναν μικροελεγκτή 8-bit ο δίαυλος δεδομένων του αποτελείται από 8 γραμμές δεδομένων, ενώ σε έναν μικροελεγκτή 16-bit ο δίαυλος δεδομένων του αποτελείται από 16 γραμμές δεδομένων και ούτω καθεξής για 32 bit και υψηλότερους μικροελεγκτές.

Μνήμη:

Οι μικροελεγκτές χρειάζονται μνήμη (RAM, ROM, EPROM, EEPROM, flash memory κ.λπ.) για την αποθήκευση προγραμμάτων και δεδομένων. Ενώ ορισμένοι μικροελεγκτές έχουν ενσωματωμένα τσιπ μνήμης, ενώ άλλοι απαιτούν σύνδεση εξωτερικής μνήμης. Αυτοί ονομάζονται ενσωματωμένοι μικροελεγκτές μνήμης και εξωτερικοί μικροελεγκτές μνήμης αντίστοιχα. Το ενσωματωμένο μέγεθος μνήμης ποικίλλει επίσης σε διαφορετικούς τύπους μικροελεγκτών και γενικά θα βρείτε μικροελεγκτές με μνήμη 4B έως 4Mb.

Αριθμός ακίδων εισόδου / εξόδου:

Οι μικροελεγκτές ποικίλλουν ανάλογα με τον αριθμό των μεγεθών ακίδων εισόδου-εξόδου. Κάποιος μπορεί να επιλέξει έναν συγκεκριμένο μικροελεγκτή σύμφωνα με την απαίτηση της εφαρμογής.

Σύνολο οδηγιών:

Υπάρχουν δύο τύποι συνόλων οδηγιών - RISC και CISC. Ένας μικροελεγκτής μπορεί να χρησιμοποιήσει RISC (Υπολογιστής σετ μειωμένων οδηγιών) ή CISC (Υπολογιστής σετ σύνθετων οδηγιών). Όπως υποδηλώνει το όνομα, το RISC μειώνει το χρόνο λειτουργίας καθορίζοντας τον κύκλο ρολογιού μιας εντολής. ενώ το CISC επιτρέπει την εφαρμογή μιας εντολής ως εναλλακτική λύση σε πολλές οδηγίες.

Αρχιτεκτονική Μνήμης:

Υπάρχουν δύο τύποι μικροελεγκτών - μικροελεγκτές αρχιτεκτονικής μνήμης Harvard και μικροελεγκτές αρχιτεκτονικής μνήμης Princeton.

Εδώ είναι μερικοί δημοφιλείς μικροελεγκτές μεταξύ μαθητών και χόμπι.

8051 σειρές μικροελεγκτών (8-bit)

Μικροελεγκτές AVR από την Atmel (ATtiny, σειρά ATmega)

Μικροελεγκτές της σειράς PIC της Microchip

Οι μικροελεγκτές της Texas Instruments όπως το MSP430

Μικροελεγκτές ARM

Χαρακτηριστικά μικροελεγκτών

Οι μικροελεγκτές χρησιμοποιούνται σε ενσωματωμένα συστήματα για τις διάφορες δυνατότητές τους. Όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα μπλοκ ενός μικροελεγκτή, περιλαμβάνει επεξεργαστές, καρφίτσες εισόδου / εξόδου, σειριακές θύρες, χρονοδιακόπτες, ADC, DAC και Έλεγχος διακοπής.

Επεξεργαστής ή CPU

Ο επεξεργαστής είναι ο εγκέφαλος ενός μικροελεγκτή. Όταν παρέχεται η είσοδος μέσω ακίδων εισόδου και οδηγίες μέσω προγραμμάτων, επεξεργάζεται τα δεδομένα αναλόγως και παρέχει στις ακίδες εξόδου.

Μνήμη

Τα τσιπ μνήμης είναι ενσωματωμένα σε έναν μικροελεγκτή για την αποθήκευση όλων των προγραμμάτων και δεδομένων. Μπορεί να υπάρχουν διαφορετικοί τύποι μνήμης ενσωματωμένοι σε μικροελεγκτές όπως RAM, ROM, EPROM, EEPROM, Flash memory κ.λπ.

Θύρες εισόδου-εξόδου

Κάθε μικροελεγκτής έχει θύρες εξόδου εισόδου. Ανάλογα με τους τύπους μικροελεγκτών, ο αριθμός των ακίδων εξόδου ενδέχεται να διαφέρει. Χρησιμοποιούνται για διασύνδεση με εξωτερικές συσκευές εισόδου και εξόδου όπως αισθητήρες, μονάδες οθόνης κ.λπ.

Σειριακές θύρες

Διευκολύνουν τη σειριακή διεπαφή μικροελεγκτών με άλλα περιφερειακά. Μια σειριακή θύρα είναι μια σειριακή διεπαφή επικοινωνίας μέσω της οποίας οι πληροφορίες μεταφέρονται μέσα ή έξω ένα προς ένα bit κάθε φορά.

ADC και DAC

Μερικές φορές τα ενσωματωμένα συστήματα πρέπει να μετατρέπουν δεδομένα από ψηφιακό σε αναλογικό και αντίστροφα. Έτσι, οι περισσότεροι μικροελεγκτές ενσωματώνονται με ενσωματωμένο ADC (Analog to Digital Converter) και DAC (Digital to Analog Converters) για την εκτέλεση της απαιτούμενης μετατροπής.

Χρονόμετρα

Οι χρονομετρητές και οι μετρητές είναι σημαντικά μέρη των ενσωματωμένων συστημάτων. Απαιτούνται για διάφορες λειτουργίες όπως παραγωγή παλμών, μέτρηση εξωτερικών παλμών, διαμόρφωση, ταλάντωση κ.λπ.

Έλεγχος διακοπής

Ο έλεγχος διακοπής είναι ένα από τα ισχυρά χαρακτηριστικά των μικροελεγκτών. Είναι ένα είδος ειδοποίησης που διακόπτει τη συνεχιζόμενη διαδικασία και δίνει εντολή για την εκτέλεση της εργασίας που ορίζεται από τον έλεγχο διακοπής.

Για να συνοψίσουμε όλα αυτά, οι μικροελεγκτές είναι ένα είδος συμπαγείς μίνι υπολογιστές που έχουν σχεδιαστεί για να εκτελούν συγκεκριμένες εργασίες σε ενσωματωμένα συστήματα. Με ένα ευρύ φάσμα χαρακτηριστικών, η σημασία και η χρήση τους είναι τεράστια και μπορούν να βρεθούν σε προϊόντα και συσκευές σε όλους τους κλάδους.