Где используется микроконтроллер
Перейти к содержимому

Где используется микроконтроллер

  • автор:

Назначение и область применения, архитектура микроконтроллера Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Нидилько Марина Васильевна

В статье анализируется, как микроконтроллеры используются во всех сферах жизнедеятельности человека, устройствах, которые окружают его. простота подключения и большие функциональные возможности. С помощью программирования микроконтроллера можно решить многие практические задачи аппаратной техники. Можно считать что микроконтроллер (МК) это компьютер, разместившийся в одной микросхеме. Отсюда и его основные привлекательные качества: малые габариты, высокая производительность, надежность и способность быть адаптированным для выполнения самых различных задач.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Нидилько Марина Васильевна

Назначение и область применения и схемы подключения микроконтроллера
Обзор микроконтроллеров общего назначения
AVR микроконтроллеры: аппаратные средства разработчика

Выбор программно — аппаратных средств для начального обучения студентов основам микропроцессорной техники

Внутрисхемное программирование
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Назначение и область применения, архитектура микроконтроллера»

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, АРХИТЕКТУРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА Нидилько М.В.

Нидилько Марина Васильевна — студент, кафедра информационных сетей и техносферной безопасности, Российский государственный социальный университет, г. Москва

Аннотация: в статье анализируется, как микроконтроллеры используются во всех сферах жизнедеятельности человека, устройствах, которые окружают его. простота подключения и большие функциональные возможности. С помощью программирования микроконтроллера можно решить многие практические задачи аппаратной техники.

Можно считать что микроконтроллер (МК) — это компьютер, разместившийся в одной микросхеме. Отсюда и его основные привлекательные качества: малые габариты, высокая производительность, надежность и способность быть адаптированным для выполнения самых различных задач.

Ключевые слова: среды программирования, AVR Studio.

Микроконтроллеры используются во всех сферах жизнедеятельности человека, устройствах, которые окружают его. Простота подключения и большие функциональные возможности. С помощью программирования микроконтроллера можно решить многие практические задачи аппаратной техники.

Можно считать что микроконтроллер (МК) — это компьютер, разместившийся в одной микросхеме. Отсюда и его основные привлекательные качества: малые габариты; высокие производительность, надежность и способность быть адаптированным для выполнения самых различных задач [1].

Микроконтроллер помимо центрального процессора (ЦП) содержит память и многочисленные устройства ввода/вывода: аналого-цифровые преобразователи, последовательные и параллельные каналы передачи информации, таймеры реального времени, широтно-импульсные модуляторы (ШИМ), генераторы программируемых импульсов и т.д. Его основное назначение — использование в системах автоматического управления, встроенных в самые различные устройства: кредитные карточки, фотоаппараты, сотовые телефоны, музыкальные центры, телевизоры, видеомагнитофоны и видеокамеры, стиральные машины, микроволновые печи, системы охранной сигнализации, системы зажигания бензиновых двигателей, электроприводы локомотивов, ядерные реакторы и многое, многое другое [2].

Применение МК можно разделить на два этапа: первый — программирование, когда пользователь разрабатывает программу и прошивает ее непосредственно в кристалл, и второй -согласование спроектированных исполнительных устройств с запрограммируемым МК. Значительно облегчают отладку программы на первом этапе — симулятор, который наглядно моделирует работу микропроцессора. На втором этапе для отладки используется внутрисхемный эмулятор, который является сложным и дорогим устройством, зачастую недоступным рядовому пользователю.

1. Назначение и область применения, архитектура микроконтроллера

Микроконтроллер — компьютер на одной микросхеме. Предназначен для управления различными электронными устройствами и осуществления взаимодействия между ними в соответствии с заложенной в микроконтроллер программой. В отличие от микропроцессоров, используемых в персональных компьютерах, микроконтроллеры содержат встроенные дополнительные устройства. Эти устройства выполняют свои задачи под управлением микропроцессорного ядра микроконтроллера.

К наиболее распространенным встроенным устройствам относятся устройства памяти и порты ввода/вывода (I/O), интерфейсы связи, таймеры, системные часы. Устройства памяти включают оперативную память (RAM), постоянные запоминающие устройства (ROM), перепрограммируемую ROM (EPROM), электрически перепрограммируемую ROM (EEPROM). Таймеры включают и часы реального времени, и таймеры прерываний. Средства I/O включают последовательные порты связи, параллельные порты (I/O линии), аналого-цифровые преобразователи (A/D), цифроаналоговые преобразователи (D/A), драйверы жидкокристаллического дисплея (LCD) или драйверы вакуумного флуоресцентного дисплея

(VFD). Встроенные устройства обладают повышенной надежностью, поскольку они не требуют никаких внешних электрических цепей [4].

Микроконтроллеры можно встретить в огромном количестве современных промышленных и бытовых приборов: станках, автомобилях, телефонах, телевизорах, холодильниках, стиральных машинах.и даже кофеварках. Среди производителей микроконтроллеров можно назвать Intel, Motorola, Hitachi, Microchip, Atmel, Philips, TexasInstraments, InfineonTechnologies (бывшаяSiemensSemiconductorGroup) и многих других. Для производства современных микросхем требуются сверхчистые помещения [5].

Обычно МК содержат значительное число вспомогательных устройств, благодаря чему обеспечивается их включение в реальную систему с использованием минимального количества дополнительных компонентов. В состав этих МК входят:

• схема начального запуска процессора (Reset);

• генератор тактовых импульсов;

• память программ (E (E) PROM) и программный интерфейс;

• средства ввода/вывода данных;

• таймеры, фиксирующие число командных циклов.

Более сложные встраиваемые МК могут дополнительно реализовывать следующие возможности:

• Встроенный монитор/отладчик программ;

• Внутренние средства программирования памяти программ (ROM);

• Обработка прерываний от различных источников;

• Последовательный ввод/вывод (синхронный и асинхронный);

• Параллельный ввод/вывод (включая интерфейс с компьютером);

• Подключение внешней памяти (микропроцессорный режим).

2. Среды программирования, схемы подключения

Среда (система) программирования — совокупность инструментов, обеспечивающих преобразование программы на некотором языке программирования в выполнимые вычисления[6].

Программная среда «AVR Studio» — это мощный современный программный продукт, позволяющий производить все этапы разработки программ для любых микроконтроллеров серии AVR. Пакет включает в себя специализированный текстовый редактор для написания программ, мощный программный отладчик.

Кроме того, «AVRStudio» позволяет управлять целым рядом подключаемых к компьютеру внешних устройств, позволяющих выполнять аппаратную отладку, а также программирование («прошивку») микросхем AVR [8].

AlgorithmBuilder предназначен для производства полного цикла разработки начиная от ввода алгоритма, включая процесс отладки и заканчивая программированием кристалла.

AlgorithmBuilderдовольно нетрадиционная программа в плане языка программирования; ассемблер, завернутый в красивую обертку визуального программирования. AlgorithmBuilder -визуальный ассемблер или построитель ассемблера с помощью которого на выходе можно получить максимально эффективный код [9].

Работа с переменными и константами организована гениально просто. Инициализация производиться в отдельном окне в виде таблицы — освобождая алгоритм от лишних записей. В буквальном смысле слова все разложено по полочкам.

AlgorithmBuilderимеет удобный настройщик периферии (таймеры, UART, ADC, SPto т.д.) позволяющий, не читая даташитов, просто выбрать необходимые параметры работы устройства в окне настройки. В этом же окне Builderчестно покажет набор инструкций, обеспечивающих эти параметры [10].

Переходы осуществляются в программе очень наглядно — вектором. Если требуется перейти по условию в какую либо точку программы — нужно просто провести вектор в эту точку. Это освобождает программу от бесчисленных имен меток, которые в классическом ассемблере являются неизбежным балластом. Переходы по именованным меткам так же возможны.

WinAVRпредставляет собой набор инструментальных средств для работы с микроконтроллерами семейства AVRфирмы ATMEL. В него вошли следующие компоненты [11]:

компилятор языка Cavr-gcc; библиотека компилятора avr-libs; ассемблер avr-as;

интерфейс программатора avrdude; интерфейс JTAG ICE avarice; Debugeravr-gdb; Редактор programmersnotepad.

Весь этот набор собран в один инсталляционный пакет и предназначен для установки на платформу Windows. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Трудно представить сферу современной деятельности человека, где не использовались бы микроконтроллеры. Телефоны, телевизоры, жидкокристаллические мониторы, кондиционеры, холодильники, новогодние гирлянды, компьютеры и многое другое не могут работать без микроконтроллеров. Микроконтроллеры намного лучше своих предшественников: ламп и полупроводников. Они намного меньших размеров и обладают большей производительностью.

Применение микроконтроллеров в технике очень актуально. Так как они существенно ускоряют работу поставленной им задачи. Отсюда и важность их изучения и применения в устройствах.

1. Вуд А. Микропроцессоры в вопросах и ответах. / Пер. с англ. под ред. Д.А. Поспелова. М.: Энергоатомиздат, 1985. 184 с.

2. ПредкоМ. Руководство по микроконтроллерам. Том 1. / Пер. с англ. под ред.И.И. Шагурина и С.Б. Лужанского. М.: Постмаркет, 2001. 416 с.

3. ПредкоМ. Руководство по микроконтроллерам. Том 2. / Пер. с англ. под ред.И.И. Шагурина и С.Б. Лужанского. М.: Постмаркет, 2001. 488 с.

4. Белов А.Б. Конструирование устройств на микроконтроллерах / Наука и Техника, 2005. 255 с.

5. Лаптев В. Цифровой измеритель температуры на базе AVRмикроконтроллера и RC-цепочки. Электронные компоненты, 2001. № 2. С. 46-49.

6. Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. М.: Радио и связь, 1990. 496 с.

7. Уильямс Г.Б. Отладка микропроцессорных систем: / Пер. с. англ. М.: Энергоатомиздат, 1988. 253 с.

8. Программируемые логические ИМС на КМОП-структурах и их применение. / П.П. Мальцев, Н.И. Гарбузов, А.П. Шарапов, А.А. Кнышев. М.: Энергоатомиздат, 1998. 158 с.

9. Соловьев В.В., Васильев А.Г. Программируемые логические интегральные схемы и их применение. Мн.: Беларуская наука, 1998. 270 с.

10. УгрюмовЕ.П. Цифровая схемотехника. Спб.: БВХ — Санкт-Петербург, 2000. 528 с.

11. Бродин Б.В., Шагурин И.И. Микроконтроллеры: Справочник. М.: ЭКОМ, 1999. 395 с.

Области применения AVR микроконтроллеров, для чего использовать микроконтроллер

Рассмотрим области применения разных семейств AVR микроконтроллеров, попробуем поразмышлять какие устройства для дома, производства и просто для развлечения можно сделать на основе AVR микроконтроллеров. Зная сферы применения этих умных микросхем гораздо интереснее и более захватывающе будет их изучение.

Применение микроконтроллеров

Так зачем же нужны микроконтроллеры фирмы ATMEL и где они применяются? — приведем по несколько примеров для семейств, а потом включим смекалку и поразмышляем что можно полезного смастерить на AVR чипах.

Миниатюрные микроконтроллеры AVR семейства «tiny» используются для построения следующих устройств:

  • электронные игрушки;
  • различные датчики в автомобильной промышленности;
  • детекторы дыма и пламени, датчики температур, измерители разных величин;
  • недорогие зарядные устройства, индикаторы напряжения и тока;
  • пульты управления для разнообразной бытовой и промышленной техники;
  • другие не дорогие и миниатюрные электронные устройства.

Микроконтроллеры AVR семейства tiny

Рис. 1. Микроконтроллеры AVR семейства «tiny».

Чипы семейства «mega», «xmega» и 32-bit AVR применяются в более сложных устройствах:

  • робототехника;
  • спутниковые навигационные системы;
  • функциональные разрядно-зарядные устройства с программированием;
  • сложные дистанционные системы управления;
  • сетевые устройства;
  • быстродействующие системы для передачи и обработки данных;
  • сложная бытовая техника;
  • устройства ввода и отображения информации с тач-скринами(Touch-screen);
  • другие многофункциональные устройства.

AVR микроконтрллеры семейств mega и xmega

Рис. 2. AVR микроконтроллеры семейств «mega» и «xmega».

Давайте подумаем что можно сделать на основе маленького компьютера, к которому мы можем подключить разные датчики и устройства ввода, кнопки и целые клавиатуры, светодиоды и цифровые индикаторы, цветные дисплеи и тач-скрины. да почти что угодно, главное суметь все это подключить и написать рабочую программу для микроконтроллера.

Приведу небольшой перечень идей и способов использования микроконтроллеров по категориям применения:

  • Начинающим: мигалка из светодиодов, виртуальная игра в кости, таймер, счетчик нажатий клавиши;
  • Праздник и подарок: звуковая шкатулка, мигающая звезда или сердечко, гирлянда для елки, цветомузыка;
  • Реклама: светодиодное табло, бегущая строка с символами, аппликация из светодиодов с заданным алгоритмом свечения;
  • Робототехника: робот-пылесос, управляемый по радиоканалу робот-игрушка, робот-сканер документов;
  • Измерения: частотомер. генератор сигналов, мультиметр, измеритель температуры, давления, освещения, самодельная метеостанция;
  • Безопасность: умная сигнализация с оповещением через сотовую связь, кодовый замок, электронный ключ для доступа к двери, детектор дыма, сигнализатор протекания воды;
  • Производство: модуль управления токарным станком с ЧПУ, автоматический контроль и учет веществ, управление котлом;
  • Связь: индикатор частоты, декодер сигналов, модуль управления радиостанцией, автоматическое устройств поворота антенны;
  • Энергетика: управление поворотом солнечных панелей, зарядное устройство для аккумуляторных батарей, измеритель напряжений.

Это всего лишь маленький кусочек из того обширного спектра возможностей и идей что предоставляют нам микроконтроллеры.

Если вы раньше собирали устройства на цифровых и аналоговых микросхемах то вам должно быть знакомо то чувство когда для реализации казалось-бы несложной задачи нужно воротить целый клубок проводов с микросхемами, продумывать логику и предусматривать исключения.

Технология монтажа накруткой проводников

Рис. 3. Технология монтажа накруткой проводников. www.bigmessowires.com (2009).

С появлением микроконтроллеров все стало намного удобнее и проще. На основе всего лишь одного чипа ATtiny13, к примеру, можно собрать устройство для которого вам потребовалось бы несколько десятков, а возможно и сотен микросхем.

В наше время уже не нужно воротить логику на цифровых микросхемах — за всю логику может отвечать микроконтроллер, теперь все свои силы можем сконцентрировать на правильной обвязке этого микроконтроллера чтобы решить нужную задачу, а дальше останется написать программу-прошивку к микроконтроллеру — и все готово!

Arduino

Также на микроконтроллерах AVR сейчас работает Arduino — электронный конструктор, платформа для быстрой и удобной разработки различных устройств автоматизации и управления. Данное решение состоит из комплекса программ и аппаратных составляющих — печатных плат с компонентами, центральную и главную роль в которых играет плата с микроконтроллером AVR — ATmega328, ATmega168, ATmega2560, ATmega32U4, ATTiny85 (в старых моделях — ATmega8, ATmega1280 и другие).

Плата Arduino и дополнительные модули

Рис. 3. Основная плата Arduino и дополнительные модули.

Данный обзор очень краток, на самом деле областей применения AVR микроконтроллеров гораздо больше. Однажды разобрав какое-то устройство у себя дома вы сможете увидеть внутри него AVR чип и здесь нет ничего сверхъестественного, микроконтроллеры набирают все большую популярность и более широко применяются в самых разных областях.

Заключение

Для кого-то программирование микроконтроллеров может перерасти из хобби в хорошо оплачиваемую работу, которая будет приносить не только хорошую прибыль, но и удовольствие от самого процесса разработки, пользу другим людям.

В следующей статье разберемся с архитектурой AVR микроконтроллеров, узнаем из чего состоит микроконтроллер, что в нем есть и для чего.

В чем разница между микропроцессорами и микроконтроллерами?

В чем разница между микропроцессорами и микроконтроллерами?

Микропроцессоры и микроконтроллеры являются внутренними компонентами электронных устройств. Микропроцессор – это очень маленький процессор внутри центрального процессора. Это единая интегральная схема на компьютерном чипе, которая выполняет различные арифметические и логические функции на цифровых сигналах. Несколько десятков микропроцессоров совместно работают на высокопроизводительных серверах для обработки и анализа данных.

С другой стороны, микроконтроллер – это базовый вычислительный блок в интеллектуальных электронных устройствах, таких как стиральные машины и термостаты. Это очень маленький компьютер с собственной оперативной памятью, ПЗУ и устройствами ввода-вывода, встроенными в один чип. Он может обрабатывать цифровые сигналы и реагировать на ввод данных пользователем, но его вычислительные мощности ограничены.

В чем сходство между микропроцессорами и микроконтроллерами?

Микропроцессоры и микроконтроллеры – это централизованные компьютерные чипы, обеспечивающие интеллектуальные возможности персональных компьютеров и электронных устройств. Они построены на основе полупроводниковых интегральных схем и имеют определенные внутренние части.

Интегральная схема

И микропроцессоры, и микроконтроллеры представляют собой полупроводниковые компоненты, построенные на интегральной схеме. Интегральная схема – это очень маленький квадратный или прямоугольный чип, содержащий тысячи или даже миллионы электронных компонентов. Интегральные схемы позволяют инженерам уменьшить размер электронных схем.

ЦПУ

И микропроцессоры, и микроконтроллеры имеют центральный процессор. Процессор – это централизованная часть компьютерного чипа, которая обрабатывает инструкции, предоставляемые приложениями или микропрограммным обеспечением. Процессор также оснащен специальным арифметико-логическим устройством (ALU). ALU вычисляет математические значения и оценивает логические задачи на основе компьютерных инструкций.

Регистры

Регистры – это модули памяти, используемые процессором для обработки данных. Процессор временно хранит инструкции или бинарные данные до, во время и после их обработки. И микропроцессоры, и микроконтроллеры построены с использованием внутренних регистров, хотя микроконтроллеры часто имеют больше регистров, чем микроконтроллеры.

Архитектурные различия микропроцессоров и микроконтроллеров

Архитектурные различия микропроцессоров и микроконтроллеров

Несмотря на то, что микропроцессоры и микроконтроллеры имеют форму компьютерных чипов, они построены на разных архитектурах.

Микропроцессоры разработаны по архитектуре фон Неймана, где программа и данные находятся в одном модуле памяти. Между тем микроконтроллеры используют гарвардскую архитектуру, которая отделяет память программ от пространства данных.

Микропроцессоры содержат больше компонентов интегральных схем, чем микроконтроллеры. Это архитектурное различие влияет на особенности проектирования микропроцессоров и микроконтроллеров в вычислительных и встроенных системных приложениях.

Память

Микропроцессоры не имеют модулей внутренней памяти для хранения данных приложений. Инженеры должны подключить микропроцессор к внешним хранилищам памяти, таким как ROM и RAM, с помощью внешней шины.

Шина – это набор параллельных электрических соединений, которые позволяют микропроцессору отправлять данные в другие устройства и получать их. Существует три типа шин.

  • Шина данных передает данные
  • Адресная шина передает информацию о том, где хранить и извлекать данные
  • Шина управления передает сигналы для координации с другими электрическими компонентами

Все три работают совместно в микропроцессорной системе.

С другой стороны, микроконтроллеры оснащены внутренней памятью ROM и RAM. Микроконтроллер использует внутреннюю шину для взаимодействия со встроенными модулями памяти.

Периферийные устройства

Периферийные устройства – это таймеры, средства связи, устройства ввода-вывода и другие возможности, позволяющие микроконтроллерам или микропроцессорам взаимодействовать с внешними компонентами или пользователями.

Микропроцессор не имеет встроенных периферийных устройств в интегральную схему. Вместо этого периферийные устройства подключаются извне, чтобы расширить возможности использования микропроцессора за пределы математической и логической обработки.

Напротив, микроконтроллеры соединяются со встроенными периферийными устройствами с помощью внутренней шины управления. Это позволяет микроконтроллеру управлять электронными устройствами с минимальным количеством дополнительных деталей или без них.

Вычислительная мощность

Микропроцессоры – это мощные компьютерные чипы, способные выполнять сложные вычислительные и математические задачи. Например, можно запустить программное обеспечение для статистической обработки, поскольку микропроцессор поддерживает операции с плавающей запятой.

И наоборот, микроконтроллеры имеют сравнительно меньшую вычислительную мощность и редко поддерживают вычисление с плавающей запятой. Вместо этого они сосредотачиваются на реализации определенной логики, например на управлении температурой нагревателя с помощью различных датчиков.

Другие ключевые отличия микропроцессоров и микроконтроллеров

Микропроцессоры поддерживают универсальные вычислительные операции на персональных компьютерах и корпоративных серверах. Между тем микроконтроллеры позволяют встроенным системам анализировать входные данные и реагировать на них в режиме реального времени.

Когда инженеры разрабатывают системы с микропроцессорами и микроконтроллерами, они учитывают такие различия.

Тактовая частота

Микропроцессоры обеспечивают высокоскоростные и надежные вычислительные мощности для различных приложений. Современный компьютерный процессор работает в диапазоне гигагерц (ГГц). Это позволяет компьютерной системе выполнять сложные математические вычисления и быстро возвращать результаты.

Хотя скорость микроконтроллера увеличивалась на протяжении десятилетий, она намного меньше скорости обработки данных микропроцессора. В зависимости от назначения тактовая частота микроконтроллера варьируется от килогерц (кГц) до сотен мегагерц (МГц). Несмотря на меньший диапазон скоростей, микроконтроллер может оптимально работать в пределах выделенной области применения.

Размер цепи

Микропроцессор не может работать сам по себе. Он использует внешние компоненты, такие как микросхемы связи, порты ввода-вывода, ОЗУ и ПЗУ, для формирования полноценной вычислительной системы. Таким образом, микропроцессорная схема состоит из адреса и шины данных, соединяющей множество периферийных устройств и микросхем памяти. Даже несмотря на развитие технологий печатных плат (PCB), микропроцессорная система требует значительного пространства.

Однако микроконтроллер имеет компактную конструкцию с более простой схемой. Большинство дополнительных компонентов, необходимых для микропроцессорной системы, легко доступны на том же чипе. Вместо использования отдельных компонентов инженеры при разработке электронных устройств используют один микроконтроллер. Таким образом освобождается больше места на электронной плате, что позволяет инженерам создавать компактные системы.

Потребляемая мощность

Микропроцессоры часто работают на более высокой скорости, чем микроконтроллеры, и потребляют больше энергии, поэтому для них требуется внешний источник питания. Аналогичным образом, вычислительная система на основе микропроцессорного блока имеет более высокое общее энергопотребление из-за большого количества дополнительных компонентов.

Между тем микроконтроллеры спроектированы так, чтобы эффективно работать при минимальном энергопотреблении. Кроме того, большинство микроконтроллеров имеют функции энергосбережения, которых нет в микропроцессорах.

Например, микроконтроллер может активировать режим энергосбережения и потреблять ограниченное количество энергии, когда данные не обрабатываются. Микроконтроллеры также могут отключать внутренние периферийные устройства, которые не используются, для экономии энергии. Благодаря этому микроконтроллеры – идеальный выбор для создания специализированных приложений с низким энергопотреблением, работающих на накопленном питании.

ОС

В практических приложениях микропроцессоры требуют операционной системы, обеспечивающей соответствующие функциональные возможности. Без операционной системы пользователям пришлось бы обучать микропроцессор на языке ассемблера или бинарном языке.

Между тем для работы микроконтроллеров не требуется операционная система. Однако существуют специальные операционные системы, которые помогают микроконтроллерам среднего и высокого уровня работать более эффективно.

Подключение

Микропроцессоры поддерживают более разнообразные коммуникационные технологии, чем микроконтроллеры. Например, микропроцессор обрабатывает высокоскоростные данные USB 3.0 или гигабитного Ethernet без дополнительного процессора.

Однако для большинства микроконтроллеров требуется специальный процессор для высокоскоростной передачи данных.

Стоимость

Микропроцессорная интегральная схема состоит только из процессора, арифметико-логического устройства (ALU) и регистров, что снижает производственные затраты на единицу продукции. Между тем один микроконтроллер имеет более сложную внутреннюю архитектуру и, как правило, дороже микропроцессора.

Однако микропроцессорная система дороже, так как требует дополнительных компонентов. В отличие от нее, микроконтроллер самостоятельно справляется с выбранной задачей.

Для микроконтроллера требуется меньше дополнительных компонентов, что приводит к удешевлению систем на основе микроконтроллеров. Например, плата кондиционера с микроконтроллером стоит дешевле, чем материнская плата компьютера с микропроцессорами.

Примеры использования микропроцессоров и микроконтроллеров

Как микропроцессоры, так и микроконтроллеры являются полезными электронными компонентами, если их применять в соответствующих сценариях использования.

Используйте микропроцессор, если вам требуется высокая вычислительная мощность для сложных или непредсказуемых вычислительных задач. Микропроцессоры используются во всех типах вычислительных устройств, таких как серверы, настольные компьютеры и мобильные вычислительные устройства. Организации используют серверы с множеством микропроцессоров для высокопроизводительных вычислений и запуска приложений искусственного интеллекта (ИИ).

С другой стороны, микроконтроллер – лучший выбор, если вы создаете систему управления с узкой областью применения. Микроконтроллеры также полезны для систем, требующих низкого энергопотребления. Некоторые микроконтроллеры могут работать месяцами от небольшой батареи. Например, система умного дома работает от микроконтроллеров. Компактные устройства, такие как дроны или портативные аудиоплееры, также содержат микроконтроллеры.

Микроконтроллер

Автоматизация дома и отдельных процессов на базе интеллектуальных систем невозможна без использования устройств такого типа, как микроконтроллер. Многофункциональные, компактные микроконтроллеры применяются во многих современных приборах, бытовом оборудовании и прочих инженерно-технических объектах. Они позволяют программировать и контролировать работу устройств, обеспечивать эффективное взаимодействие («диалог») человека и техники, дают возможность реализовать идеи Умной автоматизации.

Что такое микроконтроллер

Микроконтроллер (от англ. Micro Controller Unit, MCU) – это специальная микросхема, которая предназначена для управления различными приборами и электронными устройствами; позволяет не только контролировать их работу, но и обеспечивать взаимодействия между ними согласно заложенной программе.

Первые микроконтроллеры появились в 1971 году. Их создатели сумели воплотить гениальную мысль – объединить под одним корпусом процессор, память и периферию. Благодаря этому, типичная модель микроконтроллера, в отличие от микропроцессоров, содержит дополнительные встроенные устройства. На одном миниатюрном кристалле (микросхеме) сочетаются не только функции процессора, но и периферийных устройств, содержится ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, микроконтроллер представляет собой однокристальный компьютер (на одной микросхеме), способный выполнять относительно несложные задачи .

Поскольку, большинство микроконтроллеров создаются на едином кристалле кремния, при упоминании данных «изделий» нередко звучат слова «кристалл», «чип» или «микрочип»; также возможны сокращения МК либо MC – от английского microcontroller.

За счет существующего преимущества перед микропроцессорами, производство микроконтроллеров приобрело широкие масштабы; потребность в них остается стабильно высокой по сей день.

Устройства микроконтроллеров: виды, применение

В микроконтроллерах может использоваться одновременно несколько устройств, выполняющих определенные задачи и функции под управлением микропроцессорного ядра МК.

Наиболее распространенными встроенными устройствами микроконтроллеров являются:

  • Память. Это оперативная память (RAM, ОЗУ), постоянные запоминающие устройства (ROM, ПЗУ), а также, память перепрограммируемая ROM (EPROM) и электрически перепрограммируемая ROM (EEPROM).
  • Порты ввода/вывода (I/O). Средства I/O включают в себя последовательные и параллельные порты связи (I/O линии); преобразователи аналого-цифровые (A/D) и цифроаналоговые (D/A); драйверы дисплея вакуумного флуоресцентного (VFD) или жидкокристаллического (LCD).
  • Интерфейсы связи.
  • Таймеры, системные часы. Часы реального времени, таймеры прерываний.

Кроме того, создаются микроконтроллеры со следующей периферией: компараторы, массивы флеш-памяти, радиочастотные приемники и передатчики, встроенные тактовые генераторы, контроллеры бесколлекторных двигателей и т.д.

Встроенные устройства отличаются высокой надежностью, так как не требуют внешних электрических цепей.

Сегодня микроконтроллеры используются в преобладающем количестве современных промышленных и бытовых приборов. Особое распространение они получили в системах автоматизации Умный дом.

Среди производителей микроконтроллеров — Hitachi, Intel, Philips, Infineon Technologies (бывшая Siemens Semiconductor Group) и другие компании.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *