Danes lahko mikrokontrolerje najdete v skoraj vsaki kopiji gospodinjskih aparatov in elektronike. Na primer, če ima mikrovalovna pečica LED ali LCD in tipkovnico, je nujno opremljena z namenskim kontrolnim čipom.
Raznolikost uporabe
Vsa sodobna vozila imajo vsaj en mikrokrmilnik in so lahko opremljena z več motorji, protiblokirnim sistemom, tempomatom itd. Vsak daljinski upravljalnik je skoraj zagotovo pod nadzorom mikrokrmilnika. Ta kategorija vključuje televizorje, predvajalnike in visokokakovostne stereo naprave. Digitalne kompaktne in zrcalne kamere, mobilni telefoni, videokamere, telefonski odzivniki, laserski tiskalniki, stacionarni telefoni z identifikacijo naročnika in pomnilnik za 20 sob, večfunkcijski hladilniki, pomivalni stroji in pralni stroji, sušilniki. Načeloma imajo vsi gospodinjski aparati ali naprave, ki sodelujejo z uporabnikom, vgrajen mikrokontroler.
Kaj je to?
Mikrokontroler je računalnik. Vsi računalniki, ne glede na to, ali so osebni ali veliki glavni računalniki, imajo nekatere skupne značilnosti. Imajo centralni procesor (CPU), ki izvaja programe z nalaganjem ukazov iz katere koli podatkovne shrambe. V računalniku je na primer trdi disk. Računalnik je opremljen tudi z operativno pomnilniško napravo (RAM). Za komunikacijo z zunanjim svetom je treba zagotoviti posebna sredstva. Na računalniški tipkovnici inmiška je vhodna naprava, monitor in tiskalnik pa ju uporabljata za izhod. Trdi disk združuje obe funkcionalnosti, saj deluje tako z vhodnimi kot izhodnimi podatki.
CPU
Tip procesorja, ki se uporablja v mikrokrmilniku, je odvisen od posamezne aplikacije. Razpoložljive možnosti so od preprostih 4-, 8- ali 16-bitnih do bolj zapletenih 32-bitnih ali 64-bitnih. Kar se tiče pomnilnika, lahko uporabljate RAM, flash pomnilnik, EPROM ali EEPROM. Praviloma so mikrokontrolerji zasnovani tako, da se lahko uporabljajo brez dodatnih računalniških komponent, ker so zasnovani z zadostnim notranjim pomnilnikom in imajo tudi stike za skupne I /O operacije za neposredno interakcijo s senzorji in drugimi komponentami. Arhitektura procesorja je lahko Harvard in von Neumann, ki ponuja različne metode izmenjave informacij med procesorjem in pomnilnikom. V prvem primeru so podatkovni vodili in ukazi ločeni, kar omogoča sočasen prenos. V arhitekturi von Neumanna se v ta namen uporablja splošno.
Programiranje
Mikrokontrolni procesorji lahko temeljijo na razširjenem (CISC) ali skrajšanem nizu ukazov (RISC). CISC običajno vključuje približno 80 navodil (RISC - približno 30), pa tudi več načinov naslavljanja - 12-24 nasproti 3-5 v RISC. Čeprav je razširjen nabor ukazov lažje implementirati in uporablja pomnilnik bolj učinkovito, je njegova učinkovitost nižja zaradi več ciklov ur,za njihovo izvedbo. RISC procesorji namenjajo več pozornosti programski opremi in bolj produktivni. Sprva je bil jezik mikrokrmilnikov sestavljalec. Danes je priljubljena različica jezik C. Če imate ustrezen kabel, programsko opremo in osebni računalnik, je mikrokontroler lahko programirati z lastnimi rokami. Kabel krmilnika morate priključiti na vzporedna vrata računalnika, zagnati aplikacijo in prenesti niz ukazov.
Opredelitev
Kako razlikovati računalnik od mikrokrmilnika? Če je prva naprava za splošno uporabo, ki lahko poganja več tisoč različnih aplikacij, je druga specializirana, osredotočena na eno aplikacijo. Obstajajo številne druge značilnosti, ki omogočajo razlikovanje mikrokontrolerjev. Za začetnike to ne bo problem - dovolj je, da ugotovimo prisotnost v čipu večine navedenih lastnosti, tako da jo lahko varno pripišemo tej kategoriji.
Mikrokrmilniki so elementi katere koli druge naprave (pogosto gospodinjski aparati) za nadzor njenih funkcij ali dela. Imenujejo se tudi vgrajeni krmilniki.
Naprava je namenjena za opravljanje ene naloge in izvajanje določenega programa, shranjenega v ROM-u, ki se običajno ne spreminja.
Mikrokrmilniki so čipi z majhno močjo. Njihova moč pri napajanju z baterijo je približno 50 mW. Namizni računalnik je skoraj vedno priključen in porabi 50 W ali več.
Mikrokontroler je drugačenposebna vhodna enota in pogosto (vendar ne vedno) majhna LED ali LCD zaslon za izhod. Sprejema dohodne podatke iz naprave, ki jo upravlja, tako da pošilja signale iz različnih komponent. Na primer, televizijski mikrokrmilnik sprejme signale iz daljinskega upravljalnika in prikaže izhod na televizijskem zaslonu. Upravlja izbirnik kanala, zvočnike in nekatere parametre slike, kot sta kontrast in svetlost. Krmilnik avtomobilskega motorja sprejema vhodne signale iz senzorjev kisika in detonacijo, uravnava nastajanje mešanice goriva in sinhronizira delovanje svečk. V mikrovalovni pečici vzame vhod s tipkovnice, prikaže izhod na LCD zaslonu in nadzoruje vklop in izklop releja mikrovalovnega generatorja.
Mikrokrmilniki so pogosto majhne in poceni naprave. Sestavni deli so izbrani tako, da je njihova velikost čim manjša in je proizvodnja čim cenejša.
Pogosto, vendar ne vedno, se delovanje mikrokrmilnika izvaja v neugodnih pogojih. Naprava za upravljanje avtomobilskega motorja mora na primer delovati pri ekstremnih temperaturah, v katerih običajni računalnik sploh ne more delovati. Na severu mora mikrokrmilnik avtomobila delovati pri -34 ° C, na jugu pa pri 49 ° C. V motornem prostoru lahko temperatura doseže 65-80 ° C. Po drugi strani pa mikrokontroler, vgrajen Blu-ray predvajalnik, sploh ni nujno posebej močan.
Zahteve CPE
Procesorji, ki se uporabljajo v mikrokontrolerjih, se lahko zelo razlikujejo. Na primer, vmobilni telefoni so uporabljali 8-bitni mikroprocesor Z-80, ki je bil razvit v sedemdesetih letih in je bil prvotno uporabljen v domačih računalnikih. GPS navigator Garmin je bil opremljen z različico Intel 80386 z nizko porabo, ki je bila prvotno nameščena na namiznem računalniku. Večina gospodinjskih aparatov, kot so mikrovalovne pečice, ni v skladu s procesorji, vendar je njihova cena pomemben dejavnik. V teh primerih se proizvajalci obrnejo na specializirane mikrokrmilnike, razvite iz nizkocenovnih, majhnih in majhnih CPU-jev. Motorola 6811 in Intel 8051 sta dobra primera takih čipov. Objavljena je tudi serija priljubljenih krmilnikov PIC za Microchip. Glede na današnje standarde so ti procesorji neverjetno minimalistični, vendar so izredno poceni in pogosto lahko povsem zadovoljijo potrebe oblikovalca.
Stroškovna učinkovitost
Tipičen mikrokontroler je čip z 1000 bajti ROM-a, 20 bajtov OPERATIVNEGA pomnilnika in 8 vhodnih I /O stikov. Če so izdani v velikih serijah, so njihovi stroški nizki. Seveda ni mogoče zagnati Microsoft Worda na takem čipu - to bo zahtevalo vsaj 30 MB OPERATIVNEGA pomnilnika in procesor, ki izvaja milijone operacij na sekundo. Toda za nadzor mikrovalovne pečice to ni potrebno. Mikrokontroler opravlja eno specifično nalogo, glavne prednosti pa so nizki stroški in poraba energije.
Kako deluje
Kljub velikemu številu mikrokontrolerjev in še več aplikacij za njih, ki se učijo, kako ravnati z enim od njih, lahko spoznate vse. Tipičen scenarij delaizgleda takole:
Ko je napajanje izklopljeno, se naprava ne prikaže.
Povezovanje mikrokrmilnika z virom energije sproži logični blok nadzornega sistema, ki onemogoči vse druge kroge, razen kristala kvarca.
Ko napetost doseže svoj maksimum, se frekvenca generatorja stabilizira. Registri so napolnjeni z bitovi, ki odražajo stanje vseh mikrokrmilniških vezij. Vsi stiki so konfigurirani kot vhodi. Elektronika začne delovati v skladu z ritmičnim zaporedjem urnih impulzov.
Števec ekip se ponastavi. Ukaz na tem naslovu se pošlje ukaznemu dekodirniku, ki ga prepozna, po katerem se takoj izvrši.
Vrednost števca ukazov se poveča za 1 in celoten postopek se ponovi s hitrostjo enega milijona operacij na sekundo.
