Izmanto daudzas izstrādes plates, kuras mēs bieži izmantojam, sākot ar pašu Arduino un beidzot ar daudziem citiem MCU vienības vai mikrokontrolleri. Dažas vitāli svarīgas mikroshēmas, lai varētu programmēt šīs ierīces un ka programmētāja izveidotās instrukcijas var apstrādāt, lai iegūtu gaidītos rezultātus.
Tomēr, Mikrokontrolleru sektors ir diezgan plašs., kā tas ir arī CPU vai mikroprocesoru gadījumā, jo ir ne tikai daudz dizaineru vai ražotāju, kā arī modeļu, bet ir arī daudz dažādu ģimeņu, kas jums jāzina. Tātad, mēs veltīsim šo rakstu tieši šai lietai, lai jūs zinātu, kurš no tiem varētu jūs visvairāk interesēt jūsu projektos…
Kas ir mikrokontrolleris vai MCU?
Un mikrokontrolleris vai MCU (Micro Controller Unit) Tā ir kompakta ierīce, kas vienā mikroshēmā integrē centrālā procesora (CPU), atmiņas un perifērijas funkcijas. Šī ierīce ir daudzu elektronisko sistēmu centrālais elements, un tā ir būtiska iegultās elektronikas jomā. Īsāk sakot, lieliska alternatīva vadu elektronikai, tādējādi ļaujot vienai mikroshēmai elastīgi veikt daudzas funkcijas, jo tā ir programmējama.
Mikrokontrolleri tiek izmantoti a plašs lietojumu klāsts tās daudzpusības un efektivitātes dēļ. Daži mikrokontrolleru izmantošanas piemēri ir vadības sistēmas automašīnās, sadzīves tehnika, rūpnieciskās automatizācijas sistēmas, procesu vadības sistēmas, rotaļlietas, drošības sistēmas, izstrādes paneļi un daudzas citas elektroniskas iekārtas.
Mikrokontrolleru daļas
Mikrokontrolleri ir integrētas ierīces, un visas to sastāvdaļas ir ieviestas mikroshēmā vai integrālajā shēmā. Starp visbūtiskākās daļas no šīm mikroshēmām ir:
- CPU (Central Processing Unit): Centrālais procesors ir mikrokontrollera smadzenes un tā vissvarīgākā daļa. Šī vienība ir atbildīga par programmas datu un instrukciju izmantošanu, lai tos atbilstoši interpretētu un apstrādātu izpildes vienībās, lai iegūtu gaidītos rezultātus. Tas ir, CPU veic visas aprēķinu darbības un pieņem lēmumus, pamatojoties uz programmas loģiku. CPU ātrums un efektivitāte lielā mērā nosaka mikrokontrollera veiktspēju. Turklāt tiem parasti ir arī elementāras daļas, piemēram, pārtraukumu sistēmas, kas ļauj mikrokontrolleram laikus reaģēt uz noteiktiem notikumiem. Kad notiek konkrēts notikums, piemēram, signāla ievade vai taimeris sasniedz noteiktu vērtību, mikrokontrolleris var pārtraukt savu pašreizējo uzdevumu, lai reaģētu uz šo notikumu.
- atmiņa: tiem parasti ir divu veidu atmiņa, piemēram, RAM un zibatmiņa. RAM tiek izmantota pagaidu datu, piemēram, instrukciju, kas veido programmas, un datu (mainīgos, konstantes utt.) glabāšanai programmas izpildes laikā. Kamēr izpildāmās programmas glabāšanai tiek izmantota zibatmiņa, un tā ir nemainīga kā operatīvā atmiņa, tāpēc, kad tiek pārtraukta barošana vai ierīce tiek izslēgta, programma paliks.
- Ievades/izvades perifērijas ierīces (I/O): ļauj mikrokontrollerim mijiedarboties ar ārpasauli. Tie var ietvert digitālos I/O portus, analogo-digitālo pārveidotājus (ADC), ciparu-analogos pārveidotājus (DAC), sakaru saskarnes, piemēram, UART, SPI un I2C, dažādus kontrolierus, taimerus, skaitītājus, GPIO un citi.
Kā tas atšķiras no mikroprocesora vai CPU?
Mikroprocesors un mikrokontrolleris ir divi pamata komponenti elektronikas jomā, taču tiem ir būtiskas atšķirības struktūras un lietojuma ziņā, lai gan daudzi cilvēki sajauc abus vai uzskata, ka tie ir viens un tas pats.
Kamēr CPU tikai integrējas funkcionālās vienības lai kontrolētu un interpretētu instrukcijas, reģistrus, kā arī izpildes instrukcijas, piemēram, ALU, FPU utt., un tos var elastīgāk kombinēt ar citiem palīgelementiem, mikrokontrolleri ir nedaudz slēgtāki šīs integrācijas nozīmē. daudzas daļas, kuras centrālais procesors atstāj ārpusē. Faktiski, lai gan CPU ir datora smadzenes, MCU var uzskatīt par pilnīgu datoru, jo tas ietver visas pamata daļas vienā mikroshēmā.
Tomēr nejauciet lielāku integrāciju ar terminiem sarežģītība un veiktspēja. Lai gan pašreizējie mikroprocesori ir ārkārtīgi sarežģīti un ar ļoti augstu veiktspēju, pašreizējiem mikrokontrolleriem parasti ir integrēts CPU ar daudz zemāku un vienkāršāku veiktspēju. Faktiski daudziem mūsdienu mikrokontrolleriem var būt līdzīga veiktspēja kā mikroprocesoriem pirms gadu desmitiem. Turklāt, kā mēs redzēsim vēlāk, mums ir pat 8 bitu vai 16 bitu mikrokontrolleri, piemēram, 70. gadu CPU.
Atšķirības salīdzinājumā ar SoC?
Tā kā mikrokontrolleris vienā mikroshēmā integrē vairākus elementus, To bieži sajauc arī ar SoC (System on a Chip)Tomēr arī tas nav tas pats. Tāpat kā CPU un MCU, arī SoC ir integrēts CPU ar daudz augstāku veiktspēju nekā vairums pašreizējo mikrokontrolleru. Turklāt SoC ir daudz sarežģītāka un progresīvāka sistēma. No otras puses, SoC parasti neintegrē dažas daļas, kas ir integrētas mikrokontrollerī, jo lietojumprogrammām, kurām tas ir paredzēts, tas nav nepieciešams, piemēram, RAM un zibatmiņa, ADC pārveidotāji utt.
Nedaudz vēstures
Agrīnie vairāku shēmu mikroprocesori, piemēram, AL1 no Four-Phase Systems 1969. gadā un MP944 no Garrett AiResearch 1970. gadā, tika izstrādāti ar vairākām MOS LSI mikroshēmām. Pirmais vienas mikroshēmas mikroprocesors bija Intel 4004, kas tika izlaists 1971. gadā. Šiem procesoriem bija nepieciešamas vairākas ārējās mikroshēmas, lai ieviestu funkcionālu sistēmu, kas bija dārgi. Tomēr gandrīz paralēli tika izstrādāts tas, ko mēs šodien pazīstam kā mikrokontrolleri. VIŅŠ attiecināts uz IT inženieriem Gerijam Būnam un Maiklam Kokranam1971. gadā tika veiksmīgi izveidots pirmais mikrokontrollers TMS 1000, kas apvienoja tikai lasāmatmiņu, lasīšanas/rakstīšanas atmiņu, procesoru un pulksteni vienā mikroshēmā. Faktiski, lai gan tas ir cits stāsts, tas izraisīja patentu karu un tiesas prāvas par mikroprocesora autorību...
1970. gados Japānas elektronikas ražotāji sāka ražot mikrokontrollerus automašīnām. Tie pakāpeniski kļuva populāri, un, reaģējot uz vienas mikroshēmas TMS 1000 pastāvēšanu, Intel izstrādāja datorsistēmu uz mikroshēmas, kas optimizēta vadības lietojumprogrammām, Intel 8048, kas apvienoja RAM un ROM vienā mikroshēmā kopā ar centrālo procesoru. Laika gaitā nepastāvīgās atmiņas tika uzlabotas, un tās tika ierakstītas rūpnīcā ar pastāvīgu programmu, piemēram, pirmajiem ROM, līdz tika ieviests PROM jeb 1993. gada EEPROM, kas ļāva to izdzēst un pārprogrammēt. ar citu programmu vienkāršā veidā un tik reižu, cik vēlaties.
Pamazām ap šāda veida mikroshēmām radās uzņēmumi, piemēram Atmel, Microchip Technology un daudzi citi. Arī citi nozares uzņēmumi sāka izplatīt savus MCU, piemēram, Intel, Analog Devices, Cypress, AMD, ARM, Hitachi, EPSON, Motorola, Zilog, Infineon, Lattice, National Semiconductor, NEC, Panasonic, Renesas, Rockell, Sony , STMicroelectronics , Synopsis, Toshiba utt.
Mūsdienās mikrokontrolleri ir lēti un viegli pieejami hobijiem un daudzām dažādām rūpniecības nozarēm. Turklāt tiek lēsts, ka tie tiek pārdoti gandrīz 5 miljardi 8 bitu vienību visā pasaulē, kas šobrīd ir visvairāk izmantotais. Tos var atrast sadzīves tehnikā, transportlīdzekļos, datoros, tālruņos, rūpnieciskajās iekārtās un daudz ko citu. Turklāt viņiem ir izdevies maksimāli miniatūrizēt, radot dažus no mazākajiem datoriem pasaulē, pat daudz mazākus par sāls graudu...
ISA un mikrokontrolleru saimes
Tagad, kad jūs zināt nedaudz vairāk par to, kas ir MCU vai mikrokontrolleris, apskatīsim dažus no tiem svarīgākās ģimenes no šiem mikrokontrolleriem. Un, tāpat kā centrālos procesorus, tos var sadalīt atbilstoši ISA, tas ir, izmantoto instrukciju, reģistru un datu tipu repertuāram, un no tā būs atkarīga izpildāmo bināro programmu saderība, padarot tās nesaderīgas. starp ģimenēm. Un šīs ģimenes ir pilnīgi neatkarīgas no modeļa, zīmola vai mikroshēmā iekļautajām vienībām.
starp populārākās ģimenes mums ir šādi:
- Bērni: ir FPGA programmatūras paaudze no Altera, ko tagad absorbē Intel.
- Melnspura: ir 16/32 bitu mikroprocesoru saime, ko izstrādājusi, ražo un tirgo Analog Devices. Procesoriem ir arī iebūvēta digitālā signālu procesora (DSP) funkcionalitāte, ko veic ar 16 bitu reizināšanas-akumulācijas (MAC) palīdzību.
- TīģerisSHARC: apzīmē Super Harvard Architecture Single-Chip Computer, arī no Analog Devices. Šajā gadījumā tie ir ideāli piemēroti lietojumprogrammām, kurām nepieciešama augsta skaitļošanas veiktspēja ar zemu enerģijas patēriņu. Šie procesori piedāvā unikālu atmiņas arhitektūru, kas nodrošina efektīvu piekļuvi datiem un instrukcijām bez veiktspējas soda, kas saistīta ar fon Neimaņa kopņu arhitektūru.
- Garoza-M- ARM Cortex-M mikrokontrolleri ir populāra 32 bitu mikrokontrolleru saime, kas ir ļoti energoefektīva un nodrošina labu veiktspēju. Tie ir īpaši populāri rūpniecībā un patērētāju lietojumos, un pašlaik tie pārstāv lielāko daļu moderno mikroshēmu, ko pārdod daudzi uzņēmumi.
- AVR32: Tā ir 32 bitu RISC mikrokontrollera arhitektūra, ko ražo Atmel, un to var atrast daudzās izstrādes dēļos, piemēram, Arduino un tā klonos.
- RISC-V: Šī atvērtā ISA mērķis ir pārspēt ARM, un pamazām tas ir kļuvis nozīmīgs mikrokontrolleru pasaulē, jo tas ir ļoti elastīgs un ļauj to izmantot bez autoratlīdzības.
- PIC- ir 8 bitu mikrokontrolleru saime, ko izstrādājusi Microchip Technology, kas pazīstama ar savu progresīvo RISC arhitektūru, un ir diezgan populāri šajā nozarē.
- PowerQUICC: ir balstīti uz IBM Power Architecture tehnoloģiju, un tos izmantoja Motorola (tagad Freescale), tie atbalsta visu iegulto tīkla iekārtu, rūpniecisko un vispārīgo iegulto lietojumprogrammu spektru.
- Spānijs: Tie ir Fujitsu MCU, un tie ir vērsti uz analogajiem un digitālajiem produktiem, un ir paredzēti efektivitātei un līdzsvarotai veiktspējai.
- 8051: Tas ir Intel izstrādāts 8 bitu mikrokontrolleris, lai gan tagad to ražos arī citi uzņēmumi. Tas ir viens no populārākajiem mikrokontrolleriem un tiek izmantots plašā lietojumu klāstā. 8051 ir CISC mikrokontrolleris, kura pamatā ir Hārvardas arhitektūra.
- TriCore: ir Infineon Technologies izstrādāts mikrokontrolleris. TriCore apvieno RISC procesora kodola, mikrokontrollera un DSP elementus vienā mikroshēmā. Tajā laikā tā bija revolūcija.
- MC-48 vai 8048: Tas ir Intel līnijas mikrokontrolleris ar 64 baitu operatīvo atmiņu un piekļuvi 4096 baitu ārējai programmu atmiņai.
- Mico8- ir 8 bitu mikrokontrolleru saime, kas pilnībā ieviesta vispārējas nozīmes atmiņā un loģikā Lattice FPGA.
- Dzenskrūve: 32 bitu daudzkodolu arhitektūra, ko izstrādājusi Parallax Inc. Katram propelleram ir 8 identiski 32 bitu procesori, kas savienoti ar kopēju centrmezglu.
- Pamatzīmogs- ir mikrokontrolleris ar nelielu specializētu BASIC tulku (PBASIC), kas iebūvēts ROM. To ražo Parallax, Inc, un tas bija diezgan populārs produkts veidotājiem, kuri vēlējās veikt daudzus projektus mājās pirms Arduino izlaišanas.
- SuperH: ir 32 bitu RISC skaitļošanas instrukciju kopas arhitektūra, ko izstrādājis Hitachi un pašlaik ražo Renesas, un tā ir vērsta uz iegulto sistēmu mikrokontrolleriem.
- Tiva: ir sērijas mikrokontrolleris, ko izstrādājis Texas Instruments. Tam ir iebūvēta procesora takts frekvence līdz 80MHz ar peldošā punkta vienību (FPU), kas nodrošina lielisku veiktspēju.
- Microblaze: ir ļoti integrēta procesoru sistēma, kas paredzēta kontrolieru lietojumprogrammām. MicroBlaze ir pilnībā ieviests Xilinx (tagad AMD) FPGA atmiņā un vispārējas nozīmes loģikā, tas ir, softcore.
- Picoblaze: līdzīgs iepriekšējam, bet šajā gadījumā tas ir 8 bitu un vienkāršāks, vairāk integrētām lietojumprogrammām.
- XCore: Tie ir XMOS daudzkodolu MCU, 32 biti, kas ir ieprogrammēti C valodas vidē un darbojas deterministiski un ar zemu latentumu. Tie ir ļoti pabeigti un tos var īstenot flīžu veidā.
- Z8: ir no Zilog, un tās ir 8 bitu ierīces, kas piedāvā plašu veiktspējas un resursu iespēju klāstu. Šie mikrokontrolleri ir ideāli piemēroti liela apjoma, izmaksu ziņā jutīgām lietojumprogrammām, tostarp patēriņa, automobiļu, drošības un HVAC produktiem.
- Z180: Tas ir vēl viens no populārākajiem Zilog pirms jaunā eZ izlaišanas, kas ir atjauninājis iepriekšējos diapazonus. Tas ietver 8 bitu procesoru, kas ir savietojams ar lielo programmatūras bāzi, kas paredzēta Z80. Z180 saimei ir pievienota augstāka veiktspēja un integrētas perifērijas funkcijas, piemēram, pulksteņa ģenerators, 16 bitu skaitītāji/taimeri, pārtraukumu kontrolleris, gaidīšanas stāvokļa ģeneratori, seriālie porti un DMA kontrolleris.
- STM: šai STMicroelectronics saimei ir dažas MCU vienības, kuru pamatā ir šī uzņēmuma arhitektūra, lai gan jaunākajos modeļos tā ir izvēlēta, tāpat kā daudzos citos gadījumos, integrēt 32 bitu ARM Cortex-M sēriju. Tā piedāvā produktus, kas apvieno ļoti augstu veiktspēju, reāllaika iespējas, digitālo signālu apstrādi, mazjaudas/zemsprieguma darbību un savienojamību, vienlaikus saglabājot pilnīgu integrāciju un attīstības vieglumu.
Ir vairāk, bet šie ir vissvarīgākie…