MCU-ovi: saznajte više o najvažnijim porodicama mikrokontrolera

mikrokontroleri

Mnoštvo razvojnih ploča koje često koristimo, od samog Arduina do mnogih drugih, koristimo MCU jedinice ili mikrokontroleri. Neki vitalni čipovi da mogu programirati ove uređaje i da se instrukcije kreirane od strane programera mogu obraditi kako bi se dobili očekivani rezultati.

Međutim, Sektor mikrokontrolera je prilično širok., kao što je i slučaj sa CPU-ima ili mikroprocesorima, jer ne samo da postoji mnogo dizajnera ili proizvođača, kao i modela, već postoji i mnogo različitih porodica koje biste trebali znati. Dakle, ovaj članak ćemo posvetiti upravo ovoj stvari, kako biste znali koja bi vas mogla najviše zanimati za vaše projekte…

Šta je mikrokontroler ili MCU?

MCU dijagram

Un mikrokontroler ili MCU (Mikrokontrolerska jedinica) To je kompaktan uređaj koji integriše funkcije centralnog procesora (CPU), memorije i perifernih uređaja na jednom čipu. Ovaj uređaj je središnji dio mnogih elektronskih sistema i fundamentalan je u polju ugrađene elektronike. Ukratko, odlična alternativa žičanoj elektronici, omogućavajući tako jednom čipu da fleksibilno obavlja mnoštvo funkcija, budući da se može programirati.

Mikrokontroleri se koriste u a veliki izbor aplikacija zbog svoje raznovrsnosti i efikasnosti. Neki primjeri upotrebe mikrokontrolera uključuju kontrolne sisteme u automobilima, kućnim aparatima, sistemima industrijske automatizacije, sistemima za kontrolu procesa, igračkama, sigurnosnim sistemima, razvojnim pločama i mnogim drugim elektroničkim uređajima.

Dijelovi mikrokontrolera

Mikrokontroleri su integrisani uređaji, a sve njihove komponente su implementirane na čip ili integrisano kolo. Između najosnovnijih delova od ovih čipova su:

  • CPU (centralna procesorska jedinica): Centralna procesorska jedinica je mozak mikrokontrolera i njegov najvažniji dio. Ova jedinica je odgovorna za korištenje podataka i instrukcija programa da ih interpretira i obradi na odgovarajući način u izvršnim jedinicama kako bi se dobili očekivani rezultati. To jest, CPU izvodi sve operacije računanja i donosi odluke na osnovu programske logike. Brzina i efikasnost CPU-a u velikoj meri određuju performanse mikrokontrolera. Osim toga, obično imaju i elementarne dijelove kao što su sistemi prekida, koji omogućavaju mikrokontroleru da blagovremeno odgovori na određene događaje. Kada se dogodi određeni događaj, kao što je ulaz signala ili tajmer koji dostiže određenu vrijednost, mikrokontroler može prekinuti svoj trenutni zadatak da odgovori na ovaj događaj.
  • Memoria: Obično imaju dvije vrste memorije kao što su RAM i flash. RAM se koristi za skladištenje privremenih podataka, kao što su instrukcije koje čine programe i podaci (varijable, konstante,...) tokom izvršavanja programa. Dok se fleš memorija koristi za pohranjivanje programa koji treba izvršiti, a ona je nepostojana poput RAM-a, tako da kada se struja prekine ili se uređaj isključi, program će ostati.
  • Ulazno/izlazni periferni uređaji (I/O): dozvoli mikrokontroleru interakciju sa vanjskim svijetom. Oni mogu uključivati ​​digitalne I/O portove, analogno-digitalne pretvarače (ADC), digitalno-analogne pretvarače (DAC), komunikacijska sučelja kao što su UART, SPI i I2C, raznovrsne kontrolere, tajmere, brojače, GPIO i drugi.

Po čemu se razlikuje od mikroprocesora ili CPU-a?

Mikroprocesor i mikrokontroler su dvije osnovne komponente u oblasti elektronike, ali imaju značajne razlike u smislu strukture i upotrebe, iako mnogi ljudi brkaju to dvoje ili vjeruju da su isto.

Dok se CPU samo integriše funkcionalne jedinice za kontrolu i interpretaciju instrukcija, registara, kao i izvršnih instrukcija kao što su ALU, FPU itd., a mogu se kombinovati sa drugim pomoćnim elementima na fleksibilniji način, mikrokontroleri su nešto zatvoreniji u smislu da se integrišu mnogi dijelovi koje CPU izostavlja. U stvari, dok je CPU mozak računara, MCU se može smatrati kompletnim računarom, jer uključuje sve osnovne dijelove na jednom čipu.

Međutim, nemojte brkati veću integraciju sa pojmovima složenost i performanse. Dok su trenutni mikroprocesori izuzetno složeni i sa vrlo visokim performansama, trenutni mikrokontroleri obično imaju integrisani CPU sa mnogo nižim i jednostavnijim performansama. U stvari, mnogi današnji mikrokontroleri mogu imati performanse slične mikroprocesorima od prije nekoliko desetljeća. Štaviše, kao što ćemo kasnije vidjeti, imamo čak i 8-bitne ili 16-bitne mikrokontrolere poput CPU-a iz 70-ih.

Razlike u odnosu na SoC?

Pošto mikrokontroler integriše nekoliko elemenata na istom čipu, Također se često miješa sa SoC-om (System on a Chip)Međutim, ni to nije isto. Kao i kod CPU-a naspram MCU-a, SoC-ovi takođe integrišu CPU sa mnogo većim performansama od većine trenutnih mikrokontrolera. Štaviše, SoC je beskonačno složeniji i napredniji sistem. S druge strane, SoC obično ne integriše neke od dijelova koji su integrirani u mikrokontroler, budući da to ne zahtijevaju aplikacije za koje je namijenjen, kao što su RAM i flash memorija, ADC pretvarači itd.

Malo istorije

Rani mikroprocesori sa više kola, kao što su AL1 iz Four-Phase Systems 1969. i MP944 iz Garrett AiResearch 1970. godine, razvijeni su sa više MOS LSI čipova. Prvi mikroprocesor sa jednim čipom bio je Intel 4004, objavljen 1971. Ovim procesorima je bilo potrebno nekoliko eksternih čipova za implementaciju funkcionalnog sistema, što je bilo skupo. Međutim, gotovo paralelno je razvijeno ono što danas poznajemo kao mikrokontroler. HE pripisuje se IT inženjerima, Garyju Booneu i Michaelu Cochranu, uspješno stvaranje prvog mikrokontrolera 1971. godine, TMS 1000, koji je kombinovao memoriju samo za čitanje, memoriju za čitanje/pisanje, procesor i sat na jednom čipu. Zapravo, iako je ovo druga priča, izazvala je rat za patente i tužbe oko autorstva mikroprocesora...

Tokom 1970-ih, Japanski proizvođači elektronike počeli su proizvoditi mikrokontrolere za automobile. Postepeno su postali popularni, a kao odgovor na postojanje TMS 1000 sa jednim čipom, Intel je razvio kompjuterski sistem na čipu optimizovanom za kontrolne aplikacije, Intel 8048, koji je kombinovao RAM i ROM na istom čipu zajedno sa CPU-om. Vremenom su se poboljšale trajne memorije i krenule su od fabričkog snimanja sa trajnim programom poput prvih ROM-ova do uvođenja PROM-a ili EEPROM-a iz 1993. godine, što je omogućilo njegovo brisanje i reprogramiranje. sa drugim programom na jednostavan način i onoliko puta koliko želite.

Malo po malo, oko ove vrste čipova su se rađale kompanije, kao npr Atmel, Microchip Technology i mnogi drugi. Druge kompanije u sektoru takođe su počele da distribuiraju svoje MCU, kao što su Intel, Analog Devices, Cypress, AMD, ARM, Hitachi, EPSON, Motorola, Zilog, Infineon, Lattice, National Semiconductor, NEC, Panasonic, Renesas, Rockell, Sony , STMicroelectronics, Synopsis, Toshiba, itd.

Danas su mikrokontroleri jeftini i lako dostupni hobistima i mnoštvu različitih industrijskih sektora. Nadalje, procjenjuje se da su prodati skoro 5 milijardi 8-bitnih jedinica širom svijeta, koji se trenutno najviše koristi. Možete ih pronaći u kućanskim aparatima, vozilima, kompjuterima, telefonima, industrijskim mašinama i još mnogo toga. Nadalje, uspjeli su maksimalno minijaturizirati, stvarajući neke od najmanjih kompjutera na svijetu, čak i mnogo manje od zrna soli...

ISA i porodice mikrokontrolera

MCU

Sada kada znate nešto više o tome šta je MCU ili mikrokontroler, da vidimo neke od njih najvažnijih porodica ovih mikrokontrolera. I, kao i CPU, oni se mogu podijeliti prema ISA, odnosno repertoaru instrukcija, registara i tipova podataka koji se koriste, a od toga će ovisiti kompatibilnost binarnih programa koji se mogu izvršavati, što ih čini nekompatibilnima između porodica. I ove porodice su potpuno nezavisne od modela, marke ili jedinica uključenih u čip.

Među najpopularnijih porodica imamo sljedeće:

  • djeca: je generacija softverskih jezgara za FPGA iz Altere, koje sada preuzima Intel.
  • crna peraja: je porodica 16/32-bitnih mikroprocesora koje je razvila, proizvela i plasirala kompanija Analog Devices. Procesori takođe imaju ugrađenu funkcionalnost procesora digitalnih signala (DSP), koju izvodi 16-bitna množenje-akumulacija (MAC).
  • TigerSHARC: označava Super Harvard Architecture Single-Chip Computer, takođe od Analog Devices. U ovom slučaju oni su idealni za aplikacije koje zahtijevaju visoke performanse računara uz nisku potrošnju energije. Ovi procesori nude jedinstvenu memorijsku arhitekturu koja omogućava efikasan pristup podacima i uputstvima bez smanjenja performansi povezanih sa arhitekturama Von Neumann magistrale.
  • Cortex-M- ARM-ovi Cortex-M mikrokontroleri su popularna porodica 32-bitnih mikrokontrolera koji su veoma efikasni i nude dobre performanse. Posebno su popularni u industrijskim i potrošačkim aplikacijama, a trenutno predstavljaju većinu modernih čipova koje prodaju mnoge kompanije.
  • AVR32: To je 32-bitna RISC arhitektura mikrokontrolera koju proizvodi Atmel, a možete je pronaći na mnogim razvojnim pločama, kao što je Arduino i njegovi klonovi.
  • RISC-V: Ova otvorena ISA ima za cilj da nadmaši ARM, i malo po malo je počela da dobija na značaju u svetu mikrokontrolera, jer je veoma fleksibilna i omogućava korišćenje bez plaćanja autorskih naknada.
  • PIC- su porodica 8-bitnih mikrokontrolera razvijenih od strane Microchip Technology, poznatih po svojoj naprednoj RISC arhitekturi, i prilično su popularni u industriji.
  • PowerQUICC: bazirani su na IBM-ovoj tehnologiji Power Architecture, a koristila ih je Motorola (sada Freescale), podržavaju cijeli spektar ugrađene mrežne opreme, industrijskih i općih ugrađenih aplikacija.
  • Spansion: Ovo su Fujitsu-ovi MCU-i, fokusirani su na analogne i digitalne proizvode i dizajnirani za efikasnost i uravnotežene performanse.
  • 8051: To je 8-bitni mikrokontroler koji je razvio Intel, iako ćete ga sada naći i od strane drugih kompanija. To je jedan od najpopularnijih mikrokontrolera i koristi se u širokom spektru aplikacija. 8051 je CISC mikrokontroler baziran na arhitekturi Harvarda.
  • TriCore: je mikrokontroler razvijen od strane Infineon Technologies. TriCore objedinjuje elemente RISC procesorske jezgre, mikrokontrolera i DSP-a na jednom čipu. U to vrijeme to je bila revolucija.
  • MC-48 ili 8048: To je mikrokontroler iz Intelove linije, sa 64 bajta RAM-a i pristupom do 4096 bajtova eksterne programske memorije.
  • Mico8- je porodica 8-bitnih mikrokontrolera koja je u potpunosti implementirana u memoriju i logiku opšte namjene za rešetkaste FPGA.
  • propeler: 32-bitna višejezgarna arhitektura koju je razvio Parallax Inc. Svaki propeler ima 8 identičnih 32-bitnih procesora povezanih na zajedničko čvorište.
  • Osnovni pečat- je mikrokontroler sa malim specijalizovanim BASIC interpreterom (PBASIC) ugrađenim u ROM. Proizvodi ga Parallax, Inc, i bio je prilično popularan proizvod za proizvođače koji su željeli napraviti mnoštvo projekata kod kuće prije nego što je Arduino izašao.
  • SuperH: je 32-bitna RISC računarska arhitektura skupa instrukcija koju je razvio Hitachi, a trenutno proizvodi Renesas, a fokusirana je na mikrokontrolere za ugrađene sisteme.
  • Tiva: je serijski mikrokontroler koji je razvio Texas Instruments. Ima ugrađenu frekvenciju takta procesora do 80MHz sa jedinicom s pomičnim zarezom (FPU), sa odličnim performansama.
  • Microblaze: je visoko integrisani procesorski sistem namenjen za aplikacije kontrolera. MicroBlaze je u potpunosti implementiran u memoriju i logiku opće namjene Xilinx (sada AMD) FPGA, odnosno softcore.
  • Picoblaze: sličan prethodnom, ali u ovom slučaju je 8-bitni i jednostavniji, za integrisanije aplikacije.
  • XCore: To su XMOS multicore MCU, 32 bita koji su programirani u okruženju C jezika i rade deterministički i sa malim kašnjenjem. Vrlo su kompletne i mogu se implementirati u obliku pločica.
  • Z8: je iz Ziloga, i to su 8-bitni uređaji koji nude širok raspon performansi i opcija resursa. Ovi mikrokontroleri su idealni za aplikacije velike količine, osjetljive na troškove, uključujući potrošačke, automobilske, sigurnosne i HVAC proizvode.
  • Z180: To je još jedan od popularnih unutar Ziloga prije izlaska novog eZ-a koji je ažurirao prethodne opsege. Uključuje 8-bitni procesor, kompatibilan sa velikom softverskom bazom napisanom za Z80. Porodica Z180 dodaje bolje performanse i integrisane periferne karakteristike kao što su generator takta, 16-bitni brojači/tajmeri, kontroler prekida, generatori stanja čekanja, serijski portovi i DMA kontroler.
  • STM: Ova porodica STMicroelectronics ima neke MCU jedinice bazirane na vlastitoj arhitekturi ove kompanije, iako je u najnovijim modelima odabrano, kao iu mnogim drugim slučajevima, da integriše 32-bitnu ARM Cortex-M seriju. Nudi proizvode koji kombinuju veoma visoke performanse, mogućnosti u realnom vremenu, digitalnu obradu signala, rad male snage/niskog napona i povezivanje, uz održavanje potpune integracije i lakoće razvoja.

Ima ih još, ali ovo su najvažnije…


Budite prvi koji komentarišete

Ostavite komentar

Vaša e-mail adresa neće biti objavljena. Obavezna polja su označena sa *

*

*

  1. Za podatke odgovoran: Miguel Ángel Gatón
  2. Svrha podataka: Kontrola neželjene pošte, upravljanje komentarima.
  3. Legitimacija: Vaš pristanak
  4. Komunikacija podataka: Podaci se neće dostavljati trećim stranama, osim po zakonskoj obavezi.
  5. Pohrana podataka: Baza podataka koju hostuje Occentus Networks (EU)
  6. Prava: U bilo kojem trenutku možete ograničiti, oporaviti i izbrisati svoje podatke.