MCU: poznaj najważniejsze rodziny mikrokontrolerów

mikrokontrolery

Korzystamy z wielu płytek deweloperskich, z których często korzystamy, od samego Arduino po wiele innych Jednostki MCU lub mikrokontrolery. Niektóre niezbędne żetony, aby móc zaprogramować te urządzenia oraz że instrukcje stworzone przez programistę mogą zostać przetworzone w celu uzyskania oczekiwanych rezultatów.

Jednak Sektor mikrokontrolerów jest dość szeroki., podobnie jak w przypadku procesorów lub mikroprocesorów, ponieważ istnieje nie tylko wielu projektantów lub producentów, a także modele, ale istnieje także wiele różnych rodzin, które powinieneś znać. Dlatego właśnie tej sprawie poświęcimy ten artykuł, abyś wiedział, który z nich może Cię najbardziej zainteresować w przypadku Twoich projektów…

Co to jest mikrokontroler lub MCU?

Schemat MCU

Un mikrokontroler lub MCU (jednostka mikrokontrolera) Jest to kompaktowe urządzenie, które integruje funkcje centralnego procesora (CPU), pamięci i urządzeń peryferyjnych w jednym chipie. Urządzenie to jest centralnym elementem wielu systemów elektronicznych i ma fundamentalne znaczenie w dziedzinie elektroniki wbudowanej. Krótko mówiąc, świetna alternatywa dla elektroniki przewodowej, umożliwiająca pojedynczemu chipowi elastyczne wykonywanie wielu funkcji, ponieważ jest programowalny.

Mikrokontrolery stosowane są m.in szeroka gama zastosowań ze względu na swoją wszechstronność i wydajność. Niektóre przykłady zastosowania mikrokontrolerów obejmują systemy sterowania w samochodach, sprzęcie gospodarstwa domowego, systemach automatyki przemysłowej, systemach kontroli procesów, zabawkach, systemach bezpieczeństwa, płytkach rozwojowych i wielu innym sprzęcie elektronicznym.

Części mikrokontrolerów

Mikrokontrolery są urządzeniami zintegrowanymi, a wszystkie ich elementy są zaimplementowane w chipie lub układzie scalonym. Pomiędzy najbardziej podstawowe części z tych chipów to:

  • CPU (Central Processing Unit): Jednostka centralna to mózg mikrokontrolera i jego najważniejsza część. Jednostka ta odpowiada za wykorzystanie danych i instrukcji programu w celu ich właściwej interpretacji i przetwarzania w jednostkach wykonawczych w celu uzyskania oczekiwanych wyników. Oznacza to, że procesor wykonuje wszystkie operacje obliczeniowe i podejmuje decyzje w oparciu o logikę programu. Szybkość i wydajność procesora w dużej mierze determinuje wydajność mikrokontrolera. Ponadto zwykle mają również elementarne części, takie jak systemy przerwań, które pozwalają mikrokontrolerowi reagować na określone zdarzenia w odpowiednim czasie. Kiedy nastąpi określone zdarzenie, takie jak wejście sygnału lub osiągnięcie przez timer określonej wartości, mikrokontroler może przerwać swoje bieżące zadanie, aby zareagować na to zdarzenie.
  • pamięć: Zwykle mają dwa typy pamięci, takie jak RAM i flash. Pamięć RAM służy do przechowywania danych tymczasowych, takich jak instrukcje tworzące programy oraz dane (zmienne, stałe,...) podczas wykonywania programu. Podczas gdy pamięć flash służy do przechowywania programu do wykonania i jest nieulotna jak pamięć RAM, więc w przypadku przerwania zasilania lub wyłączenia urządzenia program pozostanie.
  • Urządzenia peryferyjne wejścia/wyjścia (we/wy): umożliwia mikrokontrolerowi interakcję ze światem zewnętrznym. Mogą one obejmować cyfrowe porty we/wy, przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC), przetworniki cyfrowo-analogowe (DAC), interfejsy komunikacyjne, takie jak UART, SPI i I2C, różnorodne sterowniki, timery, liczniki, GPIO i inni.

Czym różni się od mikroprocesora lub procesora?

Mikroprocesor i mikrokontroler to dwa podstawowe elementy w dziedzinie elektroniki, ale tak jest znaczące różnice pod względem struktury i zastosowania, mimo że wiele osób myli te dwa pojęcia lub uważa, że ​​są takie same.

Podczas gdy procesor tylko się integruje jednostki funkcjonalne do sterowania i interpretacji instrukcji, rejestrów, a także instrukcji wykonawczych, takich jak ALU, FPU itp. i można je w bardziej elastyczny sposób łączyć z innymi elementami pomocniczymi, mikrokontrolery są nieco bardziej zamknięte w tym sensie, że integrują wiele części pomijanych przez procesor. W rzeczywistości, chociaż procesor jest mózgiem komputera, MCU można uznać za kompletny komputer, ponieważ zawiera wszystkie podstawowe części w jednym chipie.

Nie należy jednak mylić większej integracji z terminami złożoność i wydajność. Chociaż obecne mikroprocesory są niezwykle złożone i charakteryzują się bardzo wysoką wydajnością, obecne mikrokontrolery zwykle mają zintegrowany procesor o znacznie niższej i prostszej wydajności. W rzeczywistości wiele współczesnych mikrokontrolerów może mieć wydajność podobną do mikroprocesorów sprzed kilkudziesięciu lat. Co więcej, jak zobaczymy później, mamy nawet 8- lub 16-bitowe mikrokontrolery, takie jak procesory z lat 70-tych.

Różnice w porównaniu do SoC?

Ponieważ mikrokontroler integruje kilka elementów w tym samym chipie, Często jest również mylony z SoC (System on a Chip)Jednak to też nie to samo. Podobnie jak w przypadku procesora i MCU, SoC również integrują procesor o znacznie wyższej wydajności niż większość obecnych mikrokontrolerów. Co więcej, SoC jest nieskończenie bardziej złożonym i zaawansowanym systemem. Z drugiej strony SoC zwykle nie integruje niektórych części zintegrowanych z mikrokontrolerem, ponieważ aplikacje, do których jest przeznaczony, nie wymagają tego, takie jak pamięć RAM i pamięć flash, konwertery ADC itp.

Trochę de Historia

Wczesne mikroprocesory wieloobwodowe, takie jak AL1 firmy Four-Phase Systems w 1969 r. i MP944 firmy Garrett AiResearch w 1970 r., zostały opracowane z wieloma chipami MOS LSI. Pierwszym jednoukładowym mikroprocesorem był Intel 4004, wydany w 1971 roku. Procesory te wymagały kilku zewnętrznych chipów do wdrożenia funkcjonalnego systemu, co było kosztowne. Jednak niemal równolegle opracowano to, co znamy dzisiaj jako mikrokontroler. ON przypisywane inżynierom IT, Gary'emu Boone'owi i Michaelowi Cochranowi, pomyślne stworzenie w 1971 roku pierwszego mikrokontrolera, TMS 1000, który łączył pamięć tylko do odczytu, pamięć do odczytu/zapisu, procesor i zegar w jednym chipie. Tak naprawdę, choć to już inna historia, wywołała ona wojnę patentową i procesy sądowe w związku z autorstwem mikroprocesora...

W latach 1970. XX w Japońscy producenci elektroniki rozpoczęli produkcję mikrokontrolerów do samochodów. Stopniowo zyskiwały na popularności, a w odpowiedzi na istnienie jednoukładowego TMS 1000, Intel opracował system komputerowy na chipie zoptymalizowanym pod kątem zastosowań sterujących, Intel 8048, który łączył pamięć RAM i ROM w tym samym chipie wraz z procesorem. Z biegiem czasu pamięć nieulotna została udoskonalona i przestała być zapisywana w fabryce za pomocą stałego programu, takiego jak pierwsze pamięci ROM, aż do wprowadzenia pamięci PROM lub EEPROM w 1993 r., co umożliwiło jej wymazanie i przeprogramowanie z innym programem w prosty sposób i tyle razy, ile chcesz.

Stopniowo wokół tego typu chipów narodziły się firmy, takie jak Atmel, Microchip Technology i wiele innych. Inne firmy z branży również rozpoczęły dystrybucję własnych MCU, takie jak Intel, Analog Devices, Cypress, AMD, ARM, Hitachi, EPSON, Motorola, Zilog, Infineon, Lattice, National Semiconductor, NEC, Panasonic, Renesas, Rockell, Sony , STMicroelectronics, Streszczenie, Toshiba itp.

Obecnie mikrokontrolery są tanie i łatwo dostępne dla hobbystów i wielu różnych sektorów przemysłu. Ponadto szacuje się, że są one sprzedawane prawie 5 miliardów jednostek 8-bitowych na całym świecie, będący obecnie najczęściej używanym. Można je znaleźć w sprzęcie AGD, pojazdach, komputerach, telefonach, maszynach przemysłowych i wielu innych. Co więcej, udało im się zminiaturyzować do maksimum, tworząc jedne z najmniejszych komputerów na świecie, nawet znacznie mniejsze niż ziarnko soli...

Rodziny ISA i mikrokontrolerów

MCU

Teraz, gdy wiesz już trochę więcej o tym, czym jest MCU lub mikrokontroler, przyjrzyjmy się niektórym z nich najważniejsze rodziny tych mikrokontrolerów. I podobnie jak procesory, można je podzielić według ISA, czyli repertuaru używanych instrukcji, rejestrów i typów danych, a od tego będzie zależeć kompatybilność programów binarnych, które można wykonać. pomiędzy rodzinami. A rodziny te są całkowicie niezależne od modelu, marki czy jednostek zawartych w chipie.

Wśród najpopularniejsze rodziny mamy następujące:

  • Dzieci: to generacja softcore'ów dla układów FPGA firmy Altera, obecnie wchłonięta przez firmę Intel.
  • Czarnopłetwy: to rodzina 16/32-bitowych mikroprocesorów opracowanych, produkowanych i sprzedawanych przez firmę Analog Devices. Procesory mają również wbudowaną funkcję cyfrowego procesora sygnałowego (DSP), realizowaną poprzez 16-bitową akumulację mnożenia (MAC).
  • Tygrys SHARC: oznacza komputer jednoukładowy o architekturze Super Harvard, również firmy Analog Devices. W tym przypadku idealnie nadają się do zastosowań wymagających dużej wydajności obliczeniowej przy niskim zużyciu energii. Procesory te oferują unikalną architekturę pamięci, która umożliwia wydajny dostęp do danych i instrukcji bez pogorszenia wydajności związanego z architekturami magistrali Von Neumanna.
  • Cortex-M- Mikrokontrolery ARM Cortex-M to popularna rodzina 32-bitowych mikrokontrolerów, które są bardzo energooszczędne i oferują dobrą wydajność. Są one szczególnie popularne w zastosowaniach przemysłowych i konsumenckich i obecnie stanowią większość nowoczesnych chipów sprzedawanych przez wiele firm.
  • AVR32: Jest to 32-bitowa architektura mikrokontrolera RISC produkowana przez firmę Atmel i można ją znaleźć na wielu płytkach rozwojowych, takich jak Arduino i jej klony.
  • RISC-V: Ten otwarty ISA ma na celu przewyższyć ARM i stopniowo zaczął mieć znaczenie w świecie mikrokontrolerów, ponieważ jest bardzo elastyczny i pozwala na jego użycie bez płacenia tantiem.
  • PIC- to rodzina 8-bitowych mikrokontrolerów opracowanych przez firmę Microchip Technology, znanych z zaawansowanej architektury RISC i cieszących się dużą popularnością w branży.
  • ZasilanieQUICC: są oparte na technologii IBM Power Architecture i były używane przez firmę Motorola (obecnie Freescale), obsługują pełne spektrum wbudowanego sprzętu sieciowego, zastosowań przemysłowych i ogólnych.
  • Rozbudowa: Są to mikrokontrolery Fujitsu przeznaczone do produktów analogowych i cyfrowych, zaprojektowane z myślą o wydajności i zrównoważonej wydajności.
  • 8051: Jest to 8-bitowy mikrokontroler opracowany przez firmę Intel, choć obecnie można go znaleźć także w ofercie innych firm. Jest to jeden z najpopularniejszych mikrokontrolerów i ma szerokie zastosowanie. 8051 to mikrokontroler CISC oparty na architekturze Harvardu.
  • Trójrdzeniowy: to mikrokontroler opracowany przez firmę Infineon Technologies. TriCore łączy elementy rdzenia procesora RISC, mikrokontrolera i procesora DSP w jednym chipie. W tamtym czasie była to rewolucja.
  • MC-48 lub 8048: Jest to mikrokontroler z linii Intel, posiadający 64 bajty pamięci RAM i dostęp do 4096 bajtów zewnętrznej pamięci programu.
  • miko8- to rodzina 8-bitowych mikrokontrolerów zaimplementowanych w całości w pamięci i logice ogólnego przeznaczenia dla układów Lattice FPGA.
  • Śmigło: 32-bitowa architektura wielordzeniowa opracowana przez Parallax Inc. Każdy śmigło ma 8 identycznych 32-bitowych procesorów podłączonych do wspólnego koncentratora.
  • Pieczęć podstawowa- to mikrokontroler z małym wyspecjalizowanym interpreterem języka BASIC (PBASIC) wbudowanym w pamięć ROM. Jest produkowany przez Parallax, Inc i był dość popularnym produktem dla twórców, którzy chcieli wykonać wiele projektów w domu, zanim wypuszczono Arduino.
  • SuperH: to 32-bitowa architektura zestawu instrukcji obliczeniowych RISC opracowana przez Hitachi i obecnie produkowana przez Renesas i skupiająca się na mikrokontrolerach dla systemów wbudowanych.
  • tiwa: to mikrokontroler serii opracowany przez firmę Texas Instruments. Posiada wbudowaną częstotliwość taktowania procesora do 80 MHz z jednostką zmiennoprzecinkową (FPU), zapewniającą doskonałą wydajność.
  • Mikropłomień: to wysoce zintegrowany system procesorowy przeznaczony do zastosowań kontrolerów. MicroBlaze jest w całości zaimplementowany w pamięci i logice ogólnego przeznaczenia układów FPGA Xilinx (obecnie AMD), czyli softcore.
  • Pikoblaze: podobny do poprzedniego, ale w tym przypadku jest 8-bitowy i prostszy, dla bardziej zintegrowanych aplikacji.
  • XCore: Są to wielordzeniowe MCU XMOS, 32-bitowe, zaprogramowane w środowisku języka C, działające deterministycznie i z niskim opóźnieniem. Są bardzo kompletne i można je realizować w formie płytek.
  • Z8: pochodzi od Zilog i są to urządzenia 8-bitowe, które oferują szeroki zakres opcji wydajności i zasobów. Te mikrokontrolery idealnie nadają się do zastosowań masowych i wrażliwych na koszty, w tym produktów konsumenckich, motoryzacyjnych, bezpieczeństwa i HVAC.
  • Z180: Jest to kolejna popularna wersja w Zilog przed wydaniem nowego eZ, która zaktualizowała poprzednie serie. Zawiera 8-bitowy procesor, kompatybilny z dużą bazą oprogramowania napisaną dla Z80. Rodzina Z180 oferuje wyższą wydajność i zintegrowane funkcje peryferyjne, takie jak generator zegara, 16-bitowe liczniki/timery, kontroler przerwań, generatory stanu oczekiwania, porty szeregowe i kontroler DMA.
  • STM: Ta rodzina STMicroelectronics ma kilka jednostek MCU opartych na własnej architekturze tej firmy, chociaż w najnowszych modelach, podobnie jak w wielu innych przypadkach, zdecydowano się na integrację 32-bitowej serii ARM Cortex-M. Oferuje produkty, które łączą w sobie bardzo wysoką wydajność, możliwości pracy w czasie rzeczywistym, cyfrowe przetwarzanie sygnału, działanie przy niskim poborze mocy/niskim napięciu oraz łączność, przy jednoczesnym zachowaniu pełnej integracji i łatwości rozwoju.

Jest ich więcej, ale te są najważniejsze…


Bądź pierwszym który skomentuje

Zostaw swój komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

*

*

  1. Odpowiedzialny za dane: Miguel Ángel Gatón
  2. Cel danych: kontrola spamu, zarządzanie komentarzami.
  3. Legitymacja: Twoja zgoda
  4. Przekazywanie danych: Dane nie będą przekazywane stronom trzecim, z wyjątkiem obowiązku prawnego.
  5. Przechowywanie danych: baza danych hostowana przez Occentus Networks (UE)
  6. Prawa: w dowolnym momencie możesz ograniczyć, odzyskać i usunąć swoje dane.