Мноштво развојних плоча које често користимо, од самог Ардуина до многих других, користимо МЦУ јединице или микроконтролери. Неки витални чипови да могу програмирати ове уређаје и да се инструкције које креира програмер могу обрадити да би се добили очекивани резултати.
Међутим, Сектор микроконтролера је прилично широк., као што је такође случај са ЦПУ-има или микропроцесорима, јер не само да постоји много дизајнера или произвођача, као и модела, већ постоји и много различитих породица које треба да знате. Дакле, овај чланак ћемо посветити управо овој ствари, како бисте знали који би вас могао највише занимати за ваше пројекте...
Шта је микроконтролер или МЦУ?
Un микроконтролер или МЦУ (Микроконтролерска јединица) То је компактан уређај који интегрише функције централног процесора (ЦПУ), меморије и периферије на једном чипу. Овај уређај је средишњи део многих електронских система и фундаменталан је у области уграђене електронике. Укратко, одлична алтернатива жичаној електроници, омогућавајући тако једном чипу да флексибилно обавља мноштво функција, пошто се може програмирати.
Микроконтролери се користе у а широк спектар примена због своје разноврсности и ефикасности. Неки примери употребе микроконтролера укључују контролне системе у аутомобилима, кућним апаратима, системима индустријске аутоматизације, системима за контролу процеса, играчкама, безбедносним системима, развојним плочама и многим другим електронским уређајима.
Делови микроконтролера
Микроконтролери су интегрисани уређаји, а све њихове компоненте су имплементиране на чипу или интегрисаном колу. Између најосновнијих делова од ових чипова су:
- ЦПУ (централна процесна јединица): Централна процесорска јединица је мозак микроконтролера и његов најважнији део. Ова јединица је одговорна за коришћење података и инструкција програма да их интерпретира и обради на одговарајући начин у извршним јединицама како би се добили очекивани резултати. То јест, ЦПУ извршава све рачунске операције и доноси одлуке на основу програмске логике. Брзина и ефикасност ЦПУ-а у великој мери одређују перформансе микроконтролера. Поред тога, обично имају и елементарне делове као што су системи прекида, који омогућавају микроконтролеру да благовремено реагује на одређене догађаје. Када се деси одређени догађај, као што је улаз сигнала или тајмер који достигне одређену вредност, микроконтролер може прекинути свој тренутни задатак да би одговорио на овај догађај.
- меморија: Обично имају две врсте меморије као што су РАМ и флеш. РАМ се користи за складиштење привремених података, као што су упутства која чине програме и подаци (променљиве, константе,...) током извршавања програма. Док се флеш меморија користи за чување програма који треба да се изврши, и она је непостојана као РАМ, тако да када се струја прекине или се уређај искључи, програм ће остати.
- Улазно/излазни периферни уређаји (И/О): дозволи микроконтролеру да комуницира са спољним светом. То могу укључивати дигиталне И/О портове, аналогно-дигиталне претвараче (АДЦ), дигитално-аналогне претвараче (ДАЦ), комуникационе интерфејсе као што су УАРТ, СПИ и И2Ц, контролере разних врста, тајмере, бројаче, ГПИО и други.
По чему се разликује од микропроцесора или ЦПУ-а?
Микропроцесор и микроконтролер су две основне компоненте у области електронике, али имају значајне разлике у смислу структуре и употребе, иако многи људи бркају то двоје или верују да су исти.
Док се ЦПУ само интегрише функционалне јединице за контролу и интерпретацију инструкција, регистара, као и извршних инструкција као што су АЛУ, ФПУ итд., а могу се комбиновати са другим помоћним елементима на флексибилнији начин, микроконтролери су нешто затворенији у смислу да се интегришу многи делови које ЦПУ изоставља. У ствари, док је ЦПУ мозак рачунара, МЦУ се може сматрати комплетним рачунаром, пошто укључује све основне делове на једном чипу.
Међутим, немојте бркати већу интеграцију са појмовима сложеност и перформансе. Док су тренутни микропроцесори изузетно сложени и са веома високим перформансама, тренутни микроконтролери обично имају интегрисани ЦПУ са много нижим и једноставнијим перформансама. У ствари, многи данашњи микроконтролери могу имати перформансе сличне микропроцесорима од пре неколико деценија. Штавише, као што ћемо касније видети, имамо чак и 8-битне или 16-битне микроконтролере попут ЦПУ-а из 70-их.
Разлике у поређењу са СоЦ-ом?
Пошто микроконтролер интегрише неколико елемената на истом чипу, Такође се често меша са СоЦ-ом (систем на чипу)Међутим, ни то није исто. Као и код ЦПУ-а наспрам МЦУ-а, СоЦ-ови такође интегришу ЦПУ са много већим перформансама од већине тренутних микроконтролера. Штавише, СоЦ је бесконачно сложенији и напреднији систем. С друге стране, СоЦ обично не интегрише неке од делова који су интегрисани у микроконтролер, пошто то не захтевају апликације за које је намењен, као што су РАМ и флеш меморија, АДЦ претварачи итд.
Мало историје
Рани микропроцесори са више кола, као што су АЛ1 из Фоур-Пхасе Системс 1969. и МП944 из Гарретт АиРесеарцх 1970. године, развијени су са више МОС ЛСИ чипова. Први микропроцесор са једним чипом био је Интел 4004, објављен 1971. Овим процесорима је било потребно неколико екстерних чипова за имплементацију функционалног система, што је било скупо. Међутим, готово паралелно је развијено оно што данас познајемо као микроконтролер. ОН приписује ИТ инжењерима, Герију Буну и Мајклу Кокрану, успешно стварање првог микроконтролера 1971. године, ТМС 1000, који је комбиновао меморију само за читање, меморију за читање/уписивање, процесор и сат на једном чипу. У ствари, иако је ово друга прича, она је изазвала рат за патенте и тужбе око ауторства микропроцесора...
Током 1970-их, Јапански произвођачи електронике почели су да производе микроконтролере за аутомобиле. Постепено су постали популарни, а као одговор на постојање ТМС 1000 са једним чипом, Интел је развио рачунарски систем на чипу оптимизованом за контролне апликације, Интел 8048, који је комбиновао РАМ и РОМ на истом чипу заједно са ЦПУ-ом. Временом су се побољшале трајне меморије и прешле су од фабричког снимања са сталним програмом попут првих РОМ-ова до увођења ПРОМ-а, или ЕЕПРОМ-а из 1993. године, што је омогућило његово брисање и репрограмирање. са другим програмом на једноставан начин и онолико пута колико желите.
Мало по мало око ове врсте чипова су се рађале компаније као нпр Атмел, Мицроцхип Тецхнологи и многи други. Друге компаније у сектору такође су почеле да дистрибуирају своје МЦУ, као што су Интел, Аналог Девицес, Ципресс, АМД, АРМ, Хитацхи, ЕПСОН, Моторола, Зилог, Инфинеон, Латтице, Натионал Семицондуцтор, НЕЦ, Панасониц, Ренесас, Роцкелл, Сони , СТМицроелецтроницс , Синопсис, Тосхиба итд.
Данас су микроконтролери јефтини и лако доступни хобистима и мноштву различитих индустријских сектора. Штавише, процењује се да су продати скоро 5 милијарди 8-битних јединица широм света, који је тренутно најкоришћенији. Можете их пронаћи у кућним апаратима, возилима, рачунарима, телефонима, индустријским машинама и још много тога. Штавише, успели су да минијатуришу до максимума, стварајући неке од најмањих рачунара на свету, чак и много мање од зрна соли...
ИСА и породице микроконтролера
Сада када знате нешто више о томе шта је МЦУ или микроконтролер, хајде да видимо неке од њих најважније породице ових микроконтролера. И, као и ЦПУ, они се могу поделити према ИСА, односно репертоару инструкција, регистара и типова података који се користе, а од тога ће зависити компатибилност бинарних програма који се могу извршавати, што их чини некомпатибилним између породица. И ове породице су потпуно независне од модела, бренда или јединица укључених у чип.
ентре las најпопуларније породице имамо следеће:
- Деца: је генерација софтверских језгара за ФПГА из Алтере, које сада преузима Интел.
- Блацкфин: је породица 16/32-битних микропроцесора које је развила, произвела и пласирала компанија Аналог Девицес. Процесори такође имају уграђену функционалност процесора дигиталних сигнала (ДСП), коју врши 16-битна множење-акумулација (МАЦ).
- ТигерСХАРЦ: означава Супер Харвард Арцхитецтуре Сингле-Цхип Цомпутер, такође од Аналог Девицес. У овом случају су идеални за апликације које захтевају високе перформансе рачунара уз ниску потрошњу енергије. Ови процесори нуде јединствену меморијску архитектуру која омогућава ефикасан приступ подацима и упутствима без смањења перформанси повезаних са архитектурама Вон Нојманове магистрале.
- Цортек-М- АРМ-ови Цортек-М микроконтролери су популарна породица 32-битних микроконтролера који су веома ефикасни и нуде добре перформансе. Посебно су популарни у индустријским и потрошачким апликацијама и тренутно представљају већину модерних чипова које продају многе компаније.
- АВР32: То је 32-битна РИСЦ архитектура микроконтролера коју производи Атмел, и можете је наћи на многим развојним плочама, као што је Ардуино и његови клонови.
- РИСЦ-В: Ова отворена ИСА има за циљ да надмаши АРМ, и мало по мало је почела да има значај у свету микроконтролера, пошто је веома флексибилна и омогућава коришћење без плаћања ауторских права.
- ПИЦ- су породица 8-битних микроконтролера које је развила Мицроцхип Тецхнологи, познати по својој напредној РИСЦ архитектури, и прилично су популарни у индустрији.
- ПоверКУИЦЦ: засновани су на ИБМ-овој технологији Повер Арцхитецтуре, а користи их Моторола (сада Фреесцале), подржавају читав спектар уграђене мрежне опреме, индустријских и општих уграђених апликација.
- Спансион: Ово су Фујитсу-ови МЦУ-ови, фокусирани су на аналогне и дигиталне производе и дизајнирани за ефикасност и уравнотежене перформансе.
- 8051: То је 8-битни микроконтролер који је развио Интел, мада ћете га сада наћи и од стране других компанија. То је један од најпопуларнијих микроконтролера и користи се у широком спектру апликација. 8051 је ЦИСЦ микроконтролер заснован на архитектури Харварда.
- ТриЦоре: је микроконтролер који је развио Инфинеон Тецхнологиес. ТриЦоре обједињује елементе РИСЦ процесорског језгра, микроконтролера и ДСП-а на једном чипу. У то време то је била револуција.
- МЦ-48 или 8048: То је микроконтролер из Интел линије, са 64 бајта РАМ-а и приступом до 4096 бајтова екстерне програмске меморије.
- Мицо8- је породица 8-битних микроконтролера која је у потпуности имплементирана у меморију опште намене и логику за решеткасте ФПГА.
- Пропелер: 32-битна вишејезгарна архитектура коју је развио Параллак Инц. Сваки пропелер има 8 идентичних 32-битних процесора повезаних на заједничко чвориште.
- Основни печат- је микроконтролер са малим специјализованим БАСИЦ интерпретером (ПБАСИЦ) уграђеним у РОМ. Производи га Параллак, Инц, и био је прилично популаран производ за произвођаче који су желели да ураде мноштво пројеката код куће пре него што је Ардуино изашао.
- СуперХ: је 32-битна РИСЦ рачунарска архитектура скупа инструкција коју је развио Хитацхи, а тренутно производи Ренесас, а фокусирана је на микроконтролере за уграђене системе.
- Тива: је серијски микроконтролер који је развио Текас Инструментс. Има уграђену фреквенцију такта процесора до 80МХз са јединицом са помичним зарезом (ФПУ), са одличним перформансама.
- Мицроблазе: је високо интегрисан процесорски систем намењен за апликације контролера. МицроБлазе је у потпуности имплементиран у меморију и логику опште намене Ксилинк (сада АМД) ФПГА, односно софтцоре.
- Пицоблазе: сличан претходном, али у овом случају је 8-битни и једноставнији, за интегрисаније апликације.
- КСЦоре: То су КСМОС мултицоре МЦУ, 32 бита који су програмирани у окружењу Ц језика и раде детерминистички и са малим кашњењем. Веома су комплетне и могу се имплементирати у облику плочица.
- Z8: је из Зилога, и то су 8-битни уређаји који нуде широк спектар перформанси и опција ресурса. Ови микроконтролери су идеални за апликације великог обима, осетљиве на трошкове, укључујући потрошачке, аутомобилске, безбедносне и ХВАЦ производе.
- ЗКСНУМКС: То је још један од популарних у Зилогу пре објављивања новог еЗ-а који је ажурирао претходне опсеге. Укључује 8-битни процесор, компатибилан са великом софтверском базом написаном за З80. Породица З180 додаје веће перформансе и интегрисане периферне карактеристике као што су генератор такта, 16-битни бројачи/тајмери, контролер прекида, генератори стања чекања, серијски портови и ДМА контролер.
- СТМ: Ова породица СТМицроелецтроницс има неке МЦУ јединице засноване на сопственој архитектури ове компаније, иако је у најновијим моделима изабрано, као иу многим другим случајевима, да интегрише 32-битну АРМ Цортек-М серију. Нуди производе који комбинују веома високе перформансе, могућности у реалном времену, дигиталну обраду сигнала, рад мале снаге/ниског напона и повезивање, уз одржавање потпуне интеграције и лакоће развоја.
Има их још, али ово су најважније…