Программируемый микро контроллер

Типы программируемых микроконтроллеров

Программируемый микроконтроллер получает запрограммированные команды для управления функциями электронных устройств в ответ на входные сигналы от датчиков или операторов. Это небольшой компьютер, встроенный в устройство для управления и мониторинга. Он состоит из процессора, памяти и периферийных устройств ввода-вывода. Программируемые микроконтроллеры бывают разных типов, которые зависят от их архитектуры и областей применения.

• Harvard MCU

  Микроконтроллер с архитектурой Harvard является улучшенной версией модифицированной архитектуры фон Неймана. Он использует отдельные хранилища и шины для памяти программ и данных, что позволяет одновременно считывать и сохранять инструкции и данные. Это повышает скорость обработки MCU. Программируемый микроконтроллер Harvard подходит для обработки сигналов, систем управления и приложений, где скорость имеет решающее значение. Он жесткий и требует высокоточного компонента, что делает его дорогостоящим.

• Von Neumann MCU

  Микроконтроллер начинает выполнять код с вектора сброса при подаче питания. Он следует циклу выборки-выполнения, считывая инструкцию и выполняя ее. Von Neumann MCU прост и гибок, используя одну и ту же память для инструкций и данных. Его можно программировать и перепрограммировать для выполнения различных задач, таких как управление двигателями, считывание данных с датчиков и связь с другими устройствами. Программируемые микроконтроллеры, использующие эту архитектуру, включают серии PIC16, PIC18, AT89S и 8051.

• 8-битные MCU

  8-битный MCU выполняет команды по одной за раз в последовательности для вычислений. Он имеет 3-10-линейный декодер для выбора части, простой арифметический блок и регистры для временного хранения данных. MCU подходит для основных задач управления, что делает программируемые микроконтроллеры, такие как PIC12/16, ATtiny, ATmega и AVR, идеальным выбором благодаря их доступности.

• 16-битные MCU

  16-битный MCU имеет более широкую шину данных для обработки данных, чем 8-битная модель. Его набор инструкций предлагает более широкие и сложные операции, такие как умножение и деление. Скорость и эффективность 16-битных микроконтроллеров делают их подходящими для приложений, требующих более высокой вычислительной мощности, таких как цифровая обработка сигналов, автомобильное управление и коммуникационные протоколы. Примеры включают MSP430, dsPIC и серию STM32F2/F4 от STMicroelectronics.

• 32-битные MCU

  С увеличенной емкостью памяти и более высокой скоростью обработки 32-битный MCU может обрабатывать большее количество данных и одновременно выполнять несколько инструкций. Он обладает архитектурными преимуществами, такими как более крупные регистры, что делает его совместимым с современными методами программирования. 32-битные микроконтроллеры идеально подходят для сложных встроенных систем, таких как беспроводная связь, распознавание голоса и операционные системы реального времени. Примеры программируемых микроконтроллеров включают STM32, ARM Cortex-M3/M4 и PIC32.

Функции и возможности программируемых микроконтроллеров

• Цифровой ввод и вывод:

  Возможности цифрового ввода и вывода микроконтроллера обеспечивают связь с внешним миром. Порты цифрового ввода-вывода могут быть запрограммированы для приема сигналов от кнопок и переключателей в качестве цифрового входа или для передачи сигналов на светодиоды, зуммеры и реле в качестве цифрового выхода. Это позволяет программируемому микроконтроллеру взаимодействовать с различными периферийными устройствами и датчиками.

• Аналоговый ввод и вывод:

  Аналоговые датчики, которые измеряют температуру, давление и влажность, предоставляют свои показания в аналоговой форме. Наличие АЦП позволяет преобразовывать эти аналоговые сигналы в цифровые, чтобы микроконтроллеры могли обрабатывать данные. Некоторые микроконтроллеры могут выдавать аналоговые сигналы с ЦАП для управления устройствами, такими как двигатели и клапаны.

• Таймер и прерывание:

  Таймеры помогают в выполнении задач, связанных со временем, таких как генерация точных задержек или измерение ширины импульса для ШИМ-управления. Таймеры также позволяют выполнять функции хронометража, такие как часы или календари. Кроме того, микроконтроллеры могут мгновенно реагировать на изменения цифрового или аналогового сигнала, выполняя процедуры прерывания, что позволяет им быстро реагировать на события и повышает скорость отклика системы.

• Интерфейс связи:

  Программируемые контроллеры могут общаться с другими устройствами и системами через различные интерфейсы. Эта связь позволяет обмениваться данными, расширяя возможности встроенных систем управления.

• Память:

  Микроконтроллеры имеют два типа памяти для хранения кода и данных. Флэш-память хранит программу прошивки, а ОЗУ обеспечивает рабочее пространство для переменных, буферов и стеков вызовов. Некоторые микроконтроллеры также имеют EEPROM для энергонезависимого хранения настроек конфигурации.

Применение программируемых микроконтроллеров

• Робототехника

  Роботизированные машины используют микроконтроллеры для мышления и действия. Когда водитель нажимает кнопку, электроника в системе управления посылает сигналы на двигатели робота. Затем робот двигается так, как запрограммировано.

• Автоматизация

  Заводы используют микроконтроллерные машины для выполнения работ самостоятельно. Машины могут автоматически собирать детали, наполнять контейнеры или проводить контроль качества. Использование автоматизированных систем на основе микроконтроллеров помогает производить продукцию быстрее и с меньшим количеством ошибок.

• Управление

  Микроконтроллеры обеспечивают точный контроль над такими параметрами, как температура, давление и влажность. Например, системы отопления используют микроконтроллеры для поддержания температуры на уровне, установленном пользователем. Это достигается с помощью датчиков и исполнительных механизмов.

• Мониторинг

  Устройства на основе микроконтроллеров могут непрерывно отслеживать условия и сообщать о результатах. Например, экологические датчики используют их для проверки качества воздуха и погоды. Они отслеживают такие факторы, как уровень загрязнения, температура и влажность, и отправляют эти данные для анализа.

• Системы

  Микроконтроллерные устройства являются ключевыми компонентами встроенных систем. Встроенные системы - это устройства, в которые встроены компьютеры. К компьютерам со встроенными системами относятся цифровые термостаты в домах, бытовая техника, такая как стиральные машины, и даже автомобили.

  Это примеры машин со встроенными системами. Микроконтроллер работает с датчиками и другой электроникой внутри встроенной системы. Он помогает термостату отображать температуру и управлять нагревом и охлаждением. Когда стиральная машина запускает цикл, ее встроенная система управляет уровнем воды, временем стирки и скоростью вращения. Автомобили также полагаются на микроконтроллеры в составе встроенных систем для мониторинга двигателя, тормозов и многого другого.

• MCU в измерительных приборах

  Микроконтроллеры помогают в работе измерительных приборов, таких как термометры, спидометры и мультиметры. Они упрощают цифровое считывание температуры, скорости, напряжения и других измерений. Встроенные программы собирают данные от датчиков и показывают точные показания на дисплеях.

Как выбрать программируемые микроконтроллеры

Покупатели программируемых микроконтроллеров должны выбирать тот тип, который будет соответствовать их ожидаемым применениям и потребностям. При выборе микроконтроллера следует учитывать следующие факторы:

• Память: Количество информации, которую контроллер может хранить и извлекать, зависит от памяти. Поскольку память выполняет различные функции в микроконтроллере, модель памяти имеет значение. Каждый микроконтроллер имеет альтернативную модель памяти, и тип и объем памяти, необходимый для задачи, будут зависеть от его модели памяти.
• Скорость вычислений: Ядро микроконтроллера является местом, где определяется скорость выполнения программы. Количество циклов в секунду играет роль в выполнении оборудования. Выполнение каждого микроконтроллера зависит от его количества тактовых циклов в МГц.
• Рабочее напряжение и ток: При выборе микроконтроллера необходимо учитывать рабочий ток и напряжение. Ток, потребляемый микроконтроллером, играет важную роль в приложениях с батарейным питанием.
• Количество выводов и архитектура: Программируемые микроконтроллеры имеют различные конструкции и проверки органов. Детали приложения и количество подключенных периферийных устройств должны соответствовать конструкции и количеству органов микроконтроллера. Архитектура имеет решающее значение, поскольку она определяет, как программируемые MCU обрабатывают информацию.
• Периферийные устройства и пакеты: Прежде чем выбирать микроконтроллер, необходимо подумать о гаджетах и оценить их требования. Интегрированные периферийные устройства, такие как таймеры, интерфейсы связи, ЦАП и АЦП, являются примерами интегративных периферийных устройств. Необходимо знать о типе корпуса и соответствующей площади контактов.

Вопросы и ответы

В1: Какие языки программирования можно использовать с программируемыми микроконтроллерами?

А1: Для программирования микроконтроллера требуется определенный язык программирования. Его типичные языки - C, C++, Python и ассемблерный язык.

В2: Какие инструменты необходимы для программирования микроконтроллера?

А2: Для программирования микроконтроллера требуется несколько необходимых инструментов. К ним относятся интегрированная среда разработки (IDE), текстовый редактор и программатор или отладчик.

В3: Как программировать микроконтроллеры для встроенных систем?

А3: Чтобы запрограммировать микроконтроллеры для встроенных систем, сначала определите требования системы, затем выберите микроконтроллер и разработайте прошивку с помощью IDE. После этого протестируйте и отладьте прошивку и интегрируйте микроконтроллер в систему.

В4: В чем разница между программируемым микроконтроллером и комплектом для разработки микроконтроллеров?

А4: Программируемый микроконтроллер - это небольшой компьютер на кристалле, который можно запрограммировать для выполнения различных задач. Однако комплект для разработки микроконтроллеров - это набор аппаратных и программных средств, используемых для разработки, программирования и тестирования приложений на основе микроконтроллеров.