A mikrokontroller ( Eng. Micro Controller Unit, MCU ) egy olyan mikroáramkör , amelyet elektronikus eszközök vezérlésére terveztek .
Egy tipikus mikrokontroller egyetlen chipen egyesíti a processzor és a perifériák funkcióit , RAM -ot és/vagy ROM -ot tartalmaz . Lényegében egy egychipes számítógép , amely viszonylag egyszerű feladatok elvégzésére képes.
A mikroprocesszortól a mikroáramkörbe integrált bemeneti-kimeneti eszközökben, időzítőkben és egyéb perifériás eszközökben különbözik.
Az egychipes mikroszámítógépek megjelenésével a számítógépes automatizálás tömeges alkalmazásának korszakának kezdete társul a menedzsment területén. Látszólag , ez a körülmény határozta meg a "vezérlő" kifejezést ( angolul controller - regulator, control device).
A hazai termelés visszaesése és a berendezések, köztük a számítástechnika megnövekedett importja miatt a "mikrovezérlő" (MC) kifejezés felváltotta a korábban használt "single-chip microcomputer" kifejezést.
Az egychipes mikroszámítógép első szabadalmát 1971 -ben adták ki Michael Cochran és Gary Boon mérnököknek, az amerikai Texas Instruments alkalmazottainak . Ők javasolták, hogy ne csak a processzort, hanem a memóriát is bemeneti-kimeneti eszközökkel helyezzék el egy chipen .
1976- ban [1] az amerikai Intel cég kiadja az i8048 mikrokontrollert . 1978-ban a Motorola kiadta első mikrokontrollerét, az MC6801-et, amely kompatibilis volt a korábban kiadott MC6800 mikroprocesszorral. 1980-ban az Intel kiadja a következő mikrokontrollert: i8051 . A jó perifériák, a külső vagy belső programmemória rugalmas választéka és a megfizethető ár biztosította, hogy ez a mikrokontroller sikeres legyen a piacon. Technológiai szempontból az i8051 mikrokontroller a maga idejében nagyon összetett termék volt - 128 ezer tranzisztort használtak a kristályban , ami négyszerese a 16 bites i8086 mikroprocesszor tranzisztorainak .
A Szovjetunióban eredeti mikrokontrollerek fejlesztését végezték, és a legsikeresebb külföldi minták klónjainak előállítását is elsajátították [2] [3] [4] [5] . 1979- ben, a Szovjetunióban az NII TT kifejlesztett egy egychipes, 16 bites K1801BE1 számítógépet , amelynek mikroarchitektúráját " Electronics NTs " -nek hívták .
2013-ban az i8051-gyel kompatibilis mikrokontrollerekből több mint 200 módosítás született, amelyeket két tucat cég gyártott, és számos más típusú mikrokontroller. 8 bites, 16 bites és 32 bites PIC mikrovezérlők a Microchip Technology -tól , AVR mikrokontrollerek az Atmeltől (2016 óta a Microchip által gyártott [6] ), 16 bites MSP430 a TI -től , valamint 32 bites ARM mikrokontroller architektúra , amely az ARM Limited fejlesztette ki, és más vállalatok számára engedélyezte a gyártást. A fent említett mikrokontrollerek oroszországi népszerűsége ellenére 2009-ben a Gartner Group szerint az eladások világranglistája másképp nézett ki: a Renesas Electronics az első helyen végzett nagy különbséggel , a Freescale a második , a Samsung a harmadik , majd a Microchip és a harmadik. TI, a továbbiakban - az összes többi [7] .
A mikrokontrollerek tervezésénél kompromisszum van egyrészt a méret és a költség, másrészt a rugalmasság és a teljesítmény között. Különböző alkalmazások esetén ezeknek és más paramétereknek az optimális aránya nagymértékben változhat. Ezért nagyon sok típusú mikrokontroller létezik, amelyek különböznek a processzormodul architektúrájában, a beépített memória méretében és típusában, a perifériák készletében, a ház típusában stb.
A hagyományos számítógépes mikroprocesszorokkal ellentétben a mikrokontrollerek gyakran a Harvard memóriaarchitektúrát használják , vagyis az adatok külön tárolását a RAM -ban, az utasításokat pedig a ROM -ban .
A RAM mellett a mikrokontroller beépített nem felejtő memóriával is rendelkezhet a programok és adatok tárolására. Sok vezérlőmodellben egyáltalán nincs gumiabroncs külső memória csatlakoztatására.
A legolcsóbb memóriatípusok csak egyetlen írást tesznek lehetővé, vagy a tárolt program a gyártási szakaszban (technológiai maszkkészlet konfigurálása) íródik a chipre. Az ilyen eszközök tömeggyártásra alkalmasak olyan esetekben, amikor a vezérlőprogram nem frissül. A vezérlők egyéb módosításai képesek a program többszöri átírására a nem felejtő memóriába.
A mikrokontrollerekben használható perifériák részleges listája a következőket tartalmazza:
Az ár- és teljesítménykorlátozás korlátozza a vezérlők órajelét. Bár a gyártók arra törekednek, hogy termékeik magas frekvencián működjenek, ugyanakkor választási lehetőséget biztosítanak a vásárlóknak a különböző frekvenciákhoz és tápfeszültségekhez tervezett módosítások kiadásával. A mikrovezérlők számos modellje statikus memóriát használ a RAM-hoz és a belső regiszterekhez . Ez lehetővé teszi a vezérlő számára, hogy alacsonyabb frekvencián működjön, és még akkor se veszítsen adatot, amikor az óragenerátor teljesen leáll. Gyakran rendelkezésre állnak különféle energiatakarékos üzemmódok , amelyekben a perifériák egy része és a számítási modul ki van kapcsolva.
Egy kellően nagy teljesítményű , széles képességekkel rendelkező számítástechnikai eszköz használata egy modern mikrokontrollerben , amely egyetlen chipre épül a teljes készlet helyett, jelentősen csökkenti az erre épülő eszközök méretét, energiafogyasztását és költségét.
Különféle eszközök és egyedi egységeik vezérlésére szolgál:
Az iparban:
Míg a 8 bites általános célú mikroprocesszorokat teljesen felváltották a nagyobb teljesítményű modellek, a 8 bites mikrovezérlőket továbbra is széles körben használják. Ennek az az oka, hogy sok olyan alkalmazás létezik, ahol nincs szükség nagy teljesítményre, de fontos az alacsony költség. Ugyanakkor léteznek nagyobb számítási képességekkel rendelkező mikrokontrollerek, például digitális jelfeldolgozók , amelyek nagy adatfolyam valós idejű feldolgozására szolgálnak (például hang-, videofolyamok).
A mikrokontrollerek programozása általában assembly nyelven vagy C nyelven történik , bár vannak fordítók más nyelvekre is, mint például a Forth és a BASIC . A BASIC beépített tolmácsait is használják .
Az MK ismert C-fordítói:
Az MK ismert BASIC fordítói:
A programok hibakereséséhez szoftverszimulátorokat (személyi számítógépekhez készült speciális programok, amelyek mikrokontroller működését szimulálják), in-circuit emulátorokat (elektronikus eszközök, amelyek a fejlesztés alatt álló beágyazott eszközhöz csatlakoztatható mikrokontrollert szimulálnak) és hibakereső interfészt használnak. például a JTAG .
| Mikrokontrollerek | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Építészet |
| |||||||
| Gyártók |
| |||||||
| Alkatrészek | ||||||||
| Periféria | ||||||||
| Interfészek | ||||||||
| OS | ||||||||
| Programozás |
| |||||||
| Digitális processzortechnológiák | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Építészet | |||||||||
| Instruction Set Architecture | |||||||||
| gépszó | |||||||||
| Párhuzamosság |
| ||||||||
| Megvalósítások | |||||||||
| Alkatrészek | |||||||||
| Energiagazdálkodás | |||||||||