Microcontroller (MCU) je vrsta integriranog čipa kruga, koji integrira središnju jedinicu za obradu (CPU), memoriju (RAM, ROM), različita ulazna/izlazna sučelja (I/O) i druge funkcionalne module na malom silikonskom čipu. Karakterizirana mala veličina, mala potrošnja energije, niska cijena i snažne funkcije, mikrokontroleri se široko koriste u raznim elektroničkim uređajima i sustavima, poput kućnih uređaja, industrijske kontrole, komunikacijske opreme, automobilske elektronike itd.
Radni proces mikrokontrolera može se podijeliti u sljedeće korake:
1. Ponovno resetiranje:Kada je mikrokontroler spojen na napajanje, automatski će izvršiti resetiranje uključivanja kako bi se očistili unutarnji registri i pripremili za normalan rad.
2. Uputa:Nakon završetka resetiranja, MCU uzima upute iz programske memorije i pohranjuje je u registar uputa.
3. Dekodiranje uputa:Dekoder uputa mikrokontrolera dekodira upute u registru uputa kako bi se utvrdio operacija koja se izvodi.
4. Izvršavanje uputa:Prema rezultatima dekodiranja, mikrokontroler obavlja odgovarajuće operacije, kao što su operacija podataka, logička prosudba, kontrolni izlaz i tako dalje.
5. Obrada prekida:Tijekom izvršenja upute, ako naiđe na zahtjev za prekid, MCU će zaustaviti izvršavanje trenutne upute i ići na rukovanje programom usluge prekida.
6. Ciklično izvršenje:MCU ponavlja gornji postupak u skladu s redoslijedom uputa u programskoj memoriji kako bi ostvario različite funkcije.
Slijedi detaljan opis različitih komponenti mikrokontrolera i njegovog principa rada.
1. CPU:Središnja jedinica za obradu (CPU) mikrokontrolera je jezgra cijelog sustava, koji je odgovoran za izvršavanje uputa u programu. CPU se uglavnom sastoji od aritmetičke logičke jedinice (ALU), upravljačke jedinice (CU) i grupe registra. ALU je odgovoran za provođenje svih vrsta aritmetičkih i logičkih prosudbi podataka; CU je odgovoran za dekodiranje i kontrolu uputa; a grupa registra koristi se za pohranu podataka i intermedijarnih rezultata.
2. Memorija:Memorija mikrokontrolera uglavnom uključuje programsku memoriju (ROM) i podatkovnu memoriju (RAM). Programska memorija koristi se za pohranu pisanog programskih koda; Memorija podataka koristi se za pohranu podataka i varijabli tijekom rada.
3. I/O sučelje:I/O sučelje mikrokontrolera koristi se za razmjenu podataka s vanjskim uređajima, a I/O sučelje uključuje ulazno sučelje (ulaz), izlazno sučelje (izlaz) i dvosmjerno sučelje (dvosmjerno). Ulazno sučelje koristi se za primanje podataka koje šalju vanjski uređaji; Izlazno sučelje koristi se za slanje podataka na vanjske uređaje; Dvosmjerno sučelje može primati podatke koje šalju vanjski uređaji kao i slati podatke na vanjske uređaje.
4. Mjerač vremena/Brojač:Timer/brojač mikrokontrolera koristi se za generiranje vremenskih signala ili brojanje vanjskih događaja. Timer/brojač može generirati impulsne signale s fiksnom frekvencijom ili brojati prema frekvenciji ulaza.
5. Serijsko komunikacijsko sučelje:Serijsko komunikacijsko sučelje mikrokontrolera koristi se za serijsku komunikaciju s drugim uređajima. Serijsko komunikacijsko sučelje uključuje serijski odašiljač (serijski odašiljač) i serijski prijemnik (serijski prijemnik), koji može realizirati potpuno dupleks ili polu-dupleksni prijenos podataka.
6. Analogno-digitalni pretvarač (ADC) i digitalni-analogni pretvarač (DAC):ADC mikrokontrolera koristi se za pretvaranje analognih signala u digitalne signale za obradu; DAC se koristi za pretvaranje digitalnih signala u analogne signale za izlaz u vanjske uređaje.
7. Sustav prekida:Sustav prekida mikrokontrolera koristi se za rješavanje neočekivanih događaja i poboljšanje brzine u stvarnom vremenu i brzini odziva sustava. Sustav prekida uključuje izvor prekida, kontroler prekida i uslužni program prekida. Izvor prekida je uređaj ili događaj koji generira zahtjev za prekid; Kontroler prekida odgovoran je za upravljanje i prioritet zahtjeva za prekid; A program servisa prekida je program koji se bavi događajem prekida.
8. Krug sata:Krug takta mikrokontrolera koristi se za pružanje stabilnog signala sata za sinkronizaciju rada svakog modula. Krug sata obično se sastoji od unutarnjeg oscilatora i razdjelnika sata. Unutarnji oscilator generira signal visokofrekventnog sata; Razdjelnik sata razdvaja signal visokofrekventnog sata na signale niskofrekventnih sati prikladnih za rad svakog modula.
9. krug napajanja:Krug napajanja mikrokontrolera koristi se za osiguravanje stabilnog napona napajanja za cijeli sustav. Krug napajanja obično uključuje regulator napona i filter. Regulator napona stabilizira napon ulaznog napajanja na napon pogodan za rad mikrokontrolera; Filter se koristi za uklanjanje buke i fluktuacija u naponu napajanja.
10. Periferni krugovi:Periferni krugovi mikrokontrolera uključuju različite senzore, pokretače i druge pomoćne krugove. Senzori se koriste za otkrivanje promjena u vanjskom okruženju; Pokretači se koriste za pokretanje vanjskih uređaja prema kontrolnim signalima; i pomoćni krugovi koriste se za ostvarivanje određenih funkcija, poput pojačala i filtera.
Ukratko, Microcontroller je visoko integrirani mikroračunal, koji ostvaruje kontrolu i upravljanje različitim uređajima kroz različite module unutarnje funkcije i vanjske periferne krugove. Radni proces mikrokontrolera može se podijeliti u korake kao što su resetiranje napajanja, pojesti upute, dekodiranje uputa, izvršavanje uputa, rušenje prekida i izvršavanje petlje. Razumijevanje sastava i principa rada mikrokontrolera pomaže nam u boljem dizajniranju i razvoju različitih elektroničkih uređaja i sustava.