NUC975DK61Y – Układy scalone, wbudowane, mikrokontrolery – NUVOTON Technology Corporation

1 Definicja mikrokontrolera

Ponieważ mikrokontroler to jednostka arytmetyczno-logiczna, pamięć, timer/kalkulator i różne obwody / O itp. zintegrowane w chipie, stanowiące podstawowy, kompletny system obliczeniowy, nazywany jest również mikrokomputerem jednoukładowym.

Program w pamięci mikrokontrolera, ściśle używany ze sprzętem mikrokontrolera i obwodami sprzętu peryferyjnego, różni się od oprogramowania komputera PC i nazywany jest programem mikrokontrolera jako oprogramowaniem sprzętowym.Ogólnie rzecz biorąc, mikroprocesor to procesor w pojedynczym układzie scalonym, podczas gdy mikrokontroler to procesor, pamięć ROM, RAM, VO, timer itp., a wszystko to w jednym układzie scalonym.W porównaniu z procesorem mikrokontroler nie ma tak dużej mocy obliczeniowej ani modułu zarządzania pamięcią, co sprawia, że ​​mikrokontroler może obsługiwać tylko stosunkowo pojedyncze i proste zadania sterujące, logiczne i inne, i jest szeroko stosowany w sterowaniu sprzętem, przetwarzaniu sygnałów czujników oraz inne dziedziny, takie jak niektóre urządzenia gospodarstwa domowego, urządzenia przemysłowe, elektronarzędzia itp.

2 Budowa mikrokontrolera

Mikrokontroler składa się z kilku części: centralnego procesora, pamięci i wejścia/wyjścia:

-Centralny procesor:

Centralny procesor jest podstawowym elementem MCU, obejmującym dwie główne części operatora i kontrolera.

-Operator

Operator składa się z jednostki arytmetyczno-logicznej (ALU), akumulatora i rejestrów itp. Rolą jednostki ALU jest wykonywanie operacji arytmetycznych lub logicznych na przychodzących danych.Jednostka ALU może dodawać, odejmować, dopasowywać lub porównywać rozmiar tych dwóch danych i ostatecznie przechowywać wynik w akumulatorze.

Operator ma dwie funkcje:

(1) Aby wykonać różne operacje arytmetyczne.

(2) Wykonywanie różnych operacji logicznych i przeprowadzanie testów logicznych, takich jak test wartości zerowej lub porównanie dwóch wartości.

Wszystkimi operacjami wykonywanymi przez operatora sterują sygnały sterujące ze sterownika i podczas gdy operacja arytmetyczna daje wynik arytmetyczny, operacja logiczna daje werdykt.

-Kontroler

Sterownik składa się z licznika programu, rejestru instrukcji, dekodera instrukcji, generatora taktowania i sterownika operacji itp. Jest to „organ decyzyjny”, który wydaje polecenia, czyli koordynuje i kieruje pracą całego systemu mikrokomputerowego.Jego główne funkcje to:

(1) Aby pobrać instrukcję z pamięci i wskazać lokalizację następnej instrukcji w pamięci.

(2) Dekodowanie i testowanie instrukcji oraz generowanie odpowiedniego sygnału sterującego działaniem w celu ułatwienia wykonania określonego działania.

(3) Kieruje i kontroluje kierunek przepływu danych pomiędzy procesorem, pamięcią oraz urządzeniami wejściowymi i wyjściowymi.

Mikroprocesor łączy jednostkę ALU, liczniki, rejestry i sekcję sterującą poprzez magistralę wewnętrzną oraz łączy się z pamięcią zewnętrzną i obwodami interfejsu wejścia/wyjścia poprzez magistralę zewnętrzną.Magistrala zewnętrzna, zwana także magistralą systemową, jest podzielona na szynę danych DB, szynę adresową AB i szynę sterującą CB i jest połączona z różnymi urządzeniami peryferyjnymi poprzez obwód interfejsu wejścia/wyjścia.

-Pamięć

Pamięć można podzielić na dwie kategorie: pamięć danych i pamięć programu.

Pamięć danych służy do zapisywania danych, a pamięć programu służy do przechowywania programów i parametrów.

-Wejście/wyjście -Łączenie lub sterowanie różnymi urządzeniami

Porty komunikacji szeregowej - wymieniają dane pomiędzy MCU i różnymi urządzeniami peryferyjnymi, takimi jak UART, SPI, 12C itp.

3 Klasyfikacja mikrokontrolerów

Ze względu na liczbę bitów mikrokontrolery można podzielić na: 4-bitowe, 8-bitowe, 16-bitowe i 32-bitowe.W praktycznych zastosowaniach 32-bitowy stanowi 55%, 8-bitowy stanowi 43%, 4-bitowy stanowi 2%, a 16-bitowy stanowi 1%

Można zauważyć, że mikrokontrolery 32-bitowe i 8-bitowe są obecnie najczęściej używanymi mikrokontrolerami.
Różnica w liczbie bitów nie oznacza dobrych czy złych mikroprocesorów, ani im większa liczba bitów, tym lepszy mikroprocesor, ani im mniejsza liczba bitów, tym gorszy mikroprocesor

8-bitowe MCU są wszechstronne;oferują proste programowanie, energooszczędność i niewielkie rozmiary obudowy (niektóre mają tylko sześć pinów).Jednak te mikrokontrolery nie są zwykle używane do funkcji sieciowych i komunikacyjnych.

Najpopularniejsze protokoły sieciowe i stosy oprogramowania komunikacyjnego są 16- lub 32-bitowe.Peryferia komunikacyjne są dostępne dla niektórych urządzeń 8-bitowych, ale często bardziej wydajnym wyborem są mikrokontrolery 16- i 32-bitowe.Niemniej jednak 8-bitowe mikrokontrolery są zwykle używane w różnych zastosowaniach związanych ze sterowaniem, wykrywaniem i interfejsami.

Architektonicznie mikrokontrolery można podzielić na dwie kategorie: RISC (komputery o zmniejszonym zestawie instrukcji) i CISC (komputery ze złożonym zestawem instrukcji).

RISC to mikroprocesor, który wykonuje mniej typów instrukcji komputerowych i powstał w latach 80. XX wieku wraz z komputerami typu mainframe MIPS (tj. maszynami RISC), a mikroprocesory stosowane w maszynach RISC są zbiorczo nazywane procesorami RISC.W ten sposób jest w stanie wykonywać operacje z większą szybkością (miliony więcej instrukcji na sekundę, czyli MIPS).Ponieważ komputery wymagają dodatkowych tranzystorów i elementów obwodów do wykonania każdego typu instrukcji, im większy zestaw instrukcji komputera, tym mikroprocesor jest bardziej złożony i wolniej wykonuje operacje.

CISC zawiera bogaty zestaw mikroinstrukcji upraszczających tworzenie programów działających na procesorze.Instrukcje składają się z języka asemblera, a niektóre typowe funkcje pierwotnie zaimplementowane przez oprogramowanie są zamiast tego implementowane przez system instrukcji sprzętowych.Praca programisty jest w ten sposób znacznie ograniczona, a niektóre operacje lub operacje niższego rzędu są przetwarzane jednocześnie w każdym okresie rozkazowym, aby zwiększyć szybkość wykonywania komputera, a system ten nazywany jest złożonym systemem instrukcji.

4 Podsumowanie

Poważnym wyzwaniem dla współczesnych inżynierów elektroników samochodowych jest zbudowanie taniego, bezawaryjnego i nawet w przypadku awarii działającego układu samochodowego, w samochodach osiągi stopniowo się poprawiają, od mikrokontrolerów oczekuje się poprawy wydajności elektronicznych sterowników samochodowych.