Microcontrolerul ( Eng. Micro Controller Unit, MCU ) este un microcircuit conceput pentru a controla dispozitivele electronice .
Un microcontroler tipic combină funcțiile unui procesor și periferice pe un singur cip , conține RAM și/sau ROM . Este în esență un computer cu un singur cip , capabil să îndeplinească sarcini relativ simple.
Diferă de microprocesor prin dispozitivele de intrare-ieșire integrate în microcircuit, temporizatoare și alte dispozitive periferice.
Odată cu apariția microcalculatoarelor cu un singur cip , este asociat începutul erei aplicării în masă a automatizării computerelor în domeniul managementului. Aparent , această împrejurare a determinat termenul „controller” ( controler în engleză - regulator, dispozitiv de control).
Datorită scăderii producției interne și a majorării importurilor de echipamente, inclusiv de calcul, termenul „microcontroller” (MC) a înlocuit termenul folosit anterior „microcomputer cu un singur cip”.
Primul brevet pentru un microcomputer cu un singur cip a fost eliberat în 1971 inginerilor Michael Cochran și Gary Boon, angajați ai companiei americane Texas Instruments . Ei au propus să plaseze nu numai procesorul, ci și memoria cu dispozitive de intrare-ieșire pe un singur cip .
În 1976 [1] firma americană Intel lansează microcontrolerul i8048 . În 1978, Motorola a lansat primul său microcontroler, MC6801, care era compatibil cu microprocesorul MC6800 lansat anterior. În 1980, Intel lansează următorul microcontroler: i8051 . Un set bun de periferice, o alegere flexibilă de memorie de program externă sau internă și un preț accesibil au asigurat că acest microcontroler a fost un succes pe piață. În ceea ce privește tehnologia, microcontrolerul i8051 a fost un produs foarte complex pentru vremea sa - 128 de mii de tranzistori au fost utilizați în cristal , ceea ce era de 4 ori numărul de tranzistori din microprocesorul i8086 pe 16 biți .
În URSS s-a realizat dezvoltarea de microcontrolere originale și s-a stăpânit și producția de clone ale celor mai de succes mostre străine [2] [3] [4] [5] . În 1979, în URSS, NII TT a dezvoltat un computer K1801BE1 cu un singur cip pe 16 biți , a cărui microarhitectură a fost numită „ Electronics NTs ”.
În 2013, au existat peste 200 de modificări ale microcontrolerelor compatibile cu i8051, produse de două duzini de companii și un număr mare de microcontrolere de alte tipuri. Microcontrolere PIC pe 8 biți, 16 biți și 32 biți de la Microchip Technology , microcontrolere AVR de la Atmel (din 2016 fabricate de Microchip [6] ), MSP430 pe 16 biți de la TI , precum și microcontrolere pe 32 de biți cu arhitectură ARM , care este dezvoltat de ARM Limited și licențiat altor companii pentru producția lor. În ciuda popularității microcontrolerelor menționate mai sus în Rusia, în 2009, clasamentul mondial în ceea ce privește vânzările, conform Gartner Group, arăta diferit: Renesas Electronics s-a clasat pe primul loc cu o marjă largă , pe locul al doilea pe Freescale , pe locul al treilea Samsung , urmat de Microchip și TI, în continuare - toate celelalte [7] .
La proiectarea microcontrolerelor, există un compromis între dimensiune și cost, pe de o parte, și flexibilitate și performanță, pe de altă parte. Pentru diferite aplicații, raportul optim dintre aceștia și alți parametri poate varia foarte mult. Prin urmare, există un număr mare de tipuri de microcontrolere care diferă în arhitectura modulului procesorului, dimensiunea și tipul memoriei încorporate, setul de periferice, tipul carcasei etc.
Spre deosebire de microprocesoarele convenționale, microcontrolerele folosesc adesea arhitectura de memorie Harvard , adică stocarea separată a datelor în RAM și instrucțiunile în ROM .
În plus față de RAM, microcontrolerul poate avea încorporat memorie non-volatilă pentru stocarea programului și a datelor. Multe modele de controler nu au cauciucuri pentru conectarea memoriei externe.
Cele mai ieftine tipuri de memorie permit doar o singură scriere, sau programul stocat este scris pe cip în etapa de fabricație (configurarea unui set de măști tehnologice). Astfel de dispozitive sunt potrivite pentru producția de masă în cazurile în care programul controlerului nu va fi actualizat. Alte modificări ale controlerelor au capacitatea de a rescrie în mod repetat programul în memoria nevolatilă.
O listă parțială de periferice care pot fi utilizate în microcontrolere include:
Restricțiile de preț și de putere limitează viteza de ceas a controlerelor. Deși producătorii se străduiesc să asigure funcționarea produselor lor la frecvențe înalte, ei, în același timp, oferă clienților posibilitatea de a alege, lansând modificări concepute pentru diferite frecvențe și tensiuni de alimentare. Multe modele de microcontrolere folosesc memorie statică pentru RAM și registre interne . Acest lucru oferă controlerului capacitatea de a funcționa la frecvențe mai mici și nici măcar să nu piardă date atunci când generatorul de ceas este complet oprit. Sunt adesea furnizate diverse moduri de economisire a energiei , în care o parte din dispozitivele periferice și modulul de calcul sunt oprite.
Utilizarea unui dispozitiv de calcul suficient de puternic cu capacități largi într-un microcontroler modern , construit pe un singur cip în loc de un set întreg, reduce semnificativ dimensiunea, consumul de energie și costul dispozitivelor construite pe baza acestuia.
Folosit pentru a controla diferite dispozitive și unitățile lor individuale:
In industrie:
În timp ce microprocesoarele de uz general pe 8 biți au fost complet înlocuite de modele de performanță superioară, microcontrolerele pe 8 biți continuă să fie utilizate pe scară largă. Acest lucru se datorează faptului că există multe aplicații în care nu este necesară performanța ridicată, dar costul scăzut este important. În același timp, există microcontrolere cu capacități de calcul mai mari, cum ar fi procesoarele de semnal digital , utilizate pentru a procesa un flux mare de date în timp real (de exemplu, fluxuri audio, video).
Programarea microcontrolerelor se face de obicei în limbaj de asamblare sau C , deși există compilatoare pentru alte limbaje precum Forth și BASIC . Interpretele încorporate din BASIC sunt de asemenea utilizate .
Compilatoare C cunoscute pentru MK:
Compilatoare BASIC cunoscute pentru MK:
Pentru depanarea programelor se folosesc simulatoare software (programe speciale pentru calculatoare personale care simulează funcționarea unui microcontroler), emulatoare în circuit (dispozitive electronice care simulează un microcontroler care poate fi conectat în schimb la dispozitivul încorporat în curs de dezvoltare) și o interfață de depanare. , de exemplu, JTAG .
| Microcontrolere | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Arhitectură |
| |||||||
| Producătorii |
| |||||||
| Componente | ||||||||
| Periferie | ||||||||
| Interfețe | ||||||||
| OS | ||||||||
| Programare |
| |||||||
| Tehnologii de procesoare digitale | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Arhitectură | |||||||||
| Arhitectura set de instrucțiuni | |||||||||
| cuvânt mașină | |||||||||
| Paralelism |
| ||||||||
| Implementări | |||||||||
| Componente | |||||||||
| Gestionare a energiei | |||||||||