NUC975DK61Y – Интегрални схеми, вградени, микроконтролери – NUVOTON Technology Corporation

1 Дефиниция на микроконтролера

Тъй като микроконтролерът е аритметична логическа единица, памет, таймер/калкулатор и различни / O вериги и т.н., интегрирани в чип, съставляващи основна цялостна изчислителна система, той е известен също като микрокомпютър с един чип.

Програмата в паметта на микроконтролера, използвана в тясна връзка с хардуера на микроконтролера и периферните хардуерни вериги, се отличава от софтуера на компютъра и се нарича програма за микроконтролер като фърмуер.Като цяло, микропроцесорът е CPU на една интегрална схема, докато микроконтролерът е CPU, ROM, RAM, VO, таймер и т.н., всички на една интегрална схема.В сравнение с процесора, микроконтролерът няма толкова мощна изчислителна мощност, нито има модул за управление на паметта, което прави микроконтролера да може да се справя само с някои относително единични и прости контролни, логически и други задачи и се използва широко в контрола на оборудването, обработката на сензорни сигнали и други области, като например някои домакински уреди, промишлено оборудване, електрически инструменти и др.

2 Съставът на микроконтролера

Микроконтролерът се състои от няколко части: централен процесор, памет и вход/изход:

-Централен процесор:

Централният процесор е основният компонент на MCU, включително двете основни части на оператора и контролера.

-Оператор

Операторът се състои от аритметична и логическа единица (ALU), акумулатор и регистри и др. Ролята на ALU е да извършва аритметични или логически операции върху входящите данни.ALU е в състояние да добавя, изважда, съпоставя или сравнява размера на тези две данни и накрая да съхранява резултата в акумулатора.

Операторът има две функции:

(1) За извършване на различни аритметични операции.

(2) За извършване на различни логически операции и за извършване на логически тестове, като тест за нулева стойност или сравнение на две стойности.

Всички операции, извършвани от оператора, се насочват от управляващи сигнали от контролера и докато една аритметична операция произвежда аритметичен резултат, логическата операция произвежда присъда.

-Контрольор

Контролерът се състои от програмен брояч, регистър на инструкции, декодер на инструкции, генератор на синхронизация и контролер на операциите и т.н. Това е "органът за вземане на решения", който издава команди, т.е. координира и насочва работата на цялата микрокомпютърна система.Основните му функции са:

(1) За извличане на инструкция от паметта и посочване на местоположението на следващата инструкция в паметта.

(2) За декодиране и тестване на инструкцията и генериране на съответния сигнал за управление на операцията, за да се улесни изпълнението на определеното действие.

(3) Насочва и контролира посоката на потока от данни между процесора, паметта и входните и изходните устройства.

Микропроцесорът свързва ALU, броячите, регистрите и контролната секция през вътрешната шина и се свързва към външната памет и входно/изходните интерфейсни вериги през външната шина.Външната шина, наричана още системна шина, е разделена на шина за данни DB, адресна шина AB и управляваща шина CB и е свързана към различни периферни устройства чрез входно-изходната интерфейсна верига.

-Памет

Паметта може да бъде разделена на две категории: памет за данни и памет за програми.

Паметта за данни се използва за запазване на данни, а паметта за програми се използва за съхраняване на програми и параметри.

-Вход/Изход -Свързване или управление на различни устройства

Серийни комуникационни портове - обмен на данни между MCU и различни периферни устройства, като UART, SPI, 12C и др.

3 Класификация на микроконтролера

По отношение на броя на битовете микроконтролерите могат да бъдат класифицирани на: 4-битови, 8-битови, 16-битови и 32-битови.В практически приложения 32-битовите сметки за 55%, 8-битовите сметки за 43%, 4-битовите сметки за 2%, а 16-битовите сметки за 1%

Може да се види, че 32-битовите и 8-битовите микроконтролери са най-широко използваните микроконтролери днес.
Разликата в броя на битовете не представлява добрите или лошите микропроцесори, нито колкото по-голям е броят на битовете, толкова по-добър е микропроцесорът, нито колкото по-малък е броят на битовете, толкова по-лош е микропроцесорът

8-битовите MCU са многофункционални;те предлагат просто програмиране, енергийна ефективност и малък размер на опаковката (някои имат само шест пина).Но тези микроконтролери обикновено не се използват за мрежови и комуникационни функции.

Най-често срещаните мрежови протоколи и комуникационни софтуерни стекове са 16- или 32-битови.Комуникационните периферни устройства са налични за някои 8-битови устройства, но 16- и 32-битовите MCU често са по-ефективният избор.Независимо от това, 8-битовите MCU обикновено се използват за различни приложения за управление, наблюдение и интерфейс.

Архитектурно микроконтролерите могат да бъдат разделени на две категории: RISC (Компютри с редуциран набор от инструкции) и CISC (Компютри с комплексен набор от инструкции).

RISC е микропроцесор, който изпълнява по-малко типове компютърни инструкции и възниква през 80-те години на миналия век с мейнфрейма MIPS (т.е. RISC машини), а микропроцесорите, използвани в RISC машините, се наричат ​​общо RISC процесори.По този начин той е в състояние да изпълнява операции с по-бърза скорост (милиони повече инструкции в секунда или MIPS).Тъй като компютрите изискват допълнителни транзистори и схемни елементи за изпълнение на всеки тип инструкция, по-големият набор от инструкции прави микропроцесора по-сложен и изпълнява операциите по-бавно.

CISC включва богат набор от микроинструкции, които опростяват създаването на програми, които се изпълняват на процесора.Инструкциите са съставени от асемблер, а някои общи функции, първоначално реализирани от софтуера, се изпълняват от хардуерна система за инструкции вместо това.По този начин работата на програмиста е много намалена и някои операции от по-нисък ред или операции се обработват едновременно във всеки период на инструкция, за да се увеличи скоростта на изпълнение на компютъра, и тази система се нарича сложна система с инструкции.

4 Резюме

Сериозно предизвикателство за днешните инженери на автомобилната електроника е да изградят евтини, безпроблемни и дори в случай на повреда работещи автомобилни системи, като производителността на автомобила постепенно се подобрява в момента, очаква се микроконтролерите да подобрят производителността на автомобилни електронни контролни блокове.