Was ist ein Mikrocontroller?

Mikrocontroller sind integraler Bestandteil eingebetteter Systeme. Ein Mikrocontroller ist im Grunde ein billiger und kleiner Computer auf einem einzelnen Chip, der einen Prozessor, einen kleinen Speicher und programmierbare Eingabe-Ausgabe-Peripheriegeräte umfasst. Sie sollen in automatisch gesteuerten Produkten und Geräten verwendet werden, um vordefinierte und vorprogrammierte Aufgaben auszuführen. Um eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, was eigentlich ein Mikrocontroller ist; Sehen wir uns ein Beispiel für ein Produkt an, bei dem ein Mikrocontroller verwendet wird. Ein digitales Thermometer, das die Umgebungstemperatur anzeigt, verwendet einen Mikrocontroller, der an einen Temperatursensor und eine Anzeigeeinheit (wie ein LCD) angeschlossen ist. Der Mikrocontroller nimmt hier die Eingabe vom Temperatursensor in Rohform auf, verarbeitet sie und zeigt sie in einer für Menschen lesbaren Form auf einer kleinen LCD-Anzeigeeinheit an.In ähnlicher Weise werden in vielen elektronischen Geräten je nach Anforderung und Komplexität der Anwendungen ein einzelner oder mehrere Mikrocontroller verwendet.

Wo werden sie eingesetzt?

Mikrocontroller werden in eingebetteten Systemen verwendet, im Grunde genommen in einer Vielzahl von Produkten und Geräten, die eine Kombination aus Hardware und Software darstellen und für bestimmte Funktionen entwickelt wurden. Einige Beispiele für eingebettete Systeme, in denen Mikrocontroller verwendet werden, könnten Waschmaschinen, Verkaufsautomaten, Mikrowellen, Digitalkameras, Automobile, medizinische Geräte, Smartphones, Smartwatches, Roboter und verschiedene Haushaltsgeräte sein.

Warum verwenden wir Mikrocontroller?

Mikrocontroller werden verwendet, um die Automatisierung in eingebetteten Anwendungen einzusetzen. Der Hauptgrund für die immense Beliebtheit von Mikrocontrollern ist ihre Fähigkeit, Größe und Kosten eines Produkts oder Designs im Vergleich zu einem Design zu reduzieren, das mit separaten Mikroprozessor-, Speicher- und Eingabe- / Ausgabegeräten erstellt wird.

Da Mikrocontroller über Funktionen wie eingebauten Mikroprozessor, RAM, ROM, serielle Schnittstellen, parallele Schnittstellen, Analog-Digital-Wandler (ADC), Digital-Analog-Wandler (DAC) usw. verfügen, ist es einfach, Anwendungen um ihn herum zu erstellen. Darüber hinaus bietet die Programmierumgebung von Mikrocontrollern umfangreiche Möglichkeiten, die verschiedenen Arten von Anwendungen gemäß ihren Anforderungen zu steuern.

Was sind die verschiedenen Arten von Mikrocontrollern?

Auf dem Markt ist eine breite Palette von Mikrocontrollern erhältlich. Verschiedene Unternehmen wie Atmel, ARM, Microchip, Texas Instruments, Renesas, Freescale, NXP Semiconductors usw. stellen verschiedene Arten von Mikrocontrollern mit unterschiedlichen Merkmalen her. Wenn man sich verschiedene Parameter wie programmierbaren Speicher, Blitzgröße, Versorgungsspannung, Eingangs- / Ausgangspins, Geschwindigkeit usw. ansieht, kann man den richtigen Mikrocontroller für ihre Anwendung auswählen.

Schauen wir uns diese Parameter und verschiedene Arten von Mikrocontrollern anhand dieser Parameter an.

Datenbus (Bitgröße):

Bei der Klassifizierung nach der Bitgröße reichen die meisten Mikrocontroller von 8-Bit bis 32-Bit (Mikrocontroller mit höherem Bit sind ebenfalls erhältlich). In einem 8-Bit-Mikrocontroller besteht sein Datenbus aus 8 Datenleitungen, während in einem 16-Bit-Mikrocontroller sein Datenbus aus 16 Datenleitungen usw. für 32-Bit- und höhere Mikrocontroller besteht.

Erinnerung:

Mikrocontroller benötigen Speicher (RAM, ROM, EPROM, EEPROM, Flash-Speicher usw.), um Programme und Daten zu speichern. Während einige Mikrocontroller eingebaute Speicherchips haben, benötigen andere einen externen Speicher, um angeschlossen zu werden. Diese werden als eingebettete Speichermikrocontroller bzw. externe Speichermikrocontroller bezeichnet. Die Größe des eingebauten Speichers variiert auch bei verschiedenen Arten von Mikrocontrollern. Im Allgemeinen finden Sie Mikrocontroller mit einem Speicher von 4 bis 4 MB.

Anzahl der Eingangs- / Ausgangspins:

Mikrocontroller variieren je nach Anzahl der Eingangs- / Ausgangs-Pingrößen. Man kann einen bestimmten Mikrocontroller gemäß den Anforderungen der Anwendung auswählen.

Befehlssatz:

Es gibt zwei Arten von Befehlssätzen - RISC und CISC. Ein Mikrocontroller kann RISC (Reduced Instruction Set Computer) oder CISC (Complex Instruction Set Computer) verwenden. Wie der Name schon sagt, reduziert RISC die Betriebszeit, die den Taktzyklus eines Befehls definiert. Während CISC die Anwendung einer Anweisung als Alternative zu vielen Anweisungen ermöglicht.

Speicherarchitektur:

Es gibt zwei Arten von Mikrocontrollern - Harvard-Speicherarchitektur-Mikrocontroller und Princeton-Speicherarchitektur-Mikrocontroller.

Hier sind einige beliebte Mikrocontroller unter Studenten und Hobbyisten.

Mikrocontroller der Serie 8051 (8-Bit)

AVR-Mikrocontroller von Atmel (ATtiny, ATmega-Serie)

Mikrocontroller der PIC-Serie von Microchip

Mikrocontroller von Texas Instruments wie MSP430

ARM-Mikrocontroller

Merkmale von Mikrocontrollern

Mikrocontroller werden in eingebetteten Systemen aufgrund ihrer verschiedenen Funktionen verwendet. Wie im folgenden Blockdiagramm eines Mikrocontrollers gezeigt, besteht er aus Prozessor, E / A-Pins, seriellen Ports, Timern, ADC, DAC und Interrupt-Steuerung.

Prozessor oder CPU

Prozessor ist das Gehirn eines Mikrocontrollers. Wenn der Eingang über Eingangsstifte und Anweisungen über Programme bereitgestellt werden, werden die Daten entsprechend verarbeitet und an den Ausgangsstiften bereitgestellt.

Erinnerung

Speicherchips sind in einen Mikrocontroller integriert, um alle Programme und Daten zu speichern. In Mikrocontrollern können verschiedene Speichertypen wie RAM, ROM, EPROM, EEPROM, Flash-Speicher usw. integriert sein.

Eingabe-Ausgabe-Ports

Jeder Mikrocontroller verfügt über Eingangs- und Ausgangsanschlüsse. Abhängig von den Arten der Mikrocontroller kann die Anzahl der Eingangs- / Ausgangsstifte variieren. Sie werden zur Schnittstelle mit externen Ein- und Ausgabegeräten wie Sensoren, Anzeigeeinheiten usw. verwendet.

Serielle Ports

Sie erleichtern die serielle Schnittstelle von Mikrocontrollern mit anderen Peripheriegeräten. Eine serielle Schnittstelle ist eine serielle Kommunikationsschnittstelle, über die Informationen bitweise ein- oder ausgehen.

ADC und DAC

Manchmal müssen eingebettete Systeme Daten von digital nach analog und umgekehrt konvertieren. Daher sind die meisten Mikrocontroller mit integriertem ADC (Analog-Digital-Wandler) und DAC (Digital-Analog-Wandler) ausgestattet, um die erforderliche Konvertierung durchzuführen.

Timer

Timer und Zähler sind wichtige Bestandteile eingebetteter Systeme. Sie werden für verschiedene Operationen wie Impulserzeugung, Zählen externer Impulse, Modulation, Oszillation usw. benötigt.

Steuerung unterbrechen

Die Interrupt-Steuerung ist eine der leistungsstarken Funktionen von Mikrocontrollern. Es ist eine Art Benachrichtigung, die den laufenden Prozess unterbricht und anweist, die durch die Interrupt-Steuerung definierte Aufgabe auszuführen.

Zusammenfassend sind Mikrocontroller kompakte Minicomputer, die für bestimmte Aufgaben in eingebetteten Systemen ausgelegt sind. Mit einer Vielzahl von Funktionen sind ihre Bedeutung und Verwendung enorm und sie sind in Produkten und Geräten in allen Branchen zu finden.