NUC975DK61Y – Integrirani krugovi, ugrađeni, mikrokontroleri – NUVOTON Technology Corporation

1 Definicija mikrokontrolera

Budući da je mikrokontroler aritmetičko-logička jedinica, memorija, mjerač vremena/kalkulator i različiti / O sklopovi itd. integrirani u čip, čineći osnovni potpuni računalni sustav, poznat je i kao mikroračunalo s jednim čipom.

Program u memoriji mikrokontrolera koji se koristi usko s hardverom mikrokontrolera i sklopovima perifernog hardvera, razlikuje se od softvera osobnog računala i naziva se program mikrokontrolera kao firmware.Općenito, mikroprocesor je CPU na jednom integriranom krugu, dok je mikrokontroler CPU, ROM, RAM, VO, mjerač vremena itd. sve na jednom integriranom krugu.U usporedbi s CPU-om, mikrokontroler nema tako snažnu računalnu snagu, niti ima jedinicu za upravljanje memorijom, što mikrokontroler čini samo nekim relativno pojedinačnim i jednostavnim kontrolnim, logičkim i drugim zadacima, a široko se koristi u kontroli opreme, obradi signala senzora i druga polja, kao što su neki kućanski aparati, industrijska oprema, električni alati itd.

2 Sastav mikrokontrolera

Mikrokontroler se sastoji od nekoliko dijelova: središnji procesor, memorija i ulaz/izlaz:

- Centralni procesor:

Središnji procesor je ključna komponenta MCU-a, uključujući dva glavna dijela operatera i kontrolera.

-Operater

Operator se sastoji od aritmetičke i logičke jedinice (ALU), akumulatora i registara, itd. Uloga ALU je izvođenje aritmetičkih ili logičkih operacija nad ulaznim podacima.ALU je sposoban zbrajati, oduzimati, spajati ili uspoređivati ​​veličinu ova dva podatka i na kraju pohraniti rezultat u akumulator.

Operator ima dvije funkcije:

(1) Za izvođenje raznih aritmetičkih operacija.

(2) Izvođenje različitih logičkih operacija i izvođenje logičkih testova, kao što je test nulte vrijednosti ili usporedba dviju vrijednosti.

Sve operacije koje izvodi operater usmjeravaju se kontrolnim signalima iz kontrolera, i dok aritmetička operacija proizvodi aritmetički rezultat, logička operacija proizvodi presudu.

-Kontroler

Kontroler se sastoji od programskog brojača, registra instrukcija, dekodera instrukcija, generatora vremena i kontrolera rada itd. To je "tijelo odlučivanja" koje izdaje naredbe, odnosno koordinira i usmjerava rad cijelog mikroračunalnog sustava.Njegove glavne funkcije su:

(1) Za dohvaćanje instrukcije iz memorije i označavanje lokacije sljedeće instrukcije u memoriji.

(2) Za dekodiranje i testiranje instrukcija i generiranje odgovarajućeg upravljačkog signala za olakšavanje izvršenja navedene radnje.

(3) Usmjerava i kontrolira smjer protoka podataka između CPU-a, memorije te ulaznih i izlaznih uređaja.

Mikroprocesor međusobno povezuje ALU, brojače, registre i upravljačku sekciju kroz internu sabirnicu, te se povezuje s vanjskom memorijom i krugovima ulazno/izlaznog sučelja preko vanjske sabirnice.Vanjska sabirnica, koja se naziva i sistemska sabirnica, podijeljena je na podatkovnu sabirnicu DB, adresnu sabirnicu AB i kontrolnu sabirnicu CB, a povezana je s različitim perifernim uređajima preko ulazno/izlaznog sučelnog kruga.

-Memorija

Memorija se može podijeliti u dvije kategorije: podatkovna memorija i programska memorija.

Podatkovna memorija se koristi za spremanje podataka, a programska pohrana za pohranjivanje programa i parametara.

-Ulaz/izlaz -Povezivanje ili upravljanje različitim uređajima

Portovi za serijsku komunikaciju - razmjena podataka između MCU-a i različitih periferija, kao što su UART, SPI, 12C, itd.

3 Klasifikacija mikrokontrolera

S obzirom na broj bitova mikrokontrolere možemo podijeliti na: 4-bitne, 8-bitne, 16-bitne i 32-bitne.U praktičnim primjenama, 32-bitni čini 55%, 8-bitni 43%, 4-bitni 2%, a 16-bitni 1%

Može se vidjeti da su 32-bitni i 8-bitni mikrokontroleri danas najrašireniji mikrokontroleri.
Razlika u broju bitova ne predstavlja dobre ili loše mikroprocesore, niti što je veći broj bitova to je mikroprocesor bolji, niti što je manji broj bitova to je mikroprocesor lošiji

8-bitni MCU-ovi su svestrani;nude jednostavno programiranje, energetsku učinkovitost i malu veličinu paketa (neki imaju samo šest pinova).No ti se mikrokontroleri obično ne koriste za umrežavanje i komunikacijske funkcije.

Najčešći mrežni protokoli i skupovi komunikacijskog softvera su 16- ili 32-bitni.Komunikacijski periferni uređaji dostupni su za neke 8-bitne uređaje, ali 16- i 32-bitni MCU-ovi često su učinkovitiji izbor.Unatoč tome, 8-bitni MCU-ovi obično se koriste za razne aplikacije kontrole, senzora i sučelja.

Arhitektonski gledano, mikrokontroleri se mogu podijeliti u dvije kategorije: RISC (Reduced Instruction Set Computers) i CISC (Complex Instruction Set Computers).

RISC je mikroprocesor koji izvršava manje tipova računalnih instrukcija i nastao je 1980-ih s glavnim računalom MIPS (tj. RISC strojevima), a mikroprocesori koji se koriste u RISC strojevima zajednički se nazivaju RISC procesori.Na taj način može izvršavati operacije bržom brzinom (više milijuna instrukcija u sekundi, ili MIPS).Budući da računala zahtijevaju dodatne tranzistore i elemente strujnog kruga za izvršavanje svake vrste instrukcija, veći skup računalnih instrukcija čini mikroprocesor složenijim i sporije izvršava operacije.

CISC uključuje bogat skup mikroinstrukcija koje pojednostavljuju stvaranje programa koji se izvode na procesoru.Instrukcije se sastoje od asemblerskog jezika, a neke uobičajene funkcije koje je izvorno implementirao softver umjesto toga implementira hardverski sustav instrukcija.Programerov rad je na taj način znatno smanjen, a neke operacije nižeg reda ili operacije obrađuju se istovremeno u svakom razdoblju instrukcija kako bi se povećala brzina izvršenja računala, a ovaj sustav se naziva složeni sustav instrukcija.

4 Sažetak

Ozbiljan izazov za današnje inženjere automobilske elektronike je izgraditi jeftine automobilske sustave bez problema, koji čak i u slučaju kvara mogu funkcionirati, a performanse automobila postupno se poboljšavaju u ovom trenutku, očekuje se da će mikrokontroleri poboljšati performanse automobilskih elektroničkih upravljačkih jedinica.