Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Устройства автоматики » Что такое микроконтроллеры - назначение, устройство, софт
Количество просмотров: 247884
Комментарии к статье: 15


Что такое микроконтроллеры - назначение, устройство, софт


Что такое микроконтроллеры (назначение, устройство, принцип работы, софт)Микроконтроллер - это специальная микросхема, предназначенная для управления различными электронными устройствами. Микроконтроллеры впервые появились в том же году, что и микропроцессоры общего назначения (1971).

Разработчики микроконтроллеров придумали остроумную идею – объединить процессор, память, ПЗУ и периферию внутри одного корпуса, внешне похожего на обычную микросхему. С тех пор производство микроконтроллеров ежегодно во много раз превышает производство процессоров, а потребность в них не снижается.

Микроконтроллеры выпускают десятки компаний, причем производятся не только современные 32-битные микроконтроллеры, но и 16, и даже 8-битные (как i8051 и аналоги). Внутри каждого семейства часто можно встретить почти одинаковые модели, различающиеся скоростью работы ЦПУ и объемом памяти.

термометр на микроконтролереДело в том, что микроконтроллеры применяются преимущественно во встроенных системах, в игрушках, в станках, в массовой домашней технике, в домашней автоматике – там, где нужна не мощность процессора, а, скорее, баланс между ценой и достаточной функциональностью.

Именно поэтому самые старые типы микроконтроллеров еще до сих пор в ходу – они многое могут: от автоматического открывания дверей и включения полива газонов до интеграции в систему «умный дом». При этом существуют и более мощные микроконтроллеры, способные выполнять сотни миллионов операций в секунду и обвязанные периферией «до зубов». У них и задачи соответствующие. Таким образом, разработчик сначала оценивает задачу, а уж потом выбирает под нее подходящее «железо».

На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров, совместимых с i8051, выпускаемых двумя десятками компаний, и большое количество микроконтроллеров других типов. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, 16-битные MSP430 фирмы TI, а также 32-битные микроконтроллеры, архитектуры ARM, которую разрабатывает фирма ARM Limited и продаёт лицензии другим фирмам для их производства.

16-битный 28-pin PDIP PIC24 микроконтроллер

16-битный 28-pin PDIP PIC24 микроконтроллер

Микроконтроллер Atmel AVR ATmega8 в корпусе DIP

Микроконтроллер Atmel AVR ATmega8 в корпусе DIP

Устройство микроконтроллера AVR

Устройство микроконтроллера AVR

Микроконтроллер характеризуется большим числом параметров, поскольку он одновременно является сложным программно-управляемым устройством и электронным прибором (микросхемой). Приставка "микро" в названии микроконтроллера означает, что выполняется он по микроэлектронной технологии.

В ходе работы микрконтроллер считывает команды из памяти или порта ввода и исполняет их. Что означает каждая команда, определяется системой команд микроконтроллера. Сиситема команд заложена в архитектуре микрконтроллера и выполнение кода команды выражается в проведении внутренними элементами микросхемы определенных микроопераций.

Микроконтроллеры позволяют гибко управлять различными электронными и электрическими устройствами. Некоторые модели микроконтроллеров настолько мощны, что могут непосредственно переключать реле (к примеру, на елочных гирляндах).

Микроконтроллеры, как правило, не работает в одиночку, а запаивается в схему, где, кроме него, подключаются экраны, клавиатурные входы, различные датчики и т.д.

Софт для микроконтроллеров может привлечь внимание тех, кто обожает «гоняться за битами», так как обычно память в микроконтроллерах составляет от 2 до 128 Кб. Если меньше, то писать приходится на ассемблере или Форте, если есть возможность, то используют специальные версии Бейсика, Паскаля, но в основном – Си. Прежде чем окончательно запрограммировать микроконтроллер, его тестируют в эмуляторах – программных или аппаратных. 

Что такое микроконтроллер

Тут может возникнуть вопрос: микропроцессор и микроконтроллер это просто разное название одного и того же устройства, или это все-таки разные вещи?

Микропроцессор это центральное устройство любой ЭВМ, выполненный по интегральной технологии. Само название говорит о том, что именно в нем происходят вычислительные процессы. Чтобы из него получилась ЭВМ, пусть даже не очень современная и мощная (вспомните любительские конструкции Радио-86 или Синклер), его надо дополнить внешними устройствами. В первую очередь это оперативная память и порты ввода вывода информации.

Микроконтроллер имеет внутри себя процессор, оперативную память, память программ, а кроме этого целый набор периферийных устройств, которые превращают процессор в полнофункциональную ЭВМ. По старой терминологии советских времен подобные устройства назывались Однокристальными Микро ЭВМ. Но советская вычислительная техника, как известно, зашла в тупик, а вместе с ней и ОМЭВМ.

Зарубежная же вычислительная техника на месте не стояла, поэтому ОМЭВМ стали называться контроллерами (от англ. Control – управлять, управление). И в самом деле, контроллеры оказались весьма пригодны для управления различной техникой, даже не очень сложной. 

микроконтроллер

МИКРОКОНТРОЛЛЕР - это уже не процессор, но ещё и не компьютер.

Центральный процессор, имеющийся в каждом компьютере - главный вычислитель. Хотя компьютер и не предназначен исключительно для вычислительной нагрузки, процессор является в нём головным элементом. Но не только в компьютере имеется процессор.

Если вдуматься и присмотреться, то можно обнаружить, что процессоры применяются в большинстве приборов бытового предназначения. Только там используются не такие процессоры как в компьютере, а микропроцессоры и даже микроконтроллеры.

Так что же такое микроконтроллер и чем отличается от собственно процессора или это совершенно различные электронные компоненты?

Большие интегральные микросхемы или микросхемы с большой степенью интеграции и есть процессоры. Микропроцессоры, по сути те же процессоры, но из-за приставки «микро» определяется их суть, что они миниатюрнее своих «больших» собратьев. В своё историческое время процессор со своим размером мог занимать не одну комнату, впору их назвать как вымерших динозавров макро-процессорами, чтобы и их как-то упорядочить в современном представлении об электронике.

Уменьшенный в габаритах и скомпонованный процессор занимает меньше места и его можно поместить в более компактное изделие, это и есть микропроцессор. Но сам процессор мало что способен делать, кроме как данные пересылать между регистрами и совершать какие-то арифметические и логические действия над ними.

Чтобы микропроцессор мог переслать данные в память, эта самая память должна присутствовать либо на самом кристалле, на котором находится сам процессорный элемент, либо подключаться к внешней оперативной памяти выполненной в виде отдельного кристалла или модуля.

Кроме памяти процессор должен взаимодействовать с внешними устройствами – периферией. Иначе какой пользы можно ожидать от работы процессора, перемешивающего и перемещающего данные туда-сюда. Смысл возникает тогда, когда процессор взаимодействует с устройствами ввода-вывода. У компьютера это клавиатура, манипулятор мышь и устройства отображения как дисплей, опционально – принтер и, например, сканер опять же для ввода информации.

Чтобы управлять устройствами ввода-вывода, непременно необходимы соответствующие буферные схемы и элементы. На их основе реализуются интерфейсные так называемые аппаратные средства. Способы взаимодействия с интерфейсными элементами предполагают наличие схем портов ввода-вывода, дешифраторов адреса и формирователей шин с буферными схемами, для увеличения нагрузочной способности микропроцессора.

Интеграция процессора со всеми необходимыми дополнительными элементами, для того чтобы это изделие выливалось в какой-то завершённый конструктив и приводит к образованию микроконтроллера. Микросхема или микроконтроллерный чип реализует на одном кристалле процессор и интерфейсные схемы.

Самодостаточный чип, который содержит практически всё, чтобы этого хватало для построения законченного изделия и есть пример типового микроконтроллера. Например наручные электронные часы или часы-будильник имеют внутри микроконтроллер, который реализует все функции такового устройства. Отдельные периферийные устройства подключаются непосредственно к ножкам микросхемы микроконтроллера, либо совместно используются дополнительные элементы или микросхемы малой либо средней степени интеграции.

Микроконтроллеры широко используются в изделиях которые содержат всю систему целиком исключительно в одной миниатюрной микросхеме, часто называемой микросборкой. Например «чиповая» кредитная карточка содержит микроконтроллер внутри в пластиковой основе. Таблетка домофона так же внутри себя содержит микроконтроллер. И примеров использования и применения микроконтроллеров настолько обширен в современном мире, что легко обнаружить наличие контроллера в любом мало-мальски интеллектуальном устройстве от детской игрушки до беспроводной гарнитуры сотового телефона.

Смотите также у нас на сайте:

История создания и развития микроконтроллеров, их виды и классификация

Электронная книга - руководство про микроконтроллеры AVR для начинающих

Смотрите также по этой теме обучающие видеокурсы Мaкcима Селиванова:

1. Базовый видеокурс "Программирование микроконтроллеров для начинающих"

Кур для тех, кто уже знаком с основами электроники и программирования, кто знает базовые электронные компоненты, собирает простые схемы, умеет держать паяльник и желает перейти на качественно новый уровень, но постоянно откладывает этот переход из-за сложностей в освоении нового материала.

Курс замечательно подойдет и тем, кто только недавно предпринял первые попытки изучить программирование микроконтроллеров, но уже готов все бросить от того, что у него ничего не работает или работает, но не так как ему нужно (знакомо?!).

Курс будет полезен и тем, кто уже собирает простенькие (а может и не очень) схемы на микроконтроллерах, но плохо понимает суть того как микроконтроллер работает и как взаимодействует с внешними устройствами.

2. Видеокурс "Программирование микроконтроллеров на языке Си"

Курс посвящен обучению программирования микроконтроллеров на языке Си. Отличительная особенность курса - изучение языка на очень глубоком уровне. Обучение происходит на примере микроконтроллеров AVR. Но, в принципе, подойдет и для тех, кто использует другие микроконтроллеры.

Курс рассчитан на подготовленного слушателя. То есть, в курсе не рассматриваются базовые основы информатики и электроники и микроконтроллеров. Но, что бы освоить курс понадобятся минимальные знания по программированию микроконтроллеров AVR на любом языке. Знания электроники желательны, но не обязательны.

Курс идеально подойдет тем, кто только начал изучать программирование AVR микроконтроллеров на языке С и хочет углубить свои знания. Хорошо подойдет и тем, кто немного умеет программировать микроконтроллеры на других языках. И еще подойдет обычным программистам, которые хотят углубить знания в языке Си.

3. "Создание устройств на микроконтроллерах на языке Си"

Этот курс для тех, кто не хочет ограничиваться в своем развитии простыми или готовыми примерами. Курс отлично подойдет тем, кому важно создание интересных устройств с полным пониманием того, как они работают. Курс хорошо подойдет и тем, кто уже знаком с программированием микроконтроллеров на языке Си и тем, кто уже давно программирует их.

Материал курса прежде всего ориентирован на практику использования. Рассматриваются следующие темы: радиочастотная идентификация, воспроизведение звука, беспроводной обмен данными, работа с цветными TFT дисплеями, сенсорным экраном, работа с файловой системой FAT SD-карты. 

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Устройства автоматики

Подпишитесь на наш канал в Телеграм "Автоматика и робототехника" (современные технологиии, инновации и будущее автоматизации). Нажмите на ссылку ниже и будьте в центре событий в мире автоматики: Автоматика и робототехника 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Программирование микроконтроллеров для начинающих
  • Про микроконтроллеры для начинающих - история создания, основные виды и раз ...
  • Как происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой
  • Микроконтроллеры PIC для начинающих
  • Сколько микроконтроллеров в современном автомобиле?
  • Виды и устройство микроконтроллеров AVR
  • 7 учебных курсов по работе с Ардуино, онлайн обучение проектированию и конс ...
  • Развитие элементной базы радиоэлектроники
  • Микроконтроллеры программируемые на JavaScript: какой выбрать, характеристи ...
  • Логические микросхемы. Часть 1.
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Устройства автоматики

    Микросхемы, Виды микроконтроллеров

      Комментарии:

    #1 написал: Николай |

    Мне статья про микроконтроллеры понравилась. Все очень доходчиво объяснено. Спасибо!

      Комментарии:

    #2 написал: Виталий |

    Отличная статья.

      Комментарии:

    #3 написал: Марал |

    Отличная статья! Можно список использованной литературы.

      Комментарии:

    #4 написал: Александра |

    Мне понравилось, понятно даже таким бестолковым, как я. Благодарю.

      Комментарии:

    #5 написал: Джавахир |

    Спасибо за статью, нашел ответы на некоторые вопросы.

      Комментарии:

    #6 написал: Maxim |

    Здравствуйте. А можно контролер приспособить в теплицу или в аранжерею? Например, следить за температурой почвы и воздуха, а так же завлажностью и регулировать полив растений. Интересно сколько бы стоил такой контролер? И где его можно купить? Дело в том у меня теплица большая и давно хотел приобрести такой прибор.

      Комментарии:

    #7 написал: Айдын |

    Классно написано! Спасибо)

      Комментарии:

    #8 написал: Сергей |

    Микроконтроллер обычно меньше и слабее, чем микропроцессор, поэтому, когда говорят о последнем, то имеют в виду микросхему от компании Intel или AMD, устанавливаемую в настольный компьютер или ноутбук, и которая работает на очень большой скорости. Микроконтроллер же, как правило, существенно более слабый. 

      Комментарии:

    #9 написал: Антон |

    Я планирую выполнить личный проект с использованием микроконтроллеров, которые будут сообщать мне, сколько энергии определенное устройство использует в моем доме в течение дня (например, вентилятор, стиральная машина, лампочка и т. д.). План состоит в том, чтобы подключить этот микроконтроллер к этому проводка конкретного устройства и беспроводная передача данных (с помощью Wi-Fi или другой беспроводной технологии) на мой компьютер. В конце концов, этот проект сообщит мне данные в реальном времени, когда устройство включено / выключено. После получения этих данных я смогу получить данные об использовании энергии, так как я знаю, сколько энергии потребляет это устройство за определенный период времени. 

      Комментарии:

    #10 написал: Александр Ганжин |

    Проще говоря, можно сказать, что микроконтроллер - это крошечный компьютер, который можно программировать. Его самым большим преимуществом является то, что вы можете подключать к нему электронные компоненты - светодиоды, дисплеи, кнопки, небольшие моторы и многое другое. Учиться программировать намного интереснее, когда что-то мигает, светится, движется и издает звуки на вашем столе . Благодаря микроконтроллеру любой человек может построить, например, часы, красочное украшение, метеостанцию, робота, систему автоматического полива растений, контроллер аквариума или что-то еще. Как и в случае с ПК - любой может использовать его для чего-то другого.

      Комментарии:

    #11 написал: Роман |

    Однокристальный микрокомпьютер был и останется широко используемым электронным компонентом в одноцелевых приложениях, где заранее известен диапазон управляющих функций. Большой выбор микроконтроллеров, предлагаемых различными производителями, позволяет найти тип, наиболее подходящий для создания приложения. Фактическое развертывание затем требует разработки управляющей программы и ее тестирования либо на устройстве, имитирующем функцию однокристального микрокомпьютера (эмулятор), либо на микроконтроллере, оснащенном памятью EPROM, которую можно перепрограммировать в случае программной ошибки. Эти микроконтроллеры снабжены, как и память EPROM, окном, с помощью которого можно удалить содержимое всей памяти программ.

      Комментарии:

    #12 написал: Леонид Дробышев |

    Микроконтроллер - «Компьютер на чипе». Обычно включает в себя флэш-память или ПЗУ, ОЗУ, некоторое ядро ​​ЦП и ввод-вывод. Очень круто для робототехники и любых других проектов в области электроники. Наиболее популярными являются серии PIC от Microchip, AVR от Atmel и 68HC11 от Motorola. Все они имеют ряд языков высокого уровня (C / Forth / BASIC ) для дешевых или бесплатных и простых программаторов микросхем.

      Комментарии:

    #13 написал: Сергей |

    Микроконтроллеры являются основой для создания многих электронных устройств, таких как бытовая техника, автомобильная электроника, медицинское оборудование и многое другое. Они используются для управления различными процессами, обработки сигналов и взаимодействия с другими устройствами.

    Современные микроконтроллеры обладают высокой производительностью, низким энергопотреблением и компактными размерами. Они могут работать в широком диапазоне температур и имеют множество встроенных периферийных устройств, таких как АЦП, ЦАП, таймеры, ШИМ-генераторы и другие.

    Для разработки приложений на основе микроконтроллеров используются различные языки программирования, такие как C, C++, Python и другие. Существуют также специализированные среды разработки, которые упрощают процесс создания программ для микроконтроллеров.

    С развитием технологий и увеличением спроса на автоматизацию и интернет вещей, производство микроконтроллеров будет продолжать расти. Уже сейчас многие компании активно разрабатывают новые модели микроконтроллеров, которые будут использоваться в различных областях, включая искусственный интеллект, робототехнику и медицину.

      Комментарии:

    #14 написал: Гость |

    Микроконтроллеры - это небольшие компьютеры, которые используются для управления различными устройствами, такими как бытовая техника, автомобили, медицинские приборы и т.д. Они состоят из процессора, памяти, ввода/вывода и других компонентов, которые позволяют им выполнять различные задачи. Микроконтроллеры используются в различных отраслях промышленности и науки, а также в бытовой технике и электронике.

      Комментарии:

    #15 написал: Марат |

    Микропроцессоры обладают большей производительностью и предназначены для выполнения сложных вычислительных задач. Они часто используются в персональных компьютерах, серверах и других вычислительных устройствах, где требуется высокая производительность. Микроконтроллеры, с другой стороны, имеют более низкую производительность, но обычно более низкую цену. Они предназначены для управления встраиваемыми системами и другими устройствами, где требуется выполнение определенных задач в реальном времени, таких как управление двигателями, датчиками, дисплеями и т. д. Таким образом, выбор между микропроцессором и микроконтроллером зависит от конкретных требований проекта, включая производительность, функциональность, цену и другие факторы. 

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.