NUC975DK61Y – Інтегральні схеми, вбудовані мікроконтролери – NUVOTON Technology Corporation

1 Визначення мікроконтролера

Оскільки мікроконтролер є арифметико-логічним пристроєм, пам’яттю, таймером/калькулятором і різними схемами виходу тощо, інтегрованими в мікросхему, що становить базову повну обчислювальну систему, він також відомий як однокристальний мікрокомп’ютер.

Програма в пам’яті мікроконтролера, яка використовується тісно з апаратним забезпеченням мікроконтролера та периферійними апаратними схемами, відрізняється від програмного забезпечення ПК і називається програмою мікроконтролера як мікропрограма.Як правило, мікропроцесор — це центральний процесор на одній інтегральній схемі, тоді як мікроконтролер — це центральний процесор, ПЗП, оперативна пам’ять, VO, таймер тощо, все на одній інтегральній схемі.У порівнянні з центральним процесором, мікроконтролер не має такої потужної обчислювальної потужності, а також не має блоку керування пам’яттю, через що мікроконтролер може виконувати лише деякі відносно окремі та прості завдання керування, логіку та інші завдання, і його широко використовують для керування обладнанням, обробки сигналів датчиків та інші галузі, такі як деякі побутові прилади, промислове обладнання, електроінструменти тощо.

2 Склад мікроконтролера

Мікроконтролер складається з кількох частин: центрального процесора, пам'яті та введення/виведення:

-Центральний процесор:

Центральний процесор є основним компонентом MCU, включаючи дві основні частини оператора та контролера.

-Оператор

Оператор складається з арифметично-логічного пристрою (ALU), накопичувача та регістрів тощо. Роль ALU полягає у виконанні арифметичних або логічних операцій над вхідними даними.ALU здатний додавати, віднімати, зіставляти або порівнювати розмір цих двох даних і, нарешті, зберігати результат у накопичувачі.

Оператор виконує дві функції:

(1) Для виконання різних арифметичних операцій.

(2) Для виконання різноманітних логічних операцій і логічних перевірок, таких як перевірка нульового значення або порівняння двох значень.

Усі операції, які виконує оператор, керуються керуючими сигналами від контролера, і в той час як арифметична операція дає арифметичний результат, логічна операція видає вердикт.

-Контролер

Контролер складається з лічильника програм, регістра інструкцій, декодера інструкцій, генератора синхронізації та контролера операцій тощо. Це «орган прийняття рішень», який видає команди, тобто координує та керує роботою всієї мікрокомп’ютерної системи.Його основні функції:

(1) Отримати інструкцію з пам’яті та вказати розташування наступної інструкції в пам’яті.

(2) Для декодування та перевірки інструкції та генерації відповідного сигналу керування операцією для полегшення виконання вказаної дії.

(3) Направляє та контролює напрямок потоку даних між ЦП, пам’яттю та пристроями введення та виведення.

Мікропроцесор з’єднує ALU, лічильники, регістри та секцію керування через внутрішню шину та з’єднується із зовнішньою пам’яттю та схемами інтерфейсу введення/виведення через зовнішню шину.Зовнішня шина, яку також називають системною, поділяється на шину даних DB, шину адреси AB і шину керування CB і підключається до різних периферійних пристроїв через схему інтерфейсу введення/виведення.

-Пам'ять

Пам'ять можна розділити на дві категорії: пам'ять даних і пам'ять програм.

Пам'ять даних використовується для збереження даних, а пам'ять програм використовується для зберігання програм і параметрів.

-Введення/виведення -Зв'язування або керування різними пристроями

Послідовні порти зв'язку - обмін даними між MCU та різними периферійними пристроями, такими як UART, SPI, 12C тощо.

3 Класифікація мікроконтролерів

За кількістю розрядів мікроконтролери можна класифікувати на: 4-розрядні, 8-розрядні, 16-розрядні та 32-розрядні.У практичних застосуваннях на 32-розрядний припадає 55%, на 8-розрядний – 43%, на 4-розрядний – 2%, а на 16-розрядний – 1%.

Можна побачити, що 32-розрядні та 8-розрядні мікроконтролери сьогодні є найбільш широко використовуваними мікроконтролерами.
Різниця в кількості бітів не означає хороші чи погані мікропроцесори; чим більше число бітів, тим кращий мікропроцесор, а чим менше число бітів, тим гірший мікропроцесор.

8-розрядні мікроконтролери є універсальними;вони пропонують просте програмування, енергоефективність і малий розмір упаковки (деякі мають лише шість контактів).Але ці мікроконтролери зазвичай не використовуються для мережевих і комунікаційних функцій.

Найпоширеніші стеки мережевих протоколів і комунікаційного програмного забезпечення є 16- або 32-розрядними.Комунікаційні периферійні пристрої доступні для деяких 8-розрядних пристроїв, але 16- та 32-розрядні мікроконтролери часто є більш ефективним вибором.Тим не менш, 8-розрядні мікроконтролери зазвичай використовуються для різноманітних додатків керування, зондування та інтерфейсу.

Архітектурно мікроконтролери можна розділити на дві категорії: RISC (Комп’ютери зі скороченим набором інструкцій) і CISC (Комп’ютери зі складним набором інструкцій).

RISC — це мікропроцесор, який виконує менше типів комп’ютерних інструкцій і виник у 1980-х роках з мейнфреймом MIPS (тобто машинами RISC), а мікропроцесори, що використовуються в машинах RISC, разом називаються процесорами RISC.Таким чином він може виконувати операції з вищою швидкістю (більше мільйонів інструкцій за секунду, або MIPS).Оскільки комп’ютери потребують додаткових транзисторів і елементів схеми для виконання кожного типу інструкцій, більший набір інструкцій комп’ютера робить мікропроцесор більш складним і виконує операції повільніше.

CISC містить багатий набір мікроінструкцій, які спрощують створення програм, які виконуються на процесорі.Інструкції складаються з мови асемблера, а деякі загальні функції, спочатку реалізовані програмним забезпеченням, замість цього реалізуються апаратною системою інструкцій.Таким чином, робота програміста значно скорочується, і деякі операції нижчого порядку або операції обробляються одночасно в кожному періоді інструкцій, щоб збільшити швидкість виконання комп’ютера, і ця система називається системою складних інструкцій.

4 Підсумок

Серйозним викликом для сучасних інженерів автомобільної електроніки є створення недорогих, безаварійних і навіть у разі збою здатних працювати автомобільних систем, продуктивність автомобіля на даний момент поступово покращується, очікується, що мікроконтролери підвищать продуктивність автомобільних електронних блоків управління.