Принцип работы и область применения микроконтроллеров
Микроконтроллер – это микросхема, которая используется для управления электронными устройствами.
Микроконтроллер состоит из двух основных частей: центрального процессора, в состав которого входят регистры, постоянное запоминающее устройство и блок управления; периферии, в состав которой входят таймеры, генераторы импульсов, контроллеры прерывания, аналоговые преобразователи и т.п.
Работа микроконтроллера достаточно проста, она основана на аналоговом принципе действия. Система может распознавать только две команды - “есть сигнал” и “нет сигнала”. Из данных сигналов в его память вписывается код определенной команды. А когда микроконтроллер считывает поступившую команду, он ее выполняет.
В каждом микроконтроллере прописаны индивидуальные базовые команды, которые выполнять способен только он. Благодаря сочетанию команд между собой, можно написать уникальную программу, по которой будет работать любое электронное устройство. В зависимости от программ, содержащихся в микроконтроллерах, они делятся на:
- RISC - содержит только необходимые команды.
- CISC - содержит комплекс большого числа программ.
Большинство современных микроконтроллеров содержит RISC набор, обусловлено это простотой изготовления такого микроконтроллера, большим спросом среди разработчиков электронной техники и дешевизной. Микроконтроллерная техника широко распространена в системах управления в автомобилестроении, железнодорожном транспорте, робототехнике, судостроении, самолетостроении, изготовлении медицинского оборудования, системах управления светофорами и шлагбаумами, промышленном оборудовании и т.п.
Таким образом основное назначение микроконтроллерной техники - контроль процессов, которые происходят на платформе микроконтроллера. По сути, микроконтроллерами осуществляется контроль за состоянием переменных и изменением системы в динамических условиях.
Использование микроконтроллерной техники в системах управления
Микроконтроллерная техника является основой для построения встраиваемых систем управления, они широко распространены в современных устройствах, бытовых и промышленных изделиях (станки, телевизоры, автомобили, телефоны и т.п.). Самыми распространенными производителями являются Microchip, Intel, Motorola. При выборе микроконтроллерной техники для систем управления основными факторами являются:
- Способность работы с прикладной системой, возможность реализации данной системы на однокристальном микроконтроллере или на специализированной микросхеме.
- Доступность, которая подразумевает наличие поддержки разработчика, языков программирования, средств отладки, компиляторов и т.п.
- Наличия в микроконтроллере необходимого количества контактов и портов, потому что при их нехватке он не сможет выполнять задачу, а при их избытке - конечная стоимость будет завышена.
- Наличие информационной поддержки.
- Наличие необходимого количества устройств периферии: интерфейсы связи и различные преобразователи.
- Надежность завода изготовителя.
- Наличие вспомогательных устройств, которые не нужны для работы, что способствует увеличению стоимости.
- Наличие в проекте бюджета достаточного количества финансов, позволяющего использовать дорогой микроконтроллер.
Обеспечение необходимой производительности: мощности вычислений, которые необходимы для обработки запросов системы на определенном языке программирования.
Использование микроконтроллерной техники в современных системах управления, вне зависимости от области деятельности, дает возможность решить большое количество типовых задач, которые возникают перед разработчиками встраиваемых систем управления динамическими объектами в режиме реального времени. Применение микроконтроллеров обеспечивает достаточно высокие показатели эффективности при относительно низкой стоимости, именно поэтому в настоящее время им нет достойной альтернативы в виде элементной базы для разработки и построения дешевых и качественных систем. А для многих простых систем управления вполне достаточно лишь одного микроконтроллера. Самыми распространенными микроконтроллерами, входящими в состав микроконтроллерной техники систем управления являются DSP-микроконтроллеры и 16-разрядные, так как они ориентированы на использование в системах обработки сигналов.
Современные микроконтроллеры представляют собой универсальный элемент, который может быть перепрограммирован, с целью управления разнородными устройствами. Примером такого микроконтроллера является Atmega8, на основе которого собираются драйвера шагового двигателя, часы, мультиметры, таймеры и различные индикаторы.
