NUC975DK61Y – Integrisana kola, ugrađeni, mikrokontroleri – NUVOTON Technology Corporation

1 Definicija mikrokontrolera

Kako je mikrokontroler aritmetičko-logička jedinica, memorija, tajmer/kalkulator i različita / O kola, itd. integrisani u čip, čineći osnovni kompletan računarski sistem, poznat je i kao mikroračunar sa jednim čipom.

Program u memoriji mikrokontrolera koji se blisko koristi sa hardverom mikrokontrolera i perifernim hardverskim kolima, razlikuje se od softvera računara i naziva se program mikrokontrolera kao firmver.Općenito, mikroprocesor je CPU na jednom integriranom kolu, dok je mikrokontroler CPU, ROM, RAM, VO, tajmer, itd., sve na jednom integriranom kolu.U poređenju sa CPU-om, mikrokontroler nema tako moćnu računarsku snagu, niti ima MemoryManaaement Unit, zbog čega mikrokontroler može da se bavi samo nekim relativno jednostavnim upravljačkim, logičkim i drugim zadacima, a široko se koristi u kontroli opreme, obradi signala senzora. i druge oblasti, kao što su neki kućanski aparati, industrijska oprema, električni alati itd.

2 Sastav mikrokontrolera

Mikrokontroler se sastoji od nekoliko delova: centralnog procesora, memorije i ulaza/izlaza:

-Centralni procesor:

Centralni procesor je osnovna komponenta MCU-a, uključujući dva glavna dijela operatera i kontrolera.

- Operater

Operator se sastoji od aritmetičko-logičke jedinice (ALU), akumulatora i registara, itd. Uloga ALU-a je da izvrši aritmetičke ili logičke operacije nad ulaznim podacima.ALU je sposoban za dodavanje, oduzimanje, uparivanje ili upoređivanje veličine ova dva podatka i konačno pohranjivanje rezultata u akumulator.

Operater ima dvije funkcije:

(1) Za obavljanje različitih aritmetičkih operacija.

(2) Za izvođenje različitih logičkih operacija i za izvođenje logičkih testova, kao što je test nulte vrijednosti ili poređenje dvije vrijednosti.

Sve operacije koje obavlja operater su vođene 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 „telo koje donosi odluke“ koje izdaje komande, odnosno koordinira i usmerava rad celog mikroračunarskog sistema.Njegove glavne funkcije su:

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

(2) Za dekodiranje i testiranje instrukcije i generiranje odgovarajućeg upravljačkog signala operacije kako bi se olakšalo izvršenje specificirane akcije.

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

Mikroprocesor povezuje ALU, brojače, registre i kontrolnu sekciju preko interne magistrale, a povezuje se na eksternu memoriju i kola ulazno/izlaznog interfejsa preko eksterne magistrale.Eksterna magistrala, koja se naziva i sistemska magistrala, podeljena je na sabirnicu podataka DB, adresnu sabirnicu AB i kontrolnu sabirnicu CB, i povezana je sa raznim perifernim uređajima preko ulazno/izlaznog interfejsa.

-Memorija

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

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

-Ulaz/Izlaz -Povezivanje ili upravljanje različitim uređajima

Serijski komunikacijski portovi-razmjenjuju podatke između MCU-a i različitih perifernih uređaja, kao što su UART, SPI, 12C, itd.

3 Klasifikacija mikrokontrolera

U pogledu broja bitova, mikrokontroleri se mogu klasifikovati na: 4-bitne, 8-bitne, 16-bitne i 32-bitne.U praktičnim primenama, 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 najčešće korišteni mikrokontroleri.
Razlika u broju bitova ne predstavlja dobre ili loše mikroprocesore, ne što je veći broj bitova to je mikroprocesor bolji, a ne što je manji broj bitova to je mikroprocesor lošiji

8-bitni MCU-ovi su raznovrsni;nude jednostavno programiranje, energetsku efikasnost i malu veličinu pakovanja (neki imaju samo šest pinova).Ali ovi mikrokontroleri se obično ne koriste za mrežne i komunikacijske funkcije.

Najčešći mrežni protokoli i komunikacijski softverski stokovi su 16- ili 32-bitni.Komunikacione periferije su dostupne za neke 8-bitne uređaje, ali 16- i 32-bitni MCU-ovi su često efikasniji izbor.Ipak, 8-bitni MCU-ovi se obično koriste za razne aplikacije kontrole, senzora i interfejsa.

Arhitektonski, mikrokontroleri se mogu podijeliti u dvije kategorije: RISC (računari sa smanjenim skupom instrukcija) i CISC (računari sa složenim skupom instrukcija).

RISC je mikroprocesor koji izvršava manje tipova kompjuterskih instrukcija i nastao je 1980-ih sa MIPS mainframe-om (tj. RISC mašinama), a mikroprocesori koji se koriste u RISC mašinama se zajednički nazivaju RISC procesori.Na ovaj način, on je u mogućnosti da izvršava operacije brže (milioni više instrukcija u sekundi, ili MIPS).Budući da računari zahtijevaju dodatne tranzistore i elemente kola za izvršavanje svake vrste instrukcija, veći skup računalnih instrukcija čini mikroprocesor složenijim i izvršava operacije sporije.

CISC uključuje bogat skup mikroinstrukcija koje pojednostavljuju kreiranje programa koji se pokreću na procesoru.Instrukcije se sastoje od asemblerskog jezika, a neke uobičajene funkcije prvobitno implementirane softverom se umjesto toga implementiraju putem hardverskog sistema instrukcija.Rad programera je na taj način znatno smanjen, a neke operacije ili operacije nižeg reda se obrađuju istovremeno u svakom periodu instrukcije kako bi se povećala brzina izvršavanja računara, a ovaj sistem se naziva kompleksnim sistemom instrukcija.

4 Sažetak

Ozbiljan izazov za današnje inženjere automobilske elektronike je izgradnja jeftinog, bez problema, pa čak i u slučaju kvara može raditi automobilski sistem, u automobilu se performanse postupno poboljšavaju u ovom trenutku, od mikrokontrolera se očekuje da poboljšaju performanse automobilskih elektronskih upravljačkih jedinica.