Grundlagen der Mikrocontroller-Mikrocontroller an Bord
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Bevor Sie in die Welt der Embedded-Elektronik eintauchen, müssen Sie verstehen, was es braucht. In diesem Feld werden beispielsweise Ihre Codes geschrieben. Und es ist fast unmöglich, dies zu tun, wenn Sie die Grundlagen der Mikrocontroller, die verwendete Programmiersprache oder ihre grundlegenden Programmierkonzepte nicht verstehen. Oder Sie werden verwirrt sein, wo Sie anfangen sollen, und auch überwältigt sein.
Aber es gibt gute Nachrichten:
In diesem Artikel erfahren Sie die grundlegenden Dinge, die Sie benötigen, um mit eingebetteter Elektronik zu beginnen. Wir werden besprechen, was es ist, wie der Mikrocontroller funktioniert, die Grundstruktur und vieles mehr.
Fangen wir an!
Was ist ein Mikrocontroller?
Mikrocontroller
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Bevor Sie den Mikrocontroller definieren, ist es wichtig zu beachten, dass er sich vom Mikroprozessor unterscheidet (den wir später im Artikel besprechen werden).
Allerdings ist der Mikrocontroller ein sehr groß angelegter Integrations-IC. Und es umfasst die I / O-Ports, die Logikeinheit, den Speicher, die elektronische Recheneinheit und andere Module, die auf einem einzigen Chip vereint sind. Sie können das Gerät auch als Single-Chip-Computer bezeichnen.
Darüber hinaus ist der Mikrocontroller auch ein Embedded Controller. Und das liegt daran, dass das Gerät neben der unterstützenden Schaltung in das gerät geht, das es steuert.
Mikrocontroller finden Sie in vielen Geräten oder Anwendungen, die Daten anzeigen, messen, steuern, speichern oder berechnen. Interessanterweise führt die Automobilindustrie die Liste der größten Mikrocontroller-Anwender an. Schließlich benötigen Fahrzeuge das Gerät zur Motorsteuerung und Regelung anderer Systeme.
Ein weiterer Bereich, in dem Mikrocontroller üblich sind, ist die Unterhaltungselektronik. So können Sie Mikrocontroller in Öfen, Digitalkameras, DVD-Playern usw. finden. Prüf- und Messgeräte verwenden auch Mikrocontroller, z. B. Funktionsgeneratoren, Multimeter usw.
Mikrocontroller Grundlagen – Wie funktioniert der Mikrocontroller?
Typischerweise führen Mikrocontroller ein bestimmtes Programm aus und halten sich an eine Aufgabe. Sie arbeiten also, indem sie Eingaben von dem Gerät erhalten, das sie steuern. Folglich hilft dies den Mikrocontrollern, die Kontrolle zu behalten. Und es tut dies, indem es Signale an verschiedene Teile des Geräts sendet.
Zum Beispiel funktioniert der Mikrocontroller eines Fernsehers, indem er Eingaben von der Fernbedienung erhält. Dann liefert es die Ausgabe auf dem Fernsehbildschirm.
Grundlagen der Mikrocontroller-Die Arten von Mikrocontrollern
Wir haben verschiedene Mikrocontroller, die auf den folgenden Kategorien basieren: Befehlssätze, Speicher und Bits.
Grundlagen der Mikrocontroller-Befehlssätze
Es gibt zwei Kategorien von Mikrocontrollern, die auf der Befehlssatzkonfiguration basieren:
RISC
Dieses Akronym steht für Reduced Instruction Set Computers. Dies geschieht, indem der Taktzyklus für jede Anweisung reduziert wird. Und es hilft, die Arbeitszeit zu verkürzen.
CISCO
Dieses Akronym steht für Complex Instruction Set Computer. Und es ermöglicht Benutzern, eine Anweisung als Option für verschiedene einfache Befehle zu korrigieren.
Gedächtnis
Speicherkarte (RAM)
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In der Kategorie Speicherkonfiguration gibt es zwei Arten von Mikrocontrollern:
Integrierter Speicher-Mikrocontroller
Diese Art von Mikrocontroller hat normalerweise so viele Komponenten auf dem Chip wie Timer und Zähler, E / A-Ports, Datenspeicher, Interrupts usw. Ein Beispiel für einen Embedded-Speicher-Mikrocontroller ist der Intel 8051.
Externer Speicher-Mikrocontroller
Das Design dieser Art von Mikrocontroller hat keinen Programmspeicher auf seinem Chip. Ein hervorragendes Beispiel für einen externen Speicher-Mikrocontroller ist der Intel 8031.
Bits
Es gibt drei Arten von Mikrocontrollern in der Kategorie Bitkonfiguration:
32-Bit-Mikrocontroller
Sie finden den 32-Bit-Mikrocontroller in Geräten, die eine automatische Steuerung verwenden, wie z. B. medizinische Geräte usw.
16-Bit-Mikrocontroller
Der 16-Bit-Mikrocontroller eignet sich für Anwendungen mit hoher Leistung und Genauigkeit. Sie können diesen Mikrocontroller also verwenden, um logische und arithmetische Operationen durchzuführen. Ein hervorragendes Beispiel für diesen Mikrocontroller ist der Intel 8096.
8-Bit-Mikrocontroller
Der 8-Bit-Mikrocontroller ist der geringste in dieser Kategorie. Und Sie können es verwenden, um einfache Aufgaben wie das Ausführen logischer und arithmetischer Operationen wie Division, Subtraktion usw. auszuführen. Beispiele für diesen Mikrocontroller sind Intel 8051 und 8031.
Grundlagen der Mikrocontroller-Grundaufbau eines Mikrocontrollers
Der Mikrocontroller besteht aus drei grundlegenden Komponenten: E/A-Ports, Speicher und die Central Processing Unit.
Andere Komponenten dieses Geräts sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung. Aber die oben genannten sind unterstützende Geräte. Wir werden uns also die Hauptkomponenten eines Mikrocontrollers anhand seiner Struktur genau ansehen.
Grundlagen von Mikrocontrollern–Speicher
In der Regel benötigen die meisten Computersysteme zwei Arten von Speicher: Daten- und Programmspeicher. Der Datenspeicher hilft, temporäre Informationen zu behalten, während er Anweisungen ausführt. Aber der Programmspeicher besteht aus dem Programm. Das heißt, es enthält die Anweisungen, die die CPU ausführen wird.
Grundlagen der Mikrocontroller-Bus
Der Systembus ist eine der am wenigsten diskutierten Komponenten. Aber es ist ein wichtiger Teil des Mikrocontrollers.
Es bezieht sich auf eine Sammlung von Verbindungsdrähten, die die CPU mit anderen Peripheriegeräten wie den E / A-Ports und anderen unterstützenden Komponenten verbinden.
Mikrocontroller Grundlagen–CPU
Die CPU ist wie der Regen des Mikrocontrollers. Und es besteht aus zwei Teilen: der CU (Control Unit) und der ALU (Arithmetic Logic Unit).
Die CPU ist also für das Dekodieren, Lesen und Ausführen von Anweisungen zum Ausführen von Daten-, Logik- und Arithmetischen Übertragungsvorgängen verantwortlich.
Unterbricht
Die Interrupts sind eine weitere wichtige Komponente des Mikrocontrollers. Und es hat einen Interrupt-Handling-Mechanismus. Diese Komponente kann auch softwarebezogen, ewig, hardwarebezogen oder intern sein.
Grundlagen von Mikrocontrollern–I/O-Ports
Die E/A bezieht sich auf die Input/Output-Ports. Diese Komponente bietet dem Mikrocontroller eine Schnittstelle zu externen Anschlüssen. Zum Beispiel geben Eingabegeräte wie Tastaturen, Schalter usw. Informationen von einem Benutzer an die CPU weiter. Und dies geschieht in einer binären Datenform.
Wenn die CPU also die Informationen von den Eingabegeräten erhält, führt sie geeignete Anweisungen aus. Dann reagiert es über die Ausgabegeräte wie Drucker, Displays, LEDs usw.
Grundlagen der Mikrocontroller-Serieller Anschluss
Diese Komponente hilft dem Mikrocontroller, über serielle Kommunikation zu interagieren. Ein Mikrocontroller kann nur über die serielle Schnittstelle mit anderen externen Peripheriegeräten und Geräten kommunizieren. Und der UART ist die häufigste serielle Kommunikation des Mikrocontrollers.
Grundlagen der Mikrocontroller-DAC
Dieses Akronym steht für Digital to Analog Converter. Und es ist eine Schaltung, die digitale Signale in analoge Signale umwandelt. Außerdem verbindet diese Komponente die CPU des Mikrocontrollers und analoge Geräte (extern).
ADC
Das Akronym ADC steht für Analog-Digital-Wandler. Und es ist das Gegenteil des DAC. Das heißt, die Schaltung hilft, analoge Signale in digitale Signale umzuwandeln. Außerdem stellt diese Schaltung eine Verbindung zwischen den externen Analogeingangsgeräten und der CPU des Mikrocontrollers her.
Darüber hinaus ist es wichtig zu beachten, dass analoge Geräte meist Sensoren sind. Damit die CPU die Kommunikation verstehen kann, müssen die analogen Daten daher zu digitalen Daten wechseln.
Grundlagen von Mikrocontrollern–Zähler/Timer
Die Zähler und Timer sind wichtige Bestandteile des Mikrocontrollers. Und sie sind dafür verantwortlich, Operationen zur Zählung externer Ereignisse und Zeitverzögerungen anzubieten. Außerdem bieten die Komponenten Clock Control, Function Generation, etc.
Grundlagen der Mikrocontroller-Konfigurationsbits
Mikrocontroller haben normalerweise ein einzigartiges Bit. Und es sind die Konfigurationsbits. Diese Komponente hilft bei der Strukturierung der speziellen Optionen des Mikrocontrollers, die Folgendes umfassen (aber nicht darauf beschränkt sind):
Niederspannungsprogrammierung Ein/Aus
Timer ein-/ausschalten
Interne/Externe Umschaltung Ein/Aus
Oszillator-Typ
Ausfallsicherer Uhrenmonitor ein-/ausschalten
Brown Out Reset Ein/Aus
Watchdog-Timer Ein/Aus
Auf einem PIC-Mikrocontroller werden Sie auch Konfigurationsbits bemerken. Und es ist verantwortlich für den Datenschutz und den Schutz des Programmcodes.
Das heißt, die Konfigurationsbits verhindern, dass externe Programmierhardware Ihre Programm- und Datenbereiche liest. Daher wird es für andere schwierig sein, Ihren Code zu stehlen.
Vergleich zwischen Mikroprozessor und Mikrocontroller
Mikroprozessor
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Mikrocontroller
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Der Mikrocontroller ist ein Computer, der aus Timern, ROM und anderen Peripheriegeräten besteht. Daher können Sie sie Mini-Computer nennen. Außerdem gibt es sie in einer anderen Version. Aber die Mikroprozessoren sind integrierte Schaltkreise. Und sie haben Rechenleistung mit nur einer CPU in ihnen.
Hier ist eine Tabelle, die ihre Unterschiede zeigt:
Grundlagen der Mikrocontroller-Profis
Da er Anweisungen im Speicher schreibt und speichert, benötigt der Mikrocontroller keine komplexen Betriebssysteme.
Der Chip benötigt keine externe Schnittstelle von Primärkomponenten wie den E / A-Ports.
Sie können die I/O-Ports programmieren.
Der Einsatz aller wichtigen Komponenten reduziert die Fläche des Produkts, die Kosten und die Konstruktionszeit.
Grundlagen der Mikrocontroller-Nachteile
Es hat kein Betriebssystem. Daher müssen Sie alle Befehle schreiben.
Der Speicher des Mikrocontrollers (abhängig von der Menge) kann die Anweisung, die das Gerät ausführen kann, einschränken.
Einhüllend
Zusammenfassend erklären die Mikrocontroller-Grundlagen die Leistungsfähigkeit des Single-Chip-Mikrocomputers. Darüber hinaus umfasst es mehrere Peripheriegeräte, aus denen die Struktur des Geräts besteht, wie Speicher, CPU, E / A-Ports, Oszillationsschaltungen usw. Außerdem bauen Hersteller den Mikrocontroller in Geräte ein, die sie steuern.
Und jede der Peripheriegeräte spielt eine wichtige Rolle, die zur Funktion des Mikrocontrollers beiträgt. Was halten Sie von Mikrocontrollern? Benötigen Sie Hilfe, um das Beste für Ihr Projekt zu finden? Bitte zögern Sie nicht, uns zu erreichen.
