Wat is een microcontroller?

Microcontrollers zijn een integraal onderdeel van embedded systemen. Een microcontroller is in feite een goedkope en kleine computer op een enkele chip die een processor, een klein geheugen en programmeerbare randapparatuur voor invoer en uitvoer bevat. Ze zijn bedoeld om te worden gebruikt in automatisch gestuurde producten en apparaten om vooraf gedefinieerde en voorgeprogrammeerde taken uit te voeren. Om een ​​beter idee te krijgen van wat eigenlijk een microcontroller is; Laten we eens kijken naar een voorbeeld van een product waarin een microcontroller wordt gebruikt. Een digitale thermometer die de omgevingstemperatuur weergeeft, maakt gebruik van een microcontroller die is aangesloten op een temperatuursensor en een display-eenheid (zoals een LCD). De microcontroller neemt hier de input van de temperatuursensor in ruwe vorm, verwerkt deze en geeft deze weer op een kleine LCD-displayeenheid in een door mensen leesbare vorm.Evenzo worden een enkele of meerdere microcontrollers gebruikt in veel elektronische apparaten, afhankelijk van de vereisten en complexiteit van toepassingen.

Waar worden ze gebruikt?

Microcontrollers worden gebruikt in embedded systemen, in feite een verscheidenheid aan producten en apparaten die een combinatie zijn van hardware en software, en ontwikkeld om bepaalde functies uit te voeren. Enkele voorbeelden van embedded systemen waarin microcontrollers worden gebruikt, zijn: wasmachines, verkoopautomaten, magnetrons, digitale camera's, auto's, medische apparatuur, smartphones, smartwatches, robots en diverse huishoudelijke apparaten.

Waarom gebruiken we microcontrollers?

Microcontrollers worden gebruikt om automatisering toe te passen in embedded applicaties. De belangrijkste reden achter de immense populariteit van microcontrollers is hun vermogen om de omvang en kosten van een product of ontwerp te verminderen, vergeleken met een ontwerp dat is gebouwd met behulp van afzonderlijke microprocessor, geheugen en invoer / uitvoerapparaten.

Omdat microcontrollers functies hebben zoals een ingebouwde microprocessor, RAM, ROM, seriële interfaces, parallelle interfaces, analoog naar digitaal converter (ADC), digitaal naar analoog converter (DAC) enz. Die het gemakkelijk maken om er applicaties omheen te bouwen. Bovendien biedt de programmeeromgeving van microcontrollers enorme mogelijkheden om de verschillende soorten applicaties naar behoefte te besturen.

Wat zijn de verschillende soorten microcontrollers?

Er is een breed scala aan microcontrollers op de markt. Verschillende bedrijven zoals Atmel, ARM, Microchip, Texas Instruments, Renesas, Freescale, NXP Semiconductors, enz. Vervaardigen verschillende soorten microcontrollers met verschillende soorten functies. Als we naar verschillende parameters kijken, zoals programmeerbaar geheugen, flitsgrootte, voedingsspanning, input / output-pinnen, snelheid, enz., Kan men de juiste microcontroller voor hun toepassing selecteren.

Laten we deze parameters en verschillende soorten microcontrollers eens bekijken op basis van deze parameters.

Databus (bitgrootte):

Als ze worden geclassificeerd op basis van de bitgrootte, variëren de meeste microcontrollers van 8-bit tot 32 bit (microcontrollers met een hoger bit zijn ook beschikbaar). In een 8-bit microcontroller bestaat de databus uit 8 datalijnen, terwijl in een 16-bit microcontroller de databus uit 16 datalijnen bestaat voor 32 bit en hogere microcontrollers.

Geheugen:

Microcontrollers hebben geheugen (RAM, ROM, EPROM, EEPROM, flashgeheugen, enz.) Nodig om programma's en gegevens op te slaan. Sommige microcontrollers hebben ingebouwde geheugenchips, terwijl andere een extern geheugen nodig hebben om te worden aangesloten. Dit worden respectievelijk embedded geheugenmicrocontrollers en externe geheugenmicrocontrollers genoemd. De ingebouwde geheugengrootte varieert ook in de verschillende soorten microcontrollers en over het algemeen vindt u microcontrollers met een geheugen van 4B tot 4Mb.

Aantal invoer- / uitvoerpinnen:

Microcontrollers variëren afhankelijk van het aantal invoer-uitvoerpennen. Men kan een specifieke microcontroller kiezen volgens de vereisten van de toepassing.

Instructie set:

Er zijn twee soorten instructiesets: RISC en CISC. Een microcontroller kan RISC (Reduced Instruction Set Computer) of CISC (Complex Instruction Set Computer) gebruiken. Zoals de naam suggereert, verkort RISC de bewerkingstijd die de klokcyclus van een instructie definieert; terwijl CISC het mogelijk maakt om één instructie toe te passen als alternatief voor veel instructies.

Geheugenarchitectuur:

Er zijn twee soorten microcontrollers: microcontrollers met geheugenarchitectuur van Harvard en microcontrollers met geheugenarchitectuur van Princeton.

Hier zijn enkele populaire microcontrollers onder studenten en hobbyisten.

8051 serie microcontrollers (8-bit)

AVR-microcontrollers van Atmel (ATtiny, ATmega-serie)

Microchip's PIC-serie microcontrollers

Microcontrollers van Texas Instruments zoals MSP430

ARM-microcontrollers

Kenmerken van microcontrollers

Microcontrollers worden gebruikt in embedded systemen vanwege hun verschillende kenmerken. Zoals weergegeven in het onderstaande blokschema van een microcontroller, bestaat deze uit een processor, I / O-pinnen, seriële poorten, timers, ADC, DAC en Interrupt Control.

Processor of CPU

Processor is het brein van een microcontroller. Wanneer de invoer wordt geleverd via invoerpinnen en instructies via programma's, verwerkt het de gegevens dienovereenkomstig en levert het aan de uitvoerpinnen.

Geheugen

Geheugenchips zijn geïntegreerd in een microcontroller om alle programma's en gegevens op te slaan. Er kunnen verschillende soorten geheugen zijn geïntegreerd in microcontrollers zoals RAM, ROM, EPROM, EEPROM, Flash-geheugen, enz.

Input-output poorten

Elke microcontroller heeft input output poorten. Afhankelijk van het type microcontrollers kan het aantal input output pinnen variëren. Ze worden gebruikt om te communiceren met externe invoer- en uitvoerapparaten zoals sensoren, display-eenheden, enz.

Seriële poorten

Ze vergemakkelijken de seriële interface van microcontrollers met andere randapparatuur. Een seriële poort is een seriële communicatie-interface waarmee informatie bit voor bit in of uit wordt overgedragen.

ADC en DAC

Soms moeten embedded systemen gegevens converteren van digitaal naar analoog en vice versa. Dus de meeste microcontrollers zijn voorzien van ingebouwde ADC (analoog naar digitaal converter) en DAC (digitaal naar analoog converters) om de vereiste conversie uit te voeren.

Timers

Timers en tellers zijn belangrijke onderdelen van embedded systemen. Ze zijn vereist voor verschillende bewerkingen, zoals pulsgeneratie, externe pulsen tellen, modulatie, oscillatie, enz.

Controle onderbreken

Interrupt control is een van de krachtige kenmerken van microcontrollers. Het is een soort melding die het lopende proces onderbreekt en instrueert om de taak uit te voeren die is gedefinieerd door interruptbesturing.

Om dit alles samen te vatten: microcontrollers zijn een soort compacte minicomputers die zijn ontworpen om specifieke taken in embedded systemen uit te voeren. Met een breed scala aan functies zijn hun belang en gebruik enorm en ze zijn te vinden in producten en apparaten in alle industrieën.