Mikrokontroler (MCU) je nekakšen integriran čip vezja, ki združuje centralno procesno enoto (CPU), pomnilnik (RAM, ROM), različne vhodne/izhodne vmesnike (V/I) in druge funkcionalne module na majhnem silikonskem čipu. Mikrokontrolerji so značilni za majhne velikosti, nizke porabe energije, nizki stroški in močne funkcije, ki se pogosto uporabljajo v različnih elektronskih napravah in sistemih, kot so domači aparati, industrijska kontrola, komunikacijska oprema, avtomobilska elektronika, ETC.
Delovni postopek mikrokontrolerja lahko razdelimo na naslednje korake:
1. Ponastavitev vklopa:Ko je mikrokontroler povezan z napajanjem, bo samodejno izvedel ponastavitev vklopa, da očistijo notranje registre in se pripravijo na normalno delovanje.
2. Navodila:Po končani ponastavitvi MCU vzame navodilo iz programskega pomnilnika in ga shrani v register navodil.
3. Dekodiranje navodil:Navodni dekoder mikrokontrolerja dekodira navodilo v registru navodil, da določi operacijo, ki jo je treba izvesti.
4. Izvedba navodil:Glede na rezultate dekodiranja mikrokontroler izvaja ustrezne operacije, kot so operacija podatkov, logična presoja, kontrolni izhod in tako naprej.
5. Prekinitev obdelave:Med izvajanjem navodila, če naleti na zahtevo za prekinitev, bo MCU ustavil izvedbo trenutnega navodila in se odpravil na upravljanje programa prekinitve.
6. Ciklična izvedba:MCU ponovi zgornji postopek v skladu z vrstnim redom navodil v programskem pomnilniku, da uresniči različne funkcije.
Sledi podroben opis različnih komponent mikrokontrolerja in njenega načela delovnega dela.
1. CPU:Osrednja procesna enota (CPU) mikrokontrolerja je jedro celotnega sistema, ki je odgovorna za izvajanje navodil v programu. CPU je v glavnem sestavljen iz aritmetične logične enote (ALU), krmilne enote (CU) in skupine registra. ALU je odgovoren za izvajanje vseh vrst podatkov o aritmetiki in logičnih presojah; CU je odgovoren za dekodiranje in nadzor navodil; in skupina registra se uporablja za shranjevanje podatkov in vmesnih rezultatov.
2. Pomnilnik:Pomnilnik mikrokontrolerja večinoma vključuje programski pomnilnik (ROM) in podatkovni pomnilnik (RAM). Programski pomnilnik se uporablja za shranjevanje pisne programske kode; Podatkovni pomnilnik se uporablja za shranjevanje podatkov in spremenljivk med delovanjem.
3. V/I vmesnik:V/I vmesnik mikrokontrolerja se uporablja za izmenjavo podatkov z zunanjimi napravami, vmesnik V/I pa vključuje vhodni vmesnik (vhod), izhodni vmesnik (izhod) in dvosmerni vmesnik (dvosmerni). Vhodni vmesnik se uporablja za prejemanje podatkov, ki jih pošljejo zunanje naprave; Izhodni vmesnik se uporablja za pošiljanje podatkov na zunanje naprave; Dvosmerni vmesnik lahko prejme podatke, ki jih pošljejo zunanje naprave, in pošilja podatke na zunanje naprave.
4. Časovnik/števec:Časovnik/števec mikrokontrolerja se uporablja za ustvarjanje časovnih signalov ali štetje zunanjih dogodkov. Časovnik/števec lahko ustvari impulzne signale s fiksno frekvenco ali šteje glede na frekvenco vhodnega signala.
5. Serijski komunikacijski vmesnik:Serijski komunikacijski vmesnik mikrokontrolerja se uporablja za serijsko komunikacijo z drugimi napravami. Serijski komunikacijski vmesnik vključuje serijski oddajnik (serijski oddajnik) in serijski sprejemnik (serijski sprejemnik), ki lahko uresničuje prenos podatkov s polnim dupletom ali na pol dupleksa.
6. Analogno-digitalni pretvornik (ADC) in pretvornik digitalnega do analognega pretvornika (DAC):ADC mikrokontrolerja se uporablja za pretvorbo analognih signalov v digitalne signale za obdelavo; DAC se uporablja za pretvorbo digitalnih signalov v analogne signale za izhod v zunanje naprave.
7. prekinitveni sistem:Motilni sistem mikrokontrolerja se uporablja za reševanje nepričakovanih dogodkov in izboljšanje hitrosti sistema v realnem času in odzivanju. Sistem prekinitve vključuje vir prekinitve, krmilnik prekinitve in program za prekinitev. Vir prekinitve je naprava ali dogodek, ki ustvari zahtevo za prekinitev; Krmilnik prekinitve je odgovoren za upravljanje in prednost prednosti zahteve za prekinitev; In program prekinitve je program, ki obravnava prekinitveni dogodek.
8. Clock Circuit:Urni vezje mikrokontrolerja se uporablja za zagotavljanje stabilnega signala ure za sinhronizacijo dela vsakega modula. Urani vezje običajno sestavlja notranji oscilator in delilnik ure. Notranji oscilator ustvari visokofrekvenčni urni signal; Delilnik ure razdeli signal visokofrekvenčnega ura na nizkofrekvenčne uro, primerne za delo vsakega modula.
9. Napajalno vezje:Napajalni vezje mikrokontrolerja se uporablja za zagotavljanje stabilne napajalne napetosti za celoten sistem. Napajalni vezje običajno vključuje regulator napetosti in filter. Regulator napetosti stabilizira vhodno napajalno napetost do napetosti, primerne za delovanje mikrokontrolerja; Filter se uporablja za odpravljanje hrupa in nihanj v napajalni napetosti.
10. periferna vezja:Periferna vezja mikrokontrolerja vključujejo različne senzorje, aktuatorje in druga pomožna vezja. Senzorji se uporabljajo za odkrivanje sprememb v zunanjem okolju; Aktuatorji se uporabljajo za pogon zunanjih naprav v skladu s kontrolnimi signali; in pomožna vezja se uporabljajo za uresničitev posebnih funkcij, kot so ojačevalniki in filtri.
Skratka, mikrokontroler je zelo integriran mikroračunalnik, ki uresničuje nadzor in upravljanje različnih naprav z različnimi notranjimi funkcijskimi moduli in zunanjimi perifernimi vezji. Delovni postopek mikrokontrolerja lahko razdelimo na korake, kot so ponastavitev vklopa, nanašanje navodil, dekodiranje navodil, izvajanje navodil, ravnanje z prekinitvijo in izvajanje zanke. Razumevanje sestave in načela dela mikrokontrolerja nam pomaga pri boljšem oblikovanju in razvoju različnih elektronskih naprav in sistemov.