Что такое микроконтроллер (МК)?

Что такое микроконтроллер (MCU)?

Рисунок 1. Внешний вид микроконтроллера

Микроконтроллер — это электронный компонент, который содержит все основные функции компьютера в одной микросхеме.

Внутри микроконтроллера находится полупроводник, называемый ЦП, который выполняет арифметические операции, и запоминающее устройство, такое как ПЗУ/ОЗУ. Устройство, в котором микроконтроллер встроен в электронное устройство, также называется встроенным устройством.

Поскольку микроконтроллер может реализовать различные функции в одной микросхеме, он может способствовать сокращению количества деталей в изделии и количества человеко-часов, необходимых для проектирования и разработки. Сегодня микроконтроллеры незаменимы для различных операций в электронных устройствах.

Применение микроконтроллеров

Рисунок 2. Использование микроконтроллера

Микроконтроллеры используются в таких знакомых продуктах, как автомобили и бытовая техника, включая рисоварки. Вот несколько примеров других бытовых приборов, в которых используются микроконтроллеры.

• Холодильники
• Стиральные машины
• Микроволновые печи
• Беспроводные пылесосы и роботы-пылесосы
• Фены
• Сфигмоманометры/термометры
• Осветительные приборы
• Пульты дистанционного управления телевизорами

Помимо бытовой техники, микроконтроллеры также используются в микрокомпьютерных счетчиках, которые измеряют потребление электроэнергии и газа в домохозяйствах, а также в игровых консолях, таких как Switch. Микрокомпьютеры установлены в самых разных электроприборах вокруг нас.

Принцип работы микроконтроллеров

Рисунок 3. Базовая конфигурация микроконтроллера

Микроконтроллеры состоят из ЦП (центрального процессора), ПЗУ (постоянного запоминающего устройства), ОЗУ (оперативного запоминающего устройства), ввода-вывода (ввода-вывода), таймера и тактового генератора. Такая конфигурация позволяет микроконтроллерам получать входные данные, выполнять запрограммированную обработку и выводить сигнал.

Компоненты микроконтроллеров и их роли следующие:

• ЦП
  Часть, которая выполняет запрограммированную обработку.
• ПЗУ
  Часть, в которой хранится программное обеспечение, определяющее содержание запрограммированной обработки.
• ОЗУ
  Часть, которая временно хранит данные, такие как результаты обработки программы.
• Ввода-вывода
  Часть, которая получает некоторые входные данные и выводит обработанный сигнал. АЦП, преобразующее аналоговые сигналы в цифровые сигналы, является частью функции ввода-вывода.
• Таймер
  Часть, которая измеряет время для запуска/остановки обработки программы или для мониторинга программы.
• Генератор тактовых импульсов
  Часть, которая получает сигналы от схемы осциллятора и генерирует выходные сигналы (тактовые импульсы) различных частот.

В дополнение к базовой конфигурации также настраиваются периферийные цепи, такие как цепи питания, цепи генератора и цепи сброса. Эти цепи размещаются вне микроконтроллеров, но необходимы для запуска/управления микроконтроллерами.

• Цепь питания
  Эта цепь генерирует питание для микроконтроллера.
• Цепь передачи
  Эта цепь генерирует тактовый сигнал для подачи на микроконтроллеры.
• Схема сброса
  Схема инициализации микроконтроллера при включении питания микроконтроллера.

Типы микроконтроллеров

Микроконтроллеры используются в различных приложениях, с многочисленными типами, адаптированными к конкретным спецификациям и требованиям к производительности. В этом разделе обсуждаются автомобильные микроконтроллеры, микроконтроллеры для бытовой техники и промышленные микроконтроллеры, а также объясняются особенности каждого типа микроконтроллера.

1. Автомобильные микроконтроллеры

Автомобильные микроконтроллеры используются для управления двигателем и периферийными устройствами в автомобилях. При управлении двигателем они вычисляют количество впрыскиваемого топлива и момент зажигания, а также отправляют выходные сигналы на исполнительные механизмы.

Другая роль автомобильных микроконтроллеров заключается в управлении электродвигателями, такими как электрические стеклоподъемники. Говорят, что в каждом автомобиле используется около 100 двигателей.

2. Микроконтроллеры для бытовой техники

Микроконтроллеры используются в рисоварнях, фенах, беспроводных пылесосах и других приборах. Микроконтроллеры для бытовых приборов должны быть компактными, энергосберегающими и недорогими.

3. Промышленные микроконтроллеры

Микроконтроллеры используются в промышленных приложениях, таких как станки, промышленные роботы и управление заводами. Поскольку остановка завода из-за неисправности снижает производительность, промышленные микроконтроллеры должны обладать высокой надежностью для продолжения работы в течение длительного периода времени.

Промышленные микроконтроллеры также должны иметь функции связи, совместимые с промышленным Ethernet. В последние годы все больше промышленных устройств оснащаются промышленным Ethernet, таким как EtherCAT.

Промышленный Ethernet — это промышленная сеть, которая заменяет данные, ранее обменивавшиеся аналоговыми сигналами, на цифровую связь. Промышленный Ethernet имеет преимущество в сокращении количества проводов и содействии эффективному использованию данных.