Mikrokontrollers (MCU) ir sava veida integrēta shēmas mikroshēma, kas integrē centrālo apstrādes bloku (CPU), atmiņu (RAM, ROM), dažādas ievades/izejas saskarnes (I/O) un citi funkcionālie moduļi uz neliela silīcija mikroshēmas. Raksturīgi ar mazu izmēru, zemu enerģijas patēriņu, zemām izmaksām un jaudīgām funkcijām, mikrokontrolleri tiek plaši izmantoti dažādās elektroniskās ierīcēs un sistēmās, piemēram, sadzīves tehnikā, rūpniecības vadībā, sakaru aprīkojumā, automobiļu elektronikā utt.
Mikrokontrollera darba procesu var iedalīt šādos posmos:
1. Ieslēgšanas atiestatīšana:Kad mikrokontrollers ir savienots ar barošanas avotu, tas automātiski veiks ieslēgšanas atiestatīšanu, lai notīrītu iekšējos reģistrus un sagatavotos normālai darbībai.
2. Instrukcijas atnest:Pēc atiestatīšanas pabeigšanas MCU izņem instrukciju no programmas atmiņas un saglabā to instrukcijas reģistrā.
3. Instrukcijas dekodēšana:Mikrokontrollera instrukcijas dekodētājs dekodē instrukcijas instrukcijas reģistrā, lai noteiktu veikamo darbību.
4. Norādījumu izpilde:Saskaņā ar dekodēšanas rezultātiem mikrokontrollers veic atbilstošās darbības, piemēram, datu darbību, loģisko spriedumu, vadības izvadi un tā tālāk.
5. pārtraukuma apstrāde:Izpildot instrukciju, ja tā sastopas ar pārtraukuma pieprasījumu, MCU aptur pašreizējās instrukcijas izpildi un dosies rīkoties ar pārtraukuma pakalpojumu programmu.
6. Cikliska izpilde:MCU atkārto iepriekš minēto procesu saskaņā ar instrukciju secību programmas atmiņā, lai realizētu dažādas funkcijas.
Šis ir detalizēts mikrokontrollera un tā darba principa dažādu komponentu apraksts.
1. CPU:Mikrokontrollera centrālā apstrādes vienība (CPU) ir visas sistēmas kodols, kas ir atbildīgs par instrukciju izpildi programmā. CPU galvenokārt sastāv no aritmētiskās loģikas vienības (ALU), vadības vienības (CU) un reģistra grupas. ALU ir atbildīgs par visa veida datu aritmētisko un loģisko spriedumu veikšanu; Cu ir atbildīgs par instrukciju dekodēšanu un kontroli; un reģistra grupa tiek izmantota datu un starpposma rezultātu saglabāšanai.
2. atmiņa:Mikrokontrollera atmiņa galvenokārt ietver programmas atmiņu (ROM) un datu atmiņu (RAM). Programmas atmiņa tiek izmantota rakstiskā programmas koda saglabāšanai; Datu atmiņa tiek izmantota, lai saglabātu datus un mainīgos lielumus darbības laikā.
3. I/O interfeiss:Mikrokontrollera I/O interfeiss tiek izmantots, lai apmainītos ar datiem ar ārējām ierīcēm, un I/O interfeiss ietver ievades interfeisu (ievadi), izvades interfeisu (izvadi) un divvirzienu interfeisu (divvirzienu). Ievades interfeiss tiek izmantots, lai saņemtu datus, ko nosūta ārējās ierīces; Izejas saskarni izmanto, lai nosūtītu datus uz ārējām ierīcēm; Divvirzienu interfeiss var saņemt datus, ko nosūta ārējās ierīces, kā arī nosūtīt datus uz ārējām ierīcēm.
4. taimeris/skaitītājs:Mikrokontrollera taimeris/skaitītājs tiek izmantots, lai ģenerētu laika signālus vai saskaitītu ārējos notikumus. Taimeris/skaitītājs var radīt impulsa signālus ar fiksētu frekvenci vai skaitīt atbilstoši ieejas signāla frekvencei.
5. Sērijas sakaru saskarne:Mikrokontrollera seriālā sakaru saskarne tiek izmantota seriālajai komunikācijai ar citām ierīcēm. Sērijas sakaru saskarne ietver seriālo raidītāju (sērijveida raidītāju) un seriālo uztvērēju (sērijveida uztvērējs), kas var realizēt datu pilnīgu vai pus-dupleksu pārraidi.
6. Analog-digitālais pārveidotājs (ADC) un digitālais-analogais pārveidotājs (DAC):Mikrokontrollera ADC izmanto, lai pārveidotu analogos signālus digitālos signālos; DAC tiek izmantots, lai digitālos signālus pārveidotu par izvades analogiem signāliem uz ārējām ierīcēm.
7. pārtraukuma sistēma:Mikrokontrollera pārtraukšanas sistēma tiek izmantota, lai risinātu negaidītus notikumus un uzlabotu sistēmas reālā laika un reakcijas ātrumu. Pārtraukuma sistēma ietver pārtraukuma avotu, pārtraukuma kontrolieri un pārtraukuma pakalpojumu programmu. Pārtraukuma avots ir ierīce vai notikums, kas ģenerē pārtraukuma pieprasījumu; Pārtraukuma kontrolieris ir atbildīgs par pārtraukuma pieprasījuma pārvaldību un prioritāšu noteikšanu; Un pārtraukuma pakalpojumu programma ir programma, kas apstrādā pārtraukuma notikumu.
8. Pulksteņa ķēde:Mikrokontrollera pulksteņa ķēde tiek izmantota, lai nodrošinātu stabilu pulksteņa signālu, lai sinhronizētu katra moduļa darbu. Pulksteņa ķēde parasti sastāv no iekšējā oscilatora un pulksteņa dalītāja. Iekšējais oscilators ģenerē augstfrekvences pulksteņa signālu; Pulksteņa dalītājs sadala augstfrekvences pulksteņa signālu zemfrekvences pulksteņa signālos, kas piemēroti katra moduļa darbam.
9. Barošanas avota shēma:Mikrokontrollera barošanas avota ķēde tiek izmantota, lai nodrošinātu stabilu barošanas spriegumu visai sistēmai. Barošanas avota ķēdē parasti ir sprieguma regulators un filtrs. Sprieguma regulators stabilizē ieejas barošanas spriegumu pret spriegumu, kas piemērots mikrokontrollera darbībai; Filtru izmanto, lai novērstu troksni un svārstības barošanas spriegumā.
10. perifērijas shēmas:Mikrokontrollera perifērijas ķēdes ietver dažādus sensorus, izpildmehānismus un citas papildu shēmas. Sensori tiek izmantoti, lai noteiktu izmaiņas ārējā vidē; Aktatori tiek izmantoti, lai vadītu ārējās ierīces atbilstoši vadības signāliem; un palīg ķēdes tiek izmantotas, lai realizētu īpašas funkcijas, piemēram, pastiprinātājus un filtrus.
Īsāk sakot, mikrokontrollers ir ļoti integrēts mikrodators, kas realizē dažādu ierīču kontroli un pārvaldību, izmantojot dažādus iekšējās funkcijas moduļus un ārējās perifērijas shēmas. Mikrokontrollera darba procesu var iedalīt tādos posmos kā ieslēgšanas atiestatīšana, instrukciju iegūšana, instrukciju dekodēšana, instrukciju izpildīšana, pārtraukšanas vadīšana un cilpas izpilde. Izpratne par mikrokontrollera sastāvu un darba principu palīdz mums labāk izstrādāt un attīstīt dažādas elektroniskas ierīces un sistēmas.