¿Los principios y aplicaciones de los microcontroladores?

¿Qué es exactamente un microcontrolador? Es una computadora, solo una miniatura. Aunque es pequeña, tiene todos los órganos internos: también utiliza módulos similares a los de una computadora, como CPU, memoria, bus paralelo y dispositivos de almacenamiento que tienen la misma función. como disco duro La diferencia es que El rendimiento de estos componentes es mucho más débil que el de nuestras computadoras domésticas, pero el precio también es bajo, generalmente no más de 10 yuanes ... Basta con usarlo para hacer algunas cosas. Tareas no muy complicadas como el control de electrodomésticos. ¡Se puede ver en campanas extractoras de humo, VCD y otros electrodomésticos! ...Se utiliza principalmente como componente central de la sección de control. \x0d\El microcontrolador funciona por programas y puede modificarse. Se realizan diferentes funciones a través de diferentes programas, especialmente algunas funciones especiales y únicas. Esto es algo que otros dispositivos requieren mucho esfuerzo para lograr y algunas son difíciles de lograr incluso con un gran esfuerzo. Si se implementa una función no muy complicada utilizando hardware puro como la serie 74 desarrollada en los Estados Unidos en los años 50 o la serie CD4000 en los años 60, ¡el circuito debe ser una placa PCB grande! Pero si utilizamos la serie de microcontroladores que se comercializaron con éxito en los Estados Unidos en la década de 1970, ¡los resultados serán muy diferentes! ¡Solo porque el microcontrolador puede lograr alta inteligencia, alta eficiencia y alta confiabilidad a través de los programas que usted escribe! \x0d\ Dado que los microcontroladores son sensibles a los costos, el software actualmente dominante sigue siendo el lenguaje ensamblador de nivel más bajo (en los últimos años, el lenguaje C también ha comenzado a usarse ampliamente, excepto el código de máquina binario). Si es de tan bajo nivel, ¿por qué todavía lo usas? Muchos lenguajes de alto nivel han alcanzado el nivel de programación visual, ¿por qué no utilizarlos? La razón es muy simple, es decir, el microcontrolador no tiene una CPU como una computadora doméstica, ni un dispositivo de almacenamiento masivo como un disco duro. Incluso si solo hay un botón en un pequeño programa escrito en un lenguaje visual de alto nivel, ¡alcanzará un tamaño de docenas de K! Está bien para el disco duro de una PC doméstica, pero es inaceptable para un microcontrolador. La tasa de utilización de los microcontroladores en términos de recursos de hardware debe ser muy alta, por lo que, aunque el ensamblaje es primitivo, todavía se usa ampliamente. De la misma manera, si el sistema operativo y el software de aplicación de una supercomputadora se ejecutan en una PC doméstica, la PC doméstica no podrá soportarlo. \x0d\El microcontrolador más utilizado en la actualidad es el MCS-51, producido por INTEL Corporation de los Estados Unidos (Intel, que produce CPU 89C51, es un microcontrolador muy popular en mi país en los últimos años). producido por ATMEL Corporation de los Estados Unidos. El núcleo es compatible con el microcontrolador MCS-51. \x0d\La microcomputadora de un solo chip se conoce como microcomputadora de un solo chip, que es un microcontrolador integrado típico (MicrocontrollerUnit). \x0d\El chip de microcomputadora de un solo chip\x0d\La abreviatura MCU de letras inglesas de uso común representa el. Microcomputadora de un solo chip. La microcomputadora de un solo chip también se llama microcontrolador de un solo chip. No es un chip A completo con una determinada función lógica, sino un sistema informático integrado en un chip. Una microcomputadora de un solo chip se compone de una unidad aritmética, un controlador, una memoria y dispositivos de entrada y salida. Es equivalente a una microcomputadora (sistema mínimo). En comparación con una computadora, una microcomputadora de un solo chip solo carece de dispositivos de E/S. En pocas palabras: un chip se convierte en una computadora. Su pequeño tamaño, peso ligero y precio económico proporcionan condiciones convenientes para el aprendizaje, la aplicación y el desarrollo. Al mismo tiempo, aprender a utilizar microcontroladores es la mejor opción para comprender los principios y estructuras de la computadora. Se utilizó por primera vez en el campo del control industrial. \x0d\Debido a la amplia aplicación de la microcomputadora de un solo chip en el campo del control industrial, la microcomputadora de un solo chip se desarrolla a partir de un procesador especial con solo CPU en el chip. El primer concepto de diseño fue integrar una gran cantidad de dispositivos periféricos y CPU en un solo chip para hacer que el sistema informático fuera más pequeño y más fácil de integrar en dispositivos de control complejos con estrictos requisitos de volumen. \x0d\El 8080 de INTEL fue el primer procesador diseñado según esta idea. Los microcontroladores en ese momento eran todos de 8 o 4 bits. El más exitoso es el 8031 ​​de INTEL. Desde entonces, la serie MCS51 de sistemas de microcontroladores se ha desarrollado en el 8031. Ha recibido grandes elogios por su sencillez, fiabilidad y buen rendimiento.

Aunque ARM ha desarrollado microcontroladores de alta gama de 32 bits con una frecuencia principal de más de 300 M desde 2000, los microcontroladores basados ​​en 8031 ​​todavía se utilizan ampliamente hasta ahora. En muchos aspectos, los microcontroladores son más adecuados para sistemas integrados que los procesadores dedicados, por lo que se utilizan ampliamente. De hecho, los microcontroladores son la mayor cantidad de procesadores en el mundo. A medida que crece la familia de microcontroladores, el desarrollo de microcontroladores y procesadores de propósito especial toma caminos separados. \x0d\ Casi todos los productos electrónicos y mecánicos utilizados en la vida humana moderna estarán integrados con un microcontrolador. Los teléfonos móviles, calculadoras, electrodomésticos, juguetes electrónicos, computadoras de mano, ratones y otros accesorios informáticos están equipados con 1 o 2 microcontroladores. Los automóviles generalmente están equipados con más de 40 microcontroladores, y los complejos sistemas de control industrial pueden incluso tener cientos de microcontroladores funcionando al mismo tiempo. La cantidad de microcontroladores no sólo excede con creces la de las PC y otras computadoras combinadas, sino que es incluso mayor que la cantidad de humanos. \x0d\El microcontrolador se refiere al chip en sí, mientras que el sistema de microcontrolador es diseñado por el usuario para implementar una determinada aplicación de control. Es un sistema de aplicación informática construido alrededor del chip del microcontrolador. El sistema de desarrollo de microcontroladores se refiere a la herramienta para el desarrollo y depuración de microcontroladores. Desde sus inicios, el rendimiento de las microcomputadoras de un solo chip se ha mejorado y mejorado continuamente, y sus recursos pueden satisfacer las necesidades de muchas aplicaciones. Además, las microcomputadoras de un solo chip tienen las características de alta integración, funciones sólidas, velocidad rápida y tamaño pequeño. tamaño, bajo consumo de energía, fácil uso y bajo precio está reemplazando gradualmente el sistema de aplicación de microcomputadora multichip existente. El proceso en el que el microcontrolador completa automáticamente las tareas que se le asignan es el proceso en el que el microcontrolador ejecuta el programa, es decir, el proceso de ejecutar instrucciones una por una. Las llamadas instrucciones consisten en escribir la forma de comandos para varias operaciones. que el microcontrolador debe realizar. Esto está en el diseño. Determinado por el sistema de instrucciones que le asigna el personal, una instrucción corresponde a una operación básica. Los microcontroladores tienen diferentes sistemas de instrucción. Para que el microcontrolador complete automáticamente una tarea específica, el problema a resolver debe compilarse en una serie de instrucciones (estas instrucciones deben ser instrucciones que el microcontrolador seleccionado pueda reconocer y ejecutar. El conjunto de esta serie de instrucciones se convierte en un). programa, y ​​el programa necesita ser almacenado previamente en un componente con función de almacenamiento: la memoria. La memoria se compone de muchas unidades de almacenamiento (la unidad de almacenamiento más pequeña), al igual que un edificio grande se compone de muchas habitaciones. Las instrucciones en la unidad se recuperan y ejecutan como cada habitación del edificio grande. se asigna a Al igual que el número de habitación único, a cada unidad de almacenamiento también se le debe asignar un número de dirección único, que se denomina dirección de la unidad de almacenamiento. De esta manera, siempre que se conozca la dirección de la unidad de almacenamiento, la unidad de almacenamiento. se puede encontrar, y las instrucciones almacenadas en él se pueden sacar y luego ejecutar. \x0d\2Clasificación de aplicaciones\x0d\Editor\x0d\\x0d\ Como una rama importante del desarrollo informático, los microcontroladores se pueden dividir aproximadamente en de propósito general/especial, de tipo bus/no bus desde diferentes perspectivas según a la situación de desarrollo actual y el tipo de control industrial/tipo de electrodoméstico. \x0d\Tipo general/tipo especial\x0d\\x0d\Esto se distingue según el ámbito de aplicación del microcontrolador. Por ejemplo, el 80C51 es un microcontrolador de uso general, que no está diseñado para un propósito específico; un microcontrolador de propósito especial está diseñado y producido para un tipo de producto o incluso para un producto determinado, por ejemplo, para cumplir con los requisitos de. Un termómetro electrónico, integra funciones como una interfaz ADC en el circuito de control de medición de temperatura. \x0d\Tipo de bus/no bus\x0d\\x0d\Esto se distingue si el microcontrolador proporciona un bus paralelo. Los microcontroladores de tipo bus generalmente están equipados con un bus de direcciones paralelo, un bus de datos y un bus de control. Estos pines se utilizan para expandir dispositivos periféricos paralelos y se pueden conectar al microcontrolador a través del puerto serie. Los dispositivos periféricos requeridos y la interfaz están integrados en un chip, por lo que en muchos casos no es necesario expandir el bus en paralelo, lo que ahorra en gran medida los costos de empaque y el tamaño del chip. Este tipo de microcontrolador se denomina microcontrolador sin bus. . \x0d\Tipo de control/tipo de electrodoméstico\x0d\\x0d\Esto se divide según el campo de aplicación general del microcontrolador.

En términos generales, el tipo de control industrial tiene un amplio rango de direccionamiento y una gran potencia informática. Los microcontroladores utilizados para electrodomésticos son en su mayoría tipos dedicados, generalmente con paquetes pequeños, precios bajos y alta integración de dispositivos periféricos e interfaces periféricas. Evidentemente, la clasificación anterior no es única ni estricta. Por ejemplo, el microcontrolador tipo 80C51 es tanto de uso general como de tipo bus, y también se puede utilizar para control industrial. \x0d\3Historial de desarrollo\x0d\Editor\x0d\\x0d\ El microcontrolador nació en 1971 y ha pasado por tres etapas: SCM, MCU y SoC. Los primeros microcontroladores SCM eran todos de 8 o 4 bits. El más exitoso es el 8031 ​​de INTEL. Desde entonces, el sistema MCU de la serie MCS51 se ha desarrollado en 8031. Los sistemas de microcontroladores basados ​​en este sistema todavía se utilizan ampliamente en la actualidad. A medida que aumentaron los requisitos en el campo del control industrial, comenzaron a aparecer microcontroladores de 16 bits, pero no se utilizaron ampliamente debido a su rendimiento de costos insatisfactorio. Con el rápido desarrollo de los productos electrónicos de consumo después de la década de 1990, la tecnología de los microcontroladores ha mejorado enormemente. Con la aplicación generalizada de la serie INTELi960, especialmente la serie ARM posterior, los microcontroladores de 32 bits reemplazaron rápidamente el estado de gama alta de los microcontroladores de 16 bits y entraron en el mercado principal. \x0d\El rendimiento de los microcontroladores tradicionales de 8 bits también ha mejorado rápidamente y la potencia de procesamiento ha aumentado cientos de veces en comparación con la década de 1980. En la actualidad, la frecuencia principal de los microcontroladores Soc de 32 bits de alta gama ha superado los 300 MHz y su rendimiento está alcanzando muy de cerca el de los procesadores dedicados de mediados de la década de 1990. El precio de fábrica de los modelos normales ha bajado a 1 dólar estadounidense. El modelo de gama más alta cuesta sólo 10 dólares. \x0d\Los sistemas de microcontroladores contemporáneos ya no se desarrollan ni se utilizan únicamente en entornos básicos. Una gran cantidad de sistemas operativos integrados dedicados se utilizan ampliamente en una gama completa de microcontroladores. Y los microcontroladores de alta gama, que son el procesamiento central de las computadoras portátiles y los teléfonos móviles, pueden incluso usar directamente sistemas operativos dedicados Windows y Linux. \x0d\Main stage\x0d\\x0d\Early stage\x0d\SCM es la etapa Single Chip Microcomputer (Microcomputadora de un solo chip), que busca principalmente la mejor arquitectura para el mejor sistema integrado de un solo chip. El éxito del "modelo de innovación" estableció un camino de desarrollo completamente diferente para SCM y las computadoras en general. Intel ha desempeñado un papel importante como pionero en el desarrollo independiente de sistemas integrados. \x0d\Desarrollo a medio plazo\x0d\MCU es la etapa del microcontrolador (MicroControllerUnit). La principal dirección de desarrollo técnico es: expandir continuamente varios circuitos periféricos y circuitos de interfaz que cumplen con los requisitos del sistema de objetos en aplicaciones integradas, destacando la inteligencia de. sus objetos capacidades de control químico. Todos los campos que involucra están relacionados con sistemas de objetos, por lo que la importante tarea de desarrollar MCU recae inevitablemente en los fabricantes de tecnología eléctrica y electrónica. Desde esta perspectiva, la desaparición gradual de Intel del desarrollo de MCU también tiene sus factores objetivos. En términos de desarrollo de MCU, el fabricante más famoso es Philips. \x0d\Philips, con sus enormes ventajas en aplicaciones integradas, ha desarrollado rápidamente el MCS-51 desde un microordenador de un solo chip hasta un microcontrolador. Por lo tanto, cuando revisamos el camino de desarrollo de los sistemas integrados, no olvidemos los logros históricos de Intel y Philips. \x0d\Current Trends\x0d\SoC camino de desarrollo independiente estilo sistema integrado (SystemonChip), un factor importante en el desarrollo hasta la etapa MCU es buscar la solución máxima para el sistema de aplicación en el chip, por lo tanto, el desarrollo de dedicado. Los microcontroladores se forman naturalmente La tendencia de SoC. Con el desarrollo de la tecnología microelectrónica, el diseño de circuitos integrados y las herramientas EDA, el diseño de sistemas de aplicaciones de microcontroladores basados ​​en SoC tendrá un mayor desarrollo. Por lo tanto, la comprensión de las microcomputadoras de un solo chip se puede ampliar desde las microcomputadoras de un solo chip y los microcontroladores de un solo chip hasta los sistemas de aplicaciones de un solo chip.