Mikrokontrolér (MCU) je druh integrovaného obvodového čipu, ktorý integruje centrálnu spracovateľskú jednotku (CPU), pamäť (RAM, ROM), rôzne vstupné/výstupné rozhrania (I/O) a ďalšie funkčné moduly na malom kremíkovom čipe. Mikrokontroléry sa vyznačujú malou veľkosťou, nízkou spotrebou energie, nízkymi nákladmi a výkonnými funkciami, sa široko používajú v rôznych elektronických zariadeniach a systémoch, ako sú domáce spotrebiče, priemyselné riadenie, komunikačné vybavenie, automobilová elektronika atď.
Pracovný proces mikrokontroléru možno rozdeliť do nasledujúcich krokov:
1. RESET-ON RESET:Ak je mikrokontrolér pripojený k napájaniu, automaticky vykoná reset na zapnutie, aby sa vyčistili interné registre a pripravili sa na normálnu prevádzku.
2. Inštrukcia načítať:Po dokončení resetovania MCU vyberie pokyny z programu a uloží ju do inštruktážneho registra.
3. Dekódovanie inštrukcií:Inštrukčný dekodér mikrokontroléru dekóduje inštrukciu v registri inštrukcií na určenie operácie, ktorá sa má vykonať.
4. Vykonanie pokynov:Podľa výsledkov dekódovania mikrokontrolér vykonáva zodpovedajúce operácie, ako napríklad prevádzka údajov, logický úsudok, riadiaci výstup atď.
5. Spracovanie prerušenia:Počas vykonávania inštrukcie, ak sa stretne s požiadavkou na prerušenie, MCU pozastaví vykonanie aktuálnej inštrukcie a prejdite na spracovanie programu prerušenia.
6. Cyklické vykonanie:MCU opakuje vyššie uvedený proces v súlade s poradím pokynov v programe pamäť, aby sa realizovali rôzne funkcie.
Nasleduje podrobný opis rôznych komponentov mikrokontroléra a jeho pracovného princípu.
1. CPU:Centrálna spracovateľská jednotka (CPU) mikrokontroléra je jadrom celého systému, ktoré je zodpovedné za vykonávanie pokynov v programe. CPU pozostáva hlavne z aritmetickej logickej jednotky (ALU), riadiacej jednotky (Cu) a registračnej skupiny. ALU je zodpovedný za vykonávanie všetkých druhov aritmetických a logických rozsudkov údajov; CU je zodpovedný za dekódovanie a riadenie pokynov; A skupina registra sa používa na ukladanie údajov a medziprodukty.
2. Pamäť:Pamäť mikrokontroléru obsahuje hlavne programovú pamäť (ROM) a dátovú pamäť (RAM). Programová pamäť sa používa na ukladanie písomného programu; Dátová pamäť sa používa na ukladanie údajov a premenných počas prevádzky.
3. I/O rozhranie:I/O rozhranie mikrokontroléra sa používa na výmenu údajov s externými zariadeniami a I/O rozhranie obsahuje vstupné rozhranie (vstup), výstupné rozhranie (výstup) a obojsmerné rozhranie (obojsmerné). Vstupné rozhranie sa používa na prijímanie údajov odoslaných externými zariadeniami; Výstupné rozhranie sa používa na odosielanie údajov na externé zariadenia; Obojsmerné rozhranie môže prijímať údaje odosielané externými zariadeniami, ako aj odosielať údaje na externé zariadenia.
4. Časovač/počítadlo:Časovač/počítadlo mikrokontroléru sa používa na generovanie časovacích signálov alebo na spočítanie externých udalostí. Časovač/počítadlo môže generovať pulzné signály s pevnou frekvenciou alebo počtom podľa frekvencie vstupného signálu.
5. Rozhranie sériovej komunikácie:Sériové komunikačné rozhranie mikrokontroléra sa používa na sériovú komunikáciu s inými zariadeniami. Sériové komunikačné rozhranie obsahuje sériový vysielač (sériový vysielač) a sériový prijímač (sériový prijímač), ktorý dokáže realizovať prenos údajov s plným duplexom alebo polovičným duplexom.
6. Analóg-digitálny prevodník (ADC) a prevodník digitálneho na analóg (DAC):ADC mikrokontroléra sa používa na prevod analógových signálov na digitálne signály na spracovanie; DAC sa používa na konverziu digitálnych signálov na analógové signály pre výstup na externé zariadenia.
7. Systém prerušenia:Systém prerušenia mikrokontroléru sa používa na riešenie neočakávaných udalostí a zlepšenie rýchlosti systému v reálnom čase a rýchlosť odozvy systému. Systém prerušenia zahŕňa zdroj prerušenia, radič prerušenia a program prerušenia. Zdroj prerušenia je zariadenie alebo udalosť, ktorá generuje požiadavku na prerušenie; Ovládač prerušenia je zodpovedný za správu a uprednostňovanie žiadosti o prerušenie; A program prerušenia služieb je program, ktorý sa zaoberá udalosťou prerušenia.
8. Hodinový obvod:Hodinový obvod mikrokontroléru sa používa na zabezpečenie stabilného hodinového signálu na synchronizáciu práce každého modulu. Hodinový obvod zvyčajne pozostáva z vnútorného oscilátora a deliča hodín. Interný oscilátor generuje vysokofrekvenčný hodinový signál; Delider hodín rozdeľuje vysokofrekvenčný hodinový signál na nízkofrekvenčné signály hodín vhodných pre prácu každého modulu.
9. Obvod napájania:Obvod napájania mikrokontroléra sa používa na zabezpečenie stabilného napájacieho napätia pre celý systém. Obvod napájania zvyčajne obsahuje regulátor napätia a filter. Regulátor napätia stabilizuje vstupné napájacie napätie na napätie vhodné na prevádzku mikrokontroléru; Filter sa používa na odstránenie hluku a kolísania napájacieho napätia.
10. Periférne obvody:Periférne obvody mikrokontroléra zahŕňajú rôzne senzory, ovládače a iné pomocné obvody. Senzory sa používajú na detekciu zmien vo vonkajšom prostredí; Ovládače sa používajú na riadenie externých zariadení podľa kontrolných signálov; a pomocné obvody sa používajú na realizáciu konkrétnych funkcií, ako sú zosilňovače a filtre.
Stručne povedané, mikrokontrolér je vysoko integrovaný mikropočítač, ktorý realizuje riadenie a správu rôznych zariadení prostredníctvom rôznych modulov interných funkcií a externých periférnych obvodov. Pracovný proces mikrokontroléru sa dá rozdeliť do krokov, ako je reset zapnutia, načítanie inštrukcií, dekódovanie inštrukcií, vykonávanie pokynov, manipulácia s prerušením a vykonávanie slučky. Pochopenie zloženia a pracovného princípu mikrokontroléra nám pomáha lepšie navrhovať a rozvíjať rôzne elektronické zariadenia a systémy.