NUC975DK61Y - Circuits integrats, microcontroladors incrustats - NUVOTON Technology Corporation

1 Definició del microcontrolador

Com que el microcontrolador és la unitat lògica aritmètica, la memòria, el temporitzador/calculadora i diversos circuits / O, etc. integrats en un xip, que constitueixen un sistema informàtic complet bàsic, també es coneix com a microordinador d'un sol xip.

El programa de la memòria del microcontrolador que s'utilitza estretament amb el maquinari del microcontrolador i els circuits de maquinari perifèric, es distingeix del programari de l'ordinador i s'anomena programa del microcontrolador com a microprogramari.Generalment, un microprocessador és una CPU en un únic circuit integrat, mentre que un microcontrolador és una CPU, ROM, RAM, VO, temporitzador, etc., tot en un únic circuit integrat.En comparació amb la CPU, el microcontrolador no té una potència de càlcul tan potent, ni té una unitat de gestió de memòria, que fa que el microcontrolador només pugui gestionar algunes tasques de control, lògica i altres tasques relativament senzilles i senzilles, i s'utilitza àmpliament en el control d'equips, el processament del senyal del sensor. i altres camps, com alguns electrodomèstics, equips industrials, eines elèctriques, etc.

2 La composició del microcontrolador

El microcontrolador consta de diverses parts: processador central, memòria i entrada/sortida:

- Processador central:

El processador central és el component bàsic de la MCU, incloses les dues parts principals de l'operador i el controlador.

- Operador

L'operador consta d'unitat aritmètica i lògica (ALU), acumulador i registres, etc. La funció de l'ALU és realitzar operacions aritmètiques o lògiques sobre les dades entrants.L'ALU és capaç d'afegir, restar, comparar o comparar la mida d'aquestes dues dades i, finalment, emmagatzemar el resultat a l'acumulador.

L'operador té dues funcions:

(1) Realitzar diverses operacions aritmètiques.

(2) Realitzar diverses operacions lògiques i realitzar proves lògiques, com ara una prova de valor zero o una comparació de dos valors.

Totes les operacions realitzades per l'operador estan dirigides per senyals de control del controlador i, mentre que una operació aritmètica produeix un resultat aritmètic, una operació lògica produeix un veredicte.

-Controlador

El controlador es compon de comptador de programes, registre d'instruccions, descodificador d'instruccions, generador de temporització i controlador d'operacions, etc. És l'"òrgan de presa de decisions" que emet ordres, és a dir, coordina i dirigeix ​​el funcionament de tot el sistema microinformàtic.Les seves funcions principals són:

(1) Per recuperar una instrucció de la memòria i indicar la ubicació de la següent instrucció a la memòria.

(2) Descodificar i provar la instrucció i generar el senyal de control d'operació corresponent per facilitar l'execució de l'acció especificada.

(3) Dirigeix ​​i controla la direcció del flux de dades entre la CPU, la memòria i els dispositius d'entrada i sortida.

El microprocessador interconnecta l'ALU, els comptadors, els registres i la secció de control a través del bus intern, i es connecta a la memòria externa i als circuits d'interfície d'entrada/sortida a través del bus extern.El bus extern, també anomenat bus del sistema, es divideix en el bus de dades DB, el bus d'adreces AB i el bus de control CB, i està connectat a diversos dispositius perifèrics mitjançant el circuit d'interfície d'entrada/sortida.

-Memòria

La memòria es pot dividir en dues categories: memòria de dades i memòria de programa.

La memòria de dades s'utilitza per guardar dades i l'emmagatzematge de programes s'utilitza per emmagatzemar programes i paràmetres.

-Entrada/Sortida -Enllaçar o conduir diferents dispositius

Ports de comunicació sèrie: intercanvien dades entre MCU i diferents perifèrics, com ara UART, SPI, 12C, etc.

3 Classificació dels microcontroladors

Pel que fa al nombre de bits, els microcontroladors es poden classificar en: 4 bits, 8 bits, 16 bits i 32 bits.En aplicacions pràctiques, els comptes de 32 bits representen el 55%, els de 8 bits el 43%, els de 4 bits el 2% i els de 16 bits l'1%

Es pot veure que els microcontroladors de 32 i 8 bits són els microcontroladors més utilitzats actualment.
La diferència en el nombre de bits no representa els microprocessadors bons o dolents, ni com més gran sigui el nombre de bits millor serà el microprocessador, ni com menor sigui el nombre de bits pitjor sigui el microprocessador.

Els MCU de 8 bits són versàtils;ofereixen una programació senzilla, eficiència energètica i un paquet petit (alguns tenen només sis pins).Però aquests microcontroladors no s'utilitzen normalment per a funcions de xarxes i comunicacions.

Els protocols de xarxa i les piles de programari de comunicació més comuns són de 16 o 32 bits.Els perifèrics de comunicació estan disponibles per a alguns dispositius de 8 bits, però els MCU de 16 i 32 bits solen ser l'opció més eficient.No obstant això, els MCU de 8 bits s'utilitzen normalment per a una varietat d'aplicacions de control, detecció i interfície.

Arquitectònicament, els microcontroladors es poden dividir en dues categories: RISC (ordinadors de conjunt d'instruccions reduïdes) i CISC (ordinadors de conjunt d'instruccions complexes).

RISC és un microprocessador que executa menys tipus d'instruccions d'ordinador i es va originar als anys 80 amb el mainframe MIPS (és a dir, màquines RISC), i els microprocessadors utilitzats a les màquines RISC s'anomenen conjuntament processadors RISC.D'aquesta manera, és capaç d'executar operacions a un ritme més ràpid (milions més d'instruccions per segon, o MIPS).Com que els ordinadors requereixen transistors i elements de circuit addicionals per executar cada tipus d'instrucció, com més gran sigui el conjunt d'instruccions de l'ordinador fa que el microprocessador sigui més complex i executa les operacions més lentament.

CISC inclou un ric conjunt de microinstruccions que simplifiquen la creació de programes que s'executen al processador.Les instruccions es componen de llenguatge ensamblador, i algunes funcions comunes implementades originalment pel programari s'implementaran pel sistema d'instruccions de maquinari.Així, el treball del programador es redueix molt, i algunes operacions o operacions d'ordre inferior es processen simultàniament en cada període d'instruccions per augmentar la velocitat d'execució de l'ordinador, i aquest sistema s'anomena sistema d'instruccions complex.

4 Resum

Un seriós repte per als enginyers electrònics d'automoció actuals és construir un sistema de baix cost, sense problemes, i fins i tot en cas d'una fallada pot funcionar els sistemes d'automoció, en el rendiment del cotxe millora gradualment en aquest moment, s'espera que els microcontroladors millorin el rendiment. de les unitats de control electrònic de l'automòbil.