Микроконтроллеры
Есть вопросы? Напишите нам.
Сфера использования этих маленьких устройств практически не ограничена. Как можно понять из названия, применяются они в электронной аппаратуре для выполнения контроля. Программирование возможно для осуществления практически любой функции, поэтому без них не обходятся конструкции даже бытовых приборов (микроволновые печи, холодильники, стиральные машины). Поэтому купить микроконтроллеры – довольно частый запрос от различных производителей электронного оборудования и компаний по их ремонту.
Описание работы
Микроконтроллер представляет собой микросхему, состоящую из центрального процессора и периферийного оборудования. В ЦП обычно входят следующие компоненты:
- блок управления;
- постоянное запоминающее устройство;
- регистровые элементы.
Периферия обычно содержит вводно-выводные порты, прерывательные контроллеры, импульсные генераторы, преобразователи аналоговых сигналов и таймеры. Микроконтроллер часто путают с микропроцессором, но последний используется только для решения отдельных логических и математических задач.
Принцип действия микроконтроллера очень простой и является аналоговым. То есть распознаются два вида команд: “сигнал поступает”, “сигнал отсутствует”. На основе сочетания данных сигналов в памяти закладывается код конкретной команды. Когда в устройство поступает эта команда, происходит ее выполнение. Например, микроконтроллеры PIC обладают RISC-архитектурой, то есть сокращенным перечнем команд.
Устройство настраивается на их прием и выполнение. Если соединить их между собой в разном сочетании, то можно получить особую программу. Именно по ней функционирует каждый современный электронный прибор. Для выполнения множества команд применяется архитектура CISC.
Питание
Подавляющее большинство моделей функционирует от напряжения 5 В. Но у низкочастотных устройств этот показатель может составлять и 1,8 В. Эксплуатация микроконтроллера зависит и от частоты входящего тока. Чем она выше, тем на большей скорости функционируют отдельные приборы.
Питание на аналогово-цифровой преобразователь подается посредством вспомогательных фильтров. За счет этого можно избежать помех, изменяющих показатели напряжения. На положительный ввод напряжение проходит через дроссель фильтрации. Нулевые выводы работают на основе “цифры” и “аналога”. Также в этой цепи участвуют и конденсаторы, преимущественно керамические.
Управление
Обычно устройство управляется двумя методами:
- Проводной.
- Беспроводной.
В первом случае управление исполнительными узлами осуществляется с помощью электропроводной коммутации цепей. Беспроводной способ подразумевает передачу сигнала с пульта ДУ на приемник. От этого зависит и применяемая плата микроконтроллера. Так, ESP 8266 может быть микросхемой или распаян по типу Arduino.
Он оснащен 32-битным ядром и программируется при помощи последовательного UART-порта. Некоторые из более высокотехнологичных плат имеют возможность прошивки через USB. Например, NodeMCU. Эта плата применяется для хранения информации, получаемой из датчиков. Среди функций возможны следующие:
- планирование задач;
- опция таймера;
- канал аналого-цифрового преобразования;
- проигрывание аудио.
Чем выше тактовая частота, тем больше разных операций может осуществлять микроконтроллер. Тактирование выполняется разными способами, которые зависят от применения. Если это внутренний генератор RC, то только работающий на частоте от 1 МГц до 8 МГц. В случае необходимости применения точных интервалов времени нельзя использовать эту методику, так как частотные характеристики колеблются исходя из температуры. Также есть такие способы как внешний кварц и RC-цепочки.
Микроконтроллеры Arduino программируются на основе одноименной платформы. В основном речь идет о различных дисплеях (графические, жидкокристаллические), датчиках, драйверах электроклапанов. Это open source платформа, то есть с открытым доступом к схемам и документам.
В большинстве случаев устройство на Arduino-платформе включает основную плату с микроконтроллером, к которой прилагается расширительный модуль. Почти все такие платы оснащены USB-интерфейсом, который необходим для возможности программирования с использованием компьютера. В отдельных платах микроконтроллерные сигналы подведены к разъемам, использующимся для подключения расширительных модулей. В некоторых моделях это реализовано в виде точек пайки. В основном данные платы реализованы в формате маленьких модулей.
Семейства устройств и типы корпусов
Объединение микроконтроллеров в семейства происходит на основе структуры ядра. В это понятие входит набор команд, цикличность функционирования ЦП, организация памяти различных систем, прерывательная функция и основной перечень периферийного оборудования.
Различают пять ключевых семейств:
- MSC-51.
- PIC.
- AVR.
- ARM.
- STM.
Микроконтроллер питания и другие модели выпускаются с четырьмя типами корпусов. DIP-формат оснащен двумя рядами выводов, расстояние между которыми составляет 2,54 мм. Выводные элементы устанавливаются во внутренней части на специальных контактных площадках.
SOIC-корпус рассчитан на монтаж, предполагающий припайку на поверхности. Расстояние между выводами здесь составляет 1,27 мм. В QFP-корпусах выводы размещаются со всех сторон. Располагаются они друг от друга на расстоянии в 3 раза меньше, чем в DIP-варианте. Этот корпус имеет форму квадрата и рассчитан на пайку на поверхности. QFN – самая миниатюрная модель. В ней выходных контактов намного больше. Наибольшее распространение получила в промышленности, поскольку обладает небольшими габаритами.
Каждый микроконтроллер необходимо программировать. Для этого используются языки Ассемблер и Си. Дополнительно понадобится компиляция и прошивка с задействованием программатора. После этого осуществляется тестирование.