Mikrokontrolér (MCU) je druh čipu integrovaného obvodu, který integruje centrální zpracovatelskou jednotku (CPU), paměť (RAM, ROM), různá vstupní/výstupní rozhraní (I/O) a další funkční moduly na malém silikonovém čipu. Mikrokontroléry se vyznačují malou velikostí, nízkou spotřebou energie, nízkými náklady a výkonnými funkcemi, mikrokontroléry se široce používají v různých elektronických zařízeních a systémech, jako jsou domácí spotřebiče, průmyslová kontrola, komunikační zařízení, automobilová elektronika atd.
Pracovní proces mikrokontroléru lze rozdělit do následujících kroků:
1. Power-On Reset:Když je mikrokontrolér připojen k napájecímu napájení, automaticky provede resetování napájení, aby vyčistil interní registry a připravil se na normální provoz.
2. Instrukční načtení:Po dokončení resetu MCU odebírá instrukce z programové paměti a uloží jej do registru instrukcí.
3. dekódování instrukcí:Instrukční dekodér mikrokontroléru dekóduje instrukci v registru instrukcí, aby se určila operace, která má být provedena.
4. provedení pokynů:Podle výsledků dekódování provádí mikrokontrolér odpovídající operace, jako je provoz dat, logický úsudek, kontrolní výstup atd.
5. Zpracování přerušení:Během provedení instrukce, pokud narazí na žádost o přerušení, MCU pozastaví provedení aktuální instrukce a přejde na zpracování programu přerušení služby.
6. Cyklické provedení:MCU opakuje výše uvedený proces v souladu s pořadí pokynů v programové paměti, aby realizoval různé funkce.
Následuje podrobný popis různých složek mikrokontroléru a jeho pracovního principu.
1. CPU:Jádro celého systému, který je zodpovědný za provedení pokynů v programu, je zodpovědná centrální zpracovatelská jednotka (CPU) mikrokontroléru. CPU se skládá hlavně z aritmetické logické jednotky (ALU), řídicí jednotky (Cu) a skupiny registru. Alu je zodpovědný za provádění všech druhů datových aritmetických a logických úsudků; CU je zodpovědný za dekódování a kontrolu pokynů; a skupina registru se používá pro ukládání dat a středních výsledků.
2. paměť:Paměť mikrokontroléru zahrnuje hlavně programovou paměť (ROM) a datovou paměť (RAM). Pro uložení psaného programového kódu se používá programová paměť; Datová paměť se používá k uložení dat a proměnných během provozu.
3. rozhraní I/O:Rozhraní I/O mikrokontroléru se používá k výměně dat s externími zařízeními a rozhraní I/O zahrnuje vstupní rozhraní (vstup), výstupní rozhraní (výstup) a obousměrné rozhraní (obousměrné). Vstupní rozhraní se používá k přijímání dat odeslaných externími zařízeními; Výstupní rozhraní se používá k odesílání dat do externích zařízení; Obousměrné rozhraní může přijímat data odeslaná externími zařízeními a odesílat data do externích zařízení.
4. časovač/čítač:Časovač/čítač mikrokontroléru se používá ke generování časovacích signálů nebo počítání externích událostí. Časovač/čítač může generovat pulzní signály s pevnou frekvencí nebo se spočítat podle frekvence vstupního signálu.
5. Rozhraní sériového komunikace:Rozhraní sériového komunikace mikrokontroléru se používá pro sériovou komunikaci s jinými zařízeními. Rozhraní sériového komunikace zahrnuje sériový vysílač (sériový vysílač) a sériový přijímač (sériový přijímač), který může realizovat plně duplexní nebo napůl duplexní přenos dat.
6. Analog-digitální převodník (ADC) a digitální převodník (DAC):ADC mikrokontroléru se používá k převodu analogových signálů na digitální signály pro zpracování; DAC se používá k převodu digitálních signálů na analogové signály pro výstup na externí zařízení.
7. Systém přerušení:Systém přerušení mikrokontroléru se používá k řešení neočekávaných událostí a zlepšení rychlosti v reálném čase a odezvě systému. Systém přerušení zahrnuje zdroj přerušení, řadič přerušení a program přerušení. Zdrojem přerušení je zařízení nebo událost, která generuje požadavek na přerušení; Řadič přerušení je zodpovědný za správu a upřednostňování žádosti o přerušení; A program Service Interrupt je program, který zpracovává událost přerušení.
8. Obvod hodin:Hodinový obvod mikrokontroléru se používá k poskytnutí stabilního hodinového signálu pro synchronizaci práce každého modulu. Hodinový obvod se obvykle skládá z vnitřního oscilátoru a děliče hodin. Vnitřní oscilátor generuje vysokofrekvenční hodinový signál; Divider hodin dělí vysokofrekvenční hodinový signál na nízkofrekvenční hodinové signály vhodné pro práci každého modulu.
9. Obvod napájení:Napájecí obvod mikrokontroléru se používá k zajištění stabilního napájecího napětí pro celý systém. Obvod napájení obvykle zahrnuje regulátor napětí a filtr. Regulátor napětí stabilizuje vstupní napájecí napětí na napětí vhodné pro mikrokontrolér; Filtr se používá k eliminaci šumu a fluktuací v napájecím napětí.
10. Periferní obvody:Periferní obvody mikrokontroléru zahrnují různé senzory, ovladače a další pomocné obvody. Senzory se používají k detekci změn v externím prostředí; Pohony se používají k řízení externích zařízení podle ovládacích signálů; a pomocné obvody se používají k realizaci specifických funkcí, jako jsou zesilovače a filtry.
Stručně řečeno, MicroController je vysoce integrovaný mikropočítač, který realizuje kontrolu a správu různých zařízení prostřednictvím různých interních funkčních modulů a externích periferních obvodů. Pracovní proces mikrokontroléru lze rozdělit do kroků, jako je resetování napájení, načítání instrukcí, dekódování instrukcí, provádění pokynů, přerušení manipulace a provádění smyčky. Pochopení složení a pracovního principu mikrokontroléru nám pomáhá lépe navrhovat a rozvíjet různá elektronická zařízení a systémy.