mycket mikrokontroller, eller MCU (MicroController Unit), är små integrerade kretsar eller chips som integrerar en dator i sig, det vill säga de går utöver en processor, inklusive processor, minne och även I/O allt i ett enda chip, även om de måste särskiljas från SoC:er, som inkluderar mer än så och är mer komplexa.
Dessa chips är hjärnan hos ett stort antal enheter som vi använder i våra dagliga liv, och finns i fler enheter än du kan föreställa dig, från de du har hemma, till dina fordon, till industrimaskiner, etc. Därför är de mycket viktiga idag, och vi kommer att tillägna den här artikeln åt dem.
Vidare bör det noteras att de nyligen har vunnit en hel del popularitet tack vare Sakernas internet (IoT), eftersom på grund av dess lilla storlek, låga förbrukning och låga kostnad, är idealiska för att driva dessa anslutna enheter utan behov av mer avancerade processorer. Dessutom, som vi kommer att se senare, är de också utmärkta för tillverkare och elektronik-gör-det-själv-entusiaster, med projekt som Arduino, etc.
Vad kan en mikrokontroller göra?
mycket mikrokontroller, MCUMikrokontroller är kretsar som kan göra en mängd olika saker, precis som en allmän processor, förutom att de också integrerar andra datorkomponenter som minne, bussar och I/O-systemet, så det är praktiskt taget en dator på ett krets. Deras tillämpningar kan vara mycket varierande, från att kontrollera temperaturer eller andra parametrar via sensorer, till att generera någon typ av utdata baserat på ingångarnas tillstånd för att utföra åtgärder, etc. Antalet tillämpningar kan vara verkligt enormt, där gränsen nästan är din fantasi och mikrokontrollerns tekniska kapacitet, eftersom de vanligtvis har begränsad minnesstorlek och prestanda.
Därför måste många faktorer beaktas när man väljer en mikrokontroller, såsom enhetens driftsfrekvens, arkitekturen som den är baserad på, tillgängligt minne, antalet tillgängliga stift och typen och antalet externa komponenter som krävs. Lyckligtvis finns det många olika tillverkare och modeller av mikrokontroller att välja mellan, från de enklaste till de mest komplexa, inklusive några som är härdade för att motstå extrema förhållanden i rymden, militära apparater, industrimaskiner med mera.
Vad är en PIC?
Företaget Microchip utvecklade en serie mikrokontroller som blev mycket populära på marknaden, såsom dess berömda PIC:erEn familj av enheter med olika ordstorlekar, såsom 16-bitarsenheter, som kan vara mycket flexibla när det gäller att kunna programmeras och utföra en mängd olika funktioner.
Dessutom har de en fantastiskt kompatibelt ekosystem, vilket gör saker och ting mycket enklare för utvecklare som använder dem, såväl som för programmerare som har en komplett kompatibel IDE för att programmera den nödvändiga koden.
Självklart, PIC är inte den enda arkitekturen, det finns också AVR, Super-H, SAM, ARM Cortex-M, etc.
Mikrokontrollerarkitektur och drift
Även om de kan verka komplexa att få allt integrerat, som till exempel CPU, minne och I/O-systemSanningen är bland annat att mikrokontroller är enklare än många av de avancerade processorer eller grafikprocessorer som används i moderna datorer. De processorer som dessa mikrokontroller integrerar är vanligtvis enklare, som processorer från årtionden sedan (t.ex. Intels 8051). Faktum är att många mikrokontroller är baserade på arkitekturer som utvecklades för årtionden sedan.
Mikrokontroller kan också implementera andra ytterligare eller specialiserade element: bearbetning av analoga signaler, styrning av extern hårdvara eller ha en inbyggd watchdog-timer för att återställa chipet vid en krasch på grund av felaktig programmering. Chiparkitekturen kan vara fast eller programmerbar, vilket gör att enheten kan omkonfigureras för olika applikationer.
De kräver inte heller någon stor minneskapacitet (de kan vara RAM-minnen, register, ROM som EEPROM, flashminne etc.), och innehåller oftast bara några KB eller MB IDE:n har kapacitet att vara värd för de program som behövs för att utföra funktionerna. Alla dessa laddas in i en serie instruktioner och data som IDE:n genererar från den högnivåprogrammeringskällkod som vanligtvis används av utvecklare.
Typer av mikrokontroller
Som ni kan föreställa er finns det flera typer av mikrokontrollerVar och en har olika funktioner och möjligheter, så de applikationer de kommer att användas till kommer att vara väldigt olika.
Jag har tidigare nämnt att de viktigaste faktorerna att beakta när man väljer en mikrokontroller är dess driftsfrekvens och mängden tillgängligt minne. Applikationskraven avgör driftsfrekvensen, men det är oftast bäst att välja en enhet som spring så långsamt som möjligt samtidigt som de fortfarande uppfyller kraven, och strävar efter större stabilitet och tillförlitlighet på grund av de kritiska applikationer som denna typ av chip vanligtvis är avsedd för.
Var används mikrokontroller?
Mikrokontroller De används i en mängd olika tillämpningarSom jag nämnde tidigare ser du dem i hushållsapparater och elektroniska apparater av alla slag, i land-, sjö- och luftfarkoster, satelliter och rymdfarkoster, raketer, industrimaskiner och mycket mer. Några av de mest kända exemplen är:
- fordonsDe används i många fordonsapplikationer för att styra vissa elektroniska aspekter av bilar. Till exempel används de ofta i moderna motorstyrningssystem för att styra bränsleinsprutning och tändningsinställning. De kan också hittas i andra inbyggda system, såsom transmissionsstyrsystem.
- IndustriDu kan också hitta dem i en mängd olika industrimaskiner av alla slag och inom alla sektorer. De används i en mängd olika system, såsom maskinövervakning och styrning, processstyrning samt datainsamling och analys.
- konsumtionMikrokontroller används alltmer i konsumentprodukter som hushållsapparater, elektroniska apparater som används i hemmet etc. Även datorer har ofta flera mikrokontroller för att utföra olika uppgifter, utöver CPU, GPU etc.
- KommunikationDe används särskilt i radiofrekvens- eller andra typer av kommunikationssystem. De används i både datornätverk och radiokommunikationsutrustning.
- HemautomationMikrokontroller är naturligtvis nyckeln till hemautomation och automatiserar en mängd vardagliga uppgifter i smarta hem. De används ofta i sensorer och andra enheter som styr och övervakar ett hems system, såsom automatisk bevattning, höjning eller sänkning av persienner baserat på ljusförhållanden och så vidare.
- MedicinMikrokontroller används i många medicinska tillämpningar, från sjukhusutrustning till implanterade medicintekniska produkter som styr vissa biomedicinska parametrar, pacemakers etc.
- militäroch naturligtvis används de i en mängd olika militära tillämpningar, såsom vapensystem, flygkontrollsystem och sensorsystem.
Fördelar och nackdelar med MCU:n
Fördelar med att använda mikrokontroller
Användningen av Mikrokontroller har ett antal fördelar jämfört med andra enheter som också skulle kunna användas för samma tillämpningar. Höjdpunkter inkluderar:
- Extremt låga strömförsörjningsbehov, vilket gör dem idealiska för batteridrivna applikationer eller strömsnåla inbyggda eller väggmonterade system.
- De har snabba svarstider, vilket gör dem lämpliga för inbyggda applikationer som kräver realtidsstyrning.
- Möjlighet att programmeras för att utföra en mängd olika funktioner, till skillnad från fastkopplad elektronik, som bara kan göra en sak. De kan ofta utföra komplexa uppgifter som skulle vara mycket svåra eller omöjliga att utföra med diskreta komponenter. Detta gör dem idealiska för applikationer som kräver anpassade lösningar.
- De finns i en mängd olika paket, vilket gör det enkelt att anpassa en applikation för att passa ett specifikt behov.
- En annan stor fördel med mikrokontroller är deras låga kostnad.
- De finns i små förpackningar som underlättar installationen i en mängd olika applikationer.
Begränsningar hos mikrokontroller
Men allt är inte fördelar med mikrokontroller, det har också Några nackdelar vilket också är viktigt att lyfta fram. Till exempel:
- Deras förmåga att programmeras för att utföra många olika funktioner gör dem mycket mångsidiga, men det försvårar också felsökning. Om en krets inte fungerar korrekt kan det vara mycket svårt att lista ut varför, eftersom problemet kan bero på ett felaktigt program eller ett hårdvaruproblem.
- Dessutom kan komplexa applikationer kräva en stor mängd minne och processorprestanda som är överlägsen de flesta mikrokontroller på marknaden.
- Deras brist på högnivåprogrammeringsspråk begränsar deras valmöjligheter. Eftersom de bearbetar lågnivåinstruktioner i maskinspråk kan det vara svårt att göra ändringar i ett program eller felsöka hårdvaruproblem.
Mikrokontroller inom IoT
Mikrokontrollernas enkelhet gör dem enkla att använda i IoT-enheter, såsom smarta kontakter, smarta strömbrytare, smarta glödlampor, fuktighetssensorer, röksensorer och andra enkla enheter. Komplexa enheter kräver dock ofta mer minne och processorkraft, vilket kan göra det svårt att få plats med nödvändiga kretsar i en kompakt enhet, vilket leder till behovet av att välja processorer och minne med högre kapacitet istället för en mikrokontroller.
Dessutom är deras mångsidighet och alla fördelar vi har pratat om ovan verkligen intressanta för dessa enheter som inte kräver hög minneskapacitet eller hög processorprestanda. Dessutom är många av dessa enheter är beroende av ett batteri, så dessa lågeffekts-IC:er är idealiska.
Vad är Arduino?
Jag är säker på att du redan känner honom. Arduino Det är ett populärt utvecklingskort baserat på mikrokontroller med öppen källkod. Det är mycket prisvärt och möjliggör en mängd olika projekt, oavsett om det är för hobbyister eller barn som precis har börjat med programmering, elektronik eller robotik, eller för mer professionellt bruk. Allt detta tack vare dess rika community och ekosystem, med en komplett IDE, många versioner som passar olika behov, tillgängliga tillbehör och mer.
Dessa Arduino-kort är programmerade med ett C/C++-liknande språk som utvecklats av Arduino. Detta språk är enkelt nog för nybörjare att förstå och använda, men ändå kraftfullt nog för att skapa komplexa projekt på din dator. Arduino IDEArduinos popularitet gör det enkelt att hitta resurser, delar och andra personer som är intresserade av samma typ av projekt. Så, vilket bättre sätt att börja bekanta sig med och använda mikrokontroller än med en Arduino...
Vad är Arduino IDE?
Som jag sa tidigare, Arduino har en fantastisk IDE (Integrerad utvecklingsmiljö)Med den här programvaran kan du skapa skisser eller programmera källkoder och sedan ladda upp dem till Arduino-mikrokontrollerns minne med hjälp av en USB-kabel ansluten till din dator. Detta gör att mikrokontrollern kan köra dem för att utföra de funktioner du vill ha.
Självklart är Arduino IDE från öppen källkod, det är gratis och är tillgänglig för en mängd olika plattformar, inklusive macOS, Windows och Linux. Och du kommer inte bara att kunna programmera Arduino-kort, den stöder även programmering av andra kompatibla mikrokontroller, såsom AVR, PIC, etc., samt Arduino-kompatibla kort…
Fördelar med Arduino och Arduino IDE
Slutligen vill jag säga några projekt du kan skapa med denna Arduino IDE-plattform och Arduino-utvecklingskortet. Du kan också göra detta med hjälp av detta högnivåprogrammeringsspråk, vilket gör att översättningen till maskinkod (ettor och nollor) blir förståelig för mikrokontrollern i händerna på IDE:n. Du kan också använda blockbaserat språk för de som inte vet hur man programmerar eller för barn.
Projekt kan vara mycket varierande, från att skapa ett enkelt larm till att utveckla ett komplext bevattningssystem för en trädgård, inklusive hemautomationssystem, parameterövervakning, uppgiftsautomation etc. Som jag sa i början, gränsen är nästan din fantasi.
Dessutom finns det en stor gemenskap som är villig att hjälpa dig, liksom en mängd andra Tillägg och kit speciellt utformade för Arduino, vilket kommer att göra saker och ting mycket enklare för dig. Det är inte som att börja med ett chip som PIC eller 8051 och behöva skapa allt nästan från grunden...
Nu är du bekant med mikrokontrollernas värld och vet hur du kan komma igång hemifrån eller från skolan...