Jardines de Viveros mikrodenetleyiciler veya MCU (Mikrodenetleyici Birimi), içine bir bilgisayar entegre eden küçük entegre devreler veya çiplerdir, yani bir CPU'nun ötesine geçerler, tek bir çipte CPU, bellek ve ayrıca G/Ç'yi içerirler, ancak bundan daha fazlasını içeren ve daha karmaşık olan SoC'lerden ayırt edilmeleri gerekir.
Bu çipler çok sayıda cihazın beyni Günlük hayatımızda kullandığımız ve evinizdeki cihazlardan, araçlarınıza, endüstriyel makinelere kadar hayal edebileceğinizden çok daha fazla cihazda bulunan bu cihazlar günümüzde oldukça önemlidir ve bu yazımızı onlara adayacağız.
Ayrıca, son zamanlarda oldukça popülerlik kazandıkları da belirtilmelidir. IoT (Nesnelerin İnterneti), nedeniyle küçük boyutu, düşük tüketimi ve düşük maliyeti, daha gelişmiş işlem birimlerine ihtiyaç duymadan bu bağlı cihazları çalıştırmak için idealdir. Ayrıca, ileride göreceğimiz gibi, Arduino vb. projelerde üreticiler ve elektronik DIY meraklıları için de harikadırlar.
Bir mikrodenetleyici neler yapabilir?
Jardines de Viveros mikrodenetleyiciler, MCUMikrodenetleyiciler, tıpkı genel amaçlı bir CPU gibi birçok işlevi yerine getirebilen yongalardır; ancak bellek, veri yolları ve G/Ç sistemi gibi diğer bilgisayar bileşenlerini de entegre ederler, yani adeta bir çip üzerinde bilgisayardırlar. Uygulama alanları, sensörler aracılığıyla sıcaklıkları veya diğer parametreleri kontrol etmekten, girişlerin durumuna göre bir tür çıktı üreterek eylem gerçekleştirmeye kadar çok çeşitli olabilir. Uygulama sayısı gerçekten çok fazla olabilir; ancak sınır neredeyse hayal gücünüz ve mikrodenetleyicinin teknik yetenekleridir, çünkü genellikle sınırlı bellek boyutuna ve performansa sahiptirler.
Bu nedenle bir mikrodenetleyici seçerken cihazın çalışma frekansı, dayandığı mimari gibi birçok faktör göz önünde bulundurulmalıdır. kullanılabilir bellek, mevcut pin sayısı ve gereken harici bileşenlerin türü ve sayısı. Neyse ki, aralarında uzaydaki zorlu koşullara, askeri cihazlara, endüstriyel makinelere ve daha fazlasına dayanacak şekilde sertleştirilmiş olanlar da dahil olmak üzere, en basitinden en karmaşığına kadar seçim yapabileceğiniz birçok farklı mikrodenetleyici üreticisi ve modeli bulunmaktadır.
PIC nedir?
Microchip şirketi, piyasada çok popüler hale gelen bir dizi mikrodenetleyici geliştirdi, örneğin: ünlü PIC'leri16 bitlik aygıtlar gibi farklı kelime boyutlarına sahip, çok esnek bir şekilde programlanabilen ve çok sayıda işlevi yerine getirebilen bir aygıt ailesi.
Ayrıca, onların bir harika uyumlu ekosistemBu, onları kullanan geliştiriciler için olduğu kadar, gerekli kodu programlamak için tam uyumlu bir IDE'ye sahip olan programcılar için de işleri çok daha kolaylaştırır.
Elbette, PIC tek mimari değildir, ayrıca AVR, Super-H, SAM, ARM Cortex-M vb. de bulunmaktadır.
Mikrodenetleyici mimarisi ve çalışması
Her şeyin entegre olması karmaşık görünse de, örneğin; CPU, bellek ve G/Ç sistemiGerçek şu ki, mikrodenetleyiciler modern bilgisayarlarda kullanılan birçok gelişmiş CPU veya GPU'dan daha basittir. Bu mikrodenetleyicilerin entegre ettiği CPU'lar genellikle daha basittir, tıpkı onlarca yıl önceki CPU'lar gibi (örneğin Intel'in 8051'i). Aslında, birçok mikrodenetleyici onlarca yıl önce geliştirilmiş mimarilere dayanmaktadır.
MCU'lar ayrıca başka ek veya özel unsurlar da uygulayabilir: analog sinyalleri işleme, harici donanımları kontrol etme veya hatalı programlama nedeniyle bir çökme durumunda çipi sıfırlamak için dahili bir bekçi zamanlayıcısı bulundurma. Çip mimarisi sabit veya programlanabilir olabilir, bu da cihazın farklı uygulamalar için yeniden yapılandırılmasına olanak tanır.
Ayrıca büyük bir bellek kapasitesine ihtiyaç duymazlar (RAM tipi bellekler, kayıtlar, EEPROM, flaş vb. gibi ROM'lar olabilir) ve çoğunlukla yalnızca şunları içerir: birkaç KB veya MB IDE, işlevleri yerine getirmek için gereken programları barındırma kapasitesine sahiptir. Tüm bunlar, IDE'nin geliştiriciler tarafından genellikle kullanılan üst düzey programlama kaynak kodundan üreteceği bir dizi talimat ve veriye yüklenir.
Mikrodenetleyici türleri
Tahmin edebileceğiniz gibi, birkaç tane var mikrodenetleyici türleriHer birinin farklı özellikleri ve yetenekleri olduğu için, kullanılacakları uygulamalar da birbirinden çok farklı olacaktır.
Daha önce de belirttiğim gibi, bir mikrodenetleyici seçerken göz önünde bulundurulması gereken en önemli faktörler çalışma frekansı ve mevcut bellek miktarıdır. Uygulama gereksinimleri çalışma frekansını belirleyecektir, ancak genellikle en iyi sonucu verecek bir cihaz seçmek en iyisidir. mümkün olduğunca yavaş koş gereksinimleri karşılamaya devam ederken, bu tür çiplerin tipik olarak adanmış olduğu kritik uygulamalar nedeniyle daha fazla kararlılık ve güvenilirlik arayışındadır.
Mikrodenetleyiciler nerelerde kullanılır?
mikrodenetleyiciler Çok çeşitli uygulamalarda kullanılırlarDaha önce de belirttiğim gibi, bunları ev aletlerinde ve her türlü elektronik cihazda, kara, deniz ve hava taşıtlarında, uydularda ve uzay araçlarında, roketlerde, endüstriyel makinelerde ve çok daha fazlasında görebilirsiniz. En bilinen örneklerden bazıları şunlardır:
- Otomotiv: Birçok otomotiv uygulamasında, araçların belirli elektronik aksamlarını kontrol etmek için kullanılırlar. Örneğin, modern motor yönetim sistemlerinde yakıt enjeksiyonu ve ateşleme zamanlamasını kontrol etmek için yaygın olarak kullanılırlar. Ayrıca şanzıman kontrol sistemleri gibi diğer araç içi sistemlerde de bulunabilirler.
- SanayiAyrıca, her sektörde ve her türden çok sayıda endüstriyel makinede de bunlara rastlayabilirsiniz. Makine izleme ve kontrolü, proses kontrolü, veri toplama ve analizi gibi çok çeşitli sistemlerde kullanılırlar.
- tüketimMikrodenetleyiciler, ev aletleri, evde kullanılan elektronik cihazlar vb. gibi tüketici cihazlarında giderek daha fazla kullanılmaktadır. Hatta bilgisayarlarda bile CPU, GPU vb.'ye ek olarak farklı görevleri yerine getirmek için sıklıkla birden fazla mikrodenetleyici bulunur.
- İletişim: Özellikle radyo frekanslı veya diğer haberleşme sistemlerinde kullanılırlar. Hem bilgisayar ağlarında hem de radyo haberleşme ekipmanlarında kullanılırlar.
- Ev otomasyonuElbette, mikrodenetleyiciler ev otomasyonunun anahtarıdır ve akıllı evlerde birçok günlük görevi otomatikleştirir. Genellikle sensörlerde ve evin sistemlerini kontrol eden ve izleyen diğer cihazlarda kullanılırlar; örneğin otomatik sulama, ışık koşullarına göre panjurların açılıp kapanması vb.
- TıpMikrodenetleyiciler, hastane ekipmanlarından, belirli biyomedikal parametreleri kontrol eden implante tıbbi cihazlara, kalp pillerine vb. kadar birçok tıbbi uygulamada kullanılmaktadır.
- askeri: ve tabii ki silah sistemleri, uçuş kontrol sistemleri ve sensör sistemleri gibi çok çeşitli askeri uygulamalarda kullanılırlar.
MCU'nun avantajları ve dezavantajları
Mikrodenetleyicilerin kullanımının avantajları
El kullanımı Mikrodenetleyicilerin bir dizi avantajı vardır Aynı uygulamalar için kullanılabilecek diğer cihazlarla karşılaştırıldığında. Öne çıkan özellikler şunlardır:
- Son derece düşük güç gereksinimleri, onları pille çalışan uygulamalar veya düşük güç tüketimli gömülü veya duvara gömülü sistemler için ideal hale getirir.
- Hızlı tepki sürelerine sahip olmaları, onları gerçek zamanlı kontrol gerektiren gömülü uygulamalar için uygun hale getirir.
- Tek bir işlevi yerine getirebilen sabit kablolu elektroniklerin aksine, çok çeşitli işlevleri yerine getirmek üzere programlanabilme özelliğine sahiptirler. Genellikle, ayrı bileşenlerle gerçekleştirilmesi çok zor veya imkansız olan karmaşık görevleri yerine getirebilirler. Bu da onları özelleştirilmiş çözümler gerektiren uygulamalar için ideal kılar.
- Bunlar çok çeşitli farklı paketlerde mevcuttur ve bu da bir uygulamayı belirli bir ihtiyaca uyacak şekilde özelleştirmeyi kolaylaştırır.
- Mikrodenetleyicilerin bir diğer büyük avantajı da düşük maliyetli olmalarıdır.
- Çok çeşitli uygulamalarda kurulumunu kolaylaştıran küçük paketler halinde mevcuttur.
Mikrodenetleyicilerin sınırlamaları
Ancak mikrodenetleyicilerde her şey avantaj değil, aynı zamanda Bazı dezavantajlar Bu da vurgulanması gereken önemli bir nokta. Örneğin:
- Birçok farklı işlevi yerine getirecek şekilde programlanabilmeleri onları çok yönlü kılar, ancak aynı zamanda sorun gidermeyi de zorlaştırır. Bir devre düzgün çalışmıyorsa, nedenini anlamak çok zor olabilir, çünkü sorun hatalı bir programdan veya bir donanım sorunundan kaynaklanıyor olabilir.
- Ayrıca karmaşık uygulamalar, piyasadaki çoğu mikrodenetleyiciden daha üstün bir bellek ve işlem performansı gerektirebilir.
- Üst düzey programlama dillerinin olmaması, seçeneklerini sınırlandırmaktadır. Düşük düzeyli makine dili talimatlarını işledikleri için, bir programda değişiklik yapmak veya donanım sorunlarını gidermek zor olabilir.
IoT'de Mikrodenetleyiciler
Mikrodenetleyicilerin basitliği onları kullanmayı kolaylaştırır IoT cihazlarıAkıllı prizler, akıllı anahtarlar, akıllı ampuller, nem sensörleri, duman sensörleri ve diğer basit cihazlar gibi. Ancak karmaşık cihazlar genellikle daha fazla bellek ve işlem gücü gerektirir ve bu da gerekli devrelerin kompakt bir cihaza sığdırılmasını zorlaştırarak, bir MCU yerine daha yüksek kapasiteli CPU'lar ve bellekler tercih etme ihtiyacını doğurur.
Üstelik, çok yönlülükleri ve yukarıda bahsettiğimiz tüm avantajlar, yüksek bellek kapasiteleri veya yüksek işlem performansı gerektirmeyen bu cihazlar için gerçekten ilgi çekici. cihazlar bir bataryaya bağlıdır, bu nedenle bu düşük güç tüketimli IC'ler idealdir.
Arduino nedir?
Onu zaten tanıyorsunuzdur. Arduino Popüler, açık kaynaklı, mikrodenetleyici tabanlı bir geliştirme kartıdır. Oldukça uygun fiyatlıdır ve ister hobi amaçlı kullanıcılar, ister programlama, elektronik veya robotiğe yeni başlayan çocuklar, isterse daha profesyonel kullanımlar için olsun, çok çeşitli projelerin kolayca tamamlanmasını sağlar. Tüm bunlar, zengin topluluğu ve ekosistemi, eksiksiz bir IDE, farklı ihtiyaçlara uygun çok sayıda sürüm, mevcut aksesuarlar ve daha fazlası sayesinde mümkün olur.
Bu Arduino kartları, Arduino tarafından geliştirilen C/C++ benzeri bir dil kullanılarak programlanır. Bu dil, yeni başlayanların anlayıp kullanabileceği kadar basit, ancak bilgisayarınızda karmaşık projeler oluşturabileceğiniz kadar da güçlüdür. Arduino IDEArduino'nun popülaritesi, aynı tür projelerle ilgilenen kaynakları, parçaları ve diğer kişileri bulmayı kolaylaştırıyor. Öyleyse, mikrodenetleyicileri tanımaya ve kullanmaya başlamanın Arduino'dan daha iyi bir yolu var mı?
Arduino IDE nedir?
Daha önce de söylediğim gibi, Arduino'nun harika bir IDE (Entegre Geliştirme Ortamı)Bu yazılımla, taslaklar veya program kaynak kodları oluşturabilir ve bunları bilgisayarınıza bağlı bir USB kablosuyla Arduino mikrodenetleyicisinin belleğine yükleyebilirsiniz. Bu sayede MCU, istediğiniz işlevleri gerçekleştirmek için bunları çalıştırabilir.
Elbette, Arduino IDE'si şuradan geliyor: açık kaynaklı, ücretsizdir macOS, Windows ve Linux dahil olmak üzere çok çeşitli platformlarda kullanılabilir. Üstelik yalnızca Arduino kartlarını programlamakla kalmayacak, aynı zamanda AVR, PIC vb. gibi diğer uyumlu mikrodenetleyicilerin yanı sıra Arduino uyumlu kartları da programlayabileceksiniz...
Arduino ve Arduino IDE'nin Avantajları
Son olarak şunu belirtmek isterim ki yaratabileceğiniz bazı projeler Bu Arduino IDE platformu ve Arduino geliştirme kartıyla. Bunu, mikrodenetleyicinin anlayabileceği makine koduna (birler ve sıfırlar) çeviriyi IDE'nin elinde bırakarak, bu üst düzey programlama dilini kullanarak da yapabilirsiniz. Programlamayı bilmeyenler veya çocuklar için blok tabanlı bir dil de kullanabilirsiniz.
Projeler, basit bir alarm oluşturmaktan, ev otomasyon sistemleri, parametre izleme, görev otomasyonu vb. dahil olmak üzere bir bahçe için karmaşık bir sulama sistemi geliştirmeye kadar çok çeşitli olabilir. Başta da söylediğim gibi, sınır neredeyse hayal gücünüz kadardır.
Ayrıca, size yardımcı olmaya istekli büyük bir topluluk ve çok sayıda kişi var. Arduino için özel olarak tasarlanmış eklentiler ve kitler, bu da işleri sizin için çok daha kolaylaştıracaktır. PIC veya 8051 gibi bir çip ile başlayıp her şeyi neredeyse sıfırdan yaratmak gibi bir şey değil...
Artık mikrodenetleyiciler dünyasına aşinasınız ve evden veya okulunuzdan nasıl başlayabileceğinizi biliyorsunuz...