NUC975DK61Y – Интегральные схемы, встраиваемые микроконтроллеры – NUVOTON Technology Corporation

1 Определение микроконтроллера

Поскольку микроконтроллер представляет собой арифметико-логическое устройство, память, таймер/калькулятор и различные схемы вывода/вывода и т. д., интегрированные в микросхему, составляющие базовую полную вычислительную систему, он также известен как однокристальный микрокомпьютер.

Программа в памяти микроконтроллера, используемая в тесном контакте с аппаратным обеспечением микроконтроллера и периферийными аппаратными схемами, отличается от программного обеспечения ПК и называется программой микроконтроллера как прошивкой.Как правило, микропроцессор — это ЦП на одной интегральной схеме, а микроконтроллер — это ЦП, ПЗУ, ОЗУ, ВО, таймер и т. д., все на одной интегральной схеме.По сравнению с ЦП, микроконтроллер не обладает такой мощной вычислительной мощностью и не имеет блока управления памятью, из-за чего микроконтроллер может выполнять только некоторые относительно простые и простые задачи управления, логики и других задач, и он широко используется в управлении оборудованием, обработке сигналов датчиков. и другие области, такие как некоторая бытовая техника, промышленное оборудование, электроинструменты и т. д.

2 Состав микроконтроллера

Микроконтроллер состоит из нескольких частей: центрального процессора, памяти и ввода/вывода:

-Центральный процессор:

Центральный процессор является основным компонентом MCU, включая две основные части: оператора и контроллера.

-Оператор

Оператор состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), аккумулятора, регистров и т. д. Роль АЛУ заключается в выполнении арифметических или логических операций над входящими данными.АЛУ способно складывать, вычитать, сопоставлять или сравнивать размер этих двух данных и, наконец, сохранять результат в аккумуляторе.

Оператор имеет две функции:

(1) Выполнять различные арифметические действия.

(2) Для выполнения различных логических операций и выполнения логических тестов, таких как проверка нулевого значения или сравнение двух значений.

Все операции, выполняемые оператором, управляются управляющими сигналами контроллера, и если арифметическая операция дает арифметический результат, то логическая операция выдает вердикт.

-Контроллер

Контроллер состоит из счетчика программ, регистра команд, декодера команд, генератора синхронизации, контроллера операций и т. д. Это «орган принятия решений», который выдает команды, т.е. координирует и направляет работу всей микрокомпьютерной системы.Его основные функции:

(1) Получить команду из памяти и указать местоположение следующей инструкции в памяти.

(2) Декодировать и протестировать инструкцию и сгенерировать соответствующий сигнал управления операцией для облегчения выполнения указанного действия.

(3) Направляет и контролирует направление потока данных между ЦП, памятью и устройствами ввода и вывода.

Микропроцессор соединяет АЛУ, счетчики, регистры и секцию управления через внутреннюю шину, а также соединяется с внешней памятью и схемами интерфейса ввода-вывода через внешнюю шину.Внешняя шина, также называемая системной шиной, разделена на шину данных DB, адресную шину AB и шину управления CB и подключается к различным периферийным устройствам через схему интерфейса ввода-вывода.

-Объем памяти

Память можно разделить на две категории: память данных и память программ.

Память данных используется для сохранения данных, а память программ используется для хранения программ и параметров.

-Ввод/вывод -Связывание или управление различными устройствами

Порты последовательной связи обеспечивают обмен данными между MCU и различными периферийными устройствами, такими как UART, SPI, 12C и т. д.

3 Классификация микроконтроллеров

По количеству бит микроконтроллеры можно разделить на: 4-битные, 8-битные, 16-битные и 32-битные.В практических приложениях на 32-битную приходится 55%, на 8-битную — 43%, на 4-битную — 2% и на 16-битную — 1%.

Видно, что 32-битные и 8-битные микроконтроллеры сегодня являются наиболее широко используемыми микроконтроллерами.
Разница в количестве битов не характеризует хороший или плохой микропроцессор: чем больше количество битов, тем лучше микропроцессор, и не чем меньше количество битов, тем хуже микропроцессор.

8-битные микроконтроллеры универсальны;они предлагают простое программирование, энергоэффективность и небольшой размер корпуса (некоторые имеют всего шесть контактов).Но эти микроконтроллеры обычно не используются для сетевых и коммуникационных функций.

Наиболее распространенные сетевые протоколы и стеки коммуникационного программного обеспечения являются 16- или 32-битными.Для некоторых 8-битных устройств доступны коммуникационные периферийные устройства, но 16- и 32-битные микроконтроллеры часто являются более эффективным выбором.Тем не менее, 8-битные микроконтроллеры обычно используются для различных приложений управления, измерения и интерфейса.

Архитектурно микроконтроллеры можно разделить на две категории: RISC (компьютеры с сокращенным набором команд) и CISC (компьютеры со сложным набором команд).

RISC — это микропроцессор, который выполняет меньше типов компьютерных инструкций и возник в 1980-х годах вместе с мэйнфреймом MIPS (т. е. RISC-машинами), а микропроцессоры, используемые в RISC-машинах, в совокупности называются RISC-процессорами.Таким образом, он может выполнять операции с большей скоростью (на миллионы инструкций в секунду или MIPS).Поскольку для выполнения команд каждого типа компьютерам требуются дополнительные транзисторы и элементы схемы, чем больше набор команд компьютера, тем сложнее микропроцессор и медленнее выполняются операции.

CISC включает богатый набор микроинструкций, упрощающих создание программ, работающих на процессоре.Инструкции составлены на языке ассемблера, а некоторые общие функции, изначально реализованные программным обеспечением, вместо этого реализуются аппаратной системой инструкций.Таким образом, работа программиста значительно сокращается, и некоторые операции или операции более низкого порядка обрабатываются одновременно в каждом периоде инструкций, чтобы увеличить скорость выполнения компьютера, и эта система называется сложной системой команд.

4 Резюме

Серьезной задачей для сегодняшних инженеров автомобильной электроники является создание недорогих, безотказных и способных работать даже в случае сбоя автомобильных систем, в настоящее время производительность автомобиля постепенно улучшается, ожидается, что микроконтроллеры повысят производительность. автомобильных электронных блоков управления.