NUC975DK61Y – Integrirana vezja, vgrajena, mikrokontrolerji – NUVOTON Technology Corporation

1 Definicija mikrokontrolerja

Ker je mikrokrmilnik aritmetično logična enota, pomnilnik, časovnik/kalkulator in različna / O vezja itd., integrirana v čip, ki sestavlja osnovni popoln računalniški sistem, je znan tudi kot mikroračunalnik z enim čipom.

Program v pomnilniku mikrokrmilnika, ki se uporablja tesno s strojno opremo mikrokrmilnika in vezji periferne strojne opreme, se razlikuje od programske opreme osebnega računalnika in se kot vdelana programska oprema imenuje program mikrokrmilnika.Na splošno je mikroprocesor CPE na enem integriranem vezju, medtem ko je mikrokrmilnik CPE, ROM, RAM, VO, časovnik itd., vse na enem integriranem vezju.V primerjavi s CPE mikrokrmilnik nima tako zmogljive računalniške moči, niti nima enote za upravljanje pomnilnika, zaradi česar lahko mikrokrmilnik obravnava le nekatere razmeroma enostavne in enostavne nadzorne, logične in druge naloge, pogosto pa se uporablja pri krmiljenju opreme, obdelavi senzorskih signalov in druga področja, kot so nekateri gospodinjski aparati, industrijska oprema, električna orodja itd.

2 Sestava mikrokontrolerja

Mikrokrmilnik je sestavljen iz več delov: centralni procesor, pomnilnik in vhod/izhod:

- Centralni procesor:

Centralni procesor je osrednja komponenta MCU, vključno z dvema glavnima deloma operaterja in krmilnika.

-Operater

Operater je sestavljen iz aritmetične in logične enote (ALU), akumulatorja in registrov itd. Vloga ALU je izvajanje aritmetičnih ali logičnih operacij na vhodnih podatkih.ALU je sposoben seštevati, odštevati, ujemati ali primerjati velikost teh dveh podatkov in na koncu shraniti rezultat v akumulator.

Operater ima dve funkciji:

(1) Za izvajanje različnih aritmetičnih operacij.

(2) Za izvajanje različnih logičnih operacij in izvajanje logičnih testov, kot je test ničelne vrednosti ali primerjava dveh vrednosti.

Vse operacije, ki jih izvaja operater, usmerjajo krmilni signali iz krmilnika, in medtem ko aritmetična operacija proizvede aritmetični rezultat, logična operacija proizvede razsodbo.

-Krmilnik

Krmilnik je sestavljen iz programskega števca, ukaznega registra, ukaznega dekoderja, časovnega generatorja in krmilnika delovanja itd. Je »odločevalski organ«, ki izdaja ukaze, torej koordinira in usmerja delovanje celotnega mikroračunalniškega sistema.Njegove glavne funkcije so:

(1) Za pridobitev navodil iz pomnilnika in označevanje lokacije naslednjega navodila v pomnilniku.

(2) Za dekodiranje in testiranje navodil ter generiranje ustreznega krmilnega signala delovanja za lažjo izvedbo določenega dejanja.

(3) Usmerja in nadzoruje smer pretoka podatkov med CPE, pomnilnikom ter vhodnimi in izhodnimi napravami.

Mikroprocesor prek notranjega vodila povezuje ALU, števce, registre in krmilni del, prek zunanjega vodila pa se povezuje z zunanjim pomnilnikom in vhodno/izhodnimi vmesniki.Zunanje vodilo, imenovano tudi sistemsko vodilo, je razdeljeno na podatkovno vodilo DB, naslovno vodilo AB in krmilno vodilo CB ter je prek vhodno/izhodnega vmesniškega vezja povezano z različnimi perifernimi napravami.

-Spomin

Pomnilnik lahko razdelimo v dve kategoriji: podatkovni pomnilnik in programski pomnilnik.

Podatkovni pomnilnik se uporablja za shranjevanje podatkov, programski pomnilnik pa za shranjevanje programov in parametrov.

-Vhod/izhod -Povezovanje ali vodenje različnih naprav

Serijska komunikacijska vrata-izmenjava podatkov med MCU in različnimi perifernimi napravami, kot so UART, SPI, 12C itd.

3 Razvrstitev mikrokontrolerjev

Glede na število bitov lahko mikrokontrolerje razvrstimo na: 4-bitne, 8-bitne, 16-bitne in 32-bitne.V praktičnih aplikacijah 32-bitni predstavlja 55 %, 8-bitni 43 %, 4-bitni 2 % in 16-bitni 1 %.

Vidimo lahko, da so 32-bitni in 8-bitni mikrokrmilniki danes najbolj razširjeni mikrokrmilniki.
Razlika v številu bitov ne predstavlja dobre ali slabe mikroprocesorje, ne več kot je število bitov, boljši je mikroprocesor, in ne manjše število bitov, slabši je mikroprocesor

8-bitni mikrokontrolerji so vsestranski;ponujajo enostavno programiranje, energijsko učinkovitost in majhno velikost paketa (nekateri imajo samo šest pinov).Toda ti mikrokontrolerji se običajno ne uporabljajo za omrežne in komunikacijske funkcije.

Najpogostejši omrežni protokoli in skladi komunikacijske programske opreme so 16- ali 32-bitni.Komunikacijske zunanje naprave so na voljo za nekatere 8-bitne naprave, vendar so 16- in 32-bitni mikrokontrolerji pogosto učinkovitejša izbira.Kljub temu se 8-bitni mikrokontrolerji običajno uporabljajo za različne nadzorne, zaznavne in vmesniške aplikacije.

Arhitekturno lahko mikrokrmilnike razdelimo v dve kategoriji: RISC (Reduced Instruction Set Computers) in CISC (Complex Instruction Set Computers).

RISC je mikroprocesor, ki izvaja manj vrst računalniških ukazov in izvira iz osemdesetih let 20. stoletja z glavnim računalnikom MIPS (tj. stroji RISC), mikroprocesorji, ki se uporabljajo v strojih RISC, pa se skupaj imenujejo procesorji RISC.Na ta način lahko izvaja operacije hitreje (več milijonov ukazov na sekundo ali MIPS).Ker računalniki za izvajanje vsake vrste ukazov potrebujejo dodatne tranzistorje in elemente vezja, večji kot je nabor računalniških ukazov, naredi mikroprocesor bolj zapleten in počasneje izvaja operacije.

CISC vključuje bogat nabor mikroinstrukcij, ki poenostavljajo ustvarjanje programov, ki se izvajajo na procesorju.Navodila so sestavljena iz zbirnega jezika, nekatere običajne funkcije, ki jih je prvotno izvajala programska oprema, pa namesto tega izvaja sistem ukazov strojne opreme.Delo programerja je tako močno zmanjšano in nekatere operacije nižjega reda ali operacije se obdelujejo hkrati v vsakem ukaznem obdobju, da se poveča hitrost izvajanja računalnika, in ta sistem imenujemo kompleksen sistem ukazov.

4 Povzetek

Resen izziv za današnje inženirje avtomobilske elektronike je zgraditi poceni avtomobilske sisteme brez težav, ki lahko delujejo tudi v primeru okvare, pri čemer se zmogljivost avtomobila trenutno postopoma izboljšuje, pričakuje se, da bodo mikrokrmilniki izboljšali zmogljivost avtomobilskih elektronskih krmilnih enot.