МИКРОКОНТРОЛЛЕР

MICROCONTROLLER

Egor Frolov

Student of State Agrarian University of the Northern Urals,

Russia, Tyumen

Sergey Navtsenya

Student of State Agrarian University of the Northern Urals,

 Russia, Tyumen

Vladislav Tashlanov

Scientific adviser, Lecturer of the Department of "Technical Systems in Agriculture", State Agrarian University of the Northern Urals,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

Микроконтроллеры, которые иногда называют встроенным контроллером или микроконтроллерным блоком, встречаются в транспортных средствах, роботах, офисных машинах, медицинских устройствах, мобильных радиопередатчиках, торговых автоматах и бытовой технике, а также в других устройствах. По сути, это простые миниатюрные персональные компьютеры, предназначенные для управления небольшими функциями более крупного компонента, без сложной внешней операционной системы. В настоящее время они являются незаменимой частью практически всех устройств.

ABSTRACT

Microcontrollers, sometimes referred to as an embedded controller or microcontroller unit, are found in vehicles, robots, office machines, medical devices, mobile radio transmitters, vending machines and household appliances, as well as in other devices. In fact, these are simple miniature personal computers designed to control small functions of a larger component, without a complex external operating system. Currently, they are an indispensable part of almost all devices.

Ключевые слова: микроконтроллер, схема, управление, операция, система, устройство.

Keywords: microcontroller, circuit, control, operation, system, device.

Микроконтроллер — это компактная интегральная схема, предназначенная для управления определенной операцией во встроенной системе.

Микроконтроллер встроен в систему для управления единственной функцией устройства. Он делает это путем интерпретации данных, получаемых от периферийных устройств ввода-вывода, с помощью центрального процессора. Временная информация, которую получает микроконтроллер, сохраняется в его памяти данных, где процессор обращается к ней и использует инструкции, хранящиеся в его программной памяти, для расшифровки и применения поступающих данных. Затем он использует свои периферийные устройства ввода-вывода для связи и выполнения соответствующих действий.

Микроконтроллеры используются в широком спектре систем и устройств. В устройствах часто используются несколько микроконтроллеров, которые работают вместе внутри устройства для выполнения своих соответствующих задач. [1, с. 85]

Например, автомобиль может иметь множество микроконтроллеров, которые управляют различными отдельными системами внутри, такими как антиблокировочная система тормозов, контроль тяги, впрыск топлива или управление подвеской. Все микроконтроллеры взаимодействуют друг с другом, сообщая о правильных действиях. Некоторые могут взаимодействовать с более сложным центральным компьютером внутри автомобиля, а другие могут взаимодействовать только с другими микроконтроллерами. Они отправляют и получают данные с помощью своих периферийных устройств ввода-вывода и обрабатывают эти данные для выполнения назначенных им задач.

Основными элементами микроконтроллера являются:

1. Процессор. Процессор можно рассматривать как мозг устройства. Он обрабатывает и реагирует на различные инструкции, управляющие работой микроконтроллера. Это включает в себя выполнение основных арифметических, логических операций и операций ввода-вывода. Он также выполняет операции передачи данных, которые передают команды другим компонентам более крупной встроенной системы.

2. Память. Память микроконтроллера используется для хранения данных, которые процессор получает и использует для ответа на инструкции, для выполнения которых он был запрограммирован. Микроконтроллер имеет два основных типа памяти:

• Программная память, в которой хранится долговременная информация об инструкциях, выполняемых ЦП. Память программ — это энергонезависимая память, то есть она хранит информацию в течение долгого времени без необходимости использования источника питания.
• Память данных, необходимая для временного хранения данных во время выполнения инструкций. Память данных является энергозависимой, то есть данные, которые она хранит, являются временными и сохраняются только в том случае, если устройство подключено к источнику питания.

3. Периферийные устройства ввода-вывода. Устройства ввода и вывода представляют собой интерфейс процессора с внешним миром. Входные порты получают информацию и отправляют ее процессору в виде двоичных данных. Процессор получает эти данные и отправляет необходимые инструкции устройствам вывода, которые выполняют задачи, внешние по отношению к микроконтроллеру.

Хотя процессор, память и периферийные устройства ввода-вывода являются определяющими элементами микропроцессора, существуют и другие элементы, которые часто включаются в его состав. Сам термин «периферийные устройства ввода-вывода» просто относится к поддерживающим компонентам, которые взаимодействуют с памятью и процессором. Существует множество вспомогательных компонентов, которые можно отнести к периферийным устройствам. Наличие некоторого проявления периферийных устройств ввода-вывода является элементарным для микропроцессора, поскольку они представляют собой механизм, посредством которого применяется процессор. [2, с. 48]

Другие вспомогательные элементы микроконтроллера включают:

1. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП — это схема, которая преобразует аналоговые сигналы в цифровые сигналы. Это позволяет процессору в центре микроконтроллера взаимодействовать с внешними аналоговыми устройствами, такими как датчики.
2. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — ЦАП выполняет обратную функцию АЦП и позволяет процессору в центре микроконтроллера передавать исходящие сигналы внешним аналоговым компонентам.
3. Системная шина. Системная шина — это соединительный провод, который связывает все компоненты микроконтроллера вместе.
4. Последовательный порт. Последовательный порт является одним из примеров порта ввода-вывода, который позволяет микроконтроллеру подключаться к внешним компонентам. Он имеет те же функции, что и USB или параллельный порт, но отличается способом обмена битами.

Процессор микроконтроллера зависит от приложения. Варианты варьируются от простых 4-битных, 8-битных или 16-битных процессоров до более сложных 32-битных или 64-битных процессоров. Микроконтроллеры могут использовать типы энергозависимой памяти, такие как оперативное запоминающее устройство и типы энергонезависимой памяти — сюда входят флэш-память, стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство и электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство. [3, с. 47]

Как правило, микроконтроллеры проектируются так, чтобы их можно было легко использовать без дополнительных вычислительных компонентов, поскольку они имеют достаточный объем встроенной памяти, а также имеют контакты для общих операций ввода-вывода, поэтому они могут напрямую взаимодействовать с датчиками и другими компонентами.

Когда микроконтроллеры впервые стали доступны, они использовали исключительно язык ассемблера. Сегодня язык программирования C является популярным вариантом. Другие распространенные языки микропроцессоров включают Python и JavaScript.

Вывод. Микроконтроллеры имеют входные и выходные контакты для реализации периферийных функций. К таким функциям относятся аналого-цифровые преобразователи, контроллеры жидкокристаллического дисплея, часы реального времени, универсальный синхронный/асинхронный приемник-передатчик, таймеры, универсальный асинхронный приемник-передатчик и универсальная последовательная шина[4, с. 114]. Датчики, собирающие данные, связанные, в частности, с влажностью и температурой, также часто подключаются к микроконтроллерам.

Список литературы:

1. Белов А.В. Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах AVR. - Наука и техника, 2008. – 124 с.
2. Кокошин С.Н., Ташланов В.И. Модель взаимодействия диска сошника с почвой//Агропродовольственная политика России. - 2018. № 1 (73). - С. 47-51.
3. Аандрэ, Ф. Микроконтроллеры семейства SX фирмы Ubicom / Ф. Аандрэ. - М.: ДМК, 2016. - 272 c.
4. Васильев, А.Е. Микроконтроллеры. Разработка встраиваемых приложений / А.Е. Васильев. - СПб.: BHV, 2008. - 304 c.