Cos'è un microcontrollore?

I microcontrollori sono parte integrante dei sistemi embedded. Un microcontrollore è fondamentalmente un piccolo computer economico e su un singolo chip che comprende un processore, una piccola memoria e periferiche di input-output programmabili. Sono pensati per essere utilizzati in prodotti e dispositivi controllati automaticamente per eseguire attività predefinite e preprogrammate. Per avere un'idea migliore di cosa sia effettivamente un microcontrollore; vediamo un esempio di un prodotto in cui viene utilizzato un microcontrollore. Un termometro digitale che visualizza la temperatura ambiente utilizza un microcontrollore collegato a un sensore di temperatura e un'unità di visualizzazione (come LCD). Il microcontrollore qui prende l'input dal sensore di temperatura in forma grezza, lo elabora e lo visualizza su un piccolo display LCD in una forma leggibile dall'uomo.Allo stesso modo uno o più microcontrollori vengono utilizzati in molti dispositivi elettronici a seconda dei requisiti e della complessità delle applicazioni.

Dove vengono utilizzati?

I microcontrollori vengono utilizzati nei sistemi embedded, fondamentalmente una varietà di prodotti e dispositivi che sono una combinazione di hardware e software e sviluppati per eseguire particolari funzioni. Alcuni esempi di sistemi integrati in cui vengono utilizzati microcontrollori potrebbero essere: lavatrici, distributori automatici, microonde, fotocamere digitali, automobili, apparecchiature mediche, smartphone, orologi intelligenti, robot e vari elettrodomestici.

Perché utilizziamo microcontrollori?

I microcontrollori vengono utilizzati per impiegare l'automazione nelle applicazioni embedded. Il motivo principale alla base dell'immensa popolarità dei microcontrollori è la loro capacità di ridurre le dimensioni e il costo di un prodotto o di un progetto, rispetto a un progetto realizzato utilizzando microprocessore, memoria e dispositivi di input / output separati.

Poiché i microcontrollori hanno funzionalità come microprocessore integrato, RAM, ROM, interfacce seriali, interfacce parallele, convertitore da analogico a digitale (ADC), convertitore da digitale ad analogico (DAC) ecc. Che facilitano la creazione di applicazioni attorno ad esso. Inoltre, l'ambiente di programmazione dei microcontrollori offre vaste possibilità per controllare i diversi tipi di applicazioni secondo le loro esigenze.

Quali sono i diversi tipi di microcontrollori?

Sul mercato è disponibile un'ampia gamma di microcontrollori. Diverse aziende come Atmel, ARM, Microchip, Texas Instruments, Renesas, Freescale, NXP Semiconductors, ecc. Producono diversi tipi di microcontrollori con diversi tipi di funzionalità. Esaminando vari parametri come memoria programmabile, dimensioni flash, tensione di alimentazione, pin di ingresso / uscita, velocità, ecc., È possibile selezionare il microcontrollore giusto per la loro applicazione.

Diamo un'occhiata a questi parametri e ai diversi tipi di microcontrollori in base a questi parametri.

Bus dati (dimensione bit):

Quando classificati in base alla dimensione dei bit, la maggior parte dei microcontrollori varia da 8 bit a 32 bit (sono disponibili anche microcontrollori a bit più alti). In un microcontrollore a 8 bit il suo bus dati è composto da 8 linee dati, mentre in un microcontrollore a 16 bit il suo bus dati è composto da 16 linee dati e così via per microcontrollori a 32 bit e superiori.

Memoria:

I microcontrollori necessitano di memoria (RAM, ROM, EPROM, EEPROM, memoria flash, ecc.) Per memorizzare programmi e dati. Mentre alcuni microcontrollori hanno chip di memoria integrati mentre altri richiedono una memoria esterna per essere collegati. Questi sono chiamati rispettivamente microcontrollori di memoria incorporata e microcontrollori di memoria esterna. La dimensione della memoria incorporata varia anche in diversi tipi di microcontrollori e generalmente si troveranno microcontrollori con memoria da 4B a 4Mb.

Numero di pin di ingresso / uscita:

I microcontrollori variano in base al numero di dimensioni dei pin di ingresso-uscita. Si può scegliere un microcontrollore specifico secondo il requisito dell'applicazione.

Set di istruzioni:

Esistono due tipi di set di istruzioni: RISC e CISC. Un microcontrollore può utilizzare RISC (Reduced Instruction Set Computer) o CISC (Complex Instruction Set Computer). Come suggerisce il nome, RISC riduce il tempo di operazione definendo il ciclo di clock di un'istruzione; mentre CISC consente di applicare un'istruzione in alternativa a molte istruzioni.

Architettura della memoria:

Esistono due tipi di microcontrollori: microcontrollori con architettura di memoria di Harvard e microcontrollori con architettura di memoria di Princeton.

Ecco alcuni microcontrollori popolari tra studenti e hobbisti.

Serie 8051 di microcontrollori (8 bit)

Microcontrollori AVR di Atmel (ATtiny, serie ATmega)

Microcontrollori della serie PIC di Microchip

I microcontrollori di Texas Instruments come MSP430

Microcontrollori ARM

Caratteristiche dei microcontrollori

I microcontrollori vengono utilizzati nei sistemi embedded per le loro varie caratteristiche. Come mostrato nello schema a blocchi di seguito di un microcontrollore, comprende processore, pin I / O, porte seriali, timer, ADC, DAC e controllo interrupt.

Processore o CPU

Il processore è il cervello di un microcontrollore. Quando viene fornito l'input tramite i pin di input e le istruzioni tramite i programmi, elabora i dati di conseguenza e fornisce i pin di output.

Memoria

I chip di memoria sono integrati in un microcontrollore per memorizzare tutti i programmi e i dati. Potrebbero esserci diversi tipi di memoria integrata nei microcontrollori come RAM, ROM, EPROM, EEPROM, memoria Flash, ecc.

Porte di ingresso-uscita

Ogni microcontrollore ha porte di input e output. A seconda dei tipi di microcontrollori, il numero di pin di input output può variare. Sono utilizzati per interfacciarsi con dispositivi di input e output esterni come sensori, unità di visualizzazione, ecc.

Porte seriali

Facilitano l'interfaccia seriale dei microcontrollori con altre periferiche. Una porta seriale è un'interfaccia di comunicazione seriale attraverso la quale le informazioni vengono trasferite in entrata o in uscita una alla volta.

ADC e DAC

A volte i sistemi embedded devono convertire i dati da digitali ad analogici e viceversa. Quindi la maggior parte dei microcontrollori è incorporata con ADC (convertitore da analogico a digitale) e DAC (convertitori da digitale ad analogico) integrati per eseguire la conversione richiesta.

Timer

Timer e contatori sono parti importanti dei sistemi embedded. Sono necessari per varie operazioni come generazione di impulsi, conteggio di impulsi esterni, modulazione, oscillazione, ecc.

Controllo degli interrupt

Il controllo degli interrupt è una delle potenti funzionalità dei microcontrollori. È una sorta di notifica che interrompe il processo in corso e istruisce a eseguire l'attività definita dal controllo degli interrupt.

Per riassumere tutto questo, i microcontrollori sono una sorta di mini computer compatti progettati per eseguire compiti specifici in sistemi embedded. Con un'ampia gamma di funzioni, la loro importanza e il loro utilizzo sono vasti e possono essere trovati in prodotti e dispositivi di tutti i settori.