NUC975DK61Y - مدارهای مجتمع، جاسازی شده، میکروکنترلرها - NUVOTON Technology Corporation

1 تعریف میکروکنترلر

از آنجایی که میکروکنترلر واحد منطقی حسابی، حافظه، تایمر/ماشین‌حساب، و مدارهای مختلف / O و غیره است که در یک تراشه یکپارچه شده‌اند و یک سیستم محاسباتی کامل را تشکیل می‌دهند، به عنوان یک میکرو کامپیوتر تک تراشه نیز شناخته می‌شود.

برنامه موجود در حافظه میکروکنترلر که از نزدیک با مدارهای سخت افزاری میکروکنترلر و سخت افزار جانبی استفاده می شود، از نرم افزار رایانه شخصی متمایز می شود و برنامه میکروکنترلر به عنوان سیستم عامل نامیده می شود.به طور کلی، یک ریزپردازنده یک CPU در یک مدار مجتمع است، در حالی که یک میکروکنترلر یک CPU، ROM، RAM، VO، تایمر و غیره است که همه روی یک مدار مجتمع واحد هستند.در مقایسه با CPU، میکروکنترلر قدرت محاسباتی آنچنانی قدرتمندی ندارد، و همچنین دارای MemoryManaaement واحد نیست، که باعث می شود میکروکنترلر تنها بتواند کنترل، منطق و سایر وظایف نسبتاً ساده و نسبتاً ساده را انجام دهد و به طور گسترده در کنترل تجهیزات، پردازش سیگنال حسگر استفاده می شود. و زمینه های دیگر مانند برخی از لوازم خانگی، تجهیزات صنعتی، ابزار برقی و غیره.

2 ترکیب میکروکنترلر

میکروکنترلر از چندین بخش تشکیل شده است: پردازنده مرکزی، حافظه و ورودی/خروجی:

-پردازنده مرکزی:

پردازنده مرکزی جزء اصلی MCU است که شامل دو بخش اصلی اپراتور و کنترلر است.

-اپراتور

اپراتور شامل واحد حسابی و منطقی (ALU)، انباشت کننده و رجیسترها و غیره است. نقش ALU انجام عملیات حسابی یا منطقی روی داده های ورودی است.ALU قادر است اندازه این دو داده را جمع، تفریق، تطبیق یا مقایسه کند و در نهایت نتیجه را در انباشته ذخیره کند.

اپراتور دو عملکرد دارد:

(1) برای انجام عملیات حسابی مختلف.

(2) برای انجام عملیات منطقی مختلف و انجام تست های منطقی، مانند آزمایش مقدار صفر یا مقایسه دو مقدار.

تمام عملیات انجام شده توسط اپراتور توسط سیگنال های کنترلی از کنترل کننده هدایت می شود، و در حالی که یک عملیات حسابی یک نتیجه حسابی ایجاد می کند، یک عملیات منطقی یک حکم تولید می کند.

-کنترل کننده

کنترل کننده از شمارنده برنامه، ثبت دستورالعمل، رمزگشای دستورالعمل، مولد زمان و کنترل کننده عملیات و غیره تشکیل شده است. این «بدنه تصمیم گیرنده» است که دستورات را صادر می کند، یعنی عملیات کل سیستم میکروکامپیوتر را مختصات و هدایت می کند.توابع اصلی آن عبارتند از:

(1) برای بازیابی یک دستورالعمل از حافظه و نشان دادن محل دستور بعدی در حافظه.

(2) رمزگشایی و آزمایش دستورالعمل و تولید سیگنال کنترل عملیات مربوطه برای تسهیل اجرای عمل مشخص شده.

(3) جهت جریان داده را بین CPU، حافظه و دستگاه های ورودی و خروجی هدایت و کنترل می کند.

ریزپردازنده ALU، شمارنده‌ها، ثبت‌ها و بخش کنترل را از طریق گذرگاه داخلی به هم متصل می‌کند و از طریق گذرگاه خارجی به مدارهای رابط ورودی/خروجی و حافظه خارجی متصل می‌شود.گذرگاه خارجی که گذرگاه سیستم نیز نامیده می شود، به گذرگاه داده DB، گذرگاه آدرس AB و گذرگاه کنترل CB تقسیم می شود و از طریق مدار رابط ورودی/خروجی به دستگاه های جانبی مختلف متصل می شود.

-حافظه

حافظه را می توان به دو دسته تقسیم کرد: حافظه داده و حافظه برنامه.

حافظه داده برای ذخیره داده ها و ذخیره سازی برنامه برای ذخیره برنامه ها و پارامترها استفاده می شود.

-ورودی/خروجی -پیوند دادن یا رانندگی دستگاه های مختلف

پورت های ارتباطی سریال - تبادل داده بین MCU و تجهیزات جانبی مختلف مانند UART، SPI، 12C و غیره.

3 طبقه بندی میکروکنترلر

از نظر تعداد بیت ها، میکروکنترلرها را می توان به 4 بیت، 8 بیت، 16 بیت و 32 بیت تقسیم کرد.در کاربردهای عملی، 32 بیتی 55%، 8 بیتی 43%، 4 بیتی 2% و 16 بیتی 1% است.

مشاهده می شود که امروزه میکروکنترلرهای 32 و 8 بیتی پرکاربردترین میکروکنترلرها هستند.
تفاوت در تعداد بیت ها نشان دهنده ریزپردازنده های خوب یا بد نیست، نه هر چه تعداد بیت ها بیشتر باشد ریزپردازنده بهتر است و هر چه تعداد بیت ها کمتر نباشد ریزپردازنده بدتر است.

MCU های 8 بیتی همه کاره هستند.آنها برنامه نویسی ساده، بهره وری انرژی و اندازه بسته کوچک را ارائه می دهند (برخی فقط شش پین دارند).اما این میکروکنترلرها معمولاً برای عملکردهای شبکه و ارتباطات استفاده نمی شوند.

رایج ترین پروتکل های شبکه و پشته های نرم افزار ارتباطی 16 یا 32 بیتی هستند.لوازم جانبی ارتباطی برای برخی از دستگاه های 8 بیتی موجود است، اما MCU های 16 و 32 بیتی اغلب انتخاب کارآمدتری هستند.با این وجود، MCU های 8 بیتی معمولاً برای انواع برنامه های کنترل، سنجش و رابط استفاده می شوند.

از نظر معماری، میکروکنترلرها را می توان به دو دسته تقسیم کرد: RISC (کامپیوترهای مجموعه دستورالعمل کاهش یافته) و CISC (کامپیوترهای مجموعه دستورات پیچیده).

RISC یک ریزپردازنده است که انواع کمتری از دستورالعمل‌های کامپیوتری را اجرا می‌کند و در دهه 1980 با پردازنده مرکزی MIPS (یعنی ماشین‌های RISC) ایجاد شد و ریزپردازنده‌های مورد استفاده در ماشین‌های RISC در مجموع پردازنده‌های RISC نامیده می‌شوند.به این ترتیب، می تواند عملیات را با سرعت بیشتری (میلیون ها دستورالعمل بیشتر در ثانیه یا MIPS) اجرا کند.از آنجایی که رایانه‌ها برای اجرای هر نوع دستورالعمل به ترانزیستورها و عناصر مدار اضافی نیاز دارند، هر چه مجموعه دستورات رایانه بزرگ‌تر باشد، ریزپردازنده را پیچیده‌تر می‌کند و عملیات را آهسته‌تر اجرا می‌کند.

CISC شامل مجموعه ای غنی از دستورالعمل های کوچک است که ایجاد برنامه هایی را که روی پردازنده اجرا می شوند ساده می کند.دستورالعمل‌ها از زبان اسمبلی تشکیل شده‌اند و برخی از توابع رایج که در اصل توسط نرم‌افزار پیاده‌سازی شده‌اند، به جای آن توسط سیستم دستورالعمل سخت‌افزاری پیاده‌سازی می‌شوند.بنابراین کار برنامه نویس بسیار کاهش می یابد و برخی از عملیات یا عملیات پایین تر به طور همزمان در هر دوره دستورالعمل پردازش می شوند تا سرعت اجرای رایانه افزایش یابد و به این سیستم سیستم دستورالعمل پیچیده می گویند.

4 خلاصه

یک چالش جدی برای مهندسان الکترونیک خودرو امروزی ساختن یک کم هزینه، بدون مشکل و حتی در صورت خرابی می تواند سیستم های خودرو کار کند، در عملکرد خودرو در حال حاضر به تدریج بهبود می یابد، انتظار می رود میکروکنترلرها عملکرد را افزایش دهند. واحدهای کنترل الکترونیکی خودرو