• Микроконтроллер — это, по сути, маленький компьютер на одной микросхеме, который используется для выполнения конкретных задач во встраиваемой системе.
  • Микроконтроллеры идеально подходят для портативной бытовой электроники с питанием от батарей: смартфонов, умных часов и других носимых устройств.

Инженеры Texas Instruments Gary Boone и Michael Cochran создали первый микроконтроллер в 1971 году. Сегодня десятки производителей микроконтроллеров — таких как Intel, NXP и Arm, — предлагают сотни разновидностей: от базовых вариантов для любителей и профессиональных технических специалистов до узкоспециализированных решений для всех отраслей.

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллер— это, по сути, маленький компьютер на одной микросхеме. Он предназначен для выполнения конкретных задач во встраиваемых системах без необходимости в сложной операционной системе.

Эти компактные интегральные схемы содержат процессорное ядро,оперативную память (RAM)и электрически стираемую программируемую постоянную память (EEPROM) для хранения пользовательских программ, которые выполняются на микроконтроллере, даже когда устройство отключено от питания.

В отличие от микропроцессоров общего назначения, микроконтроллеры объединяют вычислительное ядро, память и периферийные устройства ввода-вывода (I/O), включая таймеры, счётчики и аналого-цифровые преобразователи (АЦП), в единый эффективный и экономичный блок. Объединяя несколько компонентов в одной системе, микроконтроллеры хорошо подходят для приложений, требующих обработки сигналов в реальном времени, — например, управления двигателями и серверами, а также взаимодействия с различными типами датчиков и средств связи.

Читайте также:Что такое встраиваемая система и каковы её области применения?

Читайте также:Контроллер DualSense Astro Bot от Sony доступен для предзаказа

Компоненты микроконтроллера

1. Центральный процессор (CPU):Обычно называют «мозгом» компьютера; это основной компонент, отвечающий за выполнение инструкций и управление операциями.

2. Память:Микроконтроллеры содержат энергозависимую память (RAM) и энергонезависимую флэш-память. RAM отличается от программной памяти тем, что хранит временные данные, которые могут быть потеряны при отключении питания, тогда как энергонезависимая флэш-память используется для хранения прошивки с набором инструкций программирования микроконтроллера.

3. Периферийные устройства:В зависимости от предполагаемого применения микроконтроллер может содержать различные вспомогательные компоненты, такие как интерфейсы ввода-вывода (I/O), включая таймеры, счётчики, аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи, а также протоколы связи (UART, SPI, I2C). Вспомогательные устройства могут также включать такие компоненты, как ЖК-дисплеи, порты Ethernet или интерфейсы для подобных модулей.

Микроконтроллеры идеально подходят для портативной бытовой электроники с питанием от батарей — смартфонов, умных часов и других носимых устройств — благодаря лёгкости, компактности и относительно низкому энергопотреблению.

Типы микроконтроллеров

1. 8-битные микроконтроллеры:Самый базовый тип микроконтроллеров с ограниченными вычислительными возможностями и объёмом памяти; обычно используется в небольших устройствах, таких как игрушки и пульты дистанционного управления.

2. 16-битные микроконтроллеры:В два раза производительнее 8-битных моделей; используются в более сложных приложениях, включая медицинские устройства, автомобильные системы и промышленные системы управления.

3. 32-битные микроконтроллеры:Самые мощные и функционально насыщенные типы микроконтроллеров; применяются в требовательных приложениях, таких как игровые консоли, развлекательные устройства и высококлассная промышленная автоматизация.

4. RISC-микроконтроллеры (Reduced Instruction Set Computer):Архитектура RISC упрощает и ускоряет операции за счёт выполнения меньшего числа вычислительных инструкций быстрее, чем другие подходы, например архитектура CISC (Complex Instruction Set Computer).

5. ARM-микроконтроллеры:Ранее аббревиатура расшифровывалась как Advanced RISC Machines; эти типы микроконтроллеров используют архитектуру ARM, включая современное подмножество ARM Cortex, которое повышает производительность и надёжность. ARM-микроконтроллеры широко применяются в мобильных устройствах, автомобильных системах и промышленных системах управления.

6. Микроконтроллеры на базе FPGA:Обычно используются в приложениях, требующих цифровой обработки сигналов, обработки видео и высокоскоростных сетей; такие микроконтроллеры применяют программируемые вентильные матрицы (FPGA), которые можно настраивать и перенастраивать на аппаратном уровне для получения высокоуниверсальных и настраиваемых результатов обработки.