Einige Leser sind noch nie mit einem Mikrocontroller in Berührung gekommen und haben nur eine vage Vorstellung davon, was ein Mikrocontroller ist. In dieser Ausgabe haben wir eigens einen Einführungsartikel veröffentlicht, um Ihnen zu erklären, was ein Mikrocontroller ist und welche Typen es gibt. Wie funktioniert er? Welche Peripherieschaltungen braucht er, um unsere Kommunikation mit ihm zu vervollständigen? Ich hoffe, dass Sie nach der Lektüre ein umfassendes Verständnis für den kleinen Mikrocontroller haben und ihn nutzen können, um mehr Spaß und interessante Arbeiten zu machen.
Der Mikrocontroller ist ein integrierter Schaltkreis-Chip, der eine Zentraleinheit (CPU) mit Datenverarbeitungsfähigkeiten, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), verschiedene E/A-Anschlüsse und Unterbrechungssysteme sowie Zeitgeber/Zähler usw. auf einem Chip integriert, um ein kleines, aber vollständiges Computersystem zu bilden. Einige Mikrocontroller enthalten auch Anzeigetreiberschaltungen, Pulsweitenmodulationsschaltungen, analoge Multiplexer, A/D-Wandler und andere Schaltungen.
Mikrocontroller-Klassifizierung
Es gibt viele Arten von Mikrocontrollern, und sie können auf verschiedene Weise nach unterschiedlichen Standards klassifiziert werden. So lassen sie sich beispielsweise nach Anwendungsbereichen in Haushaltsgeräte, Industriesteuerungen, Kommunikationsgeräte, Personal Information Terminals usw. einteilen, und nach ihrer Vielseitigkeit in Allzweck- und Spezialcontroller. Die Hauptmerkmale von Allzweck-Mikrocontrollern sind: relativ umfangreiche interne Ressourcen, umfassende Leistung und große Vielseitigkeit, die eine Vielzahl von Anwendungsanforderungen abdecken können. Die so genannten reichen Ressourcen beziehen sich auf starke Funktionen. Umfassende Leistung und große Vielseitigkeit bedeuten, dass sie in einem sehr breiten Spektrum von Bereichen eingesetzt werden können. Allzweck-Mikrocontroller haben ein breites Einsatzspektrum. Unterschiedliche Funktionen können durch die Verwendung verschiedener Schnittstellenschaltungen und die Programmierung verschiedener Anwendungsprogramme realisiert werden. Von Haushaltsgeräten und Instrumenten über große Maschinen und Anlagen bis hin zu ganzen Produktionslinien kann alles mit Mikrocontrollern automatisiert und gesteuert werden. Die wichtigsten Merkmale eines speziellen Mikrocontrollers sind: Er wurde speziell für ein bestimmtes Produkt oder eine bestimmte Steuerungsanwendung entwickelt. Das Design hat die einfachste Struktur, die besten Software- und Hardware-Anwendungen und die beste Zuverlässigkeit und Anwendungskosten. Es gibt auch einen speziellen Mikrocontroller, der einen spezifischeren Zweck erfüllt. Das Programm wurde vor dem Verlassen des Werks einmalig festgelegt und kann nicht geändert werden. Dazu gehört zum Beispiel der Mikrocontroller in einer elektronischen Uhr, dessen Produktionskosten sehr niedrig sind.
Häufig verwendete Mikrocontroller
Bei der Entwicklung von Elektronik, der Herstellung von Robotern und der Produktion von intelligenten Autos werden in der Regel Allzweck-Mikrocontroller verwendet. Im Folgenden finden Sie einige häufig verwendete Mikrocontroller.
1.8051 Serie Single-Chip-Mikrocomputer Die 8051 Serie Single-Chip-Mikrocomputer wurde zuerst von der Intel Corporation auf den Markt gebracht und umfasst hauptsächlich die 8031 Serie und die 8051 Serie. Seitdem haben viele Unternehmen das geistige Eigentum an der 8051-Serie erworben, so dass die Serie von Mikrocontrollern mit der 8051-Serie als Kern die weltweit größte und am weitesten verbreitete ist. Atmel hat die AT89-Serie von Mikrocontrollern auf den Markt gebracht, die auf dem 8051-Kern basieren. Darunter sind AT89C51, AT89C52, AT89S51, AT89S52 und AT89S8252 und andere Mikrocontroller, die vollständig mit den Mikrocontrollern der 8051-Serie kompatibel sind. Alle Befehlsfunktionen sind gleich, aber es wurden eine Reihe von Erweiterungen in Bezug auf die Funktionen vorgenommen. Die AT89S-Serie unterstützt zum Beispiel alle die ISP-Funktion, und die AT89S52 und AT89S8252 bieten zusätzlich interne WDT-Funktionen und einen Timer. Um das Lernen zu erleichtern, hat Atmel auch AT89C2051, AT89C4051 und andere Mikrocontroller auf den Markt gebracht, die genau die gleichen Anweisungen wie der 8051 haben. Diese Mikrocontroller können als optimierte 8051-Mikrocontroller betrachtet werden. Abbildung 1 zeigt den AT89S52-Mikrocontroller-Chip.
2. AVR-Mikrocontroller Der AVR-Mikrocontroller der Firma ATMEL ist ein erweiterter RISC-Mikrocontroller (reduzierter Befehlssatz) mit eingebautem Flash. Der Flash-Speicher auf dem Chip kann jederzeit programmiert und umprogrammiert werden, was es dem Benutzer erleichtert, Produkte zu entwickeln und zu aktualisieren. Der AVR-Mikrocontroller verfügt über eine erweiterte RISC-Struktur, die ihm Hochgeschwindigkeitsverarbeitungsfähigkeiten verleiht und komplexe Befehle in einem Taktzyklus ausführen kann, wodurch eine Verarbeitungsfähigkeit von 1 MIPS pro MHz erreicht wird. Die Betriebsspannung des AVR-Mikrocontrollers beträgt 2,7~6,0V, wodurch der Stromverbrauch optimiert werden kann. AVR-Mikrocontroller sind in verschiedenen Bereichen weit verbreitet, z. B. in Computer-Peripheriegeräten, industriellen Echtzeitsteuerungen, Messgeräten, Kommunikationsgeräten, Haushaltsgeräten und in der Luft- und Raumfahrttechnik. Abbildung 2 zeigt einen AVR-Mikrocontroller ATmega168-Chip von ATMEL.
3. PIC-Mikrocontroller Die PIC-Mikrocontroller-Serie ist ein Produkt der amerikanischen Microchip Company (MicroChip) und einer der Mikrocontroller mit dem am schnellsten wachsenden Marktanteil. Die CPU hat eine RISC-Struktur mit 33, 35 bzw. 58 Befehlen (je nach Stufe des Mikrocontrollers) und ist ein vereinfachtes Befehlssatzsystem. Die Serie 51 verfügt über 111 Befehle und der AVR-Mikrocontroller über 118 Befehle, die beide komplexer sind als der PIC. Der PIC hat eine Harvard-Dual-Bus-Struktur und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit (der Befehlszyklus beträgt etwa 160~200ns). Er ermöglicht die parallele Verarbeitung von Programmspeicher- und Datenspeicherzugriffen. Diese Befehls-Pipeline-Struktur führt zwei Teile der Arbeit in einem Zyklus aus: zum einen die Ausführung des Befehls und zum anderen das Abrufen des nächsten Befehls aus dem Programmspeicher. Im Allgemeinen benötigt jede Anweisung, mit Ausnahme einiger weniger Anweisungen, nur einen Zyklus, um die Aufgabe zu erfüllen. Die Ausführung ist abgeschlossen, was einer der Gründe für die Effizienz des Programms ist. Darüber hinaus zeichnet er sich durch eine niedrige Betriebsspannung, einen geringen Stromverbrauch und eine hohe Treiberfähigkeit aus. Die Mikrocontroller der PIC-Serie sind in drei Stufen unterteilt, nämlich in die Grundstufe, die mittlere Stufe und die fortgeschrittene Stufe. PIC-Mikrocontroller sind weit verbreitet in der Unterhaltungselektronik, der industriellen Elektrotechnik, der medizinischen Ausrüstung, der Automobilelektronik usw. Ihr Marktanteil am weltweiten Mikrocontrollermarkt wächst von Jahr zu Jahr. Abbildung 3 zeigt den häufig verwendeten PIC16F873-Mikrocontroller-Chip.
