загрузка...
 
8.2. Мікроконтролери
Повернутись до змісту

8.2. Мікроконтролери

Починаючи з середини 80-х років минулого сторіччя на світовому ринку електронної продукції з’являються ІМС мікроконтролерів. Так, перші восьмирозрядні мікроконтролери були створені фірмою Intel (США) у 1982 році. Зараз такі мікроконтролери у світі продукують більш ніж тридцять фірм (деяку незручність створює несумісність мікроконтролерів різних фірм-виробників).

До речі, подібні ІМС з’явилися наприкінці 80-х років минулого сторіччя і в СРСР. Вони називалися однокристальними електронними обчислювальними машинами (серія КР1816). Знову ж таки, вони були дорогими, малодоступними, бракувало інформації про їхнє застосування.

На територію країн СНГ мікроконтролери поставляються в основному фірмами Atmel та Microchip Technology Inc. (США), виготовлені у Південно-Східній Азії. Ці мікроконтролери мають особливу популярність також і у розробників електронної техніки малої та середньої складності всього світу. Їхня номенклатура надзвичайно велика. Так, лише фірма Atmel наприкінці 90-х років минулого сторіччя випустила 140 моделей упродовж одного року (різної інформаційної потужності, у корпусах для різного типу монтажу та ін.).

Наведемо сучасне розуміння термінів у цій галузі.

Мікропроцесор є центральним обчислювальним ядром комп’ютерної системи.

Контролер – закінчений електронний пристрій, як правило, виконаний на друкованій платі і призначений для прийому та обробки сигналів від датчиків, а також для керування зовнішніми пристроями на основі результатів обробки прийнятих сигналів.

Мікроконтролер – програмно керована ІМС, що застосовується для побудови контролерів. Мікроконтролер, окрім ядра, має оперативний та постійний запам’ятовувальні пристрої, таймери, лічильники, канали вводу та виводу інформації, інші пристрої – це самостійна комп’ютерна система, що вміщує процесор, допоміжні схеми та пристрої вводу-виводу даних, розміщені у спільному корпусі.

Мікрокомп’ютер має ще й відео та звуковий процесори.

Нагадаємо, традиційні великі комп’ютери, що будувалися ще з сорокових років минулого століття спочатку на лампах, а потім на ІМС середнього ступеня інтеграції, мали так звану принстонську архітектуру (запропоновану у 1949 році

фон Нейманом, що працював у Принстонському університеті), при якій як для програм, так і для даних використовувався єдиний простір пам’яті. Це, внаслідок зменшення апаратурних затрат, підвищувало надійність машин, але за рахунок зниження швидкодії.

Мікроконтролери, у яких за рахунок інтегральної технології виконання відпала проблема впливу кількості складових мікроелементів на надійність виробу, мають гарвардську архітектуру (запропоновану тоді ж таки Гарвардським університетом, але відхилену із зрозумілих міркувань), за якої для даних і команд використано окремі області пам’яті та шини. Це забезпечує високу швидкодію за рахунок можливості доступу за один цикл як до пам’яті, так і до даних при одночасному виконанні побіжної команди і вибірки наступної.

Мікроконтролери мають низьке споживання (струм живлення становить кілька міліампер за рахунок побудови на К-МОН-структурах), мінімальні габарити (випускаються залежно від інформаційної потужності у 8-, 18-, 20-, 28-, 40-, 44- та 64-вивідних корпусах, найчастіше застосовують контролери у перших чотирьох типах корпусів), потребують мінімум (буквально декілька) зовнішніх дискретних компонентів.

Пам’ять даних у них становить від 36 до 368 байтів, а пам’ять програм від 0,5до 128 кілобайтів.

Кількість ліній вводу-виводу, що можуть за вибором передавати інформацію у одному з напрямків, становить від 6 до 53.

Робоча частота 1-24 МГц.

Напруга живлення може знаходитись у межах 1,8-6 В (номінальне значення 5 В).

Вони можуть мати у своєму складі аналогові компаратори (наприклад, два), аналого-цифрові перетворювачі (наприклад, у деяких мікроконтролерів AVR фірми Atmel від 4 до 11), таймери (1-2), широтно-імпульсні модулятори (1-8), різні інтерфейси зв’язку із зовнішніми пристроями.

У мікроконтролерів РІС (Peripheral Interface Controller – периферійний контролер інтерфейсу) фірми Microchip є можливість захисту коду програми від несанкціонованих змін або копіювання (один або два біти захисту).

За технологією виконання пам’яті програм є три типи мікроконтролерів:

1) масочно-програмовані – мають найменшу вартість, але застосовуються лише при масовому виробництві, оскільки програмуються на заводі-виробнику ІМС у процесі виготовлення кристалу;

2) з ультрафіолетовим стиранням – дозволяють перепрограмування, але процес цей досить тривалий і після ультрафіолетового опромінення можлива нечітка робота контролера, особливо при зниженій напрузі живлення;

3) із флеш-пам’яттю – дозволяють багаторазове електричне стирання (дозволяють здійснювати розроблення і відпрацьовування програм на готовому пристрої), але у декілька разів дорожчі від контролерів першого типу.

Та все ж вартість масово застосовуваних мікроконтролерів останнього типу сягає лише чотирьох доларів США. Саме такі мікроконтролери є найприйнятнішими для застосування при розробленні пристроїв керування технологічного устаткування, виходячи з таких їхніх особливостей:

1) практично необмежена кількість циклів перепрограмування, що в умовах одиничного та малосерійного виробництва забезпечує виконання налагоджувальних і доводочних робіт, а також оперативну зміну алгоритму керування при експлуатації устаткування;

2) досить високі робочі частоти;

3) наявність простих, дешевих і доступних для самостійної реалізації моделей програматорів;

4) мінімальні габарити, вартість, висока надійність:

5) доступність і вкрай прийнятна вартість;

6) наявність моделей із вбудованими аналоговими компараторами та аналого-цифровими перетворювачами (з розвитком інтегральної технології з’явилася можливість розміщення на одному кристалі як цифрових, так і аналогових елементів);

7) можливість захисту програм від несанкціонованих змін та копіювання;

8) можливість отримання інформації від сучасних інтегральних датчиків та передачі інформації комп’ютеру у відповідних протоколах інтерфейсу;

9) велика кількість доступної довідкової та іншої технічної інформації, програмного забезпечення (для складання програм, їхнього налагодження, занесення у пам’ять мікроконтролера), інформації з типових застосувань та досвіду використання як у друкованому вигляді, так і в INTERNET -джерелах.

На жаль, сучасні мікроконтролери втратили початкову особливість програмованих логічних контролерів – доступність мови програмування для неспеціалістів з інформатики. Хоча процесори мікроконтролерів на відміну від CISC-процесорів (Complex Instruction Set Computer) ЕОМ із складною системою команд відносять до RISC (Reduced Instruct Set Computers)- процесорів, у яких набір виконуваних команд скорочено до мінімуму (залежно від типу мікроконтролера його асемблер має від 33 до 133 команд), їхнє програмування на асемблері особливо складне і доступне власне спеціалістам з мікроконтролерів. Дещо простіше програмування на алгоритмічній мові СІ+ або на спеціальній версії Basic, але також вимагає впевненого знання комп’ютера та веде до збільшення об’єму програм до тридцяти відсотків.

Це висуває вимоги високої кваліфікації персоналу (вміння користування комп’ютером, програмування), використання при обслуговуванні й ремонті пристроїв керування на основі мікроконтролерів досить дорогого комп’ютерного устаткування.

Але сучасний рівень виробництва все більше висуває саме такі вимоги як до персоналу, так і до власне устаткування.

Окрім того, зрештою, кінцеве зниження строків виробництва устаткування, зниження його вартості, збільшення надійності роботи, зручності експлуатації варті цього.



загрузка...