Microcontrolere

ARGUMENT

CE ESTE DE FAPT UN MICROCONTROLER?

La modul general un controler ("controller" - un termen de origine anglo-saxonă, cu un domeniu de cuprindere foarte larg) este, actualmente, o structură electronică destinată controlului unui proces sau, mai general, unei interacţiuni caracteristice cu mediul exterior, fără să fie necesară intervenţia operatorului uman. Primele controlere au fost realizate în tehnologii pur analogice, folosind componente electronice discrete şi/sau componente electromecanice (de exemplu relee). Cele care fac apel la tehnica numerică modernă au fost realizate iniţial pe baza logicii cablate (cu circuite integrate numerice standard SSI şi MSI ) şi a unei electronici analogice uneori complexe, motiv pentru care "străluceau" prin dimensiuni mari, consum energetic pe măsură şi, nu de puţine ori, o fiabilitate care lăsa de dorit.

Apariţia şi utilizarea microprocesoarelor de uz general a dus la o reducere consistentă a costurilor, dimensiunilor, consumului şi o îmbunătăţire a fiabilităţii. Există şi la ora actuală o serie de astfel de controlere de calitate, realizate în jurul unor microprocesoare de uz general cum ar fi Z80 (Zilog), 8086/8088 (Intel), 6809 (Motorola), etc.

Pe măsură ce procesul de miniaturizare a continuat, a fost posibil ca majoritatea componentelor necesare realizării unei astfel de structuri să fie încorporate la nivelul unui singur microcircuit (cip). Astfel că un microcontroler ar putea fi descris ca fiind şi o soluţie (nu în sens exhaustiv !) a problemei controlului cu ajutorul a (aproape) unui singur circuit.

Legat de denumiri şi acronime utilizate, aşa cum un microprocesor de uz general este desemnat prin MPU (MicroProcessor Unit), un microcontroler este, de regulă, desemnat ca MCU, deşi semnificaţia iniţială a acestui acronim este MicroComputer Unit.

Resursele integrate la nivelul microcircuitului ar trebui să includă, cel puţin, următoarele componente:

- o unitate centrală (CPU), cu un oscilator intern pentru ceasul de sistem

- o memorie locală tip ROM/PROM/EPROM/FLASH şi eventual una de tip RAM

- un sistem de întreruperi

- I/O - intrări/ieşiri numerice (de tip port paralel)

- un port serial de tip asincron şi/sau sincron, programabil

- un sistem de timere-temporizatoare/numărătoare programabile

Este posibil ca la acestea să fie adăugate, la un preţ de cost avantajos, caracteristici specifice sarcinii de control care trebuie îndeplinite:

- un sistem de conversie analog numerică(una sau mai multe intrari analogice)

- un comparator analogic

- o memorie de date nevolatilă de tip EEPROM

- facilităţi suplimentare pentru sistemul de temporizare/numărare (captare şi comparare)

Un microcontroler tipic mai are, la nivelul unităţii centrale, facilităţi de prelucrare a informaţiei la nivel de bit, de acces direct şi uşor la intrări/ieşiri şi un mecanism de prelucrare.

Introducere în Microcontrolere

Circumstanţele în care ne găsim astăzi în domeniul microcontrolerelor şi-au avut începuturile în dezvoltarea tehnologiei circuitelor integrate. Această dezvoltare a făcut posibilă înmagazinarea a sute de mii de tranzistoare într-un singur cip. Aceasta a fost o premiză pentru producţia de microprocesoare, şi primele calculatoare au fost făcute prin adăugarea perifericelor ca memorie, linii intrare-ieşire, timere şi altele. Următoarea creştere a volumului capsulei a dus la crearea circuitelor integrate. Aceste circuite integrate conţin atât procesorul cât şi perifericele. Aşa a luat fiinţă primul cip conţinând un microcalculator, sau ce va deveni cunoscut mai târziu ca microcontroler.

UNDE SUNT UTILIZATE MICROCONTROLERELE?

Toate aplicaţiile în care se utilizează microcontrolere fac parte din categoria aşa ziselor sisteme încapsulate-integrate (“embedded systems”), la care existenţa unui sistem de calcul incorporat este (aproape) transparentă pentru utilizator.

Pentru ca utilizarea lor este de foarte ori sinonimă cu ideea de control microcontrolerele sunt utilizate masiv în robotică şi mecatronică.

Automatizarea procesului de fabricaţie-producţie este un alt mare beneficiar: CNC Computerised Numerical Controls-comenzi numerice pentru maşinile unelte, automate programabile -PLC, linii flexibile de fabricaţie, etc.). Indiferent de natura procesului automatizat sarcinile specifice pot fi eventual distribuite la un mare număr de microcontrolere integrate într-un sistem unic prin intermediul uneia sau mai multor magistrale.

Printre multele domenii unde utilizarea lor este practic un standard industrial se pot menţiona: în industria de automobile (controlul aprinderii/motorului, climatizare, diagnoză, sisteme de alarmă, etc.), în aşa zisa electronică de consum (sisteme audio, televizoare, camere video şi videocasetofoane, telefonie mobilă, GPS-uri, jocuri electronice, etc.), în aparatura electrocasnică (maşini de spălat, frigidere, cuptoare cu microunde, aspiratoare), în controlul mediului şi climatizare (sere, locuinţe, hale industriale), în industria aerospaţială, în mijloacele moderne de măsurare - instrumentaţie (aparate de măsură, senzori şi traductoare inteligente), la realizarea de periferice pentru calculatoare, în medicină.