Microcontrolerul

Microcontrolerul

Un controler este o structură electronică destinată controlului unui proces sau a unei caracteristici a mediului exterior, fără să fie necesară intervenţia operatorului uman. Primele controlere au fost realizate în tehnologii pur analogice şi/sau electromecanice. Cele care fac apel la tehnica numerică au fost realizate iniţial pe baza logicii cablate şi a unei electronici analogice uneori complexe, şi "străluceau" prin dimensiuni mari, consum energetic pe măsură şi nu de puţine ori o fiabilitate care lăsa de dorit.

Utilizarea microprocesoarelor de uz general a dus la o reducere consistentă a dimensiunilor, consumului şi o îmbunătăţire a fiabilităţii

Pe măsură ce procesul de miniaturizare a continuat a fost posibil ca majoritatea componentelor necesare realizării unei astfel de structuri să fie incorporate la nivelul unui singur microcircuit (cip). Astfel că un microcontroler poate fi descris ca fiind o soluţie a problemei controlului cu ajutorul a (aproape ) unui singur circuit.

Resursele integrate la nivelul microcircuitului trebuie să includă următoarele componente: o unitate centrală ( CPU ), o memorie locală tip RAM şi eventual una de tip ROM/ PROM / EPROM, I/O - intrări / ieşiri numerice (paralele şi seriale ) , timere (temporizatoare ) / numărătoare , un sistem de întreruperi.

Un microcontroler tipic mai are facilităţi de prelucrare la nivel de bit, de acces direct şi uşor la intrări / ieşiri şi un mecanism de prelucrare a întreruperilor rapid şi eficient.

Utilizarea unui microcontroler constituie o soluţie prin care se poate reduce dramatic numărul componenetelor electronice, precum şi costul proiectării şi al dezvoltării unui produs.

Tensiunea de alimentare standard pentru majoritatea microcontrolerelor este de Vcc= 5V (cu o anumită tolerantă ). La ora actuală se oferă, pentru multe din ele, şi variante cu tensiune de alimentare redusă (Low Voltage) cu Vcc = 2.5 3.3V destinate unor aplicaţii unde consumul este un parametru critic. Există variante cu plajă mare a tensiunii de alimentare, de exemplu Vcc = 2 6V, funcţionarea la limita inferioară implicând doar o micşorare a frecventei maxime de ceas.

Variante constructive

Un criteriu de clasificare care se poate aplica întotdeauna este lungimea(dimensiunea) cuvântului de date. Funcţie de puterea de calcul dorită şi de alte caracteristici se pot alege variante având dimensiunea cuvântului de date de 4, 8 ,16 sau 32 de biţi. Nu este obligatoriu ca dimensiunea cuvântului de date să fie egală cu dimensiunea unui cuvânt maşină. Există şi multe variante zise dedicate (specializate prin intermediul codului preprogramat şi al resurselor hard) pentru comunicaţie, controlul tastaturilor, controlul aparaturii audio/video, prelucrarea numerică a semnalului, etc.

Unitati componente ale unui microcontroler

Unitatea de memorie

Memoria este o parte a microcontrolerului a cărei funcţie este de a înmagazina date.

Pentru o anumită intrare obţinem conţinutul unei anumite locaţii de memorie. Memoria constă din toate locaţiile de memorie, şi adresarea nu este altceva decât selectarea uneia din ele. Aceasta înseamnă că noi trebuie să selectăm locaţia de memorie la un capăt, şi la celălalt capăt trebuie să aşteptăm conţinutul acelei locaţii. În afară de citirea dintr-o locaţie de memorie, memoria trebuie de asemenea să permită scrierea în ea. Aceasta se face prin asigurarea unei linii adiţionale numită linie de control.

Unitatea de procesare centrală

Să adăugăm alte 3 locaţii de memorie pentru un bloc specific ce va avea o capabilitate incorporată de înmulţire, împărţire, scădere şi să-i mutăm conţinutul dintr-o locaţie de memorie în alta. Partea pe care tocmai am adăugat-o este numită "unitatea de procesare centrală" (CPU). Locaţiile ei de memorie sunt numite regiştri.

Regiştrii sunt deci locaţii de memorie al căror rol este de a ajuta prin executarea a variate operaţii matematice sau a altor operaţii cu date oriunde se vor fi găsit datele. Să privim la situaţia curentă. Dacă, de exemplu, dorim să adăugăm conţinutul a două locaţii de memorie şi întoarcem rezultatul înapoi în memorie, vom avea nevoie de o conexiune între memorie şi CPU. Mai simplu formulat, trebuie să avem o anumită "cale" prin care datele circulă de la un bloc la altul.

Bus-ul