Mikrokontrolleri (MCU) on eräänlainen integroitu piirisiru, joka integroi keskusprosessointiyksikön (CPU), muisti (RAM, ROM), erilaiset tulo-/lähtörajapinnat (I/O) ja muut toiminnalliset moduulit pienellä piisirulla. Pieni koko, pieni virrankulutus, edulliset kustannukset ja tehokkaat toiminnot, mikrokontrollerit käytetään laajasti useissa elektronisissa laitteissa ja järjestelmissä, kuten kodinkoneet, teollisuusohjaus, viestintälaitteet, autoelektroniikka jne.
Mikrokontrollerin työprosessi voidaan jakaa seuraaviin vaiheisiin:
1. Power-On Reset:Kun mikrokontrolleri on kytketty virtalähteeseen, se suorittaa automaattisesti virta-nollauksen sisäisten rekisterien tyhjentämiseksi ja normaaliin toimintaan.
2. Ohjeet Hae:Kun nollaus on saatu päätökseen, MCU ottaa ohjeen ohjelman muistista ja tallentaa sen käskyrekisteriin.
3. Ohjeiden dekoodaus:Mikrokontrollerin käskydekooderi dekoodaa käskyrekisterin käskyn suoritettavan toiminnan määrittämiseksi.
4. Ohjeiden suorittaminen:Dekoodaustulosten mukaan mikrokontrolleri suorittaa vastaavat toiminnot, kuten tietojen toiminta, logiikan arviointi, ohjauslähtö ja niin edelleen.
5. Keskeytyvä käsittely:Ohjeen suorittamisen aikana, jos se kohtaa keskeytyspyyntöä, MCU keskeyttää nykyisen ohjeen suorittamisen ja siirtyy käsittelemään keskeytyspalveluohjelmaa.
6. Syklinen suoritus:MCU toistaa yllä olevan prosessin ohjelman muistin ohjeiden mukaisesti erilaisten toimintojen toteuttamiseksi.
Seuraava on yksityiskohtainen kuvaus mikrokontrollerin eri komponenteista ja sen toimintaperiaatteesta.
1. CPU:Mikrokontrollerin keskuskäsittelyyksikkö (CPU) on koko järjestelmän ydin, joka vastaa ohjelman ohjeiden suorittamisesta. CPU koostuu pääasiassa aritmeettisesta logiikkayksiköstä (ALU), ohjausyksiköstä (CU) ja rekisteriryhmästä. ALU on vastuussa kaikenlaisten datan aritmeettisten ja loogisten arvioiden suorittamisesta; CU vastaa ohjeiden dekoodaamisesta ja hallitsemisesta; ja rekisteriryhmää käytetään tietojen tallentamiseen ja välituloksiin.
2. Muisti:Mikrokontrollerin muisti sisältää pääasiassa ohjelman muistin (ROM) ja datamuistin (RAM). Ohjelman muistia käytetään kirjallisen ohjelmakoodin tallentamiseen; Tietojen muistia käytetään tietojen ja muuttujien tallentamiseen toiminnan aikana.
3. I/O -käyttöliittymä:Mikrokontrollerin I/O -rajapinta käytetään tietojen vaihtamiseen ulkoisten laitteiden kanssa, ja I/O Syöttörajapinta käytetään ulkoisten laitteiden lähettämien tietojen vastaanottamiseen; Lähtörajapinta käytetään tietojen lähettämiseen ulkoisiin laitteisiin; Kaksisuuntainen rajapinta voi vastaanottaa ulkoisten laitteiden lähettämiä tietoja sekä lähettää tietoja ulkoisille laitteille.
4. Ajastin/laskuri:Mikrokontrollerin ajastin/laskuria käytetään ajoitussignaalien tuottamiseen tai ulkoisten tapahtumien laskemiseen. Ajastin/laskuri voi tuottaa pulssisignaaleja kiinteällä taajuudella tai laskennalla tulosignaalin taajuuden mukaan.
5. Sarjaviestinnän käyttöliittymä:Mikrokontrollerin sarjaviestinnän rajapintaa käytetään sarjaviestinnässä muiden laitteiden kanssa. Sarjaviestinnän rajapinta sisältää sarjalähettimen (sarjalähettimen) ja sarjavastaanottimen (sarjavastaanotin), jotka voivat toteuttaa datan täyden dupleksin tai puolialueen lähetyksen.
6. Analoginen-digitaalimuunnin (ADC) ja digitaaliseen analogiseen muunnin (DAC):Mikrokontrollerin ADC: tä käytetään analogisten signaalien muuntamiseen digitaalisiksi signaaleiksi käsittelyä varten; DAC: ta käytetään digitaalisten signaalien muuntamiseen analogisiksi signaaleiksi lähtöä ulkoisiin laitteisiin.
7. keskeytysjärjestelmä:Mikrokontrollerin keskeytysjärjestelmää käytetään odottamattomien tapahtumien käsittelemiseen ja järjestelmän reaaliaikaisen ja vasteen nopeuden parantamiseen. Keskeytysjärjestelmä sisältää keskeytyslähteen, keskeytysohjaimen ja keskeytyspalveluohjelman. Keskeytyslähde on laite tai tapahtuma, joka luo keskeytyspyyntö; Keskeytysohjain on vastuussa keskeytyksen pyynnön hallinnasta ja priorisoinnista; Ja keskeytyspalveluohjelma on ohjelma, joka käsittelee keskeytystapahtumaa.
8. kellopiiri:Mikrokontrollerin kellopiiriä käytetään stabiilin kellosignaalin aikaansaamiseen kunkin moduulin työn synkronoimiseksi. Kellopiiri koostuu yleensä sisäisestä oskillaattorista ja kellojakajasta. Sisäinen oskillaattori tuottaa korkeataajuisen kellosignaalin; Kellojakaja jakaa korkeataajuisen kellosignaalin matalataajuisiin kellerisignaaleihin, jotka sopivat kunkin moduulin työhön.
9. Virtalähdepiiri:Mikrokontrollerin virtalähdepiiriä käytetään tarjoamaan vakaa virtalähteen jännite koko järjestelmään. Virtalähdepiiri sisältää yleensä jännitesäätimen ja suodattimen. Jännitesäädin stabiloi syöttöjännitteen jännitteeseen, joka sopii mikrokontrollerin toimintaan; Suodatinta käytetään melun ja syöttöjännitteen vaihtelun poistamiseen.
Klo 10. Perifeeriset piirit:Mikrokontrollerin perifeerisissä piireissä on erilaiset anturit, toimilaitteet ja muut apupiirit. Antureita käytetään ulkoisen ympäristön muutosten havaitsemiseksi; Toimilaitteita käytetään ulkoisten laitteiden ohjaamiseen ohjaussignaalien mukaan; ja apupiirit käytetään tiettyjen toimintojen, kuten vahvistimien ja suodattimien, toteuttamiseen.
Lyhyesti sanottuna, mikrokontroller on erittäin integroitu mikrotietokone, joka toteuttaa eri laitteiden hallinnan ja hallinnan erilaisten sisäisten funktiomoduulien ja ulkoisten ääreispiirien kautta. Mikrokontrollerin työprosessi voidaan jakaa vaiheisiin, kuten virranjohto, ohjeiden nouto, ohjeiden dekoodaus, ohjeiden suorittaminen, keskeyttämisen käsittely ja silmukan suorittaminen. Mikrokontrollerin koostumuksen ja työperiaatteen ymmärtäminen auttaa meitä paremmin suunnittelemaan ja kehittämään erilaisia elektronisia laitteita ja järjestelmiä.