マイクロコントローラーは、運転する車、コンピューター、スマートフォン、さらにはコーヒーマシンなど、さまざまなデバイスにあります。情報技術とデータ収集の需要が増え続けているため、マイクロコントローラーは現代世界に不可欠になりました。マイクロコントローラーは、現代世界を大幅に形作った技術革命において基本的な役割を果たしています。
マイクロコントローラーは、経験豊富なエンジニアだけでなく、学生、愛好家、さまざまな分野の専門家によっても成功裏に実装およびプログラムできる小さく、用途が広く、手頃な価格のデバイスです。マイクロコントローラーアプリケーションは無限であり、医療機器やハイエンドの家電から航空宇宙システムや産業用デバイスに至るまでの例があります。
この記事は、誰もが知っておくべきマイクロコントローラーに関する本質的な知識を提供することを目的としています。したがって、これらの驚くべきデバイスの理解を高めるために読み続けてください！
マイクロコントローラーとは何ですか？
MCUとも呼ばれるマイクロコントローラーは、電子システムの他のコンポーネントを制御するために使用される非常に用途の広い統合回路（IC）です。これらは特定のタスクを実装するように設計されており、特定のアプリケーションに一般的に使用されます。標準のマイクロコントローラーには、単一のチップに統合されたプロセッサ、メモリ、および入力/出力（I/O）周辺機器が含まれます。
アプライアンス、自動車エンジン制御システム、電動工具、およびコンピューターは、特定の状況で自動的に制御する必要がある製品とデバイスの例です。ただし、マイクロコントローラーのアプリケーションは、これらの例をはるかに超えており、膨大な産業やセクターを網羅しています。
基本的に、マイクロコントローラーは、収集された情報に基づいて入力を収集し、この情報を処理し、特定の出力を生成する責任があります。通常、マイクロコントローラーは、1MHzから200MHzの範囲の低速で動作し、異なる地域でより大きな消費電力を持つ可能性のある他のデバイスに埋め込まれているため、電力を消費するように設計する必要があります。
マイクロコントローラーの種類
マイクロコントローラーの一般的なタイプは次のとおりです。
- Intel MCS-51は、一般に8051マイクロコントローラーとして知られています。
- AVRマイクロコントローラー
- プログラム可能なインターフェイスコントローラー（PIC）
プロジェクトのマイクロコントローラーを選択する前に、留意する必要があるいくつかの要因があります。コストとは別に、MCUで利用可能なI/Oピンの最大速度、RAMまたはROMストレージサイズ、数またはタイプ、電力消費、制約、および開発サポートを考慮することが重要です。
マイクロコントローラーのコアコンポーネント
マイクロコントローラーの基本構造にはさまざまなコンポーネントが含まれており、コアコンポーネントは次のとおりです。
- 中央処理ユニット（CPU）： 多くの場合、マイクロコントローラーの機能に重要な役割を果たすため、デバイスの「脳」と呼ばれます。マイクロコントローラーの操作を効果的に指示する幅広い指示を処理および応答します。これには、複雑な算術操作の実行、データフローの管理、プログラマーの指示に従って正確な制御信号の生成が含まれます。 CPUを使用することにより、マイクロコントローラーのすべてのコンポーネントが特定のシステムに接続されます。さらに、CPUには、プログラム可能なメモリを介して命令を取得およびデコードする機能があります。
- メモリ：マイクロコントローラーのメモリは、プロセッサが受信するデータを保存するために使用され、プログラムされた命令を実行するために使用されます。
マイクロコントローラーは、プログラムソースコードを保存するために、特定のRAM/ROM/フラッシュメモリ容量を使用して設計されています。マイクロコントローラーメモリは、2つの異なるタイプに分類できることに注意することが重要です。
- プログラムメモリは、CPUが実行する命令に関する長期情報を保存する責任があります。プログラムメモリは不揮発性であり、電源なしで情報を保持します。この特性により、プログラムメモリは長期間にわたってデータを保存できます。
- データメモリとは、揮発性メモリ（つまり、RAM）を指します。これは、実行中の一時的なストレージとして機能します。マイクロコントローラーが電力を失ったときにデータが失われるため、データメモリは揮発性と呼ばれます。
- I/o周辺機器： I/O周辺機器は、単にプロセッサとメモリとインターフェイスするコンポーネントを指します。これらの入出力デバイスは、プロセッサと外部システムの間のインターフェイスとして機能します。入力ポートは情報を受信し、バイナリデータとしてプロセッサに送信します。その後、プロセッサはこのデータを受信し、マイクロコントローラーの外部タスクを実行するデバイスを出力するデバイスに必要な指示を送信します。 CPU、メモリ、およびI/O周辺機器はマイクロコントローラーのコア要素ですが、マイクロコントローラーには多くのサポートコンポーネントがあります。
- アナログからデジタルコンバーター（ADC）：この回路は、アナログ信号をデジタル信号に変換します。マイクロコントローラーは、プロセッサを介してセンサーなどの外部アナログデバイスとインターフェイスできます。
- デジタルアナログコンバーター（DAC）はADCの逆であり、マイクロコントローラーのプロセッサが発信信号を外部アナログデバイスに送信できるようにします。
- システムバス：この接続ワイヤは、すべてのマイクロコントローラーコンポーネントを一緒にリンクします。
- シリアルポート：これは、マイクロコントローラーと外部コンポーネント間の接続を可能にするI/Oポートです。 USBまたはパラレルポートと同様に機能しますが、ビット交換は異なります。
マイクロコントローラーのアプリケーション
マイクロコントローラーは、在宅および産業、製造、照明、ロボット工学、自動車、照明、スマートエネルギー、産業自動化、通信、インターネットなど、複数の業界およびセクターにわたって広範なアプリケーションを備えています。
特に注目に値するマイクロコントローラーアプリケーションは、デジタル信号プロセッサとしての使用です。多くの場合、受信したアナログ信号にはある程度のノイズが付属しています。これは、標準のデジタル値に簡単に変換できない不確実な値を指します。
そのような場合、マイクロコントローラーは、ADCおよびDAC機能を使用して、騒々しいアナログ信号を滑らかで正確なデジタル信号に変換するため、非常に貴重であることが証明されます。マイクロコントローラーの力を活用することにより、業界は騒々しいアナログ信号によってもたらされる課題に効果的に取り組むことができ、正確で信頼できるデータ処理を確保できます。
マイクロコントローラーは、さまざまな日常の便利なアイテムに存在する電気機械システムのスムーズな動作を可能にします。これらのアイテムには、オーブン、モバイルデバイス、冷蔵庫、トースター、テレビ、ビデオゲームシステム、芝生の散水システムが含まれます。さらに、マイクロコントローラーは、コピー機、スキャナー、プリンター、ファックスマシン、ATM、セキュリティシステムなどのオフィスマシンで広く使用されています。
より洗練されたマイクロコントローラーは、航空機、車両、宇宙船、医療および生命維持システム、ロボットなどのさまざまなドメインで重要です。医療分野では、マイクロコントローラーは、人工心臓、腎臓、およびその他の重要な臓器の操作を調節できます。さらに、それらは補綴デバイスのシームレスな機能に大きく貢献しています。マイクロコントローラーは、これらの高度なテクノロジーのスムーズな動作と信頼性を保証する重要なコンポーネントです。