Mikrokontroller finns i olika enheter, inklusive bilen du kör, din dator, din smartphone och till och med din kaffemaskin. När efterfrågan på informationsteknologi och datainsamling fortsätter att öka har mikrokontroller blivit integrerade i den moderna världen. Mikrokontrollern spelar en grundläggande roll i den tekniska revolutionen som har format den moderna världen betydligt.
Mikrokontroller är små, mångsidiga, prisvärda enheter som framgångsrikt kan implementeras och programmeras inte bara av erfarna ingenjörer utan också av studenter, hobbyister och proffs från olika områden. Mikrokontrollapplikationerna är oändliga, med exempel som sträcker sig från medicinsk utrustning och avancerad konsumentelektronik till flyg- och industriella enheter.
Den här artikeln syftar till att ge viktig kunskap om mikrokontroller som alla borde veta. Så fortsätt att läsa för att förbättra din förståelse för dessa anmärkningsvärda enheter!
Vad är mikrokontroller?
En mikrokontroller, även kallad MCU, är en mycket mångsidig integrerad krets (IC) som används för att styra andra komponenter i ett elektroniskt system. De är utformade för att implementera vissa uppgifter och används ofta för en specifik applikation. En standardmikrokontroller inkluderar en processor, minne och ingång/utgång (I/O) kringutrustning integrerade i ett enda chip.
Apparater, bilkontrollsystem, elverktyg och datorer är exempel på produkter och enheter som måste kontrolleras automatiskt i vissa situationer. Emellertid sträcker sig tillämpningarna av mikrokontroller långt utöver dessa exempel och omfattar ett stort antal industrier och sektorer.
I huvudsak är en mikrokontroller ansvarig för att samla in ingång, bearbeta denna information och generera specifika utgångar baserat på den insamlade informationen. Vanligtvis arbetar mikrokontroller med låga hastigheter, allt från 1MHz till 200 MHz och måste utformas för att konsumera mindre kraft eftersom de är inbäddade i andra enheter som kan ha större strömförbrukning inom olika områden.
Typer av mikrokontroller
De vanliga typerna av mikrokontroller är:
- Intel MCS-51 är vanligtvis känd som 8051 mikrokontroller.
- AVR -mikrokontrollern
- Den programmerbara gränssnittskontrollen (PIC)
Innan du väljer en mikrokontroller för ditt projekt finns det flera faktorer som du måste tänka på. Bortsett från kostnaden är det avgörande att överväga maximal hastighet, RAM- eller ROM -lagringsstorlek, antal eller typer av I/O -stift tillgängliga på en MCU, kraftförbrukning, begränsningar och utvecklingsstöd.
Kärnkomponenterna i en mikrokontroller
Mikrokontrollerns grundläggande struktur inkluderar olika komponenter, och kärnkomponenterna är:
- Central Processing Unit (CPU): Ofta kallas enhetens "hjärna" när den spelar en avgörande roll i en mikrokontroller. Den bearbetar och svarar på ett brett utbud av instruktioner som effektivt styr mikrokontrollens operation. Detta inkluderar att utföra komplexa aritmetiska operationer, hantera dataflöde och generera exakta styrsignaler efter programmerarens instruktioner. Genom att använda en CPU är alla komponenter i mikrokontrollern anslutna till ett visst system. Dessutom har CPU förmågan att hämta och avkoda instruktioner som hämtats genom det programmerbara minnet.
- Minne:En mikrokontrollers minne används för att spara de data som processorn får, som sedan används för att utföra programmerade instruktioner.
Mikrokontroller är utformade med en viss RAM/ROM/Flash -minneskapacitet för att lagra programkällkoden. Det är viktigt att notera att mikrokontrollminnet kan kategoriseras i två distinkta typer:
- Programminnet ansvarar för att lagra långsiktig information om instruktionerna som CPU kör. Programminnet är icke-flyktigt, vilket innebär att det behåller information utan strömkälla. Denna egenskap gör det möjligt för programminnet att bevara data under en längre period.
- Dataminnet hänvisar till flyktigt minne (dvs RAM), som fungerar som tillfällig lagring under avrättningsinstruktioner. Dataminnet benämns flyktigt eftersom data går förlorade när mikrokontrollern förlorar ström.
- I/O -kringutrustning: I/O -kringutrustning hänvisar helt enkelt till de komponenter som gränssnitt med processorn och minnet. Dessa ingångs- och utgångsenheter fungerar som gränssnitt mellan processorn och det externa systemet. Ingångsportarna får information och överför den till processorn som binär data. Processorn tar sedan in dessa data och skickar de nödvändiga instruktionerna till utgångsenheter, som kör uppgifter externa till mikrokontrollern. Även om CPU, minne och I/O -kringutrustning är kärnelementen i mikrokontrollern, finns det många stödkomponenter i mikrokontrollern, och de är:
- Analog till Digital Converter (ADC): Denna krets konverterar analoga signaler till digitala signaler. Mikrokontroller kan gränssnitt med externa analoga enheter, såsom sensorer, genom sin processor.
- Digital Analog Converter (DAC) är den omvända av en ADC, vilket gör det möjligt för mikrokontrollerens processor att överföra sina utgående signaler till externa analoga enheter.
- Systembuss: Denna bindtråd kopplar samman alla mikrokontrollerkomponenter tillsammans.
- Seriell port: Detta är en I/O -port som möjliggör anslutning mellan mikrokontrollern och externa komponenter. Den fungerar på samma sätt som USB eller parallella portar men skiljer sig i bitbyte.
Applikationer av mikrokontroller
Mikrokontroller har omfattande tillämpningar inom flera branscher och sektorer, inklusive inom hem och industri, tillverkning, belysning, robotik, fordon, belysning, smart energi, industriell automatisering, kommunikation och internet.
En särskilt anmärkningsvärd microcontroller -applikation är dess användning som en digital signalprocessor. Ofta har analoga signaler som mottagits med en viss grad av brus, som hänvisar till osäkra värden som inte lätt kan översättas till vanliga digitala värden.
I sådana fall visar sig mikrokontroller ovärderliga eftersom de använder sina ADC- och DAC -funktionaliteter för att omvandla den inkommande bullriga analoga signalen till en smidig och exakt digital signal. Genom att utnyttja kraften hos mikrokontroller kan branscher effektivt ta itu med de utmaningar som bullriga analogsignaler ställer, vilket säkerställer korrekt och pålitlig databehandling.
Mikrokontroller möjliggör en smidig drift av elektromekaniska system som finns i olika vardagliga bekvämligheter. Dessa artiklar inkluderar ugnar, mobila enheter, kylskåp, brödrostar, tv -apparater, videospelsystem och gräsmattor. Dessutom används mikrokontroller i stor utsträckning i kontorsmaskiner som fotokopiatorer, skannrar, skrivare, faxmaskiner, bankomater och säkerhetssystem.
Mer sofistikerade mikrokontroller är kritiska inom olika domäner, såsom flygplan, fordon, rymdskepp, medicinska och livssupportsystem och robotar. Inom det medicinska området kan mikrokontroller reglera verksamheten i konstgjorda hjärtan, njurarna och andra vitala organ. Dessutom bidrar de avsevärt till den sömlösa funktionen av protesanordningar. Mikrokontroller är väsentliga komponenter som säkerställer dessa avancerade tekniker smidiga drift och tillförlitlighet.