NUC975DK61Y – Ολοκληρωμένα κυκλώματα, ενσωματωμένα, μικροελεγκτές – NUVOTON Technology Corporation

1 Ορισμός μικροελεγκτή

Καθώς ο μικροελεγκτής είναι η αριθμητική λογική μονάδα, η μνήμη, ο χρονοδιακόπτης/αριθμομηχανή και διάφορα κυκλώματα / Ο κ.λπ. ενσωματωμένα σε ένα τσιπ, αποτελώντας ένα βασικό πλήρες υπολογιστικό σύστημα, είναι επίσης γνωστός ως μικροϋπολογιστής ενός τσιπ.

Το πρόγραμμα στη μνήμη του μικροελεγκτή που χρησιμοποιείται στενά με το υλικό μικροελεγκτή και τα περιφερειακά κυκλώματα υλικού, διακρίνεται από το λογισμικό του υπολογιστή και ονομάζεται πρόγραμμα μικροελεγκτή ως υλικολογισμικό.Γενικά, ένας μικροεπεξεργαστής είναι μια CPU σε ένα μόνο ολοκληρωμένο κύκλωμα, ενώ ένας μικροελεγκτής είναι μια CPU, ROM, RAM, VO, χρονοδιακόπτης κ.λπ. όλα σε ένα μόνο ολοκληρωμένο κύκλωμα.Σε σύγκριση με την CPU, ο μικροελεγκτής δεν έχει τόσο ισχυρή υπολογιστική ισχύ, ούτε έχει MemoryManaaement Unit, που κάνει τον μικροελεγκτή να μπορεί να χειριστεί μόνο ορισμένες σχετικά απλές και απλές εργασίες ελέγχου, λογικής και άλλες εργασίες και χρησιμοποιείται ευρέως στον έλεγχο εξοπλισμού, την επεξεργασία σήματος αισθητήρα και άλλους τομείς, όπως ορισμένες οικιακές συσκευές, βιομηχανικός εξοπλισμός, ηλεκτρικά εργαλεία κ.λπ.

2 Η σύνθεση του μικροελεγκτή

Ο μικροελεγκτής αποτελείται από διάφορα μέρη: κεντρικό επεξεργαστή, μνήμη και είσοδο/έξοδο:

-Κεντρικός επεξεργαστής:

Ο κεντρικός επεξεργαστής είναι το βασικό στοιχείο του MCU, συμπεριλαμβανομένων των δύο κύριων τμημάτων του χειριστή και του ελεγκτή.

-Χειριστής

Ο τελεστής αποτελείται από αριθμητική και λογική μονάδα (ALU), συσσωρευτή και καταχωρητές, κ.λπ. Ο ρόλος του ALU είναι να εκτελεί αριθμητικές ή λογικές πράξεις στα εισερχόμενα δεδομένα.Η ALU είναι ικανή να προσθέσει, να αφαιρέσει, να ταιριάξει ή να συγκρίνει το μέγεθος αυτών των δύο δεδομένων και τελικά να αποθηκεύσει το αποτέλεσμα στον συσσωρευτή.

Ο χειριστής έχει δύο λειτουργίες:

(1) Να εκτελεί διάφορες αριθμητικές πράξεις.

(2) Για να εκτελέσετε διάφορες λογικές πράξεις και να εκτελέσετε λογικές δοκιμές, όπως δοκιμή μηδενικής τιμής ή σύγκριση δύο τιμών.

Όλες οι λειτουργίες που εκτελούνται από τον χειριστή κατευθύνονται από σήματα ελέγχου από τον ελεγκτή και, ενώ μια αριθμητική πράξη παράγει ένα αριθμητικό αποτέλεσμα, μια λογική πράξη παράγει μια ετυμηγορία.

-Ελεγκτής

Ο ελεγκτής αποτελείται από μετρητή προγράμματος, καταχωρητή εντολών, αποκωδικοποιητή εντολών, γεννήτρια χρονισμού και ελεγκτή λειτουργίας κ.λπ. Είναι το «όργανο λήψης αποφάσεων» που εκδίδει εντολές, δηλαδή συντονίζει και κατευθύνει τη λειτουργία ολόκληρου του συστήματος μικροϋπολογιστών.Οι κύριες λειτουργίες του είναι:

(1) Για να ανακτήσετε μια εντολή από τη μνήμη και να υποδείξετε τη θέση της επόμενης εντολής στη μνήμη.

(2) Για την αποκωδικοποίηση και τη δοκιμή της εντολής και τη δημιουργία του αντίστοιχου σήματος ελέγχου λειτουργίας για τη διευκόλυνση της εκτέλεσης της καθορισμένης ενέργειας.

(3) Κατευθύνει και ελέγχει την κατεύθυνση της ροής δεδομένων μεταξύ της CPU, της μνήμης και των συσκευών εισόδου και εξόδου.

Ο μικροεπεξεργαστής διασυνδέει την ALU, τους μετρητές, τους καταχωρητές και το τμήμα ελέγχου μέσω του εσωτερικού διαύλου και συνδέεται με την εξωτερική μνήμη και τα κυκλώματα διασύνδεσης εισόδου/εξόδου μέσω του εξωτερικού διαύλου.Ο εξωτερικός δίαυλος, που ονομάζεται επίσης δίαυλος συστήματος, χωρίζεται στο δίαυλο δεδομένων DB, στο δίαυλο διευθύνσεων AB και στο δίαυλο ελέγχου CB και συνδέεται με διάφορες περιφερειακές συσκευές μέσω του κυκλώματος διασύνδεσης εισόδου/εξόδου.

-Μνήμη

Η μνήμη μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: μνήμη δεδομένων και μνήμη προγραμμάτων.

Η μνήμη δεδομένων χρησιμοποιείται για την αποθήκευση δεδομένων και η αποθήκευση προγραμμάτων χρησιμοποιείται για την αποθήκευση προγραμμάτων και παραμέτρων.

-Είσοδος/Έξοδος -Σύνδεση ή οδήγηση διαφορετικών συσκευών

Σειριακές θύρες επικοινωνίας-ανταλλάσσουν δεδομένα μεταξύ MCU και διαφορετικών περιφερειακών, όπως UART, SPI, 12C κ.λπ.

3 Ταξινόμηση μικροελεγκτών

Όσον αφορά τον αριθμό των bit, οι μικροελεγκτές μπορούν να ταξινομηθούν σε: 4-bit, 8-bit, 16-bit και 32-bit.Σε πρακτικές εφαρμογές, οι λογαριασμοί 32 bit αντιστοιχούν στο 55%, λογαριασμοί 8 bit για 43%, λογαριασμοί 4 bit για 2% και λογαριασμοί 16 bit για 1%

Μπορεί να φανεί ότι οι μικροελεγκτές 32-bit και 8-bit είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι μικροελεγκτές σήμερα.
Η διαφορά στον αριθμό των bit δεν αντιπροσωπεύει τους καλούς ή κακούς μικροεπεξεργαστές, όχι όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των bit τόσο καλύτερος είναι ο μικροεπεξεργαστής και όχι όσο μικρότερος είναι ο αριθμός των bit τόσο χειρότερος είναι ο μικροεπεξεργαστής

Τα MCU 8-bit είναι ευέλικτα.προσφέρουν απλό προγραμματισμό, ενεργειακή απόδοση και μικρό μέγεθος συσκευασίας (ορισμένα έχουν μόνο έξι καρφίτσες).Αλλά αυτοί οι μικροελεγκτές δεν χρησιμοποιούνται συνήθως για λειτουργίες δικτύωσης και επικοινωνιών.

Τα πιο κοινά πρωτόκολλα δικτύου και στοίβες λογισμικού επικοινωνίας είναι 16 ή 32 bit.Τα περιφερειακά επικοινωνίας είναι διαθέσιμα για ορισμένες συσκευές 8-bit, αλλά οι MCU 16- και 32-bit είναι συχνά η πιο αποτελεσματική επιλογή.Ωστόσο, οι MCU 8-bit χρησιμοποιούνται συνήθως για μια ποικιλία εφαρμογών ελέγχου, ανίχνευσης και διεπαφής.

Αρχιτεκτονικά, οι μικροελεγκτές μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: RISC (Υπολογιστές μειωμένου συνόλου εντολών) και CISC (υπολογιστές σύνθετων συνόλων εντολών).

Ο RISC είναι ένας μικροεπεξεργαστής που εκτελεί λιγότερους τύπους εντολών υπολογιστή και δημιουργήθηκε τη δεκαετία του 1980 με τον κεντρικό υπολογιστή MIPS (δηλ. μηχανές RISC), και οι μικροεπεξεργαστές που χρησιμοποιούνται σε μηχανές RISC ονομάζονται συνολικά επεξεργαστές RISC.Με αυτόν τον τρόπο, είναι σε θέση να εκτελεί λειτουργίες με ταχύτερο ρυθμό (εκατομμύρια περισσότερες οδηγίες ανά δευτερόλεπτο ή MIPS).Επειδή οι υπολογιστές απαιτούν πρόσθετα τρανζίστορ και στοιχεία κυκλώματος για την εκτέλεση κάθε τύπου εντολών, όσο μεγαλύτερο είναι το σύνολο εντολών του υπολογιστή καθιστά τον μικροεπεξεργαστή πιο περίπλοκο και εκτελεί λειτουργίες πιο αργά.

Το CISC περιλαμβάνει ένα πλούσιο σύνολο μικροεντολών που απλοποιούν τη δημιουργία προγραμμάτων που εκτελούνται στον επεξεργαστή.Οι οδηγίες αποτελούνται από γλώσσα συναρμολόγησης και ορισμένες κοινές λειτουργίες που αρχικά υλοποιήθηκαν από το λογισμικό υλοποιούνται από το σύστημα οδηγιών υλικού.Η εργασία του προγραμματιστή είναι επομένως πολύ μειωμένη, και ορισμένες λειτουργίες ή λειτουργίες χαμηλότερης τάξης επεξεργάζονται ταυτόχρονα σε κάθε περίοδο εντολών για να αυξηθεί η ταχύτητα εκτέλεσης του υπολογιστή, και αυτό το σύστημα ονομάζεται σύνθετο σύστημα εντολών.

4 Περίληψη

Μια σοβαρή πρόκληση για τους σημερινούς μηχανικούς ηλεκτρονικών αυτοκινήτων είναι η κατασκευή ενός χαμηλού κόστους, χωρίς προβλήματα, ακόμη και σε περίπτωση βλάβης που μπορούν να λειτουργήσουν συστήματα αυτοκινήτου, σταδιακά βελτιώνονται οι επιδόσεις του αυτοκινήτου αυτή τη στιγμή, οι μικροελεγκτές αναμένεται να βελτιώσουν την απόδοση ηλεκτρονικών μονάδων ελέγχου αυτοκινήτου.