Microcontroller (MCU) er en slags integreret kredsløbschip, der integrerer den centrale behandlingsenhed (CPU), hukommelse (RAM, ROM), forskellige input/output -grænseflader (I/O) og andre funktionelle moduler på en lille siliciumchip. Karakteriseret ved lille størrelse, lavt strømforbrug, lave omkostninger og kraftfulde funktioner, er mikrokontrollere vidt brugt i en række elektroniske enheder og systemer, såsom husholdningsapparater, industrielt kontrol, kommunikationsudstyr, bilelektronik osv.
Arbejdsprocessen for mikrokontroller kan opdeles i følgende trin:
1. Power-on Reset:Når mikrokontrolleren er tilsluttet strømforsyningen, udfører den automatisk en nulstilling af strøm for at rydde de interne registre og forberede sig til normal drift.
2. Instruktion Fetch:Når nulstillingen er afsluttet, tager MCU en instruktion fra programhukommelsen og gemmer den i instruktionsregisteret.
3. Instruktionsafkodning:Instruktionsdekoderen af mikrokontroller afkoder instruktionen i instruktionsregisteret for at bestemme den operation, der skal udføres.
4. Udførelse af instruktioner:I henhold til afkodningsresultaterne udfører mikrokontrolleren de tilsvarende operationer, såsom datadrift, logisk vurdering, kontroloutput og så videre.
5. Afbrydningsbehandling:Under udførelsen af instruktionen, hvis den støder på en afbrydelsesanmodning, vil MCU sætte gennemførelsen af den aktuelle instruktion og gå for at håndtere interrupt -serviceprogrammet.
6. Cyklisk udførelse:MCU gentager ovenstående proces i overensstemmelse med rækkefølgen af instruktioner i programhukommelsen for at realisere forskellige funktioner.
Følgende er en detaljeret beskrivelse af de forskellige komponenter i mikrokontrolleren og dets arbejdsprincip.
1. CPU:Den centrale behandlingsenhed (CPU) for mikrokontrolleren er kernen i hele systemet, der er ansvarlig for at udføre instruktionerne i programmet. CPU'en består hovedsageligt af den aritmetiske logikenhed (ALU), kontrolenheden (CU) og registergruppen. ALU er ansvarlig for at udføre alle slags dataaritmetiske og logiske vurderinger; CU er ansvarlig for afkodning og kontrol af instruktionerne; og registergruppen bruges til at gemme dataene og de mellemliggende resultater.
2. hukommelse:Hukommelsen af mikrokontroller inkluderer hovedsageligt programhukommelse (ROM) og datamindring (RAM). Programhukommelse bruges til at gemme den skriftlige programkode; Datahukommelse bruges til at gemme dataene og variablerne under drift.
3. I/O -interface:I/O -grænsefladen på mikrokontrolleren bruges til at udveksle data med eksterne enheder, og I/O -interface inkluderer input -interface (input), output -interface (output) og tovejs interface (tovejs). Inputgrænseflade bruges til at modtage data sendt af eksterne enheder; Outputgrænseflade bruges til at sende data til eksterne enheder; Bidirectional interface kan modtage data sendt af eksterne enheder samt sende data til eksterne enheder.
4. timer/tæller:Timeren/tælleren for en mikrokontroller bruges til at generere timingsignaler eller tælle eksterne begivenheder. Timeren/tælleren kan generere pulssignaler med fast frekvens eller tæller i henhold til frekvensen af indgangssignalet.
5. Seriel kommunikationsgrænseflade:Den serielle kommunikationsgrænseflade til mikrokontrolleren bruges til seriel kommunikation med andre enheder. Seriel kommunikationsgrænseflade inkluderer seriel sender (seriel sender) og seriel modtager (seriel modtager), som kan realisere fuld-duplex eller halvduplex transmission af data.
6. Analog-til-digital konverter (ADC) og digital-til-analog konverter (DAC):ADC for mikrokontrolleren bruges til at konvertere analoge signaler til digitale signaler til behandling; DAC bruges til at konvertere digitale signaler til analoge signaler til output til eksterne enheder.
7. Afbrydssystem:Interrupt-systemet for mikrokontrolleren bruges til at håndtere uventede begivenheder og forbedre systemets realtid og responshastighed. Interrupt -systemet inkluderer interrupt source, Interrupt Controller og Interrupt Service Program. Interrupt -kilden er den enhed eller begivenhed, der genererer afbrydelsesanmodningen; Interrupt -controlleren er ansvarlig for at styre og prioritere afbrydelsesanmodningen; Og Interrupt Service -programmet er det program, der håndterer afbrydelsesbegivenheden.
8. Urkredsløb:Urkredsløbet til en mikrokontroller bruges til at tilvejebringe et stabilt ursignal til at synkronisere arbejdet for hvert modul. Urkredsløbet består normalt af en intern oscillator og en urdelere. Den interne oscillator genererer et højfrekvent ursignal; Urdeleren opdeler højfrekventursignalet i lavfrekvente ursignaler, der er egnede til arbejdet i hvert modul.
9. strømforsyningskredsløb:Strømforsyningskredsløbet for mikrokontrolleren bruges til at tilvejebringe en stabil strømforsyningsspænding til hele systemet. Strømforsyningskredsløbet inkluderer normalt en spændingsregulator og et filter. Spændingsregulatoren stabiliserer indgangsforsyningsspændingen til en spænding, der er egnet til mikrokontrolleret drift; Filteret bruges til at eliminere støj og udsving i forsyningsspændingen.
10. Perifere kredsløb:De perifere kredsløb for en mikrokontroller inkluderer forskellige sensorer, aktuatorer og andre hjælpekredsløb. Sensorer bruges til at detektere ændringer i det ydre miljø; Aktuatorer bruges til at drive eksterne enheder i henhold til kontrolsignaler; og hjælpekredsløb bruges til at realisere specifikke funktioner, såsom forstærkere og filtre.
Kort sagt er mikrokontroller en meget integreret mikrocomputer, der indser kontrol og styring af forskellige enheder gennem forskellige interne funktionsmoduler og eksterne perifere kredsløb. Arbejdsprocessen for en mikrokontroller kan opdeles i trin, såsom nulstilling af strøm, undervisning, instruktionsafkodning, udførelse af instruktioner, afbrydelse af håndtering og loop. At forstå sammensætningen og arbejdsprincippet for mikrokontroller hjælper os med at designe og udvikle forskellige elektroniske enheder og systemer.