Islom karimov nomidagi toshkent davlat texnika universiteti elektronika va avtomatika fakulteti

1.2. Mikrokontrollerlar.
Mikrokontroller bitta mikrosxemadagi (bitta chipda) butun mikroprotsessor tizimidir. Ushbu mikrosxema barcha turdagi elektron qurilmalarni boshqarish va ko'plab funktsiyalarni bajarish uchun mo'ljallangan. Elektron qurilmalar o'rtasidagi o'zaro ta'sir mikrokontrollerga o'rnatilgan dasturga muvofiq amalga oshiriladi.
Bizning saytimizda ko'pincha Arduino mikrokontrolleri va uning Arduino Due ko'rinishidagi eng ilg'or versiyasi haqida suhbat bo'ladi.
Mikrokontrollerlar turli xil elektron va elektr bloklarini boshqarish imkonini beradi. Qoidaga ko'ra, mikrokontrollerlar yolg'iz ishlamaydi, balki birlashtirilgan (bir qismni butunga birlashtirish jarayoni) har xil bo'lgan sxemaga kiritilgan. tashqi qurilmalar(monitorlar, klaviaturalar, turli sensorlar va boshqalar).
Mo''jizalar deyarli bir vaqtning o'zida Jek Kilbi (Texas Instruments) va Robert Noys (Firechild Semiconductors) tomonidan 1958 yilda ixtiro qilingan. Sanoat ishlab chiqarish faqat 70-yillarning boshlarida boshlangan. Birinchi protsessor (8080) 1974 yilda chiqarilgan. U 1969 yilda Intel 4040 nomi bilan ixtiro qilingan, ammo faqat 1974 yilda tijorat ishlab chiqarilishi boshlangan.
Yagona mikrosxemali mikrokompyuterlarning paydo bo‘lishi boshqaruv sohasida EHMni avtomatlashtirishning ommaviy qo‘llanilishi davrining boshlanishi bilan bog‘liq. Ehtimol, bu holat "nazoratchi" atamasini aniqladi (inglizcha kontroller - regulyator, boshqaruv moslamasi). Mahalliy ishlab chiqarishning keskin kamayishi va asbob-uskunalar, jumladan, hisoblash texnikasi importining ko'payishi munosabati bilan "mikrokontroller" (MC) atamasi foydalanishdan "bir chipli mikrokompyuter" atamasini almashtirdi. Yagona chipli mikrokompyuter uchun birinchi patent 1971 yilda American Texas Instruments kompaniyasining muhandislari Maykl Kokren va Gari Bunga berilgan. Ular bir chipga nafaqat protsessorni, balki kiritish-chiqarish moslamalari bo'lgan xotirani ham joylashtirish g'oyasining ajdodlaridir. 1976 yilda Amerikaning Intel kompaniyasi i8048 mikrokontrollerini chiqardi. 4 yil o'tib, 1980 yilda Intel quyidagi mikrokontrollerni chiqardi: i8051. Muvaffaqiyatli periferik qurilmalar to'plami, tashqi yoki ichki dastur xotirasining moslashuvchan tanlovi va maqbul narx ushbu mikrokontrollerning bozordagi muvaffaqiyatini ta'minladi. Texnologiya nuqtai nazaridan, i8051 mikrokontrolleri o'z davri uchun juda murakkab mahsulot edi - kristallda 128 ming tranzistor ishlatilgan, bu 16 bitli i8086 mikroprotsessoridagi tranzistorlar sonidan 4 baravar ko'p edi.
Mikrokontrollerlarning turlari
An'anaviy ravishda mikrokontrollerlarni uchta guruhga bo'lish mumkin: eng oddiy, o'rnatilgan va universal.
Eng oddiy mikrokontrollerlar talab qilinmagan hollarda qo'llaniladi yuqori ishlash lekin arzon narx muhim ahamiyatga ega.
Qurilmalar va jihozlarga o'rnatilgan mikrokontrollerlar yuqori ixtisoslashgan vazifalarni amalga oshirish uchun dasturlashtirilgan.
Universal mikrokontrollerlar nazorat, tartibga solish va boshqarish tizimlaridagi ko'plab vazifalarni hal qilishga qaratilgan.
Agar siz barcha turdagi zamonaviy mikrokontrollerlarni tasavvur qilsangiz, iste'molchi uchun mavjud bo'lgan ushbu toifadagi juda ko'p turli xil qurilmalardan hayratda qolishingiz mumkin. Biroq, ushbu qurilmalarning barchasini quyidagi asosiy turlarga bo'lish mumkin:
o'rnatilgan 8 bitli MCU,
16 va 32 bitli MK,
raqamli signal protsessorlari (maxsus mikroprotsessor uchun mo'ljallangan raqamli ishlov berish signallari).


Mikrokontroller korpuslarining turlari
DIP (Dual Inline Package) - ikki qatorli kontaktli korpus. Tanadagi oyoqlarning soni 8 dan 56 gacha.
SOIC (Small Outline Integrated Circuit) - planar mikrosxema - oyoqlar korpus joylashgan bir tomonda lehimlangan. Shu bilan birga, mikrosxema tanasi bilan taxtada yotadi. Oyoqlarning soni va ularning raqamlanishi DIP bilan bir xil.
PLCC (Plastic Leader Chip Carrier) - kvadrat tanasi. Oyoqlari to'rt tomondan joylashgan va J shaklida.
TQFP (Thin Profile Quad Flat Package) SOIC va PLCC o'rtasidagi o'rtacha hisoblanadi. Taxminan 1 mm qalinlikdagi kvadrat quti, har tomondan o'tkazgichlar joylashgan. Oyoqlar soni 32 dan 144 gacha.
Hisoblash birligi (arifmetik mantiq birligi) -> bu miniatyura kompyuter har bir mikrokontrollerning yuragi hisoblanadi. Albatta, kichik kristall ichiga o'rnatilgan hisoblash mantiqiy moduli ish stolidagi hamkasbi kabi deyarli kuchli emas, lekin bu barcha ot kuchiga muhtoj emas. Ish stoli kompyuteri bir vaqtning o'zida bir nechta vazifalarni bajarishi kerak bo'lsa-da, Internetda ma'lumot qidirish, elektron jadvallarni hisoblash va viruslarni ushlash, odatda mikrokontroller har qanday vazifani hal qilish uchun mo'ljallangan.
Doimiy xotira -> mikrokontroller har doim mavjud doimiy xotira dasturlar saqlanadigan joy. Ushbu xotira quvvat o'chirilgandan keyin ham ma'lumotlarni saqlashda davom etadi. Batareyani yoki boshqa manbani yoqish paytida mikrokontrollerda saqlangan ma'lumotlar yana mavjud bo'ladi.
I/U portlari -> mikrokontrollerning tashqi dunyo bilan aloqa qilishiga imkon beradi.
Yuqori darajadagi integratsiyaga (qismlarni bir butunga birlashtirish jarayoni) va ishonchlilikka erishish uchun barcha mikrokontrollerlar o'rnatilgan. qo'shimcha qurilmalar... O'rnatilgan qurilmalar tizim ishonchliligini oshiradi, chunki ular hech qanday tashqi elektr davrlarini talab qilmaydi. Ular ishlab chiqaruvchi tomonidan oldindan sinovdan o'tkaziladi va barcha ulagichlar bo'lgani uchun taxtada joy bo'shatadi elektr zanjirlari mikrokontrollerda kristall ustida qilingan. Eng keng tarqalgan o'rnatilgan qurilmalarga xotira qurilmalari va kirish / chiqish (I / U) portlari, aloqa interfeyslari, taymerlar va tizim soatlari kiradi. Xotira qurilmalariga tasodifiy kirish xotirasi (RAM), faqat o'qish uchun xotira (ROM), dasturlashtiriladigan ROM (EPROM), elektr dasturlashtiriladigan ROM (EEPROM) kiradi. Taymerlar real vaqt soatlari va uzilish taymerlarini o'z ichiga oladi. I/U vositalariga ketma-ket aloqa portlari, parallel portlar (I/U liniyalari), analog-raqamli konvertorlar (A/D), raqamli-analog konvertorlar (D/A), suyuq kristall displey (LCD) drayverlari yoki vakuumli floresan displey kiradi. (VFD) drayverlari ... O'rnatilgan qurilmalar juda ishonchli, chunki ular tashqi elektr zanjirlarini talab qilmaydi.
ALU raqamlar ustida amallarni bajaradi va operatsiya natijasini raqam sifatida qaytaradi. Bu raqamlar joylashtirilgan registrlar umumiy maqsad - vaqtinchalik xotiraning bir turi. Har bir mikrokontrollerda turli xil registrlar soni mavjud. Biroq, mikrokontrollerning normal ishlashi uchun umumiy maqsadli registrlar etarli emas, chunki, masalan, 32 bayt xotiraning juda kichik hajmi. Ko'proq ma'lumotni saqlash imkoniyatiga ega bo'lish uchun u ishlatiladi tasodifiy kirish xotirasi (RAM)... Umumiy maqsadli registrlar ALU ishlaydigan ma'lumotlarni o'z ichiga oladi bu daqiqa RAM esa qolgani. Buyruqlar, aniqrog'i, ALU bajaradigan buyruqlar ketma-ketligi saqlanadi faqat o'qish uchun xotira (ROM)... Bu odatda Flash xotira. Bu buyruqlar ketma-ketligi dasturchi tomonidan yaratilgan mikrokontroller dasturidan boshqa narsa emas. Barcha buyruqlar ROMda ma'lum manzillarda joylashgan. ROMdan biron bir buyruqni olish uchun siz uning manziliga murojaat qilishingiz kerak, bu dastur hisoblagichi yoki dastur hisoblagichi bajaradi. ROMdan olingan ma'lumotlar buyruqlar registriga tushadi. ALU doimiy ravishda buyruqlar registrining mazmunini "ko'rib chiqadi" va agar unda buyruq paydo bo'lsa, ALU darhol uni bajarishni boshlaydi. Ushbu mikrokontroller qurilmalarining barchasi mikrokontroller tashqi dunyo bilan aloqa qiladigan kiritish-chiqarish portlarisiz foydasiz bo'ladi. Kirish-chiqarish portlari ham kirish, ham chiqish sifatida ishlash uchun sozlanishi mumkin. Portlar maxsus registrlar orqali nazorat qilinadi. Odatiy bo'lib, mikrokontrollerning barcha portlari chiqish uchun o'rnatiladi.
Shuni ham ta'kidlash kerakki, mikrokontrollerning barcha ishi ichki yoki tashqi bo'lishi mumkin bo'lgan soat generatori tomonidan sinxronlashtiriladi. Soat chastotasi, yoki aniqrog'i, avtobus tezligi, vaqt birligida qancha hisoblashni amalga oshirish mumkinligini aniqlaydi.
Mikrokontroller aslida kichik kompyuter hisoblanganligi sababli, uning imkoniyatlari nihoyatda kengdir. Misol uchun, mikrokontrollerga turli miqdorlarni o'lchash, turli signallarni qayta ishlash va turli xil qurilmalarning keng doirasini boshqarish topshirilishi mumkin. Ko'p jihatdan, mikrokontrollerlarning imkoniyatlari faqat tasavvur va ular bilan ishlash qobiliyati bilan cheklangan, ammo ikkalasini ham o'rganish mumkin.
Mikrokontrollerni dasturlash uchun u kompyuterga ulangan bo'lishi kerak, buning uchun dasturchi deb ataladigan maxsus qurilma ishlatiladi. Uning yordamida mikrokontroller va kompyuter o'rtasidagi munosabatlar amalga oshiriladi. Siz hatto dasturchini o'ziga xos ko'prik deb aytishingiz mumkin. Misol uchun, siz mikrokontroller uchun C dasturlash tilida dastur yozasiz, shundan so'ng siz mikrodastur faylini yaratasiz va mikrokontrollerni ushbu proshivka bilan miltillash uchun kompyuterda dasturdan foydalanasiz. Aslida, hamma narsa juda oddiy va agar xohlasangiz, o'rganish juda oson!
Siz mikrokontrollerga asoslangan qurilmani o'zingiz uchun qulayroq bo'lgan narsaga va mo'ljallangan qurilmaning murakkabligiga qarab, o'z taxtasida ham, panelda ham yoki hatto osilgan o'rnatish orqali yig'ishingiz mumkin.
Agar siz mikrokontrollerlarga qiziqsangiz, mikrokontrollerlar uchun C dasturlash tilini o'rganishdagi qiyinchiliklardan xavotirlanmang.
Mikrokontrollerlar bugungi kunda deyarli hamma joyda qo'llaniladi: zamonaviy monitorlarda, muzlatgichlarda, planshetlarda, xavfsizlik tizimlarida, kir yuvish mashinalari va h.k. Boshqarish zarur bo'lgan har qanday elektron qurilmada mikrokontroller o'z o'rnini egallashi mumkin. Va barchasini deyarli xohlaganingizcha dasturlash mumkinligi tufayli. Shuning uchun, hatto bitta turdagi mikrosxema ham elektron qurilmalar to'plamida ishlatilishi mumkin.
Zamonaviy mikrokontroller dizaynining murakkabligiga qaramay, uning qanday ishlashini faqat bitta jumla bilan aytishingiz mumkin: "Dastur kodi oddiygina mikrokontroller xotirasiga yoziladi, MC bu dasturdan buyruqlarni o'qiydi va keyin ularni oddiygina bajaradi" - bu butun ishlash printsipi.