Vi điều khiển là gì?

Vi điều khiển là một phần không thể thiếu của hệ thống nhúng. Một bộ vi điều khiển về cơ bản là một máy tính nhỏ và rẻ trên một con chip bao gồm một bộ xử lý, một bộ nhớ nhỏ và các thiết bị ngoại vi đầu vào đầu ra có thể lập trình được. Chúng được sử dụng trong các sản phẩm và thiết bị được điều khiển tự động để thực hiện các tác vụ được lập trình trước và xác định trước. Để có một ý tưởng tốt hơn về những gì thực sự là một vi điều khiển; chúng ta hãy xem một ví dụ về sản phẩm sử dụng bộ vi điều khiển. Nhiệt kế kỹ thuật số hiển thị nhiệt độ môi trường sử dụng bộ vi điều khiển được kết nối với cảm biến nhiệt độ và bộ hiển thị (như LCD). Bộ vi điều khiển ở đây lấy đầu vào từ cảm biến nhiệt độ ở dạng thô, xử lý và hiển thị nó lên một đơn vị màn hình LCD nhỏ ở dạng con người có thể đọc được.Tương tự như vậy, một hoặc nhiều bộ vi điều khiển được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử tùy theo yêu cầu và độ phức tạp của ứng dụng.

Chúng được sử dụng ở đâu?

Bộ vi điều khiển được sử dụng trong các hệ thống nhúng, về cơ bản là nhiều loại sản phẩm và thiết bị được kết hợp giữa phần cứng và phần mềm, và được phát triển để thực hiện các chức năng cụ thể. Một vài ví dụ về hệ thống nhúng sử dụng vi điều khiển có thể là - máy giặt, máy bán hàng tự động, lò vi sóng, máy ảnh kỹ thuật số, ô tô, thiết bị y tế, điện thoại thông minh, đồng hồ thông minh, rô bốt và các thiết bị gia dụng khác nhau.

Tại sao chúng ta sử dụng vi điều khiển?

Bộ vi điều khiển được sử dụng để sử dụng tự động hóa trong các ứng dụng nhúng. Lý do chính đằng sau sự phổ biến rộng rãi của vi điều khiển là khả năng giảm kích thước và chi phí của sản phẩm hoặc thiết kế so với thiết kế được xây dựng bằng bộ vi xử lý, bộ nhớ và thiết bị đầu vào / đầu ra riêng biệt.

Vì vi điều khiển có các tính năng như bộ vi xử lý tích hợp, RAM, ROM, Giao diện nối tiếp, Giao diện song song, Bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC), Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC), v.v. giúp dễ dàng xây dựng các ứng dụng xung quanh nó. Ngoài ra, môi trường lập trình của vi điều khiển cung cấp nhiều khả năng để điều khiển các loại ứng dụng khác nhau theo yêu cầu của chúng.

Các loại vi điều khiển khác nhau là gì?

Có rất nhiều loại vi điều khiển có sẵn trên thị trường. Nhiều công ty khác nhau như Atmel, ARM, Microchip, Texas Instruments, Renesas, Freescale, NXP Semiconductors, v.v. sản xuất các loại vi điều khiển với các loại tính năng khác nhau. Xem xét các thông số khác nhau như bộ nhớ lập trình, kích thước flash, điện áp cung cấp, chân đầu vào / đầu ra, tốc độ, v.v., người ta có thể chọn bộ vi điều khiển phù hợp cho ứng dụng của họ.

Chúng ta hãy xem xét các thông số này và các loại vi điều khiển khác nhau theo các thông số này.

Bus dữ liệu (Kích thước bit):

Khi được phân loại theo kích thước bit, hầu hết các bộ vi điều khiển nằm trong khoảng từ 8 bit đến 32 bit (các bộ vi điều khiển bit cao hơn cũng có sẵn). Trong vi điều khiển 8 bit, bus dữ liệu của nó bao gồm 8 đường dữ liệu, trong khi trong vi điều khiển 16 bit, bus dữ liệu của nó bao gồm 16 đường dữ liệu, v.v. đối với vi điều khiển 32 bit trở lên.

Ký ức:

Bộ vi điều khiển cần bộ nhớ (RAM, ROM, EPROM, EEPROM, bộ nhớ flash, v.v.) để lưu trữ các chương trình và dữ liệu. Trong khi một số vi điều khiển có chip nhớ sẵn trong khi những bộ khác yêu cầu kết nối bộ nhớ ngoài. Chúng được gọi là vi điều khiển bộ nhớ nhúng và vi điều khiển bộ nhớ ngoài tương ứng. Kích thước bộ nhớ sẵn có cũng khác nhau ở các loại vi điều khiển khác nhau và nhìn chung bạn sẽ tìm thấy các vi điều khiển có bộ nhớ từ 4B đến 4Mb.

Số lượng chân đầu vào / đầu ra:

Bộ vi điều khiển thay đổi tùy theo số lượng kích thước chân đầu vào-đầu ra. Người ta có thể chọn một bộ vi điều khiển cụ thể theo yêu cầu của ứng dụng.

Bộ hướng dẫn:

Có hai loại tập lệnh - RISC và CISC. Một bộ vi điều khiển có thể sử dụng RISC (Máy tính Bộ lệnh Giảm) hoặc CISC (Máy tính Bộ lệnh phức hợp). Như tên cho thấy, RISC giảm thời gian hoạt động xác định chu kỳ đồng hồ của một lệnh; trong khi CISC cho phép áp dụng một hướng dẫn thay thế cho nhiều hướng dẫn.

Kiến trúc bộ nhớ:

Có hai loại vi điều khiển - vi điều khiển kiến ​​trúc bộ nhớ Harvard và vi điều khiển kiến ​​trúc bộ nhớ Princeton.

Dưới đây là một số bộ vi điều khiển phổ biến trong giới sinh viên và những người yêu thích.

Dòng vi điều khiển 8051 (8-bit)

Bộ vi điều khiển AVR của Atmel (ATtiny, dòng ATmega)

Bộ vi điều khiển dòng PIC của Microchip

Các bộ vi điều khiển của Texas Instruments như MSP430

Bộ vi điều khiển ARM

Tính năng của Vi điều khiển

Bộ vi điều khiển được sử dụng trong các hệ thống nhúng vì các tính năng khác nhau của chúng. Như được minh họa trong sơ đồ khối bên dưới của một bộ vi điều khiển, nó bao gồm bộ xử lý, các chân I / O, các cổng nối tiếp, bộ định thời, ADC, DAC và Điều khiển ngắt.

Bộ xử lý hoặc CPU

Bộ xử lý là bộ não của vi điều khiển. Khi được cung cấp đầu vào thông qua các chân đầu vào và hướng dẫn thông qua các chương trình, nó sẽ xử lý dữ liệu tương ứng và cung cấp tại các chân đầu ra.

Ký ức

Các chip nhớ được tích hợp trong một bộ vi điều khiển để lưu trữ tất cả các chương trình và dữ liệu. Có thể có nhiều loại bộ nhớ khác nhau được tích hợp trong vi điều khiển như RAM, ROM, EPROM, EEPROM, bộ nhớ Flash, v.v.

Cổng đầu vào-đầu ra

Mọi vi điều khiển đều có các cổng đầu ra đầu vào. Tùy thuộc vào các loại vi điều khiển, số lượng chân đầu ra đầu vào có thể khác nhau. Chúng được sử dụng để giao tiếp với các thiết bị đầu vào và đầu ra bên ngoài như cảm biến, đơn vị hiển thị, v.v.

Cổng nối tiếp

Chúng tạo điều kiện cho vi điều khiển giao tiếp nối tiếp với các thiết bị ngoại vi khác. Cổng nối tiếp là một giao diện truyền thông nối tiếp qua đó thông tin truyền vào hoặc ra từng bit một.

ADC và DAC

Đôi khi các hệ thống nhúng cần chuyển đổi dữ liệu từ kỹ thuật số sang tương tự và ngược lại. Vì vậy, hầu hết các vi điều khiển được kết hợp với ADC (Bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số) và DAC (Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự) sẵn có để thực hiện chuyển đổi theo yêu cầu.

Hẹn giờ

Bộ định thời và bộ đếm là những bộ phận quan trọng của hệ thống nhúng. Chúng được yêu cầu cho các hoạt động khác nhau như tạo xung, đếm xung bên ngoài, điều chế, dao động, v.v.

Kiểm soát ngắt

Điều khiển ngắt là một trong những tính năng mạnh mẽ của vi điều khiển. Nó là một loại thông báo làm gián đoạn quá trình đang diễn ra và hướng dẫn thực hiện tác vụ được xác định bởi điều khiển ngắt.

Tóm lại, vi điều khiển là một loại máy tính mini nhỏ gọn được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể trong các hệ thống nhúng. Với một loạt các tính năng, tầm quan trọng và công dụng của chúng là rất lớn và chúng có thể được tìm thấy trong các sản phẩm và thiết bị ở tất cả các ngành.