I. Cyflwyniad
Microcontroller, fel cydran graidd mewn technoleg electronig fodern, mae cysylltiad agos rhwng ei hanes datblygu â chynnydd technoleg electronig. Ers ei eni yng nghanol -1970 s, mae microcontrolwyr, gyda'u manteision o integreiddio uchel, cost isel a pherfformiad uchel, wedi cael eu defnyddio'n helaeth mewn sawl maes, megis rheoli modur, darllenwyr cod bar/sganwyr, electroneg defnyddwyr, hapchwarae defnyddwyr Dyfeisiau, ffonau, HVAC, Rheoli Diogelwch Adeiladu a Mynediad, Rheoli Diwydiannol ac Awtomeiddio, a Nwyddau Gwyn. Yn y papur hwn, bydd diffiniad, egwyddor gweithio ac amodau gwaith microcontroller yn cael eu cyflwyno'n fanwl.
II. Diffiniad o ficrocontroller
Microcontroller, wedi'i dalfyrru fel MCU (uned microcontroller), yw microgyfrifiadur fydd prif ran y microgyfrifiadur sydd wedi'i integreiddio mewn un microgyfrifiadur sglodion sengl. Mae'n integreiddio'r uned brosesu ganolog (CPU), cof (ROM, RAM), rhyngwynebau mewnbwn/allbwn (I/O), amseru/cownter, a system ymyrraeth a phrif gydrannau eraill, ac fe'i nodweddir gan ei faint bach, ei ddefnydd pŵer isel a pherfformiad sefydlog. Mae ymddangosiad microcontrolwyr wedi hyrwyddo datblygiad systemau gwreiddio yn fawr, gan alluogi gwireddu amrywiaeth o ddyfeisiau deallus.
Iii. Egwyddor weithredol microcontroller
Mae egwyddor weithredol microcontroller yn seiliedig yn bennaf ar waith cydweithredol ei gydrannau mewnol. Yn benodol, gellir crynhoi egwyddor weithredol microcontroller fel a ganlyn:
Uned Brosesu Ganolog (CPU):Y CPU yw rhan graidd y microcontroller, sy'n gyfrifol am weithredu cyfarwyddiadau, prosesu data a algorithmau rheoli. Mae'r CPU yn cydamseru ei weithrediadau trwy signalau cloc, ac yn cyflawni'r gweithrediadau cyfatebol yn unol â'r cyfarwyddyd a osodwyd yn y rhaglen.
Cof:Mae microcontrolwyr yn cynnwys amrywiaeth o atgofion mewnol, gan gynnwys cof y rhaglen (fflach neu EEPROM) a chof data (RAM). Defnyddir cof y rhaglen i ddal cod y rhaglen a defnyddir y cof data i ddal y data a ddefnyddir yn y rhaglen. Mae maint a math y cof yn dibynnu ar y model microcontroller penodol.
Rhyngwynebau ymylol:Mae amrywiaeth o ryngwynebau ymylol wedi'u hintegreiddio yn y microcontroller, gan gynnwys mewnbynnau ac allbynnau pwrpas cyffredinol (GPIOS), mewnbynnau analog ac allbynnau (ADCs, DACs), rhyngwynebau cyfathrebu (UARTS, SPIs, SPIs, I2CS), amseryddion, a PWMs. Mae'r rhyngwynebau ymylol hyn yn galluogi'r microcontroller i gyfnewid data a rheolaeth â dyfeisiau allanol.
Mecanwaith trin ymyrraeth:Mae'r microcontroller yn cefnogi mecanwaith ymyrraeth lle mae digwyddiad allanol yn digwydd (ee, mae allwedd yn cael ei wasgu, mae derbyniad data wedi'i gwblhau, ac ati), mae'r microcontroller yn torri ar draws gweithrediad cyfredol y rhaglen ac yn newid i weithredu'r rhaglen ymyrraeth gyfatebol. Mae'r mecanwaith hwn yn galluogi'r microcontroller i ymateb i ddigwyddiadau allanol mewn amser real, gan wella amser real a dibynadwyedd y system.
Yn ystod gweithrediad y microcontroller, mae'r CPU yn gyntaf yn darllen cyfarwyddyd o gof y rhaglen ac yn cyflawni'r cyfarwyddyd. Gall gweithredu'r cyfarwyddyd gynnwys gweithrediadau fel darllen data, prosesu, storio a rheoli perifferolion. Pan fydd digwyddiad allanol yn digwydd, mae'r microcontroller yn penderfynu a oes angen torri ar draws gweithrediad cyfredol y rhaglen yn unol â'r flaenoriaeth ymyrraeth ac yn cyflawni'r rhaglen gwasanaeth ymyrraeth gyfatebol. Ar ôl gweithredu'r rhaglen gwasanaeth ymyrraeth, bydd y microcontroller yn dychwelyd i bwynt gweithredu gwreiddiol y rhaglen i barhau i weithredu'r rhaglen.
Iv. Amodau gweithredu microcontroller
Er mwyn sicrhau bod yn rhaid i weithrediad arferol a sefydlog y microcontroller gwrdd â'r tri chyflwr sylfaenol canlynol:
Cyflenwad Pwer:Mae angen i'r microcontroller weithio o dan gyflenwad pŵer penodol. Mae'r cyflenwad pŵer gweithredu fel arfer yn cael ei ddarparu gan y gylched cyflenwad pŵer, mae'r ystod foltedd fel arfer yn 3 ~ 5 V. Mae rhai microcontrolwyr yn y cyflwr arbed ynni, ni ellir colli'r foltedd cyflenwi, fel arall ni fydd y microcontroller yn gallu deffro eto.
Ailosod cylched:Defnyddir y gylched ailosod i gynhyrchu lefel ailosod y microcontroller. Y foment y mae'r microcontroller yn cael cyflenwad pŵer, bydd y gylched ailosod yn darparu'r lefel ailosod i'r microcontroller i'w ailosod. Ar ôl ei ailosod, mae'r microcontroller yn dechrau gweithredu o'r wladwriaeth gychwynnol.
Cylchdaith Osgiliad Cloc: Cylchdaith Osgiliad y Cloc yw'r sylfaen ar gyfer gweithrediad arferol y microcontroller. Mae gweithrediadau amrywiol y microcontroller (ee data storio/nôl, storio analog, ac ati) yn cael eu gyrru gan gorbys cloc. Dim ond o dan weithred pwls y cloc y gall y microcontroller weithio mewn modd trefnus.
V. Casgliad
Fel cydran graidd mewn technoleg electronig fodern, mae cysylltiad agos rhwng hanes datblygu microcontroller â chynnydd technoleg electronig. Trwy gyflwyno ei ddiffiniad, ei egwyddor gweithio a'i amodau gwaith yn fanwl, gallwn gael dealltwriaeth ddyfnach o safle a rôl bwysig microcontroller mewn technoleg fodern. Gyda chynnydd parhaus technoleg ac ehangu meysydd cymwysiadau, bydd perfformiad a swyddogaethau microcontrolwyr yn cael eu gwella a'u perffeithio ymhellach, gan chwistrellu bywiogrwydd newydd i ddatblygiad gwyddoniaeth a thechnoleg yn y dyfodol.