Устройство

Устройство микроконтроллера

Микроконтроллер характеризуется большим числом параметров, поскольку он одновременно является сложным программно-управляемым устройством и электронным прибором (микросхемой). Приставка " микро" в названии микроконтроллера означает, что выполняется он по микроэлектронной технологии.

В ходе работы микрконтроллер считывает команды из памяти или порта ввода и исполняет их. Что означает каждая команда, определяется системой команд микроконтроллера. Сиситема команд заложена в архитектуре микрконтроллера и выполнение кода команды выражается в проведении внутренними элементами микросхемы определенных микроопераций.

Микроконтроллеры позволяют гибко управлять различными электронными и электрическими устройствами. Некоторые модели микроконтроллеров настолько мощны, что могут непосредственно переключать реле (к примеру, на елочных гирляндах).

Микроконтроллеры, как правило, не работает в одиночку, а запаивается в схему, где, кроме него, подключаются экраны, клавиатурные входы, различные датчики и т.д.

Софт для микроконтроллеров может привлечь внимание тех, кто обожает «гоняться за битами», так как обычно память в микроконтроллерах составляет от 2 до 128 Кб. Если меньше, то писать приходится на ассемблере или Форте, если есть возможность, то используют специальные версии Бейсика, Паскаля, но в основном – Си. Прежде чем окончательно запрограммировать микроконтроллер, его тестируют в эмуляторах – программных или аппаратных.

Тут может возникнуть вопрос: микропроцессор и микроконтроллер это просто разное название одного и того же устройства, или это все-таки разные вещи?

Микропроцессор это центральное устройство любой ЭВМ, выполненный по интегральной технологии. Само название говорит о том, что именно в нем происходят вычислительные процессы. Чтобы из него получилась ЭВМ, пусть даже не очень современная и мощная (вспомните любительские конструкции Радио-86 или Синклер), его надо дополнить внешними устройствами. В первую очередь это оперативная память и порты ввода вывода информации.

Микроконтроллер имеет внутри себя процессор, оперативную память, память программ, а кроме этого целый набор периферийных устройств, которые превращают процессор в полнофункциональную ЭВМ. По старой терминологии советских времен подобные устройства назывались Однокристальными Микро ЭВМ. Но советская вычислительная техника, как известно, зашла в тупик, а вместе с ней и ОМЭВМ.

Зарубежная же вычислительная техника на месте не стояла, поэтому ОМЭВМ стали называться контроллерами (от англ. Control – управлять, управление). И в самом деле, контроллеры оказались весьма пригодны для управления различной техникой, даже не очень сложной.

Микроконтроллеры можно встретить почти в любом современном электронном цифровом (и не только цифровом) устройстве: мобильных телефонах, фотокамерах, калькуляторах, часах, телевизорах, плеерах, компьютерах, в промышленной электронике, автомобильной электронике, военной технике и др. В основном микроконтроллеры применяться там, где приоритетным является уменьшение размеров, потребляемой мощности, увеличение устойчивости к внешним факторам, например в роботах. Быстродействие, значительно меньше чем у мощных процессоров, но его хватает для выполнения большинства требуемых от устройства функций. Технологии совершенствуется, и быстродействие микроконтроллеров возрастает. Новые поколения МК могут выполнять сложные расчеты за малое время. Но, хотя производители стремятся обеспечить работу своих изделий на высоких частотах, они, в то же время, предоставляют заказчикам выбор, выпуская модификации, рассчитанные на разные частоты и напряжения питания.

Микроконтроллер в прошлом имел название " однокристальная микро-ЭВМ". Первый патент на однокристальную микро-ЭВМ был выдан в 1971 году инженерам М. Кочрену и Г. Буну, сотрудникам Texas Instruments. Они предложили на одном кристалле разместить не только микропроцессор, но и память, устройства ввода-вывода. С появлением однокристальных микро-ЭВМ связывают начало эры компьютерной автоматизации в области управления. Поэтому микроконтроллер и имеет такое название (control - управление). На сегодняшний день существует большое количество микроконтроллеров разных типов. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, а также ARM, которые разрабатывает фирма ARM и продаѐ т лицензии другим фирмам. таким, как Atmel.

Теоретическая робототехника, под которой мы понимаем совокупность методов конструирования робототехнических систем и исследования их механических характеристик и принципов управления, является одним из самых молодых и перспективных направлений исследований последних десятилетий. В этой отрасли знаний объединились достижения механики (в частности, теории механизмов), а также кибернетики (включая теорию информации, теорию автоматического управления, электронику). Теоретическая робототехника представляет собой пример впечатляющих результатов междисциплинарного взаимодействия. Создаваемые на этой основе технические системы способны исследовать не только поверхности удаленных планет и глубины океана, но и

Внутреннее строение человеческих органов, а также молекулярную структуру органических и неорганических веществ на нано-уровне. Робототехнические системы представляют собой устройства, позволяющие наиболее адекватно смоделировать характеристики и принципы управления, соответствующие некоторым функциям человеческого тела.

Исследования по робототехнике и мехатронике в основном начались в самом начале 70-х годов. Они были связаны с проблемой создания роботов и транспортных средств нового типа - шагающих аппаратов. С теоретической точки зрения, задачи управления движением таких механических объектов составили принципиально новый класс задач управления сложными системами со многими механическими степенями свободы.

Примеры математических компьютерных моделей и лабораторных макетов, применявшихся в исследованиях шагающих аппаратов, показаны на рисунке 1. Эти работы практически впервые в мире продемонстрировали возможность решения задачи управления ходьбой технических устройств – роботов.