NUC975DK61Y – Circuiti integrati, embedded, microcontrollori – NUVOTON Technology Corporation

1 Definizione di microcontrollore

Poiché il microcontrollore è l'unità logica aritmetica, memoria, timer/calcolatrice e vari circuiti /O, ecc. integrati in un chip, costituendo un sistema informatico completo di base, è anche noto come microcomputer a chip singolo.

Il programma nella memoria del microcontrollore, utilizzato a stretto contatto con l'hardware del microcontrollore e i circuiti hardware periferici, si distingue dal software del PC ed è chiamato programma del microcontrollore come firmware.Generalmente, un microprocessore è una CPU su un singolo circuito integrato, mentre un microcontrollore è una CPU, ROM, RAM, VO, timer, ecc., tutti su un singolo circuito integrato.Rispetto alla CPU, il microcontrollore non ha una potenza di calcolo così potente, né ha l'unità di gestione della memoria, che fa sì che il microcontrollore possa gestire solo alcuni compiti di controllo, logica e altri relativamente singoli e semplici, ed è ampiamente utilizzato nel controllo delle apparecchiature, nell'elaborazione dei segnali dei sensori e altri campi, come alcuni elettrodomestici, attrezzature industriali, utensili elettrici, ecc.

2 La composizione del microcontrollore

Il microcontrollore è composto da diverse parti: processore centrale, memoria e input/output:

-Processore centrale:

Il processore centrale è il componente principale dell'MCU, comprese le due parti principali dell'operatore e del controller.

-Operatore

L'operatore è costituito da unità aritmetiche e logiche (ALU), accumulatore e registri, ecc. Il ruolo di ALU è eseguire operazioni aritmetiche o logiche sui dati in entrata.L'ALU è in grado di sommare, sottrarre, abbinare o confrontare la dimensione di questi due dati e infine memorizzare il risultato nell'accumulatore.

L'operatore ha due funzioni:

(1) Per eseguire varie operazioni aritmetiche.

(2) Eseguire varie operazioni logiche ed eseguire test logici, come un test del valore zero o un confronto di due valori.

Tutte le operazioni eseguite dall'operatore sono dirette da segnali di controllo provenienti dal controller e, mentre un'operazione aritmetica produce un risultato aritmetico, un'operazione logica produce un verdetto.

-Controllore

Il controllore è composto da contatore di programma, registro di istruzioni, decodificatore di istruzioni, generatore di temporizzazione e controllore di funzionamento, ecc. È l'"organo decisionale" che emette comandi, cioè coordina e dirige il funzionamento dell'intero sistema microcomputer.Le sue funzioni principali sono:

(1) Recuperare un'istruzione dalla memoria e indicare la posizione dell'istruzione successiva in memoria.

(2) Decodificare e testare l'istruzione e generare il corrispondente segnale di controllo operativo per facilitare l'esecuzione dell'azione specificata.

(3) Dirige e controlla la direzione del flusso di dati tra CPU, memoria e dispositivi di input e output.

Il microprocessore interconnette l'ALU, i contatori, i registri e la sezione di controllo tramite il bus interno e si collega alla memoria esterna e ai circuiti di interfaccia di ingresso/uscita tramite il bus esterno.Il bus esterno, chiamato anche bus di sistema, è suddiviso in bus dati DB, bus indirizzi AB e bus di controllo CB, ed è collegato a vari dispositivi periferici attraverso il circuito di interfaccia di ingresso/uscita.

-Memoria

La memoria può essere divisa in due categorie: memoria dati e memoria programma.

La memoria dati viene utilizzata per salvare i dati e la memorizzazione del programma viene utilizzata per memorizzare programmi e parametri.

-Input/Output -Collegamento o pilotaggio di diversi dispositivi

Porte di comunicazione seriale: scambiano dati tra MCU e diverse periferiche, come UART, SPI, 12C, ecc.

3 Classificazione del microcontrollore

In termini di numero di bit, i microcontrollori possono essere classificati in: 4 bit, 8 bit, 16 bit e 32 bit.Nelle applicazioni pratiche, 32 bit rappresentano il 55%, 8 bit rappresentano il 43%, 4 bit rappresentano il 2% e 16 bit rappresentano l'1%

Si può vedere che i microcontrollori a 32 e 8 bit sono oggi i microcontrollori più utilizzati.
La differenza nel numero di bit non rappresenta i microprocessori buoni o cattivi, né maggiore è il numero di bit migliore è il microprocessore, né minore è il numero di bit peggiore è il microprocessore.

Gli MCU a 8 bit sono versatili;offrono programmazione semplice, efficienza energetica e dimensioni ridotte (alcuni hanno solo sei pin).Ma questi microcontrollori non vengono generalmente utilizzati per funzioni di rete e comunicazione.

I protocolli di rete e gli stack software di comunicazione più comuni sono a 16 o 32 bit.Per alcuni dispositivi a 8 bit sono disponibili periferiche di comunicazione, ma gli MCU a 16 e 32 bit rappresentano spesso la scelta più efficiente.Tuttavia, gli MCU a 8 bit vengono generalmente utilizzati per una varietà di applicazioni di controllo, rilevamento e interfaccia.

Dal punto di vista architettonico, i microcontrollori possono essere suddivisi in due categorie: RISC (computer con set di istruzioni ridotto) e CISC (computer con set di istruzioni complesse).

RISC è un microprocessore che esegue meno tipi di istruzioni del computer e ha avuto origine negli anni '80 con il mainframe MIPS (ovvero, macchine RISC), e i microprocessori utilizzati nelle macchine RISC sono collettivamente chiamati processori RISC.In questo modo, è in grado di eseguire operazioni a una velocità maggiore (milioni di istruzioni in più al secondo, o MIPS).Poiché i computer richiedono transistor ed elementi circuitali aggiuntivi per eseguire ciascun tipo di istruzione, maggiore è il set di istruzioni del computer, più il microprocessore diventa complesso ed esegue le operazioni più lentamente.

CISC include un ricco set di microistruzioni che semplificano la creazione di programmi eseguiti sul processore.Le istruzioni sono composte da linguaggio assembly e alcune funzioni comuni originariamente implementate dal software sono invece implementate dal sistema di istruzioni hardware.Il lavoro del programmatore è quindi molto ridotto e alcune operazioni o operazioni di ordine inferiore vengono elaborate simultaneamente in ciascun periodo di istruzione per aumentare la velocità di esecuzione del computer, e questo sistema è chiamato sistema di istruzioni complesso.

4 Riepilogo

Una sfida seria per gli ingegneri elettronici automobilistici di oggi è quella di costruire sistemi automobilistici a basso costo, senza problemi e che possano funzionare anche in caso di guasto, in cui le prestazioni dell'auto migliorano gradualmente al momento, ci si aspetta che i microcontrollori migliorino le prestazioni delle centraline elettroniche automobilistiche.