NUC975DK61Y – Circuitos integrados, integrados, microcontroladores – NUVOTON Technology Corporation

1 Definición de microcontrolador

Como el microcontrolador es la unidad lógica aritmética, la memoria, el temporizador/calculadora y varios circuitos / O, etc. integrados en un chip, constituyendo un sistema informático básico completo, también se le conoce como microcomputadora de un solo chip.

El programa en la memoria del microcontrolador, que se utiliza en estrecha colaboración con el hardware del microcontrolador y los circuitos de hardware periféricos, se distingue del software de la PC y se denomina programa del microcontrolador como firmware.Generalmente, un microprocesador es una CPU en un único circuito integrado, mientras que un microcontrolador es una CPU, ROM, RAM, VO, temporizador, etc., todo en un único circuito integrado.En comparación con la CPU, el microcontrolador no tiene una potencia de cálculo tan poderosa, ni tiene una unidad de administración de memoria, lo que hace que el microcontrolador solo pueda manejar algunas tareas relativamente únicas y simples de control, lógica y otras tareas, y se usa ampliamente en el control de equipos y procesamiento de señales de sensores. y otros campos, como algunos electrodomésticos, equipos industriales, herramientas eléctricas, etc.

2 La composición del microcontrolador.

El microcontrolador consta de varias partes: procesador central, memoria y entrada/salida:

-Procesador central:

El procesador central es el componente central de la MCU, incluidas las dos partes principales del operador y el controlador.

-Operador

El operador consta de una unidad aritmética y lógica (ALU), un acumulador y registros, etc. La función de la ALU es realizar operaciones aritméticas o lógicas con los datos entrantes.La ALU es capaz de sumar, restar, igualar o comparar el tamaño de estos dos datos y finalmente almacenar el resultado en el acumulador.

El operador tiene dos funciones:

(1) Realizar diversas operaciones aritméticas.

(2) Realizar diversas operaciones lógicas y realizar pruebas lógicas, como una prueba de valor cero o una comparación de dos valores.

Todas las operaciones realizadas por el operador están dirigidas por señales de control del controlador y, mientras una operación aritmética produce un resultado aritmético, una operación lógica produce un veredicto.

-Controlador

El controlador se compone de un contador de programa, un registro de instrucciones, un decodificador de instrucciones, un generador de temporización y un controlador de operación, etc. Es el "órgano de toma de decisiones" que emite comandos, es decir, coordina y dirige el funcionamiento de todo el sistema de microcomputadora.Sus principales funciones son:

(1) Para recuperar una instrucción de la memoria e indicar la ubicación de la siguiente instrucción en la memoria.

(2) Decodificar y probar la instrucción y generar la correspondiente señal de control de operación para facilitar la ejecución de la acción especificada.

(3) Dirige y controla la dirección del flujo de datos entre la CPU, la memoria y los dispositivos de entrada y salida.

El microprocesador interconecta la ALU, los contadores, los registros y la sección de control a través del bus interno, y se conecta a la memoria externa y a los circuitos de interfaz de entrada/salida a través del bus externo.El bus externo, también llamado bus del sistema, se divide en bus de datos DB, bus de direcciones AB y bus de control CB, y está conectado a varios dispositivos periféricos a través del circuito de interfaz de entrada/salida.

-Memoria

La memoria se puede dividir en dos categorías: memoria de datos y memoria de programa.

La memoria de datos se utiliza para guardar datos y el almacenamiento de programas se utiliza para almacenar programas y parámetros.

-Entrada/Salida -Vincular o controlar diferentes dispositivos

Puertos de comunicación serie: intercambian datos entre MCU y diferentes periféricos, como UART, SPI, 12C, etc.

3 Clasificación de microcontroladores

Según el número de bits, los microcontroladores se pueden clasificar en: 4 bits, 8 bits, 16 bits y 32 bits.En aplicaciones prácticas, 32 bits representan el 55%, 8 bits representan el 43%, 4 bits representan el 2% y 16 bits representan el 1%.

Se puede observar que los microcontroladores de 32 y 8 bits son los microcontroladores más utilizados en la actualidad.
La diferencia en el número de bits no representa si los microprocesadores son buenos o malos, ni cuanto mayor es el número de bits, mejor es el microprocesador, ni cuanto menor es el número de bits, peor es el microprocesador.

Las MCU de 8 bits son versátiles;Ofrecen programación sencilla, eficiencia energética y tamaño de paquete pequeño (algunos tienen sólo seis pines).Pero estos microcontroladores no se suelen utilizar para funciones de redes y comunicaciones.

Los protocolos de red y las pilas de software de comunicación más comunes son de 16 o 32 bits.Hay periféricos de comunicación disponibles para algunos dispositivos de 8 bits, pero los MCU de 16 y 32 bits suelen ser la opción más eficiente.Sin embargo, las MCU de 8 bits se utilizan normalmente para una variedad de aplicaciones de interfaz, detección y control.

Desde el punto de vista arquitectónico, los microcontroladores se pueden dividir en dos categorías: RISC (computadoras con conjunto de instrucciones reducido) y CISC (computadoras con conjunto de instrucciones complejas).

RISC es un microprocesador que ejecuta menos tipos de instrucciones de computadora y se originó en la década de 1980 con la computadora central MIPS (es decir, máquinas RISC), y los microprocesadores utilizados en las máquinas RISC se denominan colectivamente procesadores RISC.De esta forma, es capaz de ejecutar operaciones a un ritmo más rápido (millones más de instrucciones por segundo, o MIPS).Debido a que las computadoras requieren transistores y elementos de circuito adicionales para ejecutar cada tipo de instrucción, cuanto mayor sea el conjunto de instrucciones de la computadora, el microprocesador será más complejo y ejecutará las operaciones más lentamente.

CISC incluye un rico conjunto de microinstrucciones que simplifican la creación de programas que se ejecutan en el procesador.Las instrucciones están compuestas de lenguaje ensamblador y algunas funciones comunes implementadas originalmente por software se implementan mediante un sistema de instrucciones de hardware.Por tanto, el trabajo del programador se reduce mucho y algunas operaciones de orden inferior u operaciones se procesan simultáneamente en cada período de instrucción para aumentar la velocidad de ejecución de la computadora, y este sistema se denomina sistema de instrucción complejo.

4 Resumen

Un serio desafío para los ingenieros electrónicos automotrices de hoy es construir sistemas automotrices de bajo costo, sin problemas e incluso en caso de falla, que puedan funcionar; en este momento, el rendimiento del automóvil mejora gradualmente, se espera que los microcontroladores mejoren el rendimiento. de unidades de control electrónico para automóviles.