ไมโครคอนโทรลเลอร์คืออะไร?

ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นส่วนหนึ่งของระบบฝังตัว ไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นมีราคาถูกและเป็นคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กบนชิปตัวเดียวที่ประกอบด้วยโปรเซสเซอร์หน่วยความจำขนาดเล็กและอุปกรณ์ต่อพ่วงอินพุตเอาต์พุตที่ตั้งโปรแกรมได้ มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ในผลิตภัณฑ์และอุปกรณ์ที่ควบคุมโดยอัตโนมัติเพื่อทำงานที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้า เพื่อให้เข้าใจดีขึ้นว่าไมโครคอนโทรลเลอร์คืออะไร มาดูตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ เทอร์โมมิเตอร์ดิจิตอลที่แสดงอุณหภูมิโดยรอบใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ซึ่งเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์อุณหภูมิและหน่วยแสดงผล (เช่น LCD) ไมโครคอนโทรลเลอร์รับอินพุตจากเซ็นเซอร์อุณหภูมิในรูปแบบดิบประมวลผลและแสดงไปยังหน่วยแสดงผล LCD ขนาดเล็กในรูปแบบที่มนุษย์อ่านได้ในทำนองเดียวกันไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวเดียวหรือหลายตัวถูกใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากตามความต้องการและความซับซ้อนของการใช้งาน

ใช้ที่ไหน?

ไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้ในระบบฝังตัวโดยทั่วไปเป็นผลิตภัณฑ์และอุปกรณ์ต่างๆที่ผสมผสานระหว่างฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์และพัฒนาขึ้นเพื่อทำหน้าที่เฉพาะ ตัวอย่างบางส่วนของระบบฝังตัวที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ได้แก่ เครื่องซักผ้าตู้จำหน่ายไมโครเวฟกล้องดิจิทัลรถยนต์อุปกรณ์ทางการแพทย์สมาร์ทโฟนนาฬิกาอัจฉริยะหุ่นยนต์และเครื่องใช้ภายในบ้านต่างๆ

ทำไมเราถึงใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์?

ไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้เพื่อใช้ระบบอัตโนมัติในแอพพลิเคชั่นฝังตัว เหตุผลหลักที่อยู่เบื้องหลังความนิยมอย่างมากของไมโครคอนโทรลเลอร์คือความสามารถในการลดขนาดและต้นทุนของผลิตภัณฑ์หรือการออกแบบเมื่อเทียบกับการออกแบบที่สร้างโดยใช้ไมโครโปรเซสเซอร์หน่วยความจำและอุปกรณ์อินพุต / เอาต์พุตแยกต่างหาก

เนื่องจากไมโครคอนโทรลเลอร์มีคุณสมบัติเช่นไมโครโปรเซสเซอร์ในตัว, RAM, ROM, อินเทอร์เฟซแบบอนุกรม, อินเทอร์เฟซแบบขนาน, ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC), ตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก (DAC) เป็นต้นทำให้ง่ายต่อการสร้างแอปพลิเคชันรอบ ๆ ตัว นอกจากนี้สภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรมของไมโครคอนโทรลเลอร์ยังมีความเป็นไปได้มากมายในการควบคุมการใช้งานประเภทต่างๆตามความต้องการ

ไมโครคอนโทรลเลอร์ประเภทต่างๆมีอะไรบ้าง?

ไมโครคอนโทรลเลอร์ในตลาดมีให้เลือกมากมาย บริษัท ต่างๆเช่น Atmel, ARM, Microchip, Texas Instruments, Renesas, Freescale, NXP Semiconductors เป็นต้นผลิตไมโครคอนโทรลเลอร์ชนิดต่างๆที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันไป เมื่อมองเข้าไปในพารามิเตอร์ต่างๆเช่นหน่วยความจำที่ตั้งโปรแกรมได้ขนาดแฟลชแรงดันไฟฟ้าขาเข้า / ขาออกความเร็ว ฯลฯ เราสามารถเลือกไมโครคอนโทรลเลอร์ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานได้

ลองมาดูพารามิเตอร์เหล่านี้และไมโครคอนโทรลเลอร์ประเภทต่างๆตามพารามิเตอร์เหล่านี้

บัสข้อมูล (ขนาดบิต):

เมื่อจำแนกตามขนาดบิตไมโครคอนโทรลเลอร์ส่วนใหญ่มีตั้งแต่ 8 บิตถึง 32 บิต (ไมโครคอนโทรลเลอร์บิตที่สูงกว่าก็มีให้ใช้งานเช่นกัน) ในไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตบัสข้อมูลประกอบด้วยสายข้อมูล 8 เส้นในขณะที่ในไมโครคอนโทรลเลอร์ 16 บิตบัสข้อมูลประกอบด้วยสายข้อมูล 16 สายและอื่น ๆ สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ 32 บิตและสูงกว่า

หน่วยความจำ:

ไมโครคอนโทรลเลอร์ต้องการหน่วยความจำ (RAM, ROM, EPROM, EEPROM, หน่วยความจำแฟลช ฯลฯ) เพื่อจัดเก็บโปรแกรมและข้อมูล ในขณะที่ไมโครคอนโทรลเลอร์บางตัวมีชิปหน่วยความจำในตัวในขณะที่บางตัวต้องใช้หน่วยความจำภายนอกในการเชื่อมต่อ สิ่งเหล่านี้เรียกว่าไมโครคอนโทรลเลอร์หน่วยความจำฝังตัวและไมโครคอนโทรลเลอร์หน่วยความจำภายนอกตามลำดับ ขนาดหน่วยความจำในตัวยังแตกต่างกันไปตามไมโครคอนโทรลเลอร์ประเภทต่างๆและโดยทั่วไปคุณจะพบไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีหน่วยความจำ 4B ถึง 4Mb

จำนวนขาเข้า / ขาออก:

ไมโครคอนโทรลเลอร์จะแตกต่างกันไปตามจำนวนขนาดพินอินพุต - เอาท์พุต เราสามารถเลือกไมโครคอนโทรลเลอร์เฉพาะตามความต้องการของการใช้งาน

ชุดคำสั่ง:

ชุดคำสั่งมีสองประเภทคือ RISC และ CISC ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถใช้ RISC (Reduced Instruction Set Computer) หรือ CISC (Complex Instruction Set Computer) ตามชื่อที่แนะนำ RISC จะลดเวลาการทำงานที่กำหนดวงจรนาฬิกาของคำสั่ง ในขณะที่ CISC อนุญาตให้ใช้คำสั่งเดียวแทนคำสั่งต่างๆได้

สถาปัตยกรรมหน่วยความจำ:

ไมโครคอนโทรลเลอร์มีสองประเภท - ไมโครคอนโทรลเลอร์สถาปัตยกรรมหน่วยความจำ Harvard และไมโครคอนโทรลเลอร์สถาปัตยกรรมหน่วยความจำ Princeton

นี่คือไมโครคอนโทรลเลอร์ที่เป็นที่นิยมในหมู่นักเรียนและผู้ทำงานอดิเรก

ไมโครคอนโทรลเลอร์ 8051 ซีรี่ส์ (8 บิต)

ไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR โดย Atmel (ATtiny, ATmega series)

ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC ซีรีส์ของไมโครชิป

ไมโครคอนโทรลเลอร์ของ Texas Instruments เช่น MSP430

ไมโครคอนโทรลเลอร์ ARM

คุณสมบัติของไมโครคอนโทรลเลอร์

ไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้ในระบบฝังตัวสำหรับคุณสมบัติต่างๆ ดังที่แสดงในแผนภาพบล็อกด้านล่างของไมโครคอนโทรลเลอร์ประกอบด้วยโปรเซสเซอร์พิน I / O พอร์ตอนุกรมตัวจับเวลา ADC DAC และ Interrupt Control

โปรเซสเซอร์หรือซีพียู

โปรเซสเซอร์เป็นสมองของไมโครคอนโทรลเลอร์ เมื่อให้อินพุตผ่านพินอินพุตและคำสั่งผ่านโปรแกรมมันจะประมวลผลข้อมูลตามนั้นและระบุที่พินเอาต์พุต

หน่วยความจำ

ชิปหน่วยความจำรวมอยู่ในไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อจัดเก็บโปรแกรมและข้อมูลทั้งหมด อาจมีหน่วยความจำประเภทต่างๆที่รวมอยู่ในไมโครคอนโทรลเลอร์เช่น RAM, ROM, EPROM, EEPROM, หน่วยความจำแฟลชเป็นต้น

พอร์ตอินพุต - เอาท์พุต

ไมโครคอนโทรลเลอร์ทุกตัวมีพอร์ตอินพุตเอาต์พุต จำนวนพินอินพุตเอาต์พุตอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของไมโครคอนโทรลเลอร์ ใช้เพื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อินพุตและเอาต์พุตภายนอกเช่นเซ็นเซอร์หน่วยแสดงผลเป็นต้น

พอร์ตอนุกรม

ช่วยอำนวยความสะดวกในการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของไมโครคอนโทรลเลอร์กับอุปกรณ์ต่อพ่วงอื่น ๆ พอร์ตอนุกรมคืออินเทอร์เฟซการสื่อสารแบบอนุกรมซึ่งข้อมูลจะถ่ายโอนเข้าหรือออกทีละบิต

ADC และ DAC

บางครั้งระบบฝังตัวจำเป็นต้องแปลงข้อมูลจากดิจิทัลเป็นอนาล็อกและในทางกลับกัน ดังนั้นไมโครคอนโทรลเลอร์ส่วนใหญ่จึงรวมเข้ากับ ADC ในตัว (ตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล) และ DAC (ตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก) เพื่อทำการแปลงที่ต้องการ

ตัวจับเวลา

ตัวจับเวลาและตัวนับเป็นส่วนสำคัญของระบบฝังตัว จำเป็นสำหรับการดำเนินการต่างๆเช่นการสร้างพัลส์นับพัลส์ภายนอกการมอดูเลตการสั่นเป็นต้น

การควบคุมขัดจังหวะ

การควบคุมขัดจังหวะเป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่มีประสิทธิภาพของไมโครคอนโทรลเลอร์ เป็นการแจ้งเตือนประเภทหนึ่งที่ขัดขวางกระบวนการที่กำลังดำเนินอยู่และสั่งให้ดำเนินการตามที่กำหนดโดยการควบคุมการขัดจังหวะ

เพื่อสรุปทั้งหมดนี้ไมโครคอนโทรลเลอร์คือคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กขนาดกะทัดรัดที่ออกแบบมาเพื่อทำงานเฉพาะในระบบฝังตัว ด้วยคุณสมบัติที่หลากหลายความสำคัญและการใช้งานจึงมีมากมายและสามารถพบได้ในผลิตภัณฑ์และอุปกรณ์ในทุกอุตสาหกรรม