Mikrokontrolér
Mikrokontrolér (iné názvy pozri nižšie; skratky μC z angl. microcontroller, MCU z angl. microcontroller unit) je monolitický integrovaný obvod obsahujúci úplný mikropočítač. Na jednom čipe je integrovaný procesor, pamäťový systém aj periférne obvody a na svoj beh tak nevyžaduje ďalšie podporné obvody. Mikrokontroléry sa spravidla vyznačujú veľkou spoľahlivosťou a kompaktnosťou, bývajú súčasťou vnorených systémov a využívajú sa predovšetkým pre jednoúčelové aplikácie v oblasti riadenia, regulácie a pod.[1]
Názvy[upraviť | upraviť zdroj]
Názvy sú:
- mikrokontrolér[2], riadiaci mikropočítač[3][4], mikroradič[5], zriedkavo mikroovládač[5], zriedkavo mikroregulátor[6], MCU, μC, uC, slangovo microcontroller – anglické názvy: microcontroller – skratka μC/uC, microcontroller unit – skr. MCU
- podľa niektorých názorov je úplné synonymum aj (podľa iných názorov len podobný[3][4]) pojem: jednočipový mikropočítač[7], jednočipový počítač[1], monolitický mikropočítač[3], slangovo jednočip, slangovo monolit - anglické názvy: single-chip (micro)computer, one-chip (micro)computer
Integrované zariadenia[upraviť | upraviť zdroj]
Medzi zariadenia, bežne integrované na čipoch mikrokontrolérov patria:[8][9][10]
- jedno alebo viac procesorových jadier (so šírkou slova 4 až 64 bitov a maximálnou taktovacou frekvenciou typicky jednotky až stovky MHz)
- operačná pamäť vo forme SRAM alebo DRAM
- permanentná pamäť programu vo forme ROM, PROM, EPROM alebo EEPROM (flash)
- permanentná pamäť dát vo forme EEPROM
- generátor hodinového signálu, zvyčajne interný oscilátor stabilizovaný externe pripájaným kryštálom, prípadne pre menej náročné aplikácie RC oscilátor bez potreby vonkajších súčiastok
- resetovací obvod a dohľadové obvody – watchdog časovač, reštartujúci MCU v prípade nežiadúcich stavov; brown-out detektor, pozastavujúci beh v prípade podpätia a reštartujúci MCU po obnove správneho napájacieho napätia
- čítače a časovače s možnosťou počítania externých/interných udalostí, vyvolávania periodických prerušení, generovania periodických priebehov s programovateľnou periódou a/alebo striedou (PWM)
- obvod hodín reálneho času
- radič prerušenia
- radič DMA
- radiče zberníc a komunikačných rozhraní (I²C, SPI, CAN, UART, SDIO, USB, Ethernet a iné)
- vstupno-výstupné porty pre všeobecné použitie (GPIO)
- analógové komparátory, A/D a D/A prevodníky a napäťové referencie pre ne
- programovateľné hradlové pole
- rozhranie pre programovanie (angl. in-system programming) prípadne aj ladenie (angl. in-circuit debugging) priamo vo vstavanom systéme
Použitie[upraviť | upraviť zdroj]
Mikrokontroléry sa používajú najmä na jednoduché riadiace aplikácie (aj jednoduché spracovanie signálov – DSP), kde nezáleží príliš na výpočtovom výkone ale je podstatná nízka cena. Obvykle sa používajú ako vstavané zariadenia, t. j. hlavne v koncových aplikáciách. Nezriedka sa v bežných zariadeniach spotrebnej aj priemyselnej elektroniky používa väčšie množstvo špecializovaných mikrokontrolérov, napr. jeden môže riadiť sekciu motorov a aktuátorov, iný riadi displej a sleduje tlačidlá, ďalší riadi celkovú funkciu, vrátane predchádzajúcich dvoch, a pod.
- CD/MP3 prehrávače
- USB kľúče
- rádiom ovládané modely
- telefóny
- mikrovlnky, práčky a ďalšie domáce spotrebiče
- riadiace jednotky sytémov v automobiloch a iných dopravných prostriedkoch, avionika
- nositeľná elektronika
- zariadenia internetu vecí
Niektoré známejšie rodiny[upraviť | upraviť zdroj]
MCS-51[upraviť | upraviť zdroj]
Vyvinutá firmou Intel ako následovník rodiny MCS-48 (ktorá bola jednou z prvých rodín mikrokontrolérov). Uvedená na trh v roku 1980. Bola licencovaná veľkému množstvu firiem (zo známejších Philips, Atmel, Dallas Semiconductor, Winbond, SST a mnohé iné) a je naďalej vyrábaný v množstve klonov a variánt. Je aj mimoriadne populárny ako riadiace jadro mnohých ASIC obvodov.
PIC[upraviť | upraviť zdroj]
Firma Microchip odkúpila jadro PIC od krachujúcej firmy General Instruments a ďalej ho vyvíjala. Vyznačuje sa mimoriadne jednoduchou štruktúrou a malým množstvom inštrukcií, prečo je nesprávne označovaný ako RISC. Vyrába sa v niekoľkých rodinách – PIC12, PIC16, PIC17, PIC18, dsPIC – líšiacich sa výkonom, ale s podobnou inštrukčnou sadou. Významnou črtou mikrokontrolérov PIC je ich nízka spotreba, najmä pri malých pracovných frekvenciách.
AVR[upraviť | upraviť zdroj]
Vyvinutý nórskou pobočkou firmy Atmel koncom deväťdesiatych rokov ako jeden z mála nových mikrokontrolérov posledných dvoch desaťročí. Aj keď ide o 8-bitové jadro, bolo vyvíjané s ohľadom na ľahkú programovateľnosť v jazyku C a nesie znaky procesorov typu RISC. Vďaka pomerne vysokému výkonu, pomerne veľkému množstvu variánt s množstvom zabudovaných periférií a priaznivej cene pri nízkych objemoch nadobudol veľkú popularitu, v hobby a výukovej oblasti ďalej podporenú vznikom platformy Arduino.
Z8[upraviť | upraviť zdroj]
Spoločnosť Zilog modifikovala svoj legendárny 8-bitový mikroprocesor Z80 do podoby mikrokontrolérov s označením Z8.
MSP430[upraviť | upraviť zdroj]
Rad mikrokontrolérov spoločnosti Texas Instruments so 16-bitovými prvkami a veľmi nízkou spotrebou (vhodný pre batériou napájané aplikácie).
HC(S)12[upraviť | upraviť zdroj]
Rad mikrokontrolérov spoločnosti Freescale (predtým Motorola).
ARM[upraviť | upraviť zdroj]
Legendárny 32-bitový mikroprocesor pochádzajúci od spoločnosti Acorn je v poslednom čase využívaný niekoľkými desiatkami výrobcov aj ako jadro výkonných mikrokontrolérov a obvodov typu SoC.
Výrobcovia[upraviť | upraviť zdroj]
- Intel – priekopník v oblasti mikrokontrolérov, ale od roku 2007 mikrokontroléry už nevyrába
- Atmel
- NXP Semiconductors
- Winbond
- Dallas/Maxim
- STM
- Microchip Technology
- Freescale Semiconductor
- Zilog
- Texas Instruments
- Renesas
- Toshiba
- Fujitsu
- Sharp
- EM Marin
Referencie[upraviť | upraviť zdroj]
- ↑ a b jednočipový počítač. In: Encyclopaedia Beliana [online]. Bratislava: Slovenská akadémia vied, [cit. 2021-09-11]. Dostupné online.
- ↑ ARDUINO – programujeme mikrokontroléry /1.časť [online]. nextech.sk, 2016-06-28, [cit. 2021-09-11]. Dostupné online.
- ↑ a b c Mikroprocesory a mikropočítače [1]
- ↑ a b Elektronika : 16 Mikroprocesory a mikropočítače [online]. Žilina: Fakulta riadenia a informatiky : Žilinská univerzita, [cit. 2021-09-11]. Dostupné online.
- ↑ a b RAGAN, Ján. Anglicko-slovenský slovník výpočtovej techniky. Bratislava : Slovenské pedagogické nakladateľstvo, 1998. 485 s. ISBN 80-08-01117-3. S. 284.
- ↑ Spracovanie informácií – Anglicko-nemecko-francúzsko-rusko-slovenský slovník. Bratislava: Alfa. 1979, S. 163
- ↑ Elektronika, Jednočipové mikropočítače (MFF UK) [2]
- ↑ GUNASEKARAN, Balaji. 9 Essential Microcontroller Peripherals Explained [online]. embeddedinventor.com, 2019-07-03, [cit. 2021-09-13]. Dostupné online.
- ↑ i.MX RT1060 Crossover Processors for Consumer Products [online]. NXP Semiconductors, 2021, [cit. 2021-09-13]. Dostupné online.
- ↑ Atmel ATmega16U4/ATmega32U4 : datasheet [online]. Microchip Technology, 2016, [cit. 2021-09-13]. Dostupné online.
Pozri aj[upraviť | upraviť zdroj]
Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]
Commons ponúka multimediálne súbory na tému Mikrokontrolér
Commons ponúka multimediálne súbory na tému