Microcontroller (MCU) is een soort geïntegreerde circuitchip, die de centrale verwerkingseenheid (CPU), geheugen (RAM, ROM), verschillende invoer-/uitvoerinterfaces (I/O) en andere functionele modules op een kleine siliciumchip integreert. Gekenmerkt door klein formaat, laag stroomverbruik, lage kosten en krachtige functies, worden microcontrollers veel gebruikt in verschillende elektronische apparaten en systemen, zoals huishoudelijke apparaten, industriële controle, communicatieapparatuur, automotive elektronica, enz.
Het werkproces van microcontroller kan worden onderverdeeld in de volgende stappen:
1. Power-on reset:Wanneer de microcontroller is aangesloten op de voeding, voert deze automatisch een power-on reset uit om de interne registers te wissen en zich voor te bereiden op normaal werking.
2. Instructie Ophalen:Nadat de reset is voltooid, haalt de MCU een instructie uit het programma -geheugen en slaat deze op in het instructieregister.
3. Instructie decodering:De instructie -decoder van de microcontroller decodeert de instructie in het instructieregister om de te uitvoeren bewerking te bepalen.
4. Uitvoering van instructies:Volgens de decodeerresultaten voert de microcontroller de overeenkomstige bewerkingen uit, zoals gegevensbewerking, logische beoordelingsoorlog, besturingsuitvoer enzovoort.
5. Interrupt -verwerking:Tijdens de uitvoering van de instructie, als deze een interruptverzoek tegenkomt, zal de MCU de uitvoering van de huidige instructie pauzeren en het interrupt -serviceprogramma verwerken.
6. Cyclische uitvoering:De MCU herhaalt het bovenstaande proces in overeenstemming met de volgorde van instructies in het programma -geheugen om verschillende functies te realiseren.
Het volgende is een gedetailleerde beschrijving van de verschillende componenten van de microcontroller en het werkprincipe ervan.
1. CPU:De centrale verwerkingseenheid (CPU) van de microcontroller is de kern van het hele systeem, dat verantwoordelijk is voor het uitvoeren van de instructies in het programma. De CPU bestaat voornamelijk uit de rekenkundige logica -eenheid (ALU), de besturingseenheid (CU) en de registergroep. De ALU is verantwoordelijk voor het uitvoeren van allerlei gegevens met rekenkundige en logische oordelen; De Cu is verantwoordelijk voor het decoderen en beheersen van de instructies; en de registergroep wordt gebruikt voor het opslaan van de gegevens en de tussenliggende resultaten.
2. Geheugen:Het geheugen van microcontroller omvat voornamelijk programma -geheugen (ROM) en data -geheugen (RAM). Programma -geheugen wordt gebruikt om de geschreven programmacode op te slaan; Gegevensgeheugen wordt gebruikt om de gegevens en variabelen tijdens de werking op te slaan.
3. I/O -interface:De I/O -interface van de microcontroller wordt gebruikt om gegevens uit te wisselen met externe apparaten, en de I/O -interface bevat invoerinterface (invoer), uitvoerinterface (uitvoer) en bidirectionele interface (bidirectioneel). Input -interface wordt gebruikt om gegevens te ontvangen die door externe apparaten worden verzonden; Uitvoerinterface wordt gebruikt om gegevens naar externe apparaten te verzenden; Bidirectionele interface kan gegevens ontvangen die door externe apparaten worden verzonden en gegevens naar externe apparaten verzenden.
4. Timer/teller:De timer/teller van een microcontroller wordt gebruikt om timingsignalen te genereren of externe gebeurtenissen te tellen. De timer/teller kan pulssignalen genereren met een vaste frequentie of telling volgens de frequentie van het ingangssignaal.
5. Seriële communicatie -interface:De seriële communicatie -interface van de microcontroller wordt gebruikt voor seriële communicatie met andere apparaten. Seriële communicatie-interface omvat seriële zender (seriële zender) en seriële ontvanger (seriële ontvanger), die full-duplex of half-duplex-transmissie van gegevens kunnen realiseren.
6. Analog-naar-digitale converter (ADC) en digitale-naar-analoog converter (DAC):De ADC van de microcontroller wordt gebruikt om analoge signalen om te zetten in digitale signalen voor verwerking; De DAC wordt gebruikt om digitale signalen om te zetten in analoge signalen voor uitvoer naar externe apparaten.
7. Interruptysteem:Het interruptysteem van de microcontroller wordt gebruikt om onverwachte gebeurtenissen aan te pakken en de realtime en responssnelheid van het systeem te verbeteren. Het interruptysteem omvat interruptbron, interrupt controller en interrupt serviceprogramma. De interruptbron is het apparaat of de gebeurtenis die het interruptverzoek genereert; De interruptcontroller is verantwoordelijk voor het beheren en prioriteren van het interruptverzoek; En het interrupt -serviceprogramma is het programma dat het interrupt -evenement afhandelt.
8. Klokcircuit:Het klokcircuit van een microcontroller wordt gebruikt om een stabiel kloksignaal te bieden om het werk van elke module te synchroniseren. Het klokcircuit bestaat meestal uit een interne oscillator en een klokverdeler. De interne oscillator genereert een hoogfrequent kloksignaal; De klokverdeler verdeelt het hoogfrequente kloksignaal in laagfrequente kloksignalen die geschikt zijn voor het werk van elke module.
9. Voedingscircuit:Het voedingscircuit van de microcontroller wordt gebruikt om een stabiele voedingspanning voor het hele systeem te bieden. Het voedingscircuit omvat meestal een spanningsregelaar en een filter. De spanningsregelaar stabiliseert de invoertoevoerspanning naar een spanning die geschikt is voor microcontroller -werking; Het filter wordt gebruikt om ruis en schommelingen in de voedingsspanning te elimineren.
10. Perifere circuits:De perifere circuits van een microcontroller omvatten verschillende sensoren, actuatoren en andere hulpcircuits. Sensoren worden gebruikt om veranderingen in de externe omgeving te detecteren; Actuatoren worden gebruikt om externe apparaten aan te drijven volgens bedieningssignalen; en hulpcircuits worden gebruikt om specifieke functies te realiseren, zoals versterkers en filters.
Kortom, microcontroller is een sterk geïntegreerde microcomputer, die de controle en het beheer van verschillende apparaten realiseert via verschillende interne functiemodules en externe perifere circuits. Het werkproces van een microcontroller kan worden onderverdeeld in stappen zoals power-on reset, instructie ophalen, instructie-decodering, uitvoering van instructies, onderbrekingsbehandeling en lusuitvoering. Inzicht in het samenstelling en het werkprincipe van microcontroller helpt ons om verschillende elektronische apparaten en systemen beter te ontwerpen en te ontwikkelen.