NUC975DK61Y – Integrierte Schaltkreise, eingebettet, Mikrocontroller – NUVOTON Technology Corporation

1 Mikrocontroller-Definition

Da es sich bei dem Mikrocontroller um eine auf einem Chip integrierte Recheneinheit, Speicher, Zeitgeber/Rechner und verschiedene /O-Schaltkreise usw. handelt, die ein grundlegendes vollständiges Computersystem bilden, wird er auch als Einzelchip-Mikrocomputer bezeichnet.

Das Programm im Mikrocontroller-Speicher, das eng mit der Mikrocontroller-Hardware und den peripheren Hardwareschaltkreisen zusammenarbeitet, unterscheidet sich von der Software des PCs und wird als Mikrocontroller-Programm oder Firmware bezeichnet.Im Allgemeinen ist ein Mikroprozessor eine CPU auf einem einzelnen integrierten Schaltkreis, während ein Mikrocontroller eine CPU, ROM, RAM, VO, Timer usw. ist, alles auf einem einzigen integrierten Schaltkreis.Im Vergleich zur CPU verfügt der Mikrocontroller nicht über eine so hohe Rechenleistung und verfügt auch nicht über eine Speicherverwaltungseinheit, wodurch der Mikrocontroller nur einige relativ einzelne und einfache Steuerungs-, Logik- und andere Aufgaben bewältigen kann und häufig in der Gerätesteuerung und Sensorsignalverarbeitung eingesetzt wird und andere Bereiche, wie einige Haushaltsgeräte, Industrieanlagen, Elektrowerkzeuge usw.

2 Der Aufbau des Mikrocontrollers

Der Mikrocontroller besteht aus mehreren Teilen: Zentralprozessor, Speicher und Ein-/Ausgabe:

-Zentraler Prozessor:

Der Zentralprozessor ist die Kernkomponente der MCU, einschließlich der beiden Hauptteile Operator und Controller.

-Operator

Der Operator besteht aus einer arithmetischen und logischen Einheit (ALU), einem Akkumulator und Registern usw. Die Rolle der ALU besteht darin, arithmetische oder logische Operationen an den eingehenden Daten durchzuführen.Die ALU ist in der Lage, die Größe dieser beiden Daten zu addieren, zu subtrahieren, abzugleichen oder zu vergleichen und das Ergebnis schließlich im Akkumulator zu speichern.

Der Operator hat zwei Funktionen:

(1) Um verschiedene arithmetische Operationen auszuführen.

(2) Um verschiedene logische Operationen und logische Tests durchzuführen, beispielsweise einen Nullwerttest oder einen Vergleich zweier Werte.

Alle vom Bediener ausgeführten Operationen werden durch Steuersignale von der Steuerung gesteuert, und während eine arithmetische Operation ein arithmetisches Ergebnis erzeugt, erzeugt eine logische Operation ein Urteil.

-Regler

Der Controller besteht aus einem Programmzähler, einem Befehlsregister, einem Befehlsdecoder, einem Zeitgenerator und einem Betriebscontroller usw. Er ist das „Entscheidungsgremium“, das Befehle ausgibt, dh den Betrieb des gesamten Mikrocomputersystems koordiniert und steuert.Seine Hauptfunktionen sind:

(1) Um eine Anweisung aus dem Speicher abzurufen und die Position der nächsten Anweisung im Speicher anzugeben.

(2) Um die Anweisung zu dekodieren und zu testen und das entsprechende Betriebssteuersignal zu erzeugen, um die Ausführung der angegebenen Aktion zu erleichtern.

(3) Leitet und steuert die Richtung des Datenflusses zwischen CPU, Speicher sowie Eingabe- und Ausgabegeräten.

Der Mikroprozessor verbindet die ALU, die Zähler, die Register und den Steuerabschnitt über den internen Bus miteinander und stellt über den externen Bus eine Verbindung zum externen Speicher und den Eingangs-/Ausgangsschnittstellenschaltungen her.Der externe Bus, auch Systembus genannt, ist in den Datenbus DB, den Adressbus AB und den Steuerbus CB unterteilt und über die Eingabe-/Ausgabeschnittstellenschaltung mit verschiedenen Peripheriegeräten verbunden.

-Erinnerung

Der Speicher kann in zwei Kategorien unterteilt werden: Datenspeicher und Programmspeicher.

Der Datenspeicher dient zum Speichern von Daten und der Programmspeicher zum Speichern von Programmen und Parametern.

-Eingabe/Ausgabe -Verknüpfung oder Ansteuerung verschiedener Geräte

Serielle Kommunikationsanschlüsse – Datenaustausch zwischen MCU und verschiedenen Peripheriegeräten, wie UART, SPI, 12C usw.

3 Mikrocontroller-Klassifizierung

Hinsichtlich der Anzahl der Bits können Mikrocontroller in 4-Bit, 8-Bit, 16-Bit und 32-Bit eingeteilt werden.In praktischen Anwendungen machen 32-Bit 55 %, 8-Bit 43 %, 4-Bit 2 % und 16-Bit 1 % aus.

Es ist ersichtlich, dass 32-Bit- und 8-Bit-Mikrocontroller heute die am weitesten verbreiteten Mikrocontroller sind.
Der Unterschied in der Anzahl der Bits stellt nicht dar, ob ein Mikroprozessor gut oder schlecht ist. Es gilt nicht, dass der Mikroprozessor umso besser ist, je höher die Anzahl der Bits ist, und nicht, dass der Mikroprozessor umso schlechter ist, je niedriger die Anzahl der Bits ist

8-Bit-MCUs sind vielseitig;Sie bieten einfache Programmierung, Energieeffizienz und eine kleine Gehäusegröße (einige haben nur sechs Pins).Diese Mikrocontroller werden jedoch normalerweise nicht für Netzwerk- und Kommunikationsfunktionen verwendet.

Die gängigsten Netzwerkprotokolle und Kommunikationssoftware-Stacks sind 16- oder 32-Bit.Für einige 8-Bit-Geräte sind Kommunikationsperipheriegeräte verfügbar, 16- und 32-Bit-MCUs sind jedoch oft die effizientere Wahl.Dennoch werden 8-Bit-MCUs typischerweise für eine Vielzahl von Steuerungs-, Sensor- und Schnittstellenanwendungen verwendet.

Architektonisch lassen sich Mikrocontroller in zwei Kategorien einteilen: RISC (Reduced Instruction Set Computers) und CISC (Complex Instruction Set Computers).

RISC ist ein Mikroprozessor, der weniger Arten von Computeranweisungen ausführt und seinen Ursprung in den 1980er Jahren mit dem MIPS-Mainframe (d. h. RISC-Maschinen) hat. Die in RISC-Maschinen verwendeten Mikroprozessoren werden zusammenfassend als RISC-Prozessoren bezeichnet.Auf diese Weise ist es in der Lage, Vorgänge schneller auszuführen (Millionen weitere Anweisungen pro Sekunde oder MIPS).Da Computer zur Ausführung jedes Befehlstyps zusätzliche Transistoren und Schaltkreiselemente benötigen, wird der Mikroprozessor mit zunehmendem Computerbefehlssatz komplexer und führt Vorgänge langsamer aus.

CISC enthält einen umfangreichen Satz an Mikroanweisungen, die die Erstellung von Programmen vereinfachen, die auf dem Prozessor ausgeführt werden.Die Anweisungen bestehen aus Assemblersprache, und einige allgemeine Funktionen, die ursprünglich durch Software implementiert wurden, werden stattdessen durch das Hardware-Anweisungssystem implementiert.Die Arbeit des Programmierers wird dadurch erheblich reduziert, und einige Operationen oder Operationen niedrigerer Ordnung werden in jeder Befehlsperiode gleichzeitig verarbeitet, um die Ausführungsgeschwindigkeit des Computers zu erhöhen. Dieses System wird als komplexes Befehlssystem bezeichnet.

4 Zusammenfassung

Eine ernsthafte Herausforderung für heutige Automobilelektronik-Ingenieure besteht darin, ein kostengünstiges, störungsfreies und selbst im Fehlerfall funktionierendes Automobilsystem zu bauen, in dem sich die Leistung des Fahrzeugs derzeit allmählich verbessert, und Mikrocontroller sollen die Leistung steigern elektronischer Steuergeräte für Kraftfahrzeuge.