13. Микроконтроллеры: особенности структуры и организации вычислительного процесса.

Микроконтроллер – это устройство логического управления, предназначенное для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, может содержать ОЗУ и ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи. Большая часть выпускаемых в современном мире процессоров — микроконтроллеры. Может быть как программируемым, так и непрограммируемым.

Задачи микроконтроллеров связаны в первую очередь с управлением устройствами в реальном времени , что определило и основные свойства микропроцессорых ядер в них: широкий набор операций ввода-вывода, лёгкая предсказуемость поведения во времени, большая скорость реакции на прерывания. Это очень простые процессоры, большинство из них 8-битные, и интегрированы со специфической периферией: таймерами, контроллерами последовательных каналов связи, двунаправленными портами ввода-вывода. Они широко используются в разнообразных портативных устройствах.

Контроллеры (в отличие от микропроцессоров общего назначения, используемых в персональных компьютерах и других высокопроизводительных вычислительных устройствах) предназначены для использования в небольших, часто встраиваемых системах. Примерами областей использования микроконтроллеров могут быть автомобили, бытовая электроника, проводные и беспроводные коммуникации, смарт-карты и даже детские игрушки.

Современные микроконтроллеры кроме центрального процессорного ядра содержат на кристалле оперативную и постоянную (flash) память и массу периферийных устройств: таймеры, ШИМ-формирователи, АЦП, устройства интерфейса (как правило, последовательные). Встроенная периферия обеспечивает снижение стоимости, массы и габаритов встроенных систем.

Типичные для современных контроллеров характеристики приведены в таблице:

Наименование	Значение
Разрядность	16 или 32
Частота	От 40 до 150 МГц
Объем ОЗУ	32-64 kB
Объем ПЗУ (flash)	512 kB – 1MB
Число выводов корпуса	От 100 до 200

Особенностью микроконтроллеров являются развитая система прерываний, быстрая реакция на прерывание, наличие выходов для управления исполнительными устройствами (ШИМ-модуляторы, устройства управления индикатором и т.п.).

Во многих моделях микроконтроллеров используется статическая память для ОЗУ и внутренних регистров. Это даёт контроллеру возможность работать на меньших частотах и даже не терять данные при полной остановке тактового генератора.

Основные параметры микроконтроллеров:

- Разрядность (от 4 до 32)

- Быстродействие (рабочая тактовая частота)

- Система команд

- Параметры внутренней памяти

- Размеры адресуемой памяти

- АЦП и ЦАП, ШИМ

- Интерфейсы – типы, аппаратная поддержка

- Прерывания – число, время реакции

- Питание

- Конструктивные параметры

- Эксплуатационные параметры

Неполный список периферии, которая может присутствовать в микроконтроллерах, включает в себя:

- универсальные цифровые порты, которые можно настраивать как на ввод, так и на вывод

- различные интерфейсы ввода-вывода, такие как UART, I²C, SPI, CAN, USB, IEEE 1394, Ethernet

- аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи

- компараторы

- широтно-импульсные модуляторы

- таймеры

- контроллеры бесколлекторных двигателей

- контроллеры дисплеев и клавиатур

- радиочастотные приемники и передатчики

- массивы встроенной флеш-памяти

- встроенный тактовый генератор и сторожевой таймер

ДОПОЛНИТЕЛЬНО: ВОЗМОЖНЫЙ ВОПРОС НА ЭКЗАМЕНЕ:

Главное отличие микроконтроллера от микропроцессора:

1. Микроконтроллер управляет реальными объектами в реальном времени;

2. Микроконтроллер: быстрая реакция на прерывание;

3. Микроконтроллер способен выдать команду на исполнение в виде кода.