Микроконтроллеры как отдельный вид интегральных микросхем



1. Интегральные микросхемы

Интегральная микросхема (или микросхема, или чип) — микроэлектронная схема, являющаяся кристаллом, построенная на полупроводниковой пластине или плёнке.

Микросхемы классифицируются по различным признакам, таким как степень интеграции, технология изготовления, вид обрабатываемого сигнала [1].

В зависимости от «размеров» микросхемы различают [1]:

– малые ИС (до 100 элементов);

– средние ИС (100 — 1000 элементов);

– большие ИС (1000 — 10000 элементов);

– сверхбольшие ИС (свыше 10000 элементов).

Если рассматривать технологию изготовления ИМС, то можно выделить следующие типы микросхем [1]:

– полупроводниковые м/сх;

– пленочные м/сх;

– гибридные м/сх;

– смешанные м/сх.

Не углубляясь в технологию изготовления интегральных микросхем, отметим, что наиболее распространены микросхемы, построенные на КМОП и ТТЛ логике. КМОП использует в том случае, когда необходимо сократить потребление тока, а ТТЛ наоборот, когда потребление энергии не важно, но важно быстродействие. Но в настоящее время с развитием технологий интегральные схемы на КМОП и ТТЛ становятся сравнимыми по соотношению скорость/энергопотребление.

По виду обрабатываемого сигнала существуют [1]:

– аналоговые;

– цифровые;

– аналого-цифровые.

Аналоговая ИМС — интегральная схема, сигналами на входе и на выходе являются аналоговые сигналы. Такие микросхемы могут выполнять функции устройств, таких как, например, операционные усилители, компараторы, генераторы сигналов, преобразователи сигналов, различные датчики и др.

Цифровая ИМС — интегральная схема, сигналы которой изменяются во времени по закону дискретной (чаще всего двоичной) функции. На основе цифровых м/сх можно построить микроконтроллеры, триггеры, шифраторы, дешифраторы, счётчики и многие другие.

Аналого-цифровые ИМС предназначены для преобразования аналогового сигнала в цифровой или наоборот. Примерами таких устройств могут быть различные АЦП, ЦАП, модуляторы, демодуляторы.

2. Общие сведения о микроконтроллерах и их классификация. Область

применения

Далее разберем конкретнее, что же такое микроконтроллер. Микроконтроллер является микро-электронно-вычислительной машиной, включающей в себя помимо центрального микропроцессорного ядра также различные дополнительные устройства со своими определенными задачами. На рисунке 1 изображена структурная схема типичного микроконтроллера.

Рис. 1. Структурная схема микроконтроллера

В основе микроконтроллера лежит ЦПУ, к нему добавляется оперативное и постоянное запоминающее устройства, АЦП, ЦАП, таймеры, порты ввода и вывода. Микроконтроллер имеет встроенный синхрогенератор (может быть автономным, а может питаться от кварцевого резонатора), который вырабатывает тактовый сигнал. Посредством сигнала сброса RESETпроисходит начальная установка регистров ЦПУ; с помощью интерфейса IPS (In-SystemProgramming) производится программирование МК.

Область применения микроконтроллеров довольно обширна. Это, например, автомобилестроение (современные автомобили оснащены большим числом систем безопасности (антиблокировочная, антипробуксовочная системы), систем управления различными блоками двигателя (топливная система, система впуска, система охлаждения и т.д.) наружного освещения (адаптивный головной свет) и другие), бытовая электроника (электрочайники, микроволновые печи, телевизоры, смартфоны), военная техника (блоки управления поворотным устройством антенны на радиолокационных станциях, излучатели радиосигналов заданной частоты, управление ракетами с тепловым наведение), промышленность (автоматизированные сборочные линии, покрасочные камеры) и многое другое.

Условно можно разделить все микроконтроллеры на 3 класса, в соответствие с их разрядностью [2]:

– 8-разрядные;

– 16-разрядные;

– 32-разрядные.

Восьмиразрядные микроконтроллеры являются наиболее дешевыми и низкопроизводительными, но их возможностей достаточно для решения широкого спектра простых задач управления различными устройствами. Так, основными областями их использования являются бытовая техника, автомобильная электроника, средства связи, теле- и радиоаппаратура. Также микроконтроллеры этого класса обладают сравнительно небольшим набором команд, порядка 30-100 команд [2].

Шестнадцатиразрядные микроконтроллеры — в большинстве случаев это усовершенствованные версии своих 8-битных собратьев. Отличие состоит в том, что они обладают увеличенной разрядностью обрабатываемых данных. Помимо этого, они характеризуются большим набором команд, расширенной памятью для хранения данных. Чаще всего микроконтроллеры этого класса используются в сложной промышленной автоматике, медицинской и измерительной технике, телекоммуникационной аппаратуре [2].

Тридцатидвухразрядные микроконтроллеры имеют мощный центральный процессор, сравнимый по функционалу с младшими моделями микропроцессоров общего назначения. Они находят применение в сложных системах управления объектами промышленности (роботизированные устройства, двигатели, средства автоматизации производства), контрольно-измерительном оборудовании [2]. Следует отметить, что они имеют расширенную память программ и данных, а также сложные периферийные устройства, такие как АЦП, ЦАП, таймеры и прочее.

Литература:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Интегральная_схема (актуально на 19.12.2018)
2. https://prog-cpp.ru/select-micro/ (актуально на 19.12.2018)