Микроконтроллеры как отдельный вид интегральных микросхем | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 сентября, печатный экземпляр отправим 2 октября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Новиков М. Г., Огурцов Е. М., Смирнов Д. В., Зубков А. Ю. Микроконтроллеры как отдельный вид интегральных микросхем // Молодой ученый. — 2018. — №51. — С. 49-51. — URL https://moluch.ru/archive/237/55055/ (дата обращения: 17.09.2019).


  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.

  1. 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.

E:\Документ1.jpg

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)
Основные термины (генерируются автоматически): микроконтроллер, технология изготовления, IPS, интегральная схема, микросхема, обрабатываемый сигнал, устройство.


Похожие статьи

Микроконтроллеры интеллектуальных систем управления

В статье представлен сравнительный анализ микроконтроллеров и программируемых логических интегральных схем с целью оценки

Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ.

Процесс тестирования интегральных микросхем

Тестирование микросхем производиться с помощью различных устройств и технологии, в зависимости от сложности и типа изготавливаемых микросхем. Тестирование позволяет провести разбраковку ИС, а именно: - Провести функциональный контроль микросхем

Функциональный контроль интегральных микросхем

В статье описываются особенности функционального контроля интегральных микросхем и его основные виды. Ключевые слова:функциональный контроль, входной набор сигналов, выходной набор сигналов, функциональный тест, алгоритм, интегральная микросхема, эталон.

Применение программируемых логических интегральных схем...

В устройствах ЧПУ второго поколения ввод программы осуществлялся на с помощью перфоленты.

В систему встраивались дисплей с отображением обрабатываемой детали. В системах ЧПУ четвертого поколения элементная база состоит из специальных больших...

Технология и области применения программируемых логических...

Традиционно моментом рождения программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) является создание фирмой Texas Instruments микросхемы TMS2000, которая программировалась чередованием металлических слоёв в процессе изготовления...

Разработка узлов микропроцессорной системы | Статья в журнале...

Основным отличием МПУ от традиционных электронных устройств является наличие в их структуре двух четко разграниченных категорий средств аппаратурных и программных. Поэтому МПУ обладают свойством программируемости как при разработке, так и при внесении...

Реконфигурируемые вычислительные модули на базе схем...

Применение в устройствах программируемых микросхем позволяет существенно расширить количество решаемых задач на базе одного устройства. Производители ПЛИС создают на базе своих микросхем аппаратные комплексы (Development kits) для решения различных задач.

Анализ эффективности применения аппаратных устройств...

ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) — специализированная интегральная схема (ИС) для решения строго конкретной задачи и узкого круга потребителей (один заказчик). Микросхема ASIC имеет узкий круг применения, обусловленный жёстко предопределённым набором её...

Использование контрольно-диагностических стендов для...

Заключительный этап в производстве электронного продукта является его серийное производство. С помощью этого в конечном итоге определяется качество произведенных устройств.

Анализ и выбор тестовых алгоритмов для проведения...

Процесс разработки, производства и эксплуатации интегральных микросхем (далее ИМС) и полупроводниковых приборов сопровождаются большим числом контрольно-измерительных операций. Контроль и измерение электрических параметров микросхем — сложный процесс...

Похожие статьи

Микроконтроллеры интеллектуальных систем управления

В статье представлен сравнительный анализ микроконтроллеров и программируемых логических интегральных схем с целью оценки

Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ.

Процесс тестирования интегральных микросхем

Тестирование микросхем производиться с помощью различных устройств и технологии, в зависимости от сложности и типа изготавливаемых микросхем. Тестирование позволяет провести разбраковку ИС, а именно: - Провести функциональный контроль микросхем

Функциональный контроль интегральных микросхем

В статье описываются особенности функционального контроля интегральных микросхем и его основные виды. Ключевые слова:функциональный контроль, входной набор сигналов, выходной набор сигналов, функциональный тест, алгоритм, интегральная микросхема, эталон.

Применение программируемых логических интегральных схем...

В устройствах ЧПУ второго поколения ввод программы осуществлялся на с помощью перфоленты.

В систему встраивались дисплей с отображением обрабатываемой детали. В системах ЧПУ четвертого поколения элементная база состоит из специальных больших...

Технология и области применения программируемых логических...

Традиционно моментом рождения программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) является создание фирмой Texas Instruments микросхемы TMS2000, которая программировалась чередованием металлических слоёв в процессе изготовления...

Разработка узлов микропроцессорной системы | Статья в журнале...

Основным отличием МПУ от традиционных электронных устройств является наличие в их структуре двух четко разграниченных категорий средств аппаратурных и программных. Поэтому МПУ обладают свойством программируемости как при разработке, так и при внесении...

Реконфигурируемые вычислительные модули на базе схем...

Применение в устройствах программируемых микросхем позволяет существенно расширить количество решаемых задач на базе одного устройства. Производители ПЛИС создают на базе своих микросхем аппаратные комплексы (Development kits) для решения различных задач.

Анализ эффективности применения аппаратных устройств...

ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) — специализированная интегральная схема (ИС) для решения строго конкретной задачи и узкого круга потребителей (один заказчик). Микросхема ASIC имеет узкий круг применения, обусловленный жёстко предопределённым набором её...

Использование контрольно-диагностических стендов для...

Заключительный этап в производстве электронного продукта является его серийное производство. С помощью этого в конечном итоге определяется качество произведенных устройств.

Анализ и выбор тестовых алгоритмов для проведения...

Процесс разработки, производства и эксплуатации интегральных микросхем (далее ИМС) и полупроводниковых приборов сопровождаются большим числом контрольно-измерительных операций. Контроль и измерение электрических параметров микросхем — сложный процесс...

Задать вопрос