Сравнение программируемой логической интегральной схемы и микроконтроллера | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 9 июля, печатный экземпляр отправим 13 июля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Информационные технологии

Опубликовано в Молодой учёный №48 (338) ноябрь 2020 г.

Дата публикации: 26.11.2020

Статья просмотрена: 513 раз

Библиографическое описание:

Аверченко, А. П. Сравнение программируемой логической интегральной схемы и микроконтроллера / А. П. Аверченко, В. С. Колмогоров. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 48 (338). — С. 13-15. — URL: https://moluch.ru/archive/338/75684/ (дата обращения: 25.06.2022).



Программируемая интегральная схема (ПЛИС, Programmable logic device, PLD) — электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем, логика работы которого не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования).

Состав программируемой интегральной схемы:

Трасса — металл, который напаян на слои микросхемы, и тем самым являясь проводником электричества между блоками.

Блоки — отдельные элементы в плате, которые состоят из ячеек. Блоки предназначены для запоминания информации, умножения, сложения и логических операций над сигналами.

Ячейки — группы с разным количеством транзисторов.

Транзистор — основной элемент ТТL (Транзисторно-транзисторная логика).

Выводы (ножки микросхем) — через них происходит взаимодействие плис с окружающим миром. У различных есть свое назначение, одни предназначены для программирования, приема тактовой частоты, питания, а также другие ножки, назначение которых устанавливаются пользователем в программе. И их как правило, гораздо больше, чем у микроконтроллера.

Тактовый генератор — внешняя микросхема, генерирующая тактовые импульсы, на которых основывается большая часть работы ПЛИС.

Архитектура ПЛИС (FPGA)

Рис. 1. Архитектура ПЛИС (FPGA)

Микроконтрооллер (Micro Controller Unit, MCU)

Микроконтроллер — это микросхема, которая была создана для управления электронными устройствами. Обычный микроконтроллер объединяет на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ.

Микроконтроллеры предназначены для управления разными электронными приборами и устройствами. Они используются в ПК, бытовой технике, в робототехнике, в офисной технике, в военной технике. Микроконтроллер является многофункциональным инструментом, с помощью которого выполняется управление различной электроникой. При этом алгоритм управляющих команд человек закладывает в них самостоятельно, и может менять его в любой момент, в зависимости от ситуации.

В корпусе микроконтроллера находятся основные элементы всей его структуры. Существует три класса таких устройств: 8, 16 и 32-разрядные. Из них 8-разрядные модели имеют наименьшую производительность. Этого достаточно для решения простых задач управления объектами. 16-разрядные микроконтроллеры — модернизированные 8-разрядные. Они имеют расширенную систему команд. 32-разрядные устройства включают в себя высокоэффективный процессор общего назначения. Они используются для управления сложными объектами.

Для разработчиков в микроконтроллерах доступен фиксированный набор решений и средств присущих конкретному чипу, отступить от архитектуры никак не получится. Программисту предоставлен набор команд, с помощью которых он производит операции взаимодействия с окружающей средой, через считывание данных с цифровых и аналоговых входов и выдачи сигналов исполнительным устройствам с помощью выходов.

Кроме этого, разработчик может производить вычисления, сохранять данные в ПЗУ или регистрах и оперировать данными, прошитыми в память микроконтроллера. В этом и заключается назначение и особенности работы с микроконтроллерами.

Архитектура микроконтроллера

Рис. 2. Архитектура микроконтроллера

Отличия ПЛИС и микроконтроллера

ПЛИС программируется на уровне железа, по всей площади кристалла. Сигналы поступают через сложные цепочки транзисторов. Микропроцессор прошивается на уровне программы для железа, сигналы поступают группами, от блока к блоку — от памяти к процессору, к оперативной памяти, от оперативной к процессору, от процессора к портам ввода-вывода, от портов ввода-вывода к оперативной памяти, от оперативной памяти… и т. д.

Главным отличием ПЛИС от микроконтроллеров является тот факт, что в микроконтроллере человек не может изменять внутренние связи между простейшими элементами, а в ПЛИС на основе прописывания связей основывается программирование и работа с ними.

ПЛИС отличаются ещё и тем, что, программируя устройство программист сам создает архитектуру из базовых логических элементов. Таким образом он получает высокое быстродействие и функциональность микросхемы. Это даёт возможность, не изменяя одного чипа сделать большое количество проектов.

При выборе ПЛИС основным критерием является число программируемых блоков — их должно хватать для реализации проекта.

Вывод

За счет более сложной архитектуры ПЛИС выигрывает в быстродействии и больших возможностях конвейерной обработки, микроконтроллер выигрывает в простоте написания алгоритмов. За счет более простого способа написания программ, разработчик микроконтроллера располагает большим количеством времени на разработку и программирование, по этой причине время на программирование одного и того же робота на микроконтроллере и ПЛИС будет значительно отличаться. Однако у робота, работающего на ПЛИС, скорость и точность выполнения программы будет гораздо выше.

Литература:

1. Преснухин, Л. Н. Микропроцессоры / Л. Н. Преснухин. — М.: Высшая школа, 2015. — 351 c.

  1. Максфилд, К. Проектирование на ПЛИС: Архитектура, средства и методы. Курс молодого бойца. 2007–407 с.
Основные термины (генерируются автоматически): микроконтроллер, ПЛИС, оперативная память, FPGA, MCU, PLD, блок, программирование, программируемая интегральная схема, устройство.


Похожие статьи

Сравнительный анализ полностью заказных СБИС, ПЛИС и СБИС...

Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС, англ. Field-Programmable Gate Array, FPGA) — микросхемы, используемые в основном для работы с цифровой информацией (однако, есть и FPGA с включением аппаратных блоков микропроцессоров, АЦП/ЦАП...

Микроконтроллеры интеллектуальных систем управления

Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС, англ. programmable logic device, PLD) — электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при...

Применение программируемых логических интегральных схем...

...компонентной базы — программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Количество занимаемых логических ячеек для блока реализующий код Хэмминга на FPGA. Их можно применять для исправления ошибок во многих системах: устройствах памяти...

Реконфигурируемые вычислительные модули на базе схем...

Большую практичность представляют реконфигурируемые устройства на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Применение в устройствах программируемых микросхем позволяет существенно расширить количество решаемых задач...

Микроконтроллеры как отдельный вид интегральных микросхем

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...

Анализ эффективности применения аппаратных устройств...

ПЛИСинтегральная схема регулярной структуры на основе логических ячеек (Logic cell), но с программируемыми связями и элементами памяти, позволяющая реализовывать на ней различные устройства. В отличие от БМК, ПЛИС выпускаются полностью готовыми, в них...

Технология и области применения программируемых...

Технология и области применения программируемых логических интегральных схем. Авторы: Реута Никита Сергеевич, Горячев Николай Владимирович

Традиционно моментом рождения программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) является создание...

Особенности программируемых логических устройств

В последние годы программируемые логические устройства (PLD) почти заменили

Другими словами, некоторые из теоретически возможных соединений между логическим блоком входов и выходов

ПЛИСинтегральная схема регулярной структуры на основе логических ячеек...

Похожие статьи

Сравнительный анализ полностью заказных СБИС, ПЛИС и СБИС...

Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС, англ. Field-Programmable Gate Array, FPGA) — микросхемы, используемые в основном для работы с цифровой информацией (однако, есть и FPGA с включением аппаратных блоков микропроцессоров, АЦП/ЦАП...

Микроконтроллеры интеллектуальных систем управления

Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС, англ. programmable logic device, PLD) — электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при...

Применение программируемых логических интегральных схем...

...компонентной базы — программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Количество занимаемых логических ячеек для блока реализующий код Хэмминга на FPGA. Их можно применять для исправления ошибок во многих системах: устройствах памяти...

Реконфигурируемые вычислительные модули на базе схем...

Большую практичность представляют реконфигурируемые устройства на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Применение в устройствах программируемых микросхем позволяет существенно расширить количество решаемых задач...

Микроконтроллеры как отдельный вид интегральных микросхем

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...

Анализ эффективности применения аппаратных устройств...

ПЛИСинтегральная схема регулярной структуры на основе логических ячеек (Logic cell), но с программируемыми связями и элементами памяти, позволяющая реализовывать на ней различные устройства. В отличие от БМК, ПЛИС выпускаются полностью готовыми, в них...

Технология и области применения программируемых...

Технология и области применения программируемых логических интегральных схем. Авторы: Реута Никита Сергеевич, Горячев Николай Владимирович

Традиционно моментом рождения программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) является создание...

Особенности программируемых логических устройств

В последние годы программируемые логические устройства (PLD) почти заменили

Другими словами, некоторые из теоретически возможных соединений между логическим блоком входов и выходов

ПЛИСинтегральная схема регулярной структуры на основе логических ячеек...

Задать вопрос