NUC975DK61Y – วงจรรวม, แบบฝัง, ไมโครคอนโทรลเลอร์ – NUVOTON Technology Corporation

1 คำจำกัดความของไมโครคอนโทรลเลอร์

เนื่องจากไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นหน่วยลอจิกทางคณิตศาสตร์ หน่วยความจำ ตัวจับเวลา/เครื่องคิดเลข และวงจร/O ต่างๆ ฯลฯ ที่รวมอยู่ในชิป ซึ่งประกอบขึ้นเป็นระบบคอมพิวเตอร์พื้นฐานที่สมบูรณ์ จึงเป็นที่รู้จักในชื่อไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียว

โปรแกรมในหน่วยความจำไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้งานอย่างใกล้ชิดกับฮาร์ดแวร์ไมโครคอนโทรลเลอร์และวงจรฮาร์ดแวร์อุปกรณ์ต่อพ่วง แตกต่างจากซอฟต์แวร์ของพีซี และเรียกว่าโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นเฟิร์มแวร์โดยทั่วไป ไมโครโปรเซสเซอร์คือ CPU บนวงจรรวมเดี่ยว ในขณะที่ไมโครคอนโทรลเลอร์คือ CPU, ROM, RAM, VO, ตัวจับเวลา ฯลฯ ทั้งหมดนี้อยู่บนวงจรรวมเดียวเมื่อเปรียบเทียบกับ CPU แล้ว ไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่มีพลังการประมวลผลที่ทรงพลังนัก และไม่มี MemoryManaaement Unit ซึ่งทำให้ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถจัดการได้เพียงการควบคุม ลอจิก และงานอื่นๆ ที่ค่อนข้างเรียบง่ายเพียงบางส่วนเท่านั้น และไมโครคอนโทรลเลอร์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมอุปกรณ์ การประมวลผลสัญญาณเซ็นเซอร์ และสาขาอื่นๆ เช่น เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านบางส่วน อุปกรณ์อุตสาหกรรม เครื่องมือไฟฟ้า เป็นต้น

2 องค์ประกอบของไมโครคอนโทรลเลอร์

ไมโครคอนโทรลเลอร์ประกอบด้วยหลายส่วน: โปรเซสเซอร์กลาง หน่วยความจำ และอินพุต/เอาต์พุต:

-โปรเซสเซอร์กลาง:

โปรเซสเซอร์กลางเป็นองค์ประกอบหลักของ MCU รวมถึงสองส่วนหลักของผู้ปฏิบัติงานและตัวควบคุม

-โอเปอเรเตอร์

ตัวดำเนินการประกอบด้วยหน่วยเลขคณิตและลอจิคัล (ALU) ตัวสะสมและรีจิสเตอร์ ฯลฯ บทบาทของ ALU คือการดำเนินการทางคณิตศาสตร์หรือตรรกะกับข้อมูลที่เข้ามาALU สามารถเพิ่ม ลบ จับคู่ หรือเปรียบเทียบขนาดของข้อมูลทั้งสองนี้ และสุดท้ายก็จัดเก็บผลลัพธ์ไว้ในตัวสะสม

ตัวดำเนินการมีสองฟังก์ชัน:

(1) เพื่อดำเนินการทางคณิตศาสตร์ต่างๆ

(2) เพื่อดำเนินการเชิงตรรกะต่างๆ และดำเนินการทดสอบเชิงตรรกะ เช่น การทดสอบค่าศูนย์หรือการเปรียบเทียบสองค่า

การดำเนินการทั้งหมดที่ดำเนินการโดยผู้ปฏิบัติงานจะถูกควบคุมโดยสัญญาณควบคุมจากตัวควบคุม และในขณะที่การดำเนินการทางคณิตศาสตร์ให้ผลลัพธ์ทางคณิตศาสตร์ การดำเนินการทางตรรกะจะสร้างคำตัดสิน

-คอนโทรลเลอร์

ตัวควบคุมประกอบด้วยตัวนับโปรแกรม การลงทะเบียนคำสั่ง ตัวถอดรหัสคำสั่ง เครื่องกำเนิดไทม์มิ่ง และตัวควบคุมการทำงาน ฯลฯ "หน่วยการตัดสินใจ" ที่ออกคำสั่ง เช่น ประสานงานและกำหนดทิศทางการทำงานของระบบไมโครคอมพิวเตอร์ทั้งหมดหน้าที่หลักคือ:

(1) เพื่อดึงคำสั่งจากหน่วยความจำและระบุตำแหน่งของคำสั่งถัดไปในหน่วยความจำ

(2) เพื่อถอดรหัสและทดสอบคำสั่งและสร้างสัญญาณควบคุมการทำงานที่สอดคล้องกันเพื่ออำนวยความสะดวกในการดำเนินการตามที่ระบุ

(3) กำหนดทิศทางและควบคุมทิศทางการไหลของข้อมูลระหว่าง CPU หน่วยความจำ และอุปกรณ์อินพุตและเอาต์พุต

ไมโครโปรเซสเซอร์เชื่อมต่อ ALU ตัวนับ รีจิสเตอร์ และส่วนควบคุมผ่านบัสภายใน และเชื่อมต่อกับหน่วยความจำภายนอกและวงจรอินเทอร์เฟซอินพุต/เอาต์พุตผ่านบัสภายนอกบัสภายนอกหรือที่เรียกว่าบัสระบบ แบ่งออกเป็น DB บัสข้อมูล บัสที่อยู่ AB และบัสควบคุม CB และเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ ผ่านวงจรอินเทอร์เฟซอินพุต/เอาต์พุต

-หน่วยความจำ

หน่วยความจำสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: หน่วยความจำข้อมูลและหน่วยความจำโปรแกรม

หน่วยความจำข้อมูลใช้เพื่อบันทึกข้อมูล และพื้นที่จัดเก็บโปรแกรมใช้เพื่อจัดเก็บโปรแกรมและพารามิเตอร์

-อินพุต/เอาท์พุต -การเชื่อมโยงหรือการขับเคลื่อนอุปกรณ์ต่างๆ

พอร์ตการสื่อสารแบบอนุกรม - แลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่าง MCU และอุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆ เช่น UART, SPI, 12C เป็นต้น

3 การจำแนกไมโครคอนโทรลเลอร์

ในแง่ของจำนวนบิต ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถแบ่งได้เป็น: 4 บิต, 8 บิต, 16 บิต และ 32 บิตในการใช้งานจริง บัญชี 32 บิตคิดเป็น 55%, บัญชี 8 บิตคิดเป็น 43%, บัญชี 4 บิตคิดเป็น 2% และบัญชี 16 บิตคิดเป็น 1%

จะเห็นได้ว่าไมโครคอนโทรลเลอร์แบบ 32 บิตและ 8 บิตเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน
ความแตกต่างของจำนวนบิตไม่ได้แสดงถึงไมโครโปรเซสเซอร์ที่ดีหรือไม่ดี ยิ่งจำนวนบิตสูงเท่าใดไมโครโปรเซสเซอร์ก็จะยิ่งดีเท่านั้น และยิ่งจำนวนบิตยิ่งต่ำลง ไมโครโปรเซสเซอร์ก็ยิ่งแย่ลงเท่านั้น

MCU 8 บิตมีความอเนกประสงค์มีการเขียนโปรแกรมง่ายๆ ประหยัดพลังงาน และมีขนาดแพ็คเกจเล็ก (บางอันมีเพียงหกพินเท่านั้น)แต่โดยทั่วไปแล้วไมโครคอนโทรลเลอร์เหล่านี้ไม่ได้ใช้สำหรับฟังก์ชันเครือข่ายและการสื่อสาร

สแต็คโปรโตคอลเครือข่ายและซอฟต์แวร์การสื่อสารที่พบบ่อยที่สุดคือ 16 หรือ 32 บิตอุปกรณ์ต่อพ่วงการสื่อสารมีให้สำหรับอุปกรณ์ 8 บิตบางรุ่น แต่ MCU 16 และ 32 บิตมักเป็นตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพมากกว่าอย่างไรก็ตาม โดยทั่วไป MCU 8 บิตจะใช้สำหรับแอปพลิเคชันการควบคุม การตรวจจับ และอินเทอร์เฟซที่หลากหลาย

ในทางสถาปัตยกรรม ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: RISC (คอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งแบบลด) และ CISC (คอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งที่ซับซ้อน)

RISC เป็นไมโครโปรเซสเซอร์ที่ดำเนินการคำสั่งคอมพิวเตอร์น้อยกว่าและมีต้นกำเนิดในปี 1980 ด้วยเมนเฟรม MIPS (เช่น เครื่อง RISC) และไมโครโปรเซสเซอร์ที่ใช้ในเครื่อง RISC เรียกรวมกันว่าโปรเซสเซอร์ RISCด้วยวิธีนี้ จึงสามารถดำเนินการได้ในอัตราที่เร็วขึ้น (คำสั่งมากกว่าล้านคำสั่งต่อวินาทีหรือ MIPS)เนื่องจากคอมพิวเตอร์ต้องการทรานซิสเตอร์และส่วนประกอบวงจรเพิ่มเติมเพื่อดำเนินการคำสั่งแต่ละประเภท ยิ่งชุดคำสั่งคอมพิวเตอร์มีขนาดใหญ่เท่าใด ไมโครโปรเซสเซอร์ก็จะซับซ้อนมากขึ้นและดำเนินการได้ช้าลง

CISC มีชุดคำแนะนำแบบจุลภาคมากมายที่ช่วยลดความยุ่งยากในการสร้างโปรแกรมที่ทำงานบนโปรเซสเซอร์คำแนะนำประกอบด้วยภาษาแอสเซมบลี และฟังก์ชันทั่วไปบางอย่างที่ซอฟต์แวร์นำมาใช้แต่เดิมจะถูกใช้งานโดยระบบคำสั่งฮาร์ดแวร์แทนการทำงานของโปรแกรมเมอร์จึงลดลงอย่างมาก และการดำเนินการหรือการดำเนินการที่มีลำดับต่ำกว่าบางส่วนจะได้รับการประมวลผลพร้อมกันในแต่ละช่วงคำสั่งเพื่อเพิ่มความเร็วในการดำเนินการของคอมพิวเตอร์ และระบบนี้เรียกว่าระบบคำสั่งที่ซับซ้อน

4 สรุป

ความท้าทายที่สำคัญสำหรับวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ในปัจจุบันคือการสร้างอุปกรณ์ที่มีต้นทุนต่ำ ปราศจากปัญหา และแม้ในกรณีที่เกิดความล้มเหลวก็สามารถทำงานระบบยานยนต์ได้ ในประสิทธิภาพของรถยนต์จะค่อยๆดีขึ้นในขณะนี้ ไมโครคอนโทรลเลอร์คาดว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพ ของชุดควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ของยานยนต์