¿Cómo programar los principios y aplicaciones del microcontrolador?

Un microcontrolador es un microordenador de un solo chip que integra los componentes principales del microordenador en un único chip. Este microcontrolador nació a mediados de los años 1970. Después de 20 años de desarrollo, su costo es cada vez menor y su rendimiento se vuelve cada vez más poderoso, lo que lo ha hecho aplicable en diversos campos y campos. Por ejemplo, controles de motores, lectores/escáneres de códigos de barras, electrónica de consumo, dispositivos de juego, teléfonos, HVAC, seguridad de edificios y control de acceso, control y automatización industrial y electrodomésticos blancos (lavadoras, hornos microondas). Este artículo presenta principalmente la aplicación y el principio de funcionamiento de los microcontroladores, incluidos los tipos de microcontroladores; la diferencia entre microcontroladores y microprocesadores o los principales fabricantes de microcontroladores del mundo, etc.

Según Wiki, un microcontrolador (o MCU para unidad de microcontrolador) es una pequeña computadora ubicada en un único circuito integrado. En términos modernos, es similar a un sistema en un chip o SoC, pero menos complejo que este último. Un SoC puede incluir un microcontrolador como uno de sus componentes. Un microcontrolador contiene una o más CPU (núcleos de procesador) junto con memoria y periféricos de entrada/salida programables. La memoria de programa en forma de RAM ferroeléctrica, NOR flash u OTPROM también suele incluirse en el chip, junto con una pequeña cantidad de RAM. A diferencia de los microprocesadores utilizados en computadoras personales u otras aplicaciones de propósito general que se componen de varios chips discretos, los microcontroladores están diseñados para aplicaciones integradas. Los microcontroladores se utilizan en productos y equipos controlados automáticamente, como sistemas de control de motores de automóviles, dispositivos médicos implantables, controles remotos, máquinas de oficina, equipos, herramientas eléctricas, juguetes y otros sistemas integrados. Los microcontroladores hacen que sea económico controlar digitalmente más equipos y procesos al reducir el tamaño y el costo en comparación con los diseños que utilizan microprocesadores, memoria y dispositivos de entrada/salida separados. Los microcontroladores de señal mixta son comunes e integran los componentes analógicos necesarios para controlar sistemas electrónicos no digitales.

Funciones del microcontrolador

Los microcontroladores tienen las siguientes funciones principales:

Análisis de los principios de funcionamiento, tipos y aplicaciones de los microcontroladores

(1 ) Buena fiabilidad. Dado que varios componentes funcionales del microcontrolador están integrados en el chip, especialmente la memoria, el cableado es corto y la mayoría de los datos se transmiten dentro del chip, lo que lo hace menos susceptible a interferencias externas. Esto mejora la capacidad antiinterferencias y lo hace. el sistema funcione de manera más eficiente. Por lo tanto, la confiabilidad es obviamente mejor que la de los sistemas CPU de uso general.

(2) Potente función de control. Para cumplir con los requisitos del control industrial, el sistema de instrucción de los microcontroladores de uso general tiene ricas instrucciones de transferencia de rama condicional, operaciones lógicas y funciones de procesamiento de bits de los puertos de E/S. Generalmente, los microcontroladores tienen funciones de control lógico y velocidades de funcionamiento más altas que las CPU del mismo nivel.

(3) Fácil de ampliar. Hay muchos tres buses y pines de entrada/salida paralelos y seriales para expansión, lo que facilita la formación de sistemas de aplicaciones informáticas de varios tamaños.

(4) No existe ningún programa de monitoreo ni software de gestión de sistemas en los microcontroladores de uso general, y el desarrollo requiere los sistemas de simulación correspondientes.

Tipos de microcontroladores

Los microcontroladores se pueden dividir en dos categorías: microcontroladores ordinarios y microcontroladores de procesamiento de señales digitales (DSP).

Según la longitud de la palabra, los microcontroladores comunes actuales son de 4 a 32. La función es fuerte y débil, adecuada para diferentes ocasiones. La mayoría de las empresas de semiconductores más grandes del mundo tienen sus propios microcontroladores.

MCU 8051

Es un microcontrolador de 40 pines con Vcc de 5V conectado al pin 40 mientras que Vss del pin 20 permanece en 0V. Y hay puertos de entrada y salida de P1.0-P1.7 y tienen función de drenaje abierto. Port3 tiene otras funciones. El pin 36 está en un estado de drenaje abierto y el pin 17 tiene un transistor pull-up dentro del microcontrolador. Cuando aplica un 1 lógico en el puerto 1, obtiene un 1 lógico en el puerto 21 y viceversa. Programar microcontroladores es muy complejo. Básicamente, escribimos un programa en C y luego lo convertimos a lenguaje de máquina que el microcontrolador pueda entender. El pin RESET está conectado al pin 9 que está conectado al condensador. Cuando el interruptor está encendido, el condensador comienza a cargarse y RST es alto.

Aplicar un nivel alto al pin de reinicio reiniciará el microcontrolador. Si aplicamos un cero lógico a este pin, la ejecución del programa comenzará desde el principio.

Arquitectura de memoria del 8051

La memoria del 8051 se divide en dos partes: memoria de programa y memoria de datos. La memoria de programa almacena el programa en ejecución, mientras que la memoria de datos almacena temporalmente datos y resultados. El 8051 se ha utilizado en una variedad de dispositivos, principalmente por su facilidad de integración en dispositivos. Los microcontroladores se utilizan principalmente en gestión de energía, pantallas táctiles, automóviles y equipos médicos.

Memoria de datos 8051

Descripción del pin del microcontrolador 8051

Pin 40: Vcc es la fuente de alimentación principal de 5VDC.

Pin 20: Vss_ indica la conexión a tierra (0V).

Los pines 32-39: llamados Puerto 0 (P0.0 a P0.7) se utilizan como puertos de E/S.

Pin-31: La habilitación de bloqueo de dirección (ALE) se utiliza para demultiplexar la señal de datos de dirección del puerto 0.

Pin 30: (EA) La entrada de acceso externo se utiliza para habilitar o deshabilitar la interfaz de memoria externa. Si no se requiere memoria externa, este pin permanece alto en todo momento.

Pin 29: La activación de almacenamiento de programa (PSEN) se utiliza para leer señales de la memoria de programa externa.

Pines 21-28: Puerto llamado 2 (P2.0 a P2.7)_Además de usarse como puertos de E/S, las señales del bus de direcciones de alto orden también se multiplexan con este puerto cuasi-bidireccional .

Pines 18 y 19: se utilizan para conectar un oscilador de cristal externo para proporcionar el reloj del sistema.

Pin 10_17: Este puerto también tiene otras funciones, como interrupciones, entrada de temporizador, señales de control para memoria externa e interfaces de lectura y escritura. Este es un puerto casi bidireccional con pull-up interno.

Pin 9: Este es un pin RESET que se utiliza para configurar el microcontrolador 8051 a su valor inicial cuando el microcontrolador está funcionando o iniciando el inicio de una aplicación. El pasador RESET debe estar en posición alta dentro de dos ciclos de la máquina.

Pin 1_8: Este puerto no tiene otras funciones. El puerto 1 es un puerto de E/S casi bidireccional.

Los microcontroladores están integrados en el interior de dispositivos para controlar los movimientos y funciones del producto. Por lo tanto, también pueden denominarse controladores integrados. Ejecutan un programa específico, dedicado a una tarea. Son dispositivos de bajo consumo con dispositivos de entrada dedicados y pequeñas salidas para pantallas LED o LCD. Los microcontroladores pueden recibir información del dispositivo que controlan y mantener el control enviando señales del dispositivo a diferentes partes del dispositivo. Un buen ejemplo es el microcontrolador de un televisor. Toma información del control remoto y emite su salida en la pantalla del televisor.

Al igual que los ordenadores tradicionales, los microcontroladores dependen de diferentes funciones para realizar su trabajo. Estas funciones incluyen:

Memoria

La RAM se utiliza para almacenar datos y otros resultados creados cuando el microcontrolador funciona. Sin embargo, una vez que se corta la alimentación al microcontrolador, este no almacena datos de forma permanente y se pierde la memoria. La RAM contiene un registro de función especial (SFR). Esta es una memoria preconfigurada proporcionada por el fabricante del microcontrolador. Controla el comportamiento de circuitos específicos, como comunicaciones en serie y convertidores de analógico a digital.

Memoria de sólo lectura

Las tareas especiales realizadas por el microcontrolador como programa se almacenan en la ROM (memoria de sólo lectura), que nunca cambia. La ROM le permite al microcontrolador saber que ciertas acciones deberían desencadenar respuestas específicas. Por ejemplo, la ROM le permite al microcontrolador del televisor saber que presionar un botón de canal cambiará la visualización en la pantalla. El tamaño del programa almacenado en la ROM depende del tamaño de la ROM. Algunos microcontroladores aceptan la adición de ROM en forma de chip externo, mientras que otros vienen con ROM incorporada.

Contador de programas

El contador de programas permite que una computadora pequeña ejecute un programa basado en una serie de instrucciones de programación diferentes. Cada vez que se ejecuta una línea de instrucciones, el contador del programa se incrementa en 1. Esto ayuda a realizar un seguimiento de la ubicación del contador dentro de una línea de código.

Entrada y Salida

A diferencia de las computadoras que se controlan a través de un mouse o teclado, los microcontroladores tienen una forma única de interactuar con los humanos a través de entrada y salida. Los dispositivos de entrada y salida típicos de un microcontrolador incluyen pantallas LED, interruptores y sensores que determinan la humedad, la temperatura y los niveles de luz. La mayoría de los sistemas integrados no tienen pantalla ni teclado para la interacción directa persona-computadora. En cambio, los microcontroladores tienen una variedad de pines de entrada y salida, o GPIO, que están configurados para diferentes dispositivos de entrada y salida.

Por ejemplo, podría configurar un pin como entrada en un microcontrolador que funciona detectando la temperatura, y configurar el otro pin como salida y conectarlo a un termostato, que activa el aire acondicionado o Calentador para encender y apagar según la configuración preestablecida. Establezca el rango de temperatura. La dinámica de entrada y salida es completamente de máquina a máquina y no requiere interacción humana directa para tomar decisiones.