Устройство и технические характеристики микроконтроллеров

1.

Устройство и технические характеристики микроконтроллеров.
Микроконтроллеры - это специализированные компьютеры, встроенные
в устройства для управления различными функциями. Они широко
используются в автомобилях, бытовой технике, медицинских устройствах
и других сферах.

2.

Центральный процессор (CPU)
CPU - мозг микроконтроллера, отвечающий за выполнение инструкций программ.
Он обрабатывает данные, управляет памятью и периферийными устройствами.
Ядро процессора
Тактовая частота
Ядро CPU определяет его
Тактовая частота CPU измеряет
архитектуру, набор команд и
скорость его работы, определяет
производительность. Различные
количество операций в секунду.
ядра, такие как ARM, AVR, PIC,
Чем выше тактовая частота, тем
предоставляют разные
быстрее выполняется код.
возможности.
Кэш-память
Кэш-память - это небольшая, быстрая память, используемая для хранения
часто используемых данных. Она позволяет CPU быстрее получить доступ к
информации.

3.

Память микроконтроллера
Память микроконтроллера используется для хранения программ, данных и переменных. Она бывает нескольких типов: ПЗУ,
ОЗУ, флэш-память.
Постоянная память (ПЗУ)
Оперативная память (ОЗУ)
Флэш-память
ПЗУ - это память только для чтения,
ОЗУ - это память для временного
Флэш-память - это перезаписываемая
сохраняющая данные даже после
хранения данных, используемых
память, позволяющая сохранять
отключения питания. Она
программой во время ее работы. Она
данные даже после отключения
используется для хранения
теряет данные при выключении
питания. Она используется для
загрузочного кода, таблиц, констант.
питания.
хранения программ, настроек, данных
пользователя.

4.

Встроенные периферийные устройства
Микроконтроллеры включают в себя встроенные периферийные устройства, расширяющие их функциональность и позволяющие взаимодействовать
с внешним миром.
1
3
Таймеры
2
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)
Таймеры используются для измерения времени, генерации
АЦП преобразуют аналоговые сигналы, такие как температура,
импульсов, управления событиями. Они применяются в таймерах,
напряжение, в цифровые значения, доступные для обработки
часов, управления двигателями.
микроконтроллером.
Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП)
4
Интерфейсы связи
ЦАП преобразуют цифровые значения в аналоговые сигналы,
Интерфейсы связи (UART, SPI, I2C) используются для передачи
позволяя управлять светодиодами, двигателями, сервоприводами.
данных между микроконтроллером и другими устройствами.

5.

Питание и управление питанием
Микроконтроллеры питаются от источников питания, которые преобразуют
напряжение в необходимое для их работы. Важно обеспечить стабильное и надежное
питание.
1
Регулятор напряжения
Регулятор напряжения стабилизирует напряжение питания,
обеспечивая постоянное напряжение для микроконтроллера.
2
Конденсаторы
Конденсаторы сглаживают напряжение, устраняя пики и провалы,
обеспечивая стабильное питание.
3
Управление питанием
Микроконтроллеры имеют специальные функции для управления
потреблением энергии, позволяя снизить энергопотребление.

6.

Выбор микроконтроллера
Выбор микроконтроллера зависит от требований проекта: требуемая
производительность, память, периферийные устройства, потребление энергии,
стоимость, доступность.
Тип ядра процессора
ARM, AVR, PIC, MSP430, STM32
Тактовая частота
8 МГц - 200 МГц
Объем памяти
8 КБ - 1 МБ
Периферийные устройства
Таймеры, АЦП, ЦАП, интерфейсы
связи
Напряжение питания
1.8 В - 5 В
Потребление энергии
Микроамперы - Миллиамперы
Цена
От нескольких долларов до
нескольких десятков долларов

7.

Практические примеры использования
микроконтроллеров
Микроконтроллеры широко применяются в различных областях: от бытовой техники до промышленной
автоматизации, робототехники и умных устройств.
Бытовая техника
Стиральные машины, холодильники, духовки, микроволновые печи, кофеварки микроконтроллеры управляют работой этих устройств.
Автомобили
Микроконтроллеры управляют двигателем, тормозами, подушками безопасности,
антиблокировочной системой тормозов, системами навигации.
Медицинские устройства
Микроконтроллеры используются в кардиостимуляторах, инсулиновых помпах, аппаратах
искусственной вентиляции легких.
Робототехника
Микроконтроллеры управляют движением роботов, датчиками, камерами, обработкой
данных.

8.

Тенденции развития
микроконтроллеров
Современные микроконтроллеры характеризуются повышенной производительностью,
расширенными функциями, уменьшенным энергопотреблением, более низкой стоимостью.
Повышенная производительность
Расширенные функции
Новые процессоры, более быстрые тактовые
Встроенные Wi-Fi, Bluetooth, GPS, сенсорные
частоты, увеличенные объемы памяти - всё
технологии, поддержка машинного обучения,
это позволяет выполнять более сложные
искусственного интеллекта.
задачи.
Уменьшенное энергопотребление
Более низкая стоимость
Технологии снижения энергопотребления,
Массовое производство, развитие технологий,
оптимизированные алгоритмы, более
конкуренция между производителями ведут к
энергоэффективные компоненты.
снижению стоимости микроконтроллеров.