Le microcontrôleur (MCU) est une sorte de puce de circuit intégré, qui intègre l'unité de traitement centrale (CPU), la mémoire (RAM, ROM), diverses interfaces d'entrée / sortie (E / S) et d'autres modules fonctionnels sur une petite puce de silicium. Caractérisées par une petite taille, une faible consommation d'énergie, un faible coût et des fonctions puissantes, les microcontrôleurs sont largement utilisés dans une variété de dispositifs et de systèmes électroniques, tels que les appareils électroménagers, le contrôle industriel, l'équipement de communication, l'électronique automobile, etc.
Le processus de travail du microcontrôleur peut être divisé en étapes suivantes:
1. Réinitialisation de puissance:Lorsque le microcontrôleur est connecté à l'alimentation, il effectuera automatiquement une réinitialisation de mise sous tension pour effacer les registres internes et se préparer au fonctionnement normal.
2. RECHERCHE D'INSTRUCTION:Une fois la réinitialisation terminée, le MCU supprime une instruction de la mémoire du programme et le stocke dans le registre d'instructions.
3. Décodage d'instructions:Le décodeur d'instructions du microcontrôleur décode l'instruction dans le registre d'instructions pour déterminer l'opération à effectuer.
4. Exécution des instructions:Selon les résultats du décodage, le microcontrôleur effectue les opérations correspondantes, telles que le fonctionnement des données, le jugement logique, la sortie de contrôle, etc.
5. Traitement d'interruption:Lors de l'exécution de l'instruction, s'il rencontre une demande d'interruption, le MCU suscitera l'exécution de l'instruction actuelle et ira pour gérer le programme de service d'interruption.
6. Exécution cyclique:Le MCU répète le processus ci-dessus conformément à l'ordre des instructions dans la mémoire du programme pour réaliser diverses fonctions.
Ce qui suit est une description détaillée des différents composants du microcontrôleur et de son principe de travail.
1. CPU:L'unité de traitement centrale (CPU) du microcontrôleur est le cœur de l'ensemble du système, qui est responsable de l'exécution des instructions du programme. Le CPU se compose principalement de l'unité logique arithmétique (ALU), de l'unité de contrôle (CU) et du groupe de registres. L'ALU est responsable de la réalisation de toutes sortes de jugements arithmétiques et logiques de données; Le CU est responsable du décodage et du contrôle des instructions; et le groupe de registres est utilisé pour stocker les données et les résultats intermédiaires.
2. Mémoire:La mémoire du microcontrôleur inclut principalement la mémoire du programme (ROM) et la mémoire de données (RAM). La mémoire du programme est utilisée pour stocker le code du programme écrit; La mémoire de données est utilisée pour stocker les données et les variables pendant le fonctionnement.
3. Interface d'E / S:L'interface d'E / S du microcontrôleur est utilisée pour échanger des données avec des dispositifs externes, et l'interface d'E / S inclut l'interface d'entrée (entrée), l'interface de sortie (sortie) et l'interface bidirectionnelle (bidirectionnelle). L'interface d'entrée est utilisée pour recevoir des données envoyées par des dispositifs externes; L'interface de sortie est utilisée pour envoyer des données à des périphériques externes; L'interface bidirectionnelle peut recevoir des données envoyées par des dispositifs externes et envoyer des données à des dispositifs externes.
4. Timer / Counter:La minuterie / compteur d'un microcontrôleur est utilisée pour générer des signaux de synchronisation ou compter les événements externes. La minuterie / le compteur peut générer des signaux d'impulsion avec une fréquence ou un nombre fixe en fonction de la fréquence du signal d'entrée.
5. Interface de communication série:L'interface de communication série du microcontrôleur est utilisée pour la communication série avec d'autres appareils. L'interface de communication série comprend un émetteur série (émetteur en série) et un récepteur série (récepteur série), qui peut réaliser la transmission complète des données du duplex complet ou du semi-duplex.
6. Convertisseur analogique-numérique (ADC) et convertisseur numérique-analogique (DAC):L'ADC du microcontrôleur est utilisé pour convertir les signaux analogiques en signaux numériques pour le traitement; Le DAC est utilisé pour convertir les signaux numériques en signaux analogiques pour la sortie en dispositifs externes.
7. Système d'interruption:Le système d'interruption du microcontrôleur est utilisé pour traiter les événements inattendus et améliorer la vitesse en temps réel et la vitesse de réponse du système. Le système d'interruption comprend une source d'interruption, un contrôleur d'interruption et un programme de service d'interruption. La source d'interruption est l'appareil ou l'événement qui génère la demande d'interruption; Le contrôleur d'interruption est responsable de la gestion et de la hiérarchisation de la demande d'interruption; Et le programme de service d'interruption est le programme qui gère l'événement d'interruption.
8. Circuit d'horloge:Le circuit d'horloge d'un microcontrôleur est utilisé pour fournir un signal d'horloge stable pour synchroniser le travail de chaque module. Le circuit d'horloge se compose généralement d'un oscillateur interne et d'un diviseur d'horloge. L'oscillateur interne génère un signal d'horloge haute fréquence; Le diviseur d'horloge divise le signal d'horloge haute fréquence en signaux d'horloge basse fréquence adaptés au travail de chaque module.
9. Circuit d'alimentation:Le circuit d'alimentation du microcontrôleur est utilisé pour fournir une tension d'alimentation stable pour l'ensemble du système. Le circuit d'alimentation comprend généralement un régulateur de tension et un filtre. Le régulateur de tension stabilise la tension d'alimentation d'entrée à une tension adaptée au fonctionnement du microcontrôleur; Le filtre est utilisé pour éliminer le bruit et les fluctuations de la tension d'alimentation.
10. Circuits périphériques:Les circuits périphériques d'un microcontrôleur comprennent divers capteurs, actionneurs et autres circuits auxiliaires. Les capteurs sont utilisés pour détecter les changements dans l'environnement externe; Les actionneurs sont utilisés pour piloter des dispositifs externes en fonction des signaux de contrôle; et les circuits auxiliaires sont utilisés pour réaliser des fonctions spécifiques, telles que les amplificateurs et les filtres.
En bref, le microcontrôleur est un micro-ordinateur hautement intégré, qui réalise le contrôle et la gestion de divers appareils à travers divers modules de fonction interne et circuits périphériques externes. Le processus de travail d'un microcontrôleur peut être divisé en étapes telles que la réinitialisation de puissance, la récupération des instructions, le décodage d'instructions, l'exécution des instructions, la manipulation d'interruption et l'exécution de boucle. Comprendre le principe de composition et de travail du microcontrôleur nous aide à mieux concevoir et développer divers appareils et systèmes électroniques.