Варианты использования устройств на микроконтроллерах

Устройства на микроконтроллерах выполняют арифметические и логические операции в соответствии с программным алгоритмом, заложенном в памяти. Они используются для выполнения простейших вычислительных операций (например, в калькуляторах), управления фото- и видеоаппаратурой, измерения временных интервалов.

Устройства на микроконтроллерах

Широкое применение изделия получили в следующих областях:

  • промышленность: контроль технологического процесса, сбор данных с датчиков;
  • приборостроение: системы автоматического контроля, измерительные инструменты (токовые клещи, вольтамперфазометр), химическое и медицинское оборудование;
  • мобильная связь: передача и прием сообщений, управление схемами коммутации, мультиплексоры, поиск ошибок;
  • обработка информации: машины для обработки текстовых и бухгалтерских документов, защита персональных данных;
  • торговля: банковские и платежные терминалы (iBox), системы безопасности;
  • бытовая сфера: гаджеты, персональное обучение, электроника в автомобилях.

Структура и разработка микроконтроллеров

Что включает в себя микроконтроллер?

Микроконтроллер состоит из:

  • процессора,
  • оперативной памяти (ОЗУ),
  • постоянной памяти (ПЗУ),
  • последовательного интерфейса,
  • портов ввода-вывода
  • и целого набора периферийных элементов.

Для обеспечения работы остается подвести питающее напряжение постоянного тока, подключить цепочку сброса и, при необходимости, тактирующий кварцевый генератор. Структурная блок-схема представлена на рисунке ниже.

Архитектура микроконтроллера

Устройства на микроконтроллерах востребованы там, где ключевое значение имеет не мощность процессора, а баланс между ценой и достаточной функциональностью. Они умеют многое: от автоматического полива дачного газона до интеграции в систему «умный дом».

Смотрите также  Подключаем Raspberry Pi к монитору ноутбука

Свою продукцию на рынке представляют десятки производителей. Модели отличаются скоростью работы центрального вычислительного блока, объемом памяти, количеством числовых разрядов (32, 16 и даже 8 бит).

Разработка микроконтроллерных устройств на базе Arduino

Настоящая революция в области создания электронных устройств произошла с появлением Ардуино – аппаратно-программной платформы, построенной на компактной плате ввода-вывода. Система команд заложена в архитектуре микроконтроллера, и считывание кода выражается в выполнении внутренними элементами микросхемы определенных операций. Среда разработки сделана на базе Processing-Wiring.

Плата Ардуино (Arduino)

Секрет популярности в том, что для работы с Arduino не обязательно быть программистом. Стандартные библиотеки доступны бесплатно и отрывают широкий простор для творчества аматоров-автоматизаторов. Простой проект сможет сделать даже школьник.

Оболочка IDE написана на Java и работает на операционных оболочках Windows, Linux и Mac OS X. В состав входит:

- текстовый редактор,
- препроцессорный компилятор,
- инструменты загрузки кода,
- менеджер проектов.

Фактически «Ардуино» позволяет создавать любые устройства на микроконтроллерах. К чипу можно подключать датчики, электроприводы, замки, роутеры, дисплеи, да хоть электрический утюг. Также предусмотрены дополнительные платы для соединения по сети Интернет, GPS, Bluetooth, Wi-Fi и др.

Устройство на микроЭВМ на примере реле времени

В схемах релейной защиты и автоматики получили распространение электронные реле времени. Их задача – создавать определенную задержку на срабатывание коммутирующих устройств.

Смотрите также  Распиновка плат Arduino Pro и Arduino Pro Mini

В простейшем случае для временной задержки применяют RC-цепочку: в процессе зарядки или разрядки конденсатора на резисторе изменяется напряжение по экспоненциальному закону. Продолжительность зарядки-разрядки возрастает с увеличением емкости и сопротивления резистивного элемента.

Чтобы не ограничиваться длительностью переходного процесса последовательной цепи, требуется несколько усложнить принцип задержки. Этого можно добиться путем включения в схему кварцевого резонатора, который отличается точностью и устойчивой частотой, не зависящей от колебаний температуры. При этом используется несколько тактов разрядка RC-цепи. Схема многотактного реле показана ниже.

Устройство на микроЭВМ на примере реле времени

Входной сигнал передается на блок сброса, где приводит цифровую часть в начальную позицию. Далее в работу включается кварцевый генератор и отправляет на счетчик серию импульсов. Когда количество импульсов сравнивается с числом, установленным на цифровом компараторе, срабатывает выходной преобразователь. После этого сигнал передается в цепь исполнительного органа (например, силового контактора).

На управляющем выходе обычно устанавливают транзисторный ключ. Для индикации отсчета времени предусмотрен дисплей.

Заключение

Устройства на микроконтроллерах пользуются все большей популярностью благодаря дешевизне, компактности, доступности программного обеспечения и библиотек готовых кодов. Кроме того, микроконтроллеры потребляют минимум электрической энергии, а цифровой интерфейс легко связать с внешними переключателями, индикаторами, блоками внешнего оборудования, персональными компьютерами.

Аналоги на дискретных компонентах более громоздки, «прожорливы» и уступают позиции современной электронике на промышленных производствах и в бытовой сфере.