NUC975DK61Y – Mạch tích hợp, nhúng, vi điều khiển – Tập đoàn công nghệ NUVOTON

1 Định nghĩa vi điều khiển

Vì bộ vi điều khiển là đơn vị logic số học, bộ nhớ, bộ đếm thời gian/máy tính và các mạch /O khác nhau, v.v. được tích hợp vào một chip, tạo thành một hệ thống máy tính hoàn chỉnh cơ bản nên nó còn được gọi là máy vi tính một chip.

Chương trình trong bộ nhớ vi điều khiển được sử dụng chặt chẽ với phần cứng của vi điều khiển và các mạch phần cứng ngoại vi, được phân biệt với phần mềm của PC và được gọi là chương trình vi điều khiển dưới dạng phần sụn.Nói chung, bộ vi xử lý là CPU trên một mạch tích hợp duy nhất, trong khi bộ vi điều khiển là CPU, ROM, RAM, VO, bộ hẹn giờ, v.v., tất cả đều nằm trên một mạch tích hợp duy nhất.So với CPU, vi điều khiển không có sức mạnh tính toán mạnh mẽ như vậy, cũng không có MemoryManaaement Unit, điều này khiến vi điều khiển chỉ có thể xử lý một số tác vụ điều khiển, logic và các tác vụ khác tương đối đơn giản và đơn giản và được sử dụng rộng rãi trong điều khiển thiết bị, xử lý tín hiệu cảm biến. và các lĩnh vực khác như một số thiết bị gia dụng, thiết bị công nghiệp, dụng cụ điện, v.v.

2 Cấu tạo của vi điều khiển

Bộ vi điều khiển bao gồm một số bộ phận: bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ và đầu vào/đầu ra:

-Bộ xử lý trung tâm:

Bộ xử lý trung tâm là thành phần cốt lõi của MCU, bao gồm hai phần chính là bộ phận vận hành và bộ điều khiển.

-Nhà điều hành

Toán tử bao gồm đơn vị số học & logic (ALU), bộ tích lũy và các thanh ghi, v.v. Vai trò của ALU là thực hiện các phép toán số học hoặc logic trên dữ liệu đến.ALU có khả năng cộng, trừ, khớp hoặc so sánh kích thước của hai dữ liệu này và cuối cùng lưu kết quả vào bộ tích lũy.

Toán tử có hai chức năng:

(1) Để thực hiện các phép tính số học khác nhau.

(2) Để thực hiện các hoạt động logic khác nhau và thực hiện các kiểm tra logic, chẳng hạn như kiểm tra giá trị bằng 0 hoặc so sánh hai giá trị.

Tất cả các thao tác do người vận hành thực hiện đều được điều khiển bởi các tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển và trong khi phép toán số học tạo ra kết quả số học thì phép toán logic tạo ra kết quả.

-Bộ điều khiển

Bộ điều khiển bao gồm bộ đếm chương trình, thanh ghi lệnh, bộ giải mã lệnh, bộ tạo thời gian và bộ điều khiển vận hành, v.v. Nó là “cơ quan ra quyết định” đưa ra các lệnh, tức là điều phối và chỉ đạo hoạt động của toàn bộ hệ thống máy vi tính.Chức năng chính của nó là:

(1) Truy xuất lệnh từ bộ nhớ và chỉ ra vị trí của lệnh tiếp theo trong bộ nhớ.

(2) Để giải mã và kiểm tra lệnh cũng như tạo ra tín hiệu điều khiển hoạt động tương ứng để tạo thuận lợi cho việc thực hiện hành động được chỉ định.

(3) Chỉ đạo và kiểm soát hướng luồng dữ liệu giữa CPU, bộ nhớ và các thiết bị đầu vào và đầu ra.

Bộ vi xử lý kết nối ALU, bộ đếm, thanh ghi và phần điều khiển thông qua bus bên trong và kết nối với bộ nhớ ngoài và các mạch giao diện đầu vào/đầu ra thông qua bus bên ngoài.Bus ngoài, còn gọi là bus hệ thống, được chia thành bus dữ liệu DB, bus địa chỉ AB và bus điều khiển CB, và được kết nối với các thiết bị ngoại vi khác nhau thông qua mạch giao diện đầu vào/đầu ra.

-Ký ức

Bộ nhớ có thể được chia thành hai loại: bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình.

Bộ nhớ dữ liệu được sử dụng để lưu dữ liệu và bộ nhớ chương trình được sử dụng để lưu trữ các chương trình và tham số.

-Đầu vào/Đầu ra -Liên kết hoặc điều khiển các thiết bị khác nhau

Cổng giao tiếp nối tiếp trao đổi dữ liệu giữa MCU và các thiết bị ngoại vi khác nhau, chẳng hạn như UART, SPI, 12C, v.v.

3 Phân loại vi điều khiển

Xét về số lượng bit, bộ vi điều khiển có thể được phân thành: 4 bit, 8 bit, 16 bit và 32 bit.Trong các ứng dụng thực tế, 32 bit chiếm 55%, 8 bit chiếm 43%, 4 bit chiếm 2% và 16 bit chiếm 1%.

Có thể thấy vi điều khiển 32 bit và 8 bit là những loại vi điều khiển được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.
Sự khác biệt về số bit không đại diện cho bộ vi xử lý tốt hay xấu, không phải số bit càng cao thì bộ vi xử lý càng tốt và cũng không phải số bit càng thấp thì bộ vi xử lý càng kém.

MCU 8 bit rất linh hoạt;chúng cung cấp khả năng lập trình đơn giản, tiết kiệm năng lượng và kích thước gói nhỏ (một số chỉ có sáu chân).Nhưng những bộ vi điều khiển này thường không được sử dụng cho các chức năng kết nối mạng và truyền thông.

Các giao thức mạng và ngăn xếp phần mềm liên lạc phổ biến nhất là 16 hoặc 32 bit.Các thiết bị ngoại vi liên lạc có sẵn cho một số thiết bị 8 bit, nhưng MCU 16 và 32 bit thường là lựa chọn hiệu quả hơn.Tuy nhiên, MCU 8 bit thường được sử dụng cho nhiều ứng dụng điều khiển, cảm biến và giao diện.

Về mặt kiến ​​trúc, bộ vi điều khiển có thể được chia thành hai loại: RISC (Máy tính tập lệnh rút gọn) và CISC (Máy tính tập lệnh phức tạp).

RISC là bộ vi xử lý thực thi ít loại lệnh máy tính hơn và có nguồn gốc từ những năm 1980 với máy tính lớn MIPS (tức là máy RISC) và bộ vi xử lý được sử dụng trong máy RISC được gọi chung là bộ xử lý RISC.Bằng cách này, nó có thể thực hiện các thao tác với tốc độ nhanh hơn (thêm hàng triệu lệnh mỗi giây, hay MIPS).Bởi vì máy tính cần thêm bóng bán dẫn và các phần tử mạch để thực hiện từng loại lệnh, nên tập lệnh máy tính càng lớn thì bộ vi xử lý càng phức tạp và thực hiện các thao tác chậm hơn.

CISC bao gồm một tập hợp vi lệnh phong phú giúp đơn giản hóa việc tạo các chương trình chạy trên bộ xử lý.Các hướng dẫn bao gồm hợp ngữ và một số chức năng phổ biến ban đầu được thực hiện bởi phần mềm được thực hiện bằng hệ thống hướng dẫn phần cứng thay thế.Công việc của người lập trình do đó giảm đi rất nhiều và một số thao tác hoặc thao tác bậc thấp hơn được xử lý đồng thời trong mỗi giai đoạn lệnh để tăng tốc độ thực thi của máy tính và hệ thống này được gọi là hệ thống lệnh phức tạp.

4 Tóm tắt

Một thách thức nghiêm trọng đối với các kỹ sư điện tử ô tô ngày nay là chế tạo một hệ thống ô tô có chi phí thấp, không gặp sự cố và ngay cả trong trường hợp xảy ra lỗi, hệ thống ô tô vẫn có thể hoạt động, hiệu suất của ô tô đang dần được cải thiện vào thời điểm hiện tại, các bộ vi điều khiển dự kiến ​​​​sẽ nâng cao hiệu suất của các bộ phận điều khiển điện tử ô tô.