მიკროკონტროლერები

მიკროკონტროლერები
მიკროკონტროლერი (MCU მიკროკონტროლის ერთეულისთვის ) არის პატარა კომპიუტერი ერთ მეტალ-ოქსიდურ-ნახევარგამტარ (MOS) ინტეგრირებული მიკროსქემის (IC) ჩიპზე. თანამედროვე ტერმინოლოგიაში იგი მსგავსია, მაგრამ ნაკლებად დახვეწილი, ვიდრე ჩიპური სისტემისთვის (SoC); SoC შეიძლება შეიცავდეს მიკროკონტროლს, როგორც მისი ერთ-ერთი კომპონენტი. მიკროკონტროლერი შეიცავს ერთ ან მეტ CPU- ს (პროცესორის ბირთვს ) მეხსიერებასთან და პროგრამირებადი შეყვანის / გამოსვლის პერიფერიასთან ერთად. პროგრამულ მეხსიერებას ფეროშენოვანი RAM, NOR flash ან OTP ROM ფორმაში ასევე ხშირად შედის ჩიპზე, ასევე მცირე რაოდენობით ოპერატიული მეხსიერება . მიკროკონტროლები განკუთვნილია ჩაშენებული პროგრამებისთვის, პერსონალური კომპიუტერების ან ზოგადი დანიშნულების სხვა აპლიკაციებში გამოყენებული მიკროპროცესორებისგან განსხვავებით, რომლებიც შედგება სხვადასხვა დისკრეტული ჩიპებისაგან.
მიკროკონტროლები გამოიყენება ავტომატურად კონტროლირებად პროდუქტებსა და მოწყობილობებში, მაგალითად, საავტომობილო ძრავის კონტროლის სისტემებში, იმპლანტირებადი სამედიცინო აპარატების, დისტანციური მართვის, საოფისე აპარატების, ტექნიკის, ელექტრული ხელსაწყოების, სათამაშოების და სხვა ჩადგმული სისტემების საშუალებით . შემცირებით ზომა და ღირებულება იმ დიზაინთან შედარებით, რომელიც იყენებს ცალკე მიკროპროცესორის, მეხსიერებისა და შეყვანის / გამოსვლის მოწყობილობებს, მიკროკონტროლერები ეკონომიკურად ხდებიან ციფრული კონტროლი კიდევ უფრო მეტ მოწყობილობებზე და პროცესებზე. შერეული სიგნალის მიკროკონტროლერები ჩვეულებრივია, ანალოგური კომპონენტების ინტეგრირება, რომლებიც საჭიროა ციფრული ელექტრონული ელექტრონული სისტემების გასაკონტროლებლად. საგანთა ინტერნეტის კონტექსტში, მიკროკონტროლერი არის მონაცემთა შეგროვების ეკონომიური და პოპულარული საშუალება, ფიზიკური სამყაროს შეგრძნება და მოქმედება, როგორც კიდური მოწყობილობები .
ზოგიერთი microcontrollers შეიძლება გამოიყენოთ ოთხი-bit სიტყვა და მოქმედებს სიხშირეზე, როგორც მინიმუმ დაბალი დენის მოხმარება (ერთნიშნა milliwatts ან microwatts). მათ ზოგადად აქვთ ფუნქციის შენარჩუნების შესაძლებლობა, როდესაც ელოდებათ ისეთ ღონისძიებას, როგორიცაა ღილაკის პრესა ან სხვა შეფერხება ; ძილის დროს ენერგიის მოხმარება (პროცესორის საათი და პერიფერიების უმეტესობა გამორთულია) შეიძლება იყოს მხოლოდ ნანოვატები, რაც ბევრ მათგანს კარგად შეეფერება ხანგრძლივ ბატარეის პროგრამებისთვის. სხვა მიკროკონტროლერებს შეიძლება ემსახურებოდეს შესრულების კრიტიკული როლები, სადაც შეიძლება საჭირო გახდეს ციფრული სიგნალის პროცესორის (DSP) მსგავსად მოქმედება, საათის უფრო მაღალი სიჩქარით და ენერგიის მოხმარებით.
როგორც მიკროპროცესორის, ისე მიკროკონტროლის წარმოშობას შეიძლება მიეკუთვნებოდეს MOSFET (მეტალ-ოქსიდი-ნახევარგამტარული ველის ეფექტის ტრანზისტორი) გამოგონება, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც MOS ტრანზისტორი. ის გამოიგონეს მუჰამედ მ. ატალამ და Dawon Kahng- მა Bell Labs- ში 1959 წელს და პირველად აჩვენეს 1960 წელს. იმავე წელს, Atalla შემოთავაზებული კონცეფცია MOS მიკროსქემების, რომელიც იყო მიკროსქემების ჩიპი შეთითხნილი საწყისი MOSFETs. 1964 წლისთვის MOS ჩიპებმა მიაღწიეს უფრო მაღალ ტრანზისტორი სიმკვრივეს და წარმოების უფრო დაბალ ხარჯებს, ვიდრე ბიპოლარული ჩიპები. MOS ჩიპები კიდევ უფრო გაიზარდა სირთულის მიხედვით Moore- ს კანონით გათვალისწინებული კურსი, რასაც მოჰყვა ფართომასშტაბიანი ინტეგრაცია (LSI) ასობით ტრანზისტორით ერთ MOS ჩიპზე 1960-იანი წლების ბოლოს. MOS LSI- ის ჩიპების კომპიუტერული პროგრამაზე გამოყენების საფუძველი გახდა პირველი მიკროპროცესორებისთვის, რადგან ინჟინრებმა შეძლეს იმის აღიარება, რომ სრული კომპიუტერული პროცესორი შეიძლება შეიცავდეს ერთ MOS LSI ჩიპს.
პირველი მრავალ – ჩიპიანი მიკროპროცესორები, ოთხფაზიანი სისტემები AL1 1969 წელს და Garrett AiResearch MP944 1970 წელს, შეიქმნა მრავალჯერადი MOS LSI ჩიპებით. პირველი ჩიპიანი მიკროპროცესორი იყო Intel 4004, რომელიც გამოვიდა ერთ MOS LSI ჩიპზე 1971 წელს. იგი შეიმუშავა ფედერიკო ფაგინმა, მისი სილიკონის კარიბჭის MOS ტექნოლოგიის გამოყენებით, ინტელის ინჟინერებთან მარსიან ჰოფთან და სტენ მაზორთან და ბზიკომის ინჟინერ მასატოშის შიმასთან ერთად . მას მოჰყვა 4-ბიტიანი Intel 4040, 8-bit Intel 8008 და 8-bit Intel 8080 . ყველა ამ პროცესორს დასჭირდა რამდენიმე გარე ჩიპი სამუშაო სისტემის განსახორციელებლად, მათ შორის მეხსიერება და პერიფერული ინტერფეისის ჩიპები. შედეგად, სისტემის ჯამურმა ღირებულებამ რამდენიმე ასეული (1970-იანი აშშ) დოლარი შეადგინა, რამაც შეუძლებელი გახადა მცირე ზომის ტექნიკის კომპიუტერიზაცია. MOS Technology– მა შემოიტანა 100 – დოლარიანი მიკროპროცესორი, 6501 და 6502, რომლის ძირითადი მიზანია ამ ეკონომიკური დაბრკოლების გადასაჭრელად, მაგრამ ამ მიკროპროცესორებს ჯერ კიდევ სჭირდებოდათ გარე მხარდაჭერა, მეხსიერება და პერიფერიული ჩიპები, რომლებიც ინახავდნენ მთლიანი სისტემის ღირებულებას ასობით დოლარში.
ერთი წიგნი კრედიტს უწევს TI ინჟინრებს გარი ბოონს და მაიკლ კოქრანს 1971 წელს პირველი მიკროკონტროლის წარმატებით შექმნით. მათი მუშაობის შედეგი იყო TMS 1000, რომელიც კომერციულად ხელმისაწვდომი გახდა 1974 წელს. იგი აერთიანებს მხოლოდ წაკითხულ მეხსიერებას, წაკითხული / ჩაწერის მეხსიერებას, პროცესორსა და საათს ერთ ჩიპზე და მიზნად ისახავდა ჩართულ სისტემებს.
ნაწილობრივ პასუხად ერთ ჩიპიანი TMS 1000 – ის არსებობის საპასუხოდ, Intel– მა შეიმუშავა კომპიუტერული სისტემა ჩიპზე ოპტიმიზირებული საკონტროლო პროგრამებისთვის, Intel 8048, კომერციულ ნაწილებთან პირველი გადაზიდვა 1977 წელს. იგი აერთიანებს RAM და ROM იმავე ჩიპს მიკროპროცესორთან. მრავალრიცხოვან აპლიკაციებს შორის, ეს ჩიპი საბოლოოდ იპოვნებს გზას მილიარდზე მეტი კომპიუტერის კლავიატორში. იმ დროს Intel– ის პრეზიდენტმა, ლუკ ჯ. ვალენტერმა განაცხადა, რომ მიკროკონტროლი კომპანიის ისტორიის ერთ – ერთი ყველაზე წარმატებული პროდუქტი იყო და მან მიკროკონტროლერი განყოფილების ბიუჯეტი 25% -ით გააფართოვა.
ამ დროს მიკროკონტროლელთა უმეტესობას ერთდროული ვარიანტები ჰქონდა. მათ ჰქონდათ EPROM პროგრამის მეხსიერება, რომელსაც აქვს გამჭვირვალე კვარცის ფანჯარა პაკეტის სახურავში, რათა ის გაშრეს ულტრაიისფერი შუქის ზემოქმედებით. ამ წაშლილი ჩიპები ხშირად იყენებდნენ პროტოტიპისთვის. სხვა ვარიანტი იყო ან ნიღაბი პროგრამირებული ROM ან PROM ვარიანტი, რომელიც მხოლოდ ერთხელ პროგრამირდებოდა. ამ უკანასკნელისთვის ზოგჯერ გამოყენებული იყო OTP აღნიშვნა, რომელიც იდგა "ერთჯერადი პროგრამირებისთვის". OTP მიკროკონტროლერის პირობებში, PROM ჩვეულებრივ იდენტური ტიპის იყო, როგორც EPROM, მაგრამ ჩიპ პაკეტს არ ჰქონდა კვარცის ფანჯარა; იმის გამო, რომ არ არსებობს საშუალება EPROM- ს ულტრაიისფერი შუქისადმი გამოქვეყნებისთანავე, მისი წაშლა არ შეეძლო. იმის გამო, რომ წაშლილი ვერსიები კერამიკულ ფანჯრებთან კერამიკულ პაკეტებს მოითხოვდნენ, ისინი გაცილებით ძვირი ღირდა ვიდრე OTP ვერსიები, რომელთა დამზადებაც დაბალ ფასად გაუმჭვირვალე პლასტმასის პაკეტებში იყო შესაძლებელი. წაშლილი ვარიანტებისთვის, კვარცი იყო საჭირო, უფრო ძვირიანი შუშის ნაცვლად, ულტრაიისფერი შუქისთვის მისი გამჭვირვალობისთვის — რომლის მინისაც მეტწილად გაუმჭვირვალეა — მაგრ ამ მთავარი ფასების დიფერენციატორი იყო თავად კერამიკული პაკეტი.
1993 წელს EEPROM მეხსიერების შემოღებამ საშუალება მისცა მიკროკონტროლერებს (დაწყებული Microchip PIC16C84- ით ) სწრაფად წაშლა ელექტრონული ელექტრონუ ლი ფენის გარეშე, ძვირადღირებული პაკეტის გარეშე, როგორც ეს საჭიროა EPROM– სთვის, რაც საშუალებას აძლევდა როგორც სწრაფ პროტოტიპებს, ასევე სისტემაში პროგრამირებას . (EEPROM ტექნოლოგია ამ დრომდე იყო ხელმისაწვდომი, მაგრამ ადრე EEPROM უფრო ძვირი და ნაკლებად გამძლე იყო, რაც მას არასაკმარისი მასობრივი წარმოების მიკროკონტროლერებისთვის უვარგისად გახდიდა.) ) იმავე წელს, ატმელმა შემოიტანა პირველი მიკროკონტროლერი Flash მეხსიერების გამოყენებით, სპეციალური ტიპის EEPROM. ს ხვა კომპანიები სწრაფად დაჰყვნენ სარჩელს, მეხსიერების ორივე ტიპთან.
დღესდღეობით მიკროკონტროლერები არის იაფი და ადვილად ხელმისაწ ვდომი ჰობიალისტებისთვის, დიდი ონლაინ საზოგადოებებით, გარკვეული პროცესორების გარშემო .