Microcontroller (MCU) adalah sejenis chip sirkuit terintegrasi, yang mengintegrasikan unit pemrosesan pusat (CPU), memori (RAM, ROM), berbagai antarmuka input/output (I/O) dan modul fungsional lainnya pada chip silikon kecil. Ditandai dengan ukuran kecil, konsumsi daya rendah, fungsi rendah, dan fungsi yang kuat, mikrokontroler banyak digunakan dalam berbagai perangkat dan sistem elektronik, seperti peralatan rumah tangga, kontrol industri, peralatan komunikasi, elektronik otomotif, dll.
Proses kerja mikrokontroler dapat dibagi menjadi langkah -langkah berikut:
1. Power-on Reset:Ketika mikrokontroler terhubung ke catu daya, ia secara otomatis akan melakukan reset power-on untuk menghapus register internal dan mempersiapkan operasi normal.
2. Instruksi Fetch:Setelah reset selesai, MCU mengambil instruksi dari memori program dan menyimpannya dalam daftar instruksi.
3. Decoding Instruksi:Decoder instruksi dari mikrokontroler mendekode instruksi dalam register instruksi untuk menentukan operasi yang akan dilakukan.
4. Eksekusi instruksi:Menurut hasil decoding, mikrokontroler melakukan operasi yang sesuai, seperti operasi data, penilaian logika, output kontrol dan sebagainya.
5. Pemrosesan interupsi:Selama pelaksanaan instruksi, jika menemukan permintaan interupsi, MCU akan menghentikan pelaksanaan instruksi saat ini dan pergi untuk menangani program layanan interupsi.
6. Eksekusi siklik:MCU mengulangi proses di atas sesuai dengan urutan instruksi dalam memori program untuk mewujudkan berbagai fungsi.
Berikut ini adalah deskripsi terperinci dari berbagai komponen mikrokontroler dan prinsip kerjanya.
1. CPU:Unit pemrosesan pusat (CPU) dari mikrokontroler adalah inti dari seluruh sistem, yang bertanggung jawab untuk melaksanakan instruksi dalam program. CPU terutama terdiri dari unit logika aritmatika (ALU), unit kontrol (CU) dan grup register. ALU bertanggung jawab untuk melaksanakan semua jenis penilaian aritmatika dan logis data; CU bertanggung jawab untuk mendekodekan dan mengendalikan instruksi; dan grup register digunakan untuk menyimpan data dan hasil perantara.
2. Memori:Memori mikrokontroler terutama mencakup memori program (ROM) dan memori data (RAM). Memori program digunakan untuk menyimpan kode program tertulis; Memori data digunakan untuk menyimpan data dan variabel selama operasi.
3. Antarmuka I/O:Antarmuka I/O dari mikrokontroler digunakan untuk bertukar data dengan perangkat eksternal, dan antarmuka I/O termasuk antarmuka input (input), antarmuka output (output) dan antarmuka dua arah (dua arah). Antarmuka input digunakan untuk menerima data yang dikirim oleh perangkat eksternal; Antarmuka output digunakan untuk mengirim data ke perangkat eksternal; Antarmuka dua arah dapat menerima data yang dikirim oleh perangkat eksternal serta mengirim data ke perangkat eksternal.
4. Timer/Counter:Pengatur waktu/penghitung mikrokontroler digunakan untuk menghasilkan sinyal waktu atau menghitung peristiwa eksternal. Pengatur waktu/penghitung dapat menghasilkan sinyal pulsa dengan frekuensi atau jumlah tetap sesuai dengan frekuensi sinyal input.
5. Antarmuka Komunikasi Serial:Antarmuka komunikasi serial mikrokontroler digunakan untuk komunikasi serial dengan perangkat lain. Antarmuka komunikasi serial meliputi pemancar serial (pemancar serial) dan penerima serial (penerima serial), yang dapat mewujudkan transmisi data dupleks penuh atau setengah dupleks.
6. Analog-to-Digital Converter (ADC) dan Digital-to-Analog Converter (DAC):ADC dari mikrokontroler digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital untuk diproses; DAC digunakan untuk mengubah sinyal digital menjadi sinyal analog untuk output ke perangkat eksternal.
7. Sistem interupsi:Sistem interupsi mikrokontroler digunakan untuk menangani peristiwa yang tidak terduga dan meningkatkan kecepatan real-time dan respons sistem. Sistem interupsi termasuk sumber interupsi, pengontrol interupsi dan program layanan interupsi. Sumber interupsi adalah perangkat atau acara yang menghasilkan permintaan interupsi; Pengontrol interupsi bertanggung jawab untuk mengelola dan memprioritaskan permintaan interupsi; Dan program layanan interupsi adalah program yang menangani acara interupsi.
8. Sirkuit jam:Sirkuit jam dari mikrokontroler digunakan untuk memberikan sinyal clock yang stabil untuk menyinkronkan pekerjaan masing -masing modul. Sirkuit jam biasanya terdiri dari osilator internal dan pembagi jam. Osilator internal menghasilkan sinyal jam frekuensi tinggi; Pembagi jam membagi sinyal jam frekuensi tinggi menjadi sinyal jam frekuensi rendah yang cocok untuk pekerjaan setiap modul.
9. Sirkuit Catu Daya:Sirkuit catu daya mikrokontroler digunakan untuk memberikan tegangan catu daya yang stabil untuk seluruh sistem. Sirkuit catu daya biasanya mencakup regulator tegangan dan filter. Regulator tegangan menstabilkan tegangan suplai input ke tegangan yang cocok untuk operasi mikrokontroler; Filter digunakan untuk menghilangkan kebisingan dan fluktuasi tegangan suplai.
10. Sirkuit Perifer:Sirkuit perifer dari mikrokontroler mencakup berbagai sensor, aktuator dan sirkuit tambahan lainnya. Sensor digunakan untuk mendeteksi perubahan dalam lingkungan eksternal; Aktuator digunakan untuk menggerakkan perangkat eksternal sesuai dengan sinyal kontrol; dan sirkuit tambahan digunakan untuk mewujudkan fungsi tertentu, seperti amplifier dan filter.
Singkatnya, mikrokontroler adalah komputer mikro yang sangat terintegrasi, yang mewujudkan kontrol dan manajemen berbagai perangkat melalui berbagai modul fungsi internal dan sirkuit perifer eksternal. Proses kerja mikrokontroler dapat dibagi menjadi beberapa langkah seperti reset power-on, pengambilan instruksi, penguraian instruksi, pelaksanaan instruksi, penanganan interupsi dan eksekusi loop. Memahami komposisi dan prinsip kerja mikrokontroler membantu kita untuk merancang dan mengembangkan berbagai perangkat dan sistem elektronik yang lebih baik.