La gent havia de confiar en els missatgers per rebre i enviar missatges en el passat. A finals del segle XIX, hi va haver una fita important en la indústria de la comunicació amb el llançament del primer telèfon. Aquesta introducció va canviar la manera com les persones interactuen i es comuniquen entre elles.
Tanmateix, l'avenç no es va aturar aquí. Després de més d'un segle, el telèfon mòbil es va presentar amb funcions més avançades, com ara la capacitat de pantalla tàctil, enviar i rebre correus electrònics i moltes altres. Aquestes funcions avançades són compatibles amb dos dels components principals d'un telèfon intel·ligent: microprocessadors i microcontroladors.
En aquest article s'explica el que cal saber sobre un dels components principals dels telèfons intel·ligents, el microcontrolador. Aquí aprendràs què és un microcontrolador, la seva classificació i molt més.
1. Què és un microcontrolador?
Quan es parla d'ordinadors i dispositius electrònics, molta fanfàrria va als microprocessadors. Tanmateix, un altre component crític del vostre telèfon intel·ligent mereix una mica de glòria: el microcontrolador.
Un microcontrolador fa referència a un dispositiu de circuit integrat (IC) que gestiona les funcions d'un sistema electrònic. Està optimitzat per al programari i es col·loca permanentment dins del telèfon intel·ligent per dur a terme funcions específiques, com ara la resposta de la pantalla tàctil.
Unitat de microcontrolador (MCU) és un terme ben escollit que defineix les seves característiques. El prefix "micro" descriu la petitesa del sistema. Mentrestant, "controlador" descriu la capacitat del sistema per controlar altres parts d'un sistema electrònic, normalment mitjançant una unitat de microprocessador i altres perifèrics.
El rendiment de l'MCU depèn de la funcionalitat i l'agilitat del processador digital i la memòria, i d'altres dispositius perifèrics dissenyats per ajudar el sistema a interactuar amb altres sistemes.
2. Microprocessadors vs Microcontroladors
De vegades, la gent pot utilitzar el terme "microprocessador" quan es refereix a un microcontrolador, però hauríeu d'entendre una diferència clara entre els dos dispositius.
Comencem per entendre què és un microprocessador. Un microprocessador fa referència a una unitat de control d'un sistema informàtic que realitza operacions d'unitat aritmètica lògica (ALU) i es comunica amb altres dispositius connectats a ella. El dispositiu es troba en un únic xip de circuit integrat que conté molts components petits com ara semiconductors, transistors, díodes, transistors i molt més que funcionen junts, ajudant al vostre telèfon a fer la seva feina.
- Un microprocessador actua com el cor d'un sistema informàtic; és a dir, tot el que fa un ordinador està descrit per les instruccions dels programes informàtics. El microprocessador realitza aquestes instruccions molts milions per segon. Mentrestant, els microcontroladors actuen com el cor d'una aplicació integrada.
- Un microprocessador és només un processador; per tant, els dispositius de memòria i perifèrics, com els dispositius d'entrada i sortida (I/O), s'han de connectar externament, de manera que esdevé voluminós i més complex. D'altra banda, un microcontrolador té un processador i memòria incorporada i sistemes d'E/S, de manera que el circuit és petit i menys complex.
- El microcontrolador té més unitats d'emmagatzematge de memòria d'alta velocitat que el microprocessador en termes de registres. Així, la majoria de les operacions en microprocessadors es basen en memòria.
3. Classificació dels Microcontroladors
Els microcontroladors es poden classificar de la següent manera:
-
Amplada del bus
El bus descriu les línies paral·leles utilitzades per connectar diferents components del microcontrolador. Transmet dades i instruccions entre els components del dispositiu de control.
Els microcontroladors es classifiquen en microcontroladors de 8 bits, 16 bits i 32 bits segons l'amplada del bus.
Un microcontrolador de 8 bits té una amplada de bus d'1 byte. Així, pot transferir i executar les dades de vuit bits en un sol cicle. El principal desavantatge d'aquest microcontrolador és quan processa operacions ALU. Per tant, si està processant dades de 16 bits, utilitzarà diversos cicles per completar el seu funcionament, la qual cosa comportarà un rendiment baix i imprecisions.
Mentrestant, un microcontrolador de 16 bits té una amplada de bus de 2 bytes. És més eficient i precís que un microcontrolador de 8 bits. Tracta dades de 16 bits en un sol cicle.
Finalment, un microcontrolador de 32 bits té una amplada de bus de 32 bits o 4 bytes de llarg. Aquest microcontrolador té un rendiment i una ocurrència superiors al tipus de 16 bits. No obstant això, és més car i consumeix més energia. És el més adequat per realitzar tasques complexes de processament de senyals d'àudio i vídeo. També facilita la integració de diversos perifèrics, com ara un bus sèrie universal (USB). Podeu triar entre diversos microcontroladors de 32 bits, inclòs STM32F031G6U6 i altres marques de renom que han guanyat popularitat durant els últims anys a causa del seu alt rendiment i precisió.
-
Memòria
Un microcontrolador de memòria incrustat té tots els blocs de memòria essencials integrats dins d'un sol xip. Aquests blocs funcionals inclouen un temporitzador, interrupcions, programa i memòria de dades. Aquestes són fixes, de manera que no són ampliables; no obstant això, podeu utilitzar una memòria externa de només lectura (ROM) per ampliar l'emmagatzematge del vostre microcontrolador.
D'altra banda, un microcontrolador de memòria externa no té cap dels blocs funcionals incrustat dins del seu xip; per tant, s'ha de connectar a un bloc extern. La connexió de mòduls externs augmenta la mida del microcontrolador.
4. Components bàsics dels microcontroladors
Un microcontrolador té altres components integrats en un circuit per realitzar funcions específiques. Això inclou:
-
Unitat central de processament CPU
Una CPU actua com el cervell del microcontrolador del vostre telèfon intel·ligent. La unitat agafa una instrucció, entén què vol dir i finalment l'executa. Així mateix, la unitat connecta tots els components del microcontrolador en un únic circuit, de manera que la realització de funcions específiques es fa més fàcil. Tanmateix, és essencial controlar la temperatura de la CPU, per evitar problemes a llarg termini que podrien afectar el rendiment del vostre telèfon intel·ligent.
-
Ports i Registres
Els ports i registres fan referència a ubicacions de memòria especials dedicades a funcions especials, com ara la ubicació del maquinari. Tanmateix, alguns ports poden estar dedicats a la funcionalitat d'E/S del xip del microcontrolador. També podeu canviar l'assignació de pins del microcontrolador (pin d'entrada a pin de sortida) inserint 1 o 0 a una adreça de port específica.
-
Convertidor analògic a digital (ADC)
Com el seu nom indica, aquest component s'encarrega de convertir els senyals analògics en digitals. Per exemple, quan utilitzeu el vostre telèfon intel·ligent, el toc de la pantalla és l'entrada analògica d'aquest convertidor. ADC convertirà l'entrada del sensor en una forma digital i la pantalla respondrà en conseqüència.
-
Timer
Depenent del tipus de telèfon intel·ligent, un microcontrolador pot tenir més d'un temporitzador o comptador. Aquest component és responsable de totes les funcions de temporització i recompte d'un microcontrolador. Algunes de les seves funcions inclouen modulacions, mesura de freqüència, generació de polsos i recompte de polsos externs.
-
Memòria
La memòria d'un microcontrolador s'utilitza per emmagatzemar dades i programes. El sistema té una quantitat determinada de memòria d'accés aleatori, ROM i altres memòries flash per emmagatzemar i gestionar els codis font del programa.
Bottom Line
Com s'ha comentat, la introducció dels telèfons mòbils va canviar la manera com les persones interactuen i es comuniquen entre elles. Els components principals dels telèfons intel·ligents, els microprocessadors i els microcontroladors admetien funcions avançades com ara la pantalla tàctil i altres capacitats.
