Le persone dovevano fare affidamento sui messaggeri per ricevere e inviare messaggi in passato. Alla fine del 19° secolo, ci fu una pietra miliare nel settore delle comunicazioni con il rilascio del primo telefono. Questa introduzione ha cambiato il modo in cui le persone interagiscono e comunicano tra loro.
Tuttavia, il progresso non si è fermato qui. Dopo più di un secolo, il telefono cellulare è stato introdotto con funzionalità più avanzate come funzionalità touchscreen, invio e ricezione di e-mail e molte altre. Queste funzionalità avanzate sono supportate da due dei componenti primari di uno smartphone: microprocessori e microcontrollori.
Questo articolo discute ciò che devi sapere su uno dei componenti primari degli smartphone, il microcontrollore. Qui imparerai cos'è un microcontrollore, la sua classificazione e altro ancora.
1. Che cos'è un microcontrollore?
Quando si parla di computer e dispositivi elettronici, molto clamore va ai microprocessori. Tuttavia, un altro componente critico del tuo smartphone merita un po' di gloria: il microcontrollore.
Un microcontrollore si riferisce a un dispositivo a circuito integrato (IC) che gestisce le funzioni di un sistema elettronico. È ottimizzato per il software e posizionato permanentemente all'interno dello smartphone per eseguire funzioni specifiche, come la risposta al touchscreen.
Unità microcontrollore (MCU) è un termine ben scelto che ne definisce le caratteristiche. Il prefisso 'micro' descrive la piccolezza del sistema. Nel frattempo, "controllore" descrive la capacità del sistema di controllare altre parti di un sistema elettronico, solitamente tramite un'unità a microprocessore e altre periferiche.
Le prestazioni dell'MCU dipendono dalla funzionalità e dall'agilità del processore digitale e della memoria e da altri dispositivi periferici progettati per aiutare il sistema a interagire con altri sistemi.
2. Microprocessori vs Microcontrollori
A volte, le persone possono usare il termine "microprocessore" quando si fa riferimento a un microcontrollore, ma dovresti capire una netta differenza tra i due dispositivi.
Cominciamo col capire cos'è un microprocessore. Un microprocessore si riferisce a un'unità di controllo di un sistema informatico che esegue operazioni di unità logica aritmetica (ALU) e comunica con altri dispositivi ad essa collegati. Il dispositivo si trova su un unico chip a circuito integrato contenente molti piccoli componenti come semiconduttori, transistor, diodi, transistor e altro ancora che funzionano insieme, aiutando il tuo telefono a fare il suo lavoro.
- Un microprocessore funge da cuore di un sistema informatico; cioè, tutto ciò che fa un computer è descritto dalle istruzioni dei programmi per computer. Il microprocessore esegue queste istruzioni molti milioni al secondo. Nel frattempo, i microcontrollori fungono da cuore di un'applicazione incorporata.
- Un microprocessore è solo un processore; quindi, la memoria e i dispositivi periferici, come i dispositivi di input e output (I/O), devono essere collegati esternamente, quindi diventa ingombrante e più complesso. D'altra parte, un microcontrollore ha un processore e sistemi di memoria e I/O integrati, quindi il circuito è piccolo e meno complesso.
- Il microcontrollore ha più unità di memorizzazione di memoria ad alta velocità rispetto al microprocessore in termini di registri. Pertanto, la maggior parte delle operazioni nei microprocessori sono basate sulla memoria.
3. Classificazione dei microcontrollori
I microcontrollori possono essere classificati come segue:
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Larghezza del bus
Il bus descrive le linee parallele utilizzate per collegare diversi componenti del microcontrollore. Trasmette dati e istruzioni tra i componenti del dispositivo di controllo.
I microcontrollori sono classificati in microcontrollori a 8 bit, 16 bit e 32 bit in base alla larghezza del bus.
Un microcontrollore a 8 bit ha una larghezza del bus di 1 byte. Pertanto, può trasferire ed eseguire i dati di otto bit in un unico ciclo. Il principale svantaggio di questo microcontrollore è quando elabora le operazioni ALU. Pertanto, se sta elaborando dati a 16 bit, utilizzerà più cicli per completare la sua operazione, causando scarse prestazioni e imprecisioni.
Nel frattempo, un microcontrollore a 16 bit ha una larghezza del bus di 2 byte. È più efficiente e preciso di un microcontrollore a 8 bit. Elabora dati di 16 bit in un unico ciclo.
Infine, un microcontrollore a 32 bit ha una larghezza del bus di 32 bit o 4 byte di lunghezza. Questo microcontrollore ha prestazioni e occorrenza superiori rispetto al tipo a 16 bit. Tuttavia, è più costoso e consuma più energia. È più adatto per eseguire complesse attività di elaborazione del segnale audio e video. Semplifica inoltre l'integrazione di più periferiche, come un bus seriale universale (USB). Puoi scegliere tra diversi microcontrollori a 32 bit, tra cui STM32F031G6U6 e altri marchi rinomati che hanno guadagnato popolarità negli ultimi anni grazie alle loro elevate prestazioni e precisione.
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Memorie
Un microcontrollore di memoria incorporato ha tutti i blocchi di memoria essenziali integrati all'interno di un singolo chip. Questi blocchi funzionali includono un timer, interrupt, programma e memoria dati. Questi sono fissi, quindi non sono espandibili; tuttavia, puoi utilizzare una memoria di sola lettura (ROM) esterna per estendere la memoria del tuo microcontrollore.
D'altra parte, un microcontrollore di memoria esterna non ha uno dei blocchi funzionali incorporati all'interno del suo chip; quindi, deve connettersi a un blocco esterno. Il collegamento di moduli esterni aumenta le dimensioni del microcontrollore.
4. Componenti di base dei microcontrollori
Un microcontrollore ha altri componenti integrati in un circuito per eseguire funzioni specifiche. Questi includono:
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CPU dell'unità di elaborazione centrale
Una CPU funge da cervello del microcontrollore del tuo smartphone. L'unità recupera un'istruzione, comprende cosa significa e infine la esegue. Allo stesso modo, l'unità collega ogni componente del microcontrollore in un unico circuito, quindi l'esecuzione di funzioni specifiche diventa più semplice. Tuttavia, è essenziale monitore la temperatura della tua CPU, per evitare problemi a lungo termine che potrebbero influire sulle prestazioni del tuo smartphone.
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Porti e registri
Porte e registri si riferiscono a posizioni di memoria speciali dedicate a funzioni speciali come la posizione hardware. Tuttavia, alcune porte potrebbero essere dedicate alla funzionalità I/O del chip del microcontrollore. È inoltre possibile modificare l'assegnazione dei pin del microcontrollore (da pin di ingresso a pin di uscita) inserendo 1 o 0 in un indirizzo di porta specifico.
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Convertitore da analogico a digitale (ADC)
Come suggerisce il nome, questo componente è responsabile della conversione dei segnali analogici in digitali. Ad esempio, quando si utilizza lo smartphone, il tocco sullo schermo è l'ingresso analogico in questo convertitore. ADC convertirà l'input del sensore in un formato digitale e lo schermo risponderà di conseguenza.
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Timer
A seconda del tipo di smartphone, un microcontrollore può avere più di un timer o contatore. Questo componente è responsabile di tutte le funzioni di temporizzazione e conteggio di un microcontrollore. Alcune delle sue funzioni includono modulazioni, misurazione della frequenza, generazione di impulsi e conteggio di impulsi esterni.
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Memorie
La memoria in un microcontrollore viene utilizzata per memorizzare dati e programmi. Il sistema dispone di una determinata quantità di memoria ad accesso casuale, ROM e altre memorie flash per la memorizzazione e la gestione dei codici sorgente del programma.
Conclusione
Come discusso, l'introduzione dei telefoni cellulari ha cambiato il modo in cui le persone interagiscono e comunicano tra loro. I componenti principali di smartphone, microprocessori e microcontrollori supportavano funzionalità avanzate come touchscreen e altre funzionalità.
