Mikrokontrolery
Mikrokontrolery i mikroprocesory są zaliczane do jednych z najczęściej wykorzystywanych układów scalonych, już od momentu wprowadzenia na rynek na początku lat 70. XX wieku procesora Intel 4004. Mikroprocesory są nieodłącznym elementem budowy komputerów, telefonów, tabletów, zestawów kina domowego i wielu innych urządzeń multimedialnych. Również współcześnie produkowane automaty do napojów, samochody, motocykle, statki powietrzne i wodne czy też cyfrowe systemy pomiarowe - do realizowania niezbędnych funkcji, jako układ sterowania wykorzystują mikroprocesor. Rosnąca popularność mikroprocesorów oraz systemów wbudowanych, przyczyniła się do powstania mikrokontrolera, który działa na podobnej zasadzie co mikroprocesor i wykazuje wiele podobieństw do niego, ale także różnic. W tym artykule przedstawiono podstawowy zarys budowy mikrokontrolerów oraz przykłady popularnych mikrokontrolerów stosowanych we współcześnie produkowanych urządzeniach elektronicznych.
Mikrokontroler – mniejsza, bardziej kompaktowa wersja procesora z niezbędnym osprzętem
Podobnie jak mikroprocesory, również mikrokontrolery są układami elektronicznymi, które realizują szereg instrukcji zapisanych w kodzie programu, który jest zapisany najczęściej w pamięci FLASH. Natomiast dane do obliczeń są przetrzymywane w pamięci EPROM lub EEPROM, a do pobierania danych do obliczeń jest używana pamięć RAM, która w przeciwieństwie do pamięci FLASH i EPROM jest pamięcią ulotną, tj. wszystkie dane w niej zapisane zostają utracone po wyłączeniu zasilania. W przypadku mikroprocesora, układy pamięci są umieszczone na zewnątrz, zaś w przypadku mikrokontrolera, stanowią one jego integralną część. Mikroprocesor wykonuje wszystkie instrukcje w ustalonej kolejności, synchronicznie z impulsami sterującymi, które są generowane przez zewnętrzny lub w budowany rezonator kwarcowy. Ważnym elementem jest także układ watchdog, który nadzoruje prawidłowość funkcjonowania mikrokontrolera. Mikrokontrolery zajmują mniej miejsca fizycznego niż mikroprocesory, zużywają mniej energii, a do funkcjonowania wymagają jedynie zaledwie kilku elementów zewnętrznych, dzięki czemu są bardzo tanie w zakupie i eksploatacji. Natomiast mikroprocesory charakteryzują się zdecydowanie bardziej rozbudowanym zestawem instrukcji oraz wymagają do działania większej ilości elementów współpracujących. Wyróżnia je także znacznie wyższa moc obliczeniowa, dzięki której mogą one realizować obsługę takich zadań jak gry komputerowe, tworzenie dokumentów, przeglądanie internetu, obróbka graficzna i wiele innych zadań, które wymagają dużej ilości pamięci oraz wysokiej częstotliwości taktowania procesora. Ponadto, mikrokontrolery w porównaniu do mikroprocesorów wykazują znacznie zredukowany zestaw instrukcji i są zwykle wykorzystywane jako układy sterowania w aplikacjach sprzętowych, takich jak np. sterowniki silników i oświetlenia, roboty, elektronarzędzia ręczne, a także w syntezatorach muzycznych. Komunikacja mikrokontrolera z osprzętem zewnętrznym jest realizowana za pomocą systemu programowalnych wejść i wyjść analogowych i cyfrowych.
Mikrokontrolery AVR – uniwersalność w najlepszej odsłonie
Mikrokontrolery AVR są na rynku obecne od 1997 roku i w dalszym ciągu korzysta z nich wielu hobbystów jak i profesjonalistów. Te małe układy elektroniczne odznaczają się wieloma zaletami, a przede wszystkim niską ceną, bardzo szerokim wachlarzem zastosowań i przystępnie napisaną dokumentacją techniczną. Mikrokontrolery AVR mogą stanowić kamień węgielny pod wiele ciekawych projektów maszyn i urządzeń. Do przykładowych zastosowań należą m.in. sterowniki oświetlenia i silników elektrycznych, wyświetlacze i pulpity sterownicze, a także urządzenia pomiarowe i diagnostyczne. Co więcej, jeden z najpopularniejszych mikrokontrolerów AVR, tj. Atmega 328p, jest najważniejszym podzespołem znajdującym się we większości płytek prototypowych Arduino. Na studiach technicznych w ramach kursów poruszających zagadnienia związane z elektroniką i techniką mikroprocesorową, mikrokontrolery AVR są bardzo często brane na tapetę, ponieważ stanowią one znakomitą bazę ćwiczeniową pod wykształcenie umiejętności programowania, która jest potrzebna na rynku pracy w coraz większej ilości zawodów inżynierskich, nawet nie związanych stricte z informatyką i elektroniką.
STM32 – mikrokontrolery dla wymagających
Dla bardziej wymagających użytkowników, którzy mają doświadczenie z programowaniem 8-bitowych AVR-ów, jedną z najlepszych propozycji będą 32-bitowe mikrokontrolery firmy ST Microelectronics. Występują one w formie osobnych układów scalonych, a także w postaci wlutowanej w płytkę prototypową. Płytka zasilana z USB, jest fabrycznie wyposażona w niezbędne oprogramowanie konfiguracyjne, a sam proces instalacji i uruchomienia jest bardzo szybki. Środowisko STM32 obejmuje także programator, kompilator i debugger. Mikrokontroler STM32 zaprojektowany w 32-bitowej architekturze ARM to znakomite rozwiązanie szczególnie w przypadku projektów urządzeń, które mają zwiększone zapotrzebowanie na moc obliczeniową, a zastosowanie AVR-ów może okazać się niewystarczające.