Микроконтроллеры

Микроконтро́ ллером называют однокристальное электронное устройство (микросхему), в составе которого имеются процессор, память, различные периферийные устройства. Иными словами, это компьютер, выполненный на одном кристалле, способный выполнять задачи различной степени сложности, в зависимости от конфигурации.

Использование одной микросхемы вместо набора отдельных микросхем позволяет существенно уменьшить размеры, стоимость, энергоемкость устройств, выполненных на основе микроконтроллеров.

Микроконтро́ ллеры чрезвычайно широко используются в самых различных областях:

· в бытовой, аудио-, видео_ и вычислительной технике, устройствах связи, автомобилях;

· в системах промышленной автоматики, станках с числовым программным управлением;

· в системах безопасности различного уровня;

· в информационно-измерительных системах, устройствах сбора данных и многих других промышленных и бытовых приложениях.

По сути, большинство современных устройств, основанных на использовании микроконтроллеров, в той или иной степени воспроизводят функции средств измерений, информационно-измерительных систем и т.п., поскольку имеют в своем составе датчики физических величин, цепи формирования и различного рода преобразования аналоговых сигналов, устройства оцифровки (АЦП), аппаратные и программные средства обработки цифровых сигналов, и, в ряде случаев, устройства обратного преобразования сигналов из цифровой в аналоговую форму (ЦАП).

Примеры – любые, от стиральной машины, телевизора, фотоаппарата, телефона, до обрабатывающих центров, роботов, беспилотных летающих аппаратов и более сложных устройств.

Микроконтроллеры бывают специализированные, разработанные для использования в каком-либо конкретном устройстве, и универсальные, предназначенные для решения широкого круга практических задач.

Помимо микропроцессорного ядра микроконтроллеры содержат в различных сочетаниях устройства памяти – оперативную память (RAM), постоянные перепрограммируемые запоминающие устройства (EPROM), тактовые генераторы, таймеры, компараторы, внутренние источники опорного напряжения, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, Flash-память, порты ввода-вывода, интерфейсы связи и др.

Одним из типичных случаев применения микроконтроллеров для решения измерительных задач является создание так называемых интеллектуальных датчиков. Интеллектуальные датчики содержат, как правило, следующие основные элементы (см. рис.):

В настоящее время выпускаются микроконтроллеры промышленного стандарта, в которых все устройства обработки измерительного сигнала объединены на одном кристалле. В качестве примера можно привести устройства фирмы Analog Devices, называемые микроконвертерами: ADUC 812, 816, 834, 848 и др. В этом случае структурная схема интеллектуального датчика выглядит так:

Датчики подобного типа могут объединяться в сеть:

Одной из важных задач, решаемых с помощью микроконтроллера в интеллектуальных датчиках, является коррекция характеристики с целью компенсации погрешностей.

В качестве примера ниже представлено описание применения микроконтроллера в измерительных системах (системах сбора данных)

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА СБОРА ДАННЫХ ДЛЯ МОНИТОРИНГА СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ: