Zamonaviy mikrokontrollar

Ma’ruza-1.
ZAMONAVIY MIKROKONTROLLAR.


Mikrokontroller - bitta mikrosxemada joylashgan kompyuterdir. Mikrokontrollerga o'rnatilgan dasturga muvofiq turli xil elektron qurilmalarni boshqarish va ular o'rtasida o'zaro ta'sir o'tkazish uchun mo'ljallangan. Shaxsiy kompyuterlarda ishlatiladigan mikroprotsessorlardan farqli o'laroq, mikrokontroller tarkibiga qo'shimcha o'rnatilgan qurilmalar kiradi. Ushbu qurilmalar o'z vazifalarini mikrokontrollerning mikroprotsessorli yadrosi boshqaruvi ostida bajaradilar.
E ng keng tarqalgan o'rnatilgan qurilmalarda xotira qurilmalari va kirish/chiqish (I/O) portlari, aloqa interfeyslari, taymerlar va tizim soatlari mavjud. Xotira qurilmalariga tezkor xotira (RAM), faqat o'qiladigan xotira (ROM), dasturlanadigan ROM (EPROM), elektr bilan dasturlanadigan ROM (EEPROM) kiradi. Taymerlarga real vaqt soati va darajali uzilish taymerlari kiradi. Kiritish-chiqarish vositalariga ketma-ket aloqa portlari, parallel portlar (I/O liniyalari), analog-raqam o'zgartirgichlar (A/D), raqam-analog o'zgartirgichlar (D/A), suyuq kristalli displey (LCD) drayverlari yoki vakuumli lyuminestsent displey (VFD) drayverlari kiradi. O'rnatilgan qurilmalar juda ishonchli, chunki ular tashqi elektr zanjirlarini talab qilmaydi.
Odatda kontrollerni mikrokontrollerdan farqli o'laroq, mikrokontroller asosida qurilgan plata deb atashadi. Lekin ko'pincha "mikrokontroller" atamasini soddalashtirib "mikro" prefiksini tashlab "kontroller"deb ham atashadi. Shuningdek, mikrokontrollerlarni eslaganda "chip" yoki "mikrochip", "kristal" so'zlarini (aksariyat mikrokontrollerlar bitta kremniy kristalida ishlab chiqarilgan), qisqartirilgan MK yoki ingliz tilida microcontroller - MC qisqartmalarini uchratishingiz mumkin.
Mikrokontrollerlarni ko'plab zamonaviy sanoat va maishiy texnika vositalarida uchratish mumkin jumladan: dastgohlar, mashinalar, telefonlar, televizorlar, muzlatgichlar, kir yuvish mashinalari ... va hatto kofe qaynatgichlar. Mikrokontroller ishlab chiqaruvchilari orasida Intel, Motorola, Hitachi, Microchip, Atmel, Philips, Texas Instruments, Infineon Technologies (ilgari Siemens Semiconductor Group) va boshqalar mavjud.
Mikrokontrollerlarni sinflashning asosiy belgilari ularning arifmetik mantiqiy qurilmalari (AMQ) qayta ishlangan ma'lumotlarning uzunligi (razryadligi) hisoblanadi. Bu belgi bo'yicha ular 4-, 8-, 16-, 32- yoki 64-razryadli bo'lishi mumkin. Bugungi kunda jahondagi mikrokontroller bozorining eng katta ulushi sakkiz bitli qurilmalarga tegishli (narxi jihatidan taxminan 50%). Ulardan keyin signallarni qayta ishlash tizimlarida foydalanishga yo'naltirilgan 16-bitli va DSP-mikrokontrollerlar (DSP - Digital Signal Processor - raqamli signal protsessori) keladi (guruhlarning har biri bozorning taxminan 20 foizini egallaydi). Har bir guruh ichida mikrokontrollerlar CISC va RISC qurilmalariga bo'linadi. Eng ko'p sonli guruh CISC mikrokontrolleridir, ammo so'nggi yillarda RISC arxitekturasining ulushi yangi chiplar orasida o'sish tendentsiyasi kuzatilmoqda.
Taktli chastota, aniqrog'i, shina tezligi vaqt birligida qancha hisob-kitoblarni amalga oshirish mumkinligini bildiradi. Asosan, mikrokontrollerning ishlashi va quvvat sarfi taktli chastotasi oshishi bilan ortadi. Mikrokontrolerning ishlashi MIPS (Million Instruсtions per Second - soniyasiga million amal) bilan o'lchanadi.

MIKROKONTROLLAR: QISQACHA SHARH

Birinchi mikrokontroller
Birinchi mikrokontroller 1976 yilda, birinchi mikroprotsessor yaratilgandan 5 yil o’tgach paydo bo’lgan. Bu 8048 deb nomlangan Intel firmasining chipi edi. Mikrosxemada protsessordan tashqari 1 KB dastur xotirasi, 64 bayt ma’lumotlar xotirasi, ikkita sakkiz bitli taymer, taktli generator va 27 ta kiritish/chiqarish portlari mavjud bo’lgan. 8048 oilasining mikrokontrolrlari Magnavox Odyssey o’yin konsollarida, IBM PC birinchi shaxsiy kompyuterlarining klaviaturalarida va boshqa bir nechta qurilmalarda ishlatilgan. Shuningdek, Texas Instruments firmasining 4-bitli TMS1000 mikrosxemasi birinchi mikrokontroller bo’lgan - degan fikrlar ham bor bo’lib, uning ichida RAM (32 bayt), ROM (1K), soat va kiritish/chiqarish qo’llab-quvvatlagan. U 1972 yilda ishlab chiqarilgan bo’lib, o’sha vaqt uchun yangi xususiyatga ega edi - yangi buyruqlarni qo’shish imkoniga ega bo’lgan.


8051


Navbatdagisi 1980 yilda ishlab chiqarilgan Intel 8051 mikrokontrolleri bo'lib, u ushbu sinf qurilmalarining chinakam klassik namunasiga aylandi. Ushbu 8-bitli chip yaqin kunlargacha bozorda hukmronlik qilgan butun mikrokontroller oilalari uchun asos yaratdi. 8051 analoglari Minsk, Kiev, Voronej, Novosibirskdagi sovet korxonalari tomonidan ishlab chiqarilgan bo'lib, ularda mahalliy ishlab chiqaruvchilarning butun avlodi o'sdi. Bugungi kunda mikrokontroller ishlab chiqaruvchilarining aksariyati ushbu arxitektura asosida qurilmalar ishlab chiqaradi. Ular orasida Atmel, Maxim, Philips, Dallas, OKI, Siemens va shu kabi o'n beshdan ortiq ro'yxat nomlarni keltirish mumkin. Ammo 51-oila o'z joyini yoshroq va rivojlangan mikrokontrollerlarga bo'shatib bermoqda.


Motorola va Zilog


Sakkiz bitli mikrokontrollerlarning boshqa taniqli vakillari Motorola (68HC05, 68HC08, 68HC11) va Zilog (Z8) mahsulotidir. Uzoq vaqt davomida Motorola o'z mikrokontrollerlari bilan arzon va tezkor ishlashni boshlash uchun kerakli vositalarni ishlab chiqmadi, bu esa ularning qiziquvchi ishlab chiquvchilar orasida mashhur bo'lishiga to'siq bo'ldi. Shunga qaramay, shuni ta'kidlash kerakki, Motorola kompaniyasining xorijdagi mikrokontrollerlari bozorda yetakchi o'rinni egallaydi. Mamlakatimizda ularning mashhurligi unchalik yuqori emas, ehtimol mavjud o'quv materiallari va ishlab chiqish vositalarining yetarli miqdori yo'qligi sabablidir. Intel kompaniyasining sobiq xodimlari tomonidan asos solingan Zilog kompaniyasining mikrokontrollerlari yaqin vaqtgacha juda istiqbolli bo'lib tuyulgan edi. Lekin tez rivojlanayotgan bozor sohasidadi poygadan omon qolishmadi va bugungi kunda Z8 buyruqlar tizimi ancha eskirgan.
Microchip firmasining PIC mikrokontrolleri
Microchip firmasining PIC mikrokontrolleri yaratilishi bilan mikrokontroller sohasida muhim burishlardan biri sodir bo'ldi. Ushbu mikrosxemalar rekord darajada arzon narxlarda taklif qilindi, bu ularga mikrokontroller bozorining muhim qismini tezda egallab olish imkonini berdi. Bundan tashqari, Microchip firmasining kristallari x51 mikrokontrollerlaridan past bo'lmagan, aksincha ish unumdorligi bo'yicha ustunroq edi va qimmat dasturlash qurilmasini (programmator) talab qilmas edi. Kontrollerlar bilan birgalikda arzon narxdagi PICSTART to'plamlari paydo bo'ldi. Bu to'plam PIC-kontrollerlar bilan ishlash ko'nikmasi va vositalariga ega bo'lmay turib tezda ushbu kontroller asosida mahsulot tayyorlash uchun kerakli hamma narsani o'z ichiga olgandi. Ushbu mikrokontrollerlarda yaxshi portlar mavjud edi, ammo qolganlari juda noqulay edi. Arxitektura juda kerakli narsalarga ega edi, lekin buyruqlar tizimi juda cheklangan edi. Shunga qaramay, PIC kontrollerlari arzon va yuqori talablarga ega bo'lmagan tizimini yaratish uchun mashhur bo'lib qolmoqda.


Atmel firmasining AVR mikrokontrolleri
Mikrokontrollerlar dunyosidagi haqiqiy inqilob 1996 yilda Atmel o'zining yangi progressiv AVR yadrosi asosidagi mikrosxema oilasini taqdim etganida sodir bo'ldi. Ancha rivojlangan AVR arxitekturasi, Microchip kontrollerlaridan ish unumdorligining ustunligi va jalb qiluvchi narx siyosati "eng yaxshi kontroller" nomiga da'vogar bo'lgan ko'plab ishlab chiqaruvchilarning yo'ldan olib tashladi.

A VR mikrokontrollyorlari 133 tagacha instruksiya, 1 MIPS/MGts ga yaqin ish unumdorligi, tizim ichida dasturlanash imkoniga ega Flesh ROM hotiraga ega. Ko'p mikrosxemalari o'z-o'zini dasturlash funktsiyasiga ega. AVR arxitekturasi yuqori darajadagi C tili uchun optimallashtirilgan. Bundan tashqari, oiladagi barcha kristallar "pastdan yuqoriga" tizimiga mos keladi.

Ishlanma yaratishga yordam beruvchi dasturiy ta'minot va vositalarning mavjudligi juda katta rol o'ynadi. Atmel ko'plab dasturiy mahsulotlarini bepul tarqatadi. Ma'lumki, har qanday mikrokontroller oilasini yaxshi o'zlashtirish va o'rganishda loyiha yaratish uchun kerakli rivojlangan vositalarning ahamiyati mikrokontrollerning o'zidan kam emas.
Atmel firmasi ushbu masalaga katta e'tibor beradi va Windows operatsion tizimida ishlovchi, uchun juda muvaffaqiyatli va to'liq bepul bo'lgan Atmel Studio dasturlashh muhitini ishlab chiqaradi. Boshqa ishlab chiqaruvchilar kompilyatorlar, programmatorlar, montaj qilish uskunalari, tuzatgichlar, ulagichlar va adapterlarning to'liq spektrini ishlab chiqaradi. Yosh loyiha yaratuvchilarga AVR ni dasturlashni umuman programmatorsiz amalga oshirish mumkinligi katta ahamiyat kasb etadi. Uzoq vaqt davomida ushbu mikrokontrollerlarni dasturlashning eng mashhur usuli shaxsiy kompyuterning parallel portiga ulangan beshta sim bo'lgan. AVR-lar umumiy foydalanish uchun mo'ljallangan mikrokontrollerlar orasida yana bir sanoat standartiga aylandi deb hisoblash mumkin. Ular O'zbekistonda mavjud va qimmat bo'lmagan narxlari bilan PIC mikrokontrollerlari bilan muvaffaqiyatli raqobatlashadi. Bularning barchasi Atmel AVRni o'rganish uchun qulay mikrokontrollerdan biriga aylantiradi.


STMicroelectronics firmasining STM mikrokontrolleri


Sakkiz-bitli STM8 mikrokontrollerlari 2008 yilda chiqarilgan va kam quvvat sarfi bilan yuqori ishonchliligini talab qiladigan vazifalar uchun joylashtirilgan. Ular darhol o'zlariga e'tiborni past narx va keng modellar bilan jalb qilishdi. STM8 mikrokontrolrlari bilan ishlash PIC yoki AVR mikrokontrolrlari bilan ishlashni allaqachon o'zlashtirganlar uchun ham, yangi boshlanuvchilar uchun ham hech qanday qiyinchilik tug'dirmadi va ular tezda keng ommalashdi. STM8-da yaxshi atrof-muhit birliklari va zamonaviy dasturlash vositalari mavjud. Dastlab Rossiyada ushbu mikrokontrollerlarning tarqalishida kichik bir cheklovchi omil rus tilidagi o'quv adabiyotlarining etarli darajada etishmasligi edi, ammo bugungi kunda ushbu mikrokontrollerlarni o'zlashtirish bo'yicha batafsil qo'llanmalarga ega saytlar ko'p.
Biroz oldinroq, 2004 yilda Acorn 32-bitli ARM Cortex-M3 protsessor yadrosini yaratdi va STMicroelectronics bozorga birinchilardan bo'lib ushbu yadro asosida STM32 deb nomlangan mikrokontrollerlar oilasini olib keldi. Bugungi kunda ARM Cortex-M3, shubhasiz, o'rnatilgan tizimlar uchun eng mashhur 32-bitli protsessor yadrosiga aylanib bormoqda va unga asoslangan mikrokontrollerlar ko'p qirrali, muvozanatli me'morchilikka ega. Ko'pgina mutaxassislar STM32 ni eng keng tarqalgan, arzon va istiqbolli 32-bitli mikrokontrollerlardan biri deb hisoblashadi.