Co to jest mikrokontroler?

Mikrokontroler, w skrócie MCU, to komputer umieszczony na układzie scalonym. Mikrokontrolery nie są komputerami w tym sensie, że działają jak laptop lub komputer do gier. Zawierają jeden lub więcej procesorów, ich pamięć i złącza wejścia/wyjścia, ale nie przypominają systemu operacyjnego ani interfejsu użytkownika.

Ich głównymi elementami interfejsu są przełączniki, diody LED lub czujniki. Są ograniczeni w programach, które mogą uruchamiać, przez to, co zmieści się w ich wbudowanej pamięci – podłączanie dodatkowej pamięci jest kosztowne i nieefektywne, więc cokolwiek mają robić, musi zmieścić się w dostępnej pamięci chipa. Mikrokontrolery są używane do aplikacji wbudowanych, a nie do użytku na komputerze osobistym. Oznacza to, że służą konkretnemu, dedykowanemu celowi w ramach bardziej rozbudowanego układu elektronicznego.

Wskazówka: porównaj funkcję mikrokontrolera z trybikiem w maszynie. Zamiast być bezpośrednio dostępnym dla użytkownika, po cichu spełnia swój cel, jakim jest płynne działanie systemu, w którym się znajduje.

Mikrokontrolery są podobne do SoC lub System-on-a-chip. SoC są nieco bardziej wyrafinowane, ale mogą występować razem – SoC może na przykład sterować zewnętrznymi mikrokontrolerami podłączonymi przez płytę główną. W przeciwieństwie do mikrokontrolerów, SoC zwykle mają dołączoną kartę graficzną i narzędzia łączności sieciowej ( takie jak interfejs Wi-Fi ).

Mikrokontrolery w świecie rzeczywistym

Jedną z ich charakterystycznych cech jest to, że nie są dostępne bezpośrednio, ale automatycznie kontrolowane w większych systemach. Można je znaleźć w komputerze pokładowym samochodu, elektronarzędziach, a nawet urządzeniach medycznych. Mikrokontrolery mogą mieć różne rozmiary, ale są małe, co umożliwia umieszczanie ich w małych urządzeniach.

Można je również zbudować w taki sposób, aby zużywały niewiarygodnie mało energii – podczas bezczynności lub oczekiwania na dane wejściowe; możliwe jest zbudowanie mikrokontrolerów, które zużywają zaledwie nanowat na minutę – to jedna miliardowa część wata. Chociaż nie wszystkie mogą być tak wydajne, wielu zadowala się ułamkami wata na zużycie energii. Dzięki temu idealnie nadają się do urządzeń, które działają przy ograniczonym naładowaniu baterii.

Historia mikrokontrolera

Pierwszy mikrokontroler powstał w 1971 roku, chociaż dopiero w 1974 roku pierwszy mikrokontroler był dostępny na rynku. Charakteryzował się prostszą konfiguracją niż nowoczesne i został zbudowany specjalnie dla systemów wbudowanych. Szczególnie japońscy producenci podchwycili tę technologię i zaczęli tworzyć je do samochodów. Znaleźli zastosowanie w rozrywce samochodowej, automatycznych lub sterowanych czujnikami wycieraczkach przedniej szyby, zamkach elektronicznych, deskach rozdzielczych i sterowaniu silnikiem.

Wskazówka: nowoczesny samochód ze średniej półki będzie prawdopodobnie miał około 30 różnych mikrokontrolerów. Można je również znaleźć w pralkach, piekarnikach, telefonach i domofonach.

Wczesne modele były mocno ograniczone pod względem łatwości ich wymazania i przepisania, a także nie były łatwe w produkcji. Od tego czasu przestało to być problemem – od 1993 roku, kiedy do mikrokontrolerów dodano nowy typ pamięci, ich produkcja stała się znacznie tańsza. Większość modeli będzie kosztować tylko kilka centów w produkcji – i sprzedawać za około dolara, w zależności od specyfiki.

Obecnie mikrokontrolery są wykorzystywane również poza dedykowanymi systemami wbudowanymi – są popularne wśród inżynierów hobbystów, którzy lubią przy nich majsterkować. Niektóre konkretne modele mają nawet całe społeczności internetowe poświęcone im i ich możliwym zastosowaniom.

Wniosek

Mikrokontroler to mały procesor. Zwykle są używane do zarządzania czymś konkretnym, na przykład włączania wycieraczek przedniej szyby po wykryciu wody. Zwykle są całkowicie automatyczne i nie wymagają zdalnego sterowania z procesora ogólnego przeznaczenia, chociaż mogą przekazywać zwrotne proste dane telemetryczne. Jak sama nazwa wskazuje, mikrokontrolery są zwykle fizycznie małe.

Mają też mały pobór mocy i niską cenę. Podczas gdy wczesne modele miały tendencję do blokowania ich określonej funkcji, nowoczesne mikrokontrolery można generalnie przeprogramować, chociaż często wymagany jest określony sprzęt. Ta programowalność umożliwia społeczności, która lubi majstrować przy nich i wykorzystywać je w nietypowy sposób.