Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллер (сокр. МК) – это небольшое устройство, представляющее собой сложный вычислительный блок для выполнения различных простейших задач.

На первый взгляд МК выглядит как обычная микросхема, но это не так. Внутреннее строение МК гораздо сложнее. Оно даже сложнее чем строение процессора для настольного компьютера, так как содержит внутри себя полный командно вычислительный узел и частью этого узла является сам процессор.

Внутри микроконтроллера есть различные узлы, такие же, как и у обычного компьютера: линии ввода-вывода, ПЗУ, ОЗУ, тактовый генератор, вычислительное устройство, цап и таймер. Можно считать МК полностью автономным миникомпьютером для выполнения простейших задач.

 В мире насчитывается всего шесть компаний, которые занимаются разработками в этой области: Microchip Technology Inc, Atmel Corporation, Texas Instruments, NXP, Freescale и STMicroelectronics.

 Для свободной продажи микроконтроллеры производятся только первыми двумя компаниями:

 Microchip Technology Inc. – основана в 1987 году в США. Ее продукция представляет собой семейство микроконтроллеров под названием PIC с разрядностью 8, 16 и 32 бита. Названия моделей: PIC14000, PIC12C508, PIC17C42, PIC16C432 и много других.

 Atmel Corporation – основана в 1984 году в США. Продукция Atmel отличается от продукции Microchip и в модельном ряду компании микроконтроллеры построены на архитектурах RISC и ARM разрядностью 8,16 и 32 бита. В 1993 году они выпустили свой первый микроконтроллер на базе ядра Intel 8051. Названия моделей: ATtiny2313, ATtiny11, ATmega8, ATmega16, ATmega32, AT90S2313 и другие.

 В настоящее время простые и сложные автоматизированные устройства собираются радиолюбителями именно на базе микроконтроллеров этих производителей.

 Но для самостоятельной разработки и сборки устройства на базе МК следует черпнуть знания как минимум в двух направлениях: электроника и программирование.

 Для первого раза больших знаний не требуется, и можно просто повторить готовую конструкцию найдя все необходимые данные из интернета. Но для нормальной сборки устройства необходимо знать как минимум закон Ома и уметь отличать резистор от диода. Если при этом есть опыт сборки простых электронных устройств и умение держать в руках паяльник, то спаять устройство не составит особого труда. С программированием чуть сложнее. Программировать особо не нужно на первый раз, так как в интернете полно готовых исходных кодов.

 Если возникла идея собрать что-то на МК, то для осуществления поставленной задачи понадобятся:

Программатор – это устройство, которое помогает связать МК и ПК для выполнения прошивки (программирования), так как без этого МК не будет знать, что ему нужно делать. Для выполнения прошивки на компьютере должна быть установлена прошивающая программа.

 Можно конечно купить такой программатор, но гораздо интереснее собрать его самому. В интернете можно найти много разных схем программаторов. Они различаются по типу подключения в ПК и собственно по схеме исполнения. Подключение бывает параллельным и последовательным. Самый безопасный способ подключения является последовательный, поэтому его используют чаще. Реализовать его можно на базе буферной микросхемы Philips 74HC244N (74LS244N от Texas Instruments). Микросхема является восьми буферным шинным формирователем, который сопрягает каналы обмена данными. Некоторые вместо микросхемы ставят обычные резисторы, но неопытным радиолюбителям не стоит подвергать риску аппаратную часть компьютера и МК. Риск состоит в том, что такой программатор подключается к LPT порту ПК, уровень сигнала которого превышает уровень порта интерфейса передачи данных МК (ISP интерфейс). Для этого и используют программатор.

 Интерфейс ISP представляет собой пять контактов: MISO, MOSI, SCK, RESET и GND. У каждого из них свои функции. MISO (Master Input Slave Output) – ввод данных, MOSI (Master Output Slave input) – вывод данных, SCK – линия для синхронизации скорости обмена данными, RESET – сброс, GND – общий провод (нуль, масса).

 Помимо программирования через последовательный COM порт, можно использовать параллельный LPT порт и универсальную последовательную шину USB. Для LPT порта не нужна буферная микросхема и поэтому схема программатора упрощается. В режиме Bitbang программатор собирается из пяти диодов и резисторов, которые доводят уровень сигнала LPT порта до уровня, необходимого для программирования МК. Хоть такой способ менее безопасен, чем COM, но он также распространен довольно широко.

 Для использования USB необходимо иметь уже запрограммированный МК для того, чтобы программатор мог общаться с ПК через эту шину. Также устройство такого программатора несколько сложнее программаторов для COM и LPT портов. Обычно начинающие радиолюбители не парятся с USB, а собирают LPT программаторы.

 Для работы с микроконтроллером нужна была программа и в Сети их достаточно, но одними из самых удобных и функциональных являются: Ic prog, Pony prog, AVReAl и Visual avr. Они позволяют делать что угодно с микроконтроллерами: прошивать, считывать, редактировать, форматировать и даже писать на них программы.

 Существует одна очень удобная программа для эмуляции работы различных электронных схем включающих МК. Она называется Proteus. С ее помощью можно собрать виртуальную схемы и протестировать прошивку для устранения недочетов, до того как сгорит дорогой МК.

 Программирование следует производить, вставив МК в программатор и потом подключить его к компьютеру. Менять порядок нельзя для сохранности микроконтроллера. Некоторые устройства позволяют производить внутрисхемное программирование. Во время такого программирования МК не вынимается из устройства.

 Перед тем как подключать МК и ПК, необходимо несколько раз внимательно проверить распайку и монтаж компонентов и убедившись, что все правильно осторожно сделать попытку подключения.

 Перед началом прошивки необходимо прочитать соответствующую литературу и обратить на программные предохранители микроконтроллера, так называемые фьюзы (FUSE). От этого параметра зависит жизнеспособность МК. Если неправильно выставить FUSE, можно вывести микроконтроллер из строя. Для того, чтобы узнать, какой именно фьюз в данной модели контроллера необходимо обратиться к справке или даташиту на микроконтроллер. Количество таких предохранителей варьируется в зависимости от типа микроконтроллера.