Микроконтроллеры. Принципы построения и работа  микроконтроллеров.

Микроконтроллеры являются основой схем управления многих современных промышленных уст­ройств и приборов. Самой главной особенно­стью микроконтроллеров, с точки зрения конструктора-проектиров­щика, является то, что с их помощью легче и зачастую гораздо де­шевле реализовать различные схемы управления различных устройств и аппаратов, в том  числе и копировальных. На рис. 1 изображена структурная схема типичного современ­ного микроконтроллера.

Рис. 1. Структурная схема микроконтроллера.

Микроконтроллер (рис. 1, 2) может управлять раз­личными устройствами, узлами, механизмами и принимать от них данные при минимуме дополнительных узлов, так как большое число периферийных схем уже имеется непосредственно на кристалле микроконтроллера. Это позволяет уменьшить размеры конструкции и снизить потребление энергии от источника питания. При использовании традиционных микропроцес­соров приходится все необходимые схемы сопряжения с другими устройствами реализовывать на дополнительных компонентах, что увеличивает массу, размеры и потребление электроэнергии.

Рис. 2. Архитектура ядра микроконтроллеров AVR 

Типичные компоненты, присутствующие в микро­контроллерах  и их функции перечислены ниже:

1.  Центральное процессорное устройство (ЦПУ) — основа микроконтроллера. Оно принимает из памяти программ коды команд, декодирует их и выполняет. ЦПУ состоит из регистров, арифмети­ко-логического устройства (АЛУ) и цепей управления.
2.  Память программ. Здесь хранятся коды команд, последователь­ность которых формирует программу для микроконтроллера.
3.  Оперативная память данных. Здесь хранятся переменные про­грамм. У большинства микроконтроллеров здесь расположен также стек.
4.  Тактовый генератор. Этот генератор определяет скорость рабо­ты микроконтроллера.
5.  Цепь сброса. Эта цепь служит для правильного запуска микроконтроллера.
6.  Последовательный порт — элемент микрокон­троллера, который позволяет обмениваться данными с внешними устройствами при малом количестве проводов.
7.  Цифровые линии ввода/вывода. По сравнению с последовательным портом с помощью этих линий возможно управлять одновре­менно несколькими линиями (или проверять несколько линий).
8.  Таймер. Используется для отсчета временных интервалов.
9.  Сторожевой таймер. Это специальный таймер, предназначен­ный для предотвращения сбоев программы. Он работает следующим образом: после запуска он начинает отсчет заданного временного ин­тервала. Если программа не перезапустит его до истечения этого ин­тервала времени, сторожевой таймер перезапустит микроконтроллер. Таким образом, программа должна давать сторожевому таймеру сигнал — все в порядке. Если она этого не сделала, значит, по ка­кой-либо причине произошел сбой.