MCU: pelajari tentang keluarga mikrokontroler yang paling penting

Banyak sekali papan pengembangan yang sering kita gunakan, dari Arduino sendiri hingga banyak lainnya, gunakan Unit MCU atau mikrokontroler. Beberapa chip penting untuk bisa memprogram perangkat ini dan agar instruksi yang dibuat oleh pemrogram dapat diproses untuk memperoleh hasil yang diharapkan.

Namun, Sektor mikrokontroler cukup luas., seperti halnya CPU atau mikroprosesor, karena tidak hanya terdapat banyak perancang atau pabrikan, serta modelnya, tetapi juga terdapat banyak keluarga berbeda yang harus Anda ketahui. Jadi, kami akan mendedikasikan artikel ini untuk hal ini, sehingga Anda tahu mana yang paling menarik minat Anda untuk proyek Anda…

Apa itu mikrokontroler atau MCU?

Un mikrokontroler atau MCU (Unit MikroKontroler) Ini adalah perangkat ringkas yang mengintegrasikan fungsi prosesor pusat (CPU), memori, dan periferal dalam satu chip. Perangkat ini adalah pusat dari banyak sistem elektronik dan merupakan hal mendasar dalam bidang elektronik tertanam. Singkatnya, ini merupakan alternatif yang bagus untuk elektronik berkabel, sehingga memungkinkan satu chip menjalankan banyak fungsi secara fleksibel, karena dapat diprogram.

Mikrokontroler digunakan dalam a berbagai macam aplikasi karena keserbagunaan dan efisiensinya. Beberapa contoh penggunaan mikrokontroler antara lain sistem kendali pada mobil, peralatan rumah tangga, sistem otomasi industri, sistem kendali proses, mainan, sistem keamanan, papan pengembangan, dan banyak peralatan elektronik lainnya.

Bagian dari mikrokontroler

Mikrokontroler adalah perangkat terintegrasi, dan semua komponennya diimplementasikan pada sebuah chip atau sirkuit terintegrasi. Diantara bagian yang paling mendasar dari chip tersebut adalah:

CPU (Central Processing Unit): Unit pemrosesan pusat adalah otak dari mikrokontroler, dan bagian terpentingnya. Unit ini bertanggung jawab untuk menggunakan data dan instruksi program untuk menafsirkan dan memprosesnya secara tepat di unit eksekusi untuk memperoleh hasil yang diharapkan. Artinya, CPU menjalankan seluruh operasi perhitungan dan mengambil keputusan berdasarkan logika program. Kecepatan dan efisiensi CPU sangat menentukan kinerja mikrokontroler. Selain itu, mereka juga biasanya memiliki bagian dasar seperti sistem interupsi, yang memungkinkan mikrokontroler merespons peristiwa tertentu secara tepat waktu. Ketika peristiwa tertentu terjadi, seperti masukan sinyal atau pengatur waktu mencapai nilai tertentu, mikrokontroler dapat menghentikan tugasnya saat ini untuk merespons peristiwa ini.
ingatan: Mereka biasanya memiliki dua jenis memori seperti RAM dan flash. RAM digunakan untuk menyimpan data sementara, seperti instruksi yang membentuk program dan data (variabel, konstanta,...) selama eksekusi program. Sedangkan memori flash digunakan untuk menyimpan program yang akan dijalankan, dan bersifat non-volatile seperti RAM, sehingga ketika listrik terputus atau perangkat dimatikan, program tersebut akan tetap ada.
Periferal Masukan/Keluaran (I/O): memungkinkan mikrokontroler berinteraksi dengan dunia luar. Ini mungkin termasuk port I/O digital, konverter analog-ke-digital (ADC), konverter digital-ke-analog (DAC), antarmuka komunikasi seperti UART, SPI, dan I2C, pengontrol variasi, pengatur waktu, penghitung, GPIO, dan yang lain.

Apa bedanya dengan mikroprosesor atau CPU?

Mikroprosesor dan mikrokontroler adalah dua komponen fundamental dalam bidang elektronika, namun keduanya memiliki fungsi yang sama perbedaan yang signifikan dari segi struktur dan kegunaannya, padahal banyak orang yang salah mengartikan keduanya atau menganggap keduanya sama.

Sedangkan CPU hanya terintegrasi unit fungsional untuk kontrol dan interpretasi instruksi, register, serta instruksi eksekusi seperti ALU, FPU, dll, dan dapat dikombinasikan dengan elemen tambahan lainnya dengan cara yang lebih fleksibel, mikrokontroler agak lebih tertutup dalam arti mengintegrasikan banyak bagian yang ditinggalkan CPU. Faktanya, meskipun CPU adalah otak dari sebuah komputer, MCU dapat dianggap sebagai komputer yang lengkap, karena mencakup semua bagian dasar dalam satu chip.

Namun, jangan bingung membedakan integrasi yang lebih besar dengan istilah kompleksitas dan kinerja. Meskipun mikroprosesor saat ini sangat kompleks dan memiliki kinerja yang sangat tinggi, mikrokontroler saat ini biasanya memiliki CPU terintegrasi dengan kinerja yang jauh lebih rendah dan sederhana. Faktanya, banyak mikrokontroler masa kini yang memiliki kinerja serupa dengan mikroprosesor beberapa dekade lalu. Terlebih lagi, seperti yang akan kita lihat nanti, kita bahkan memiliki mikrokontroler 8-bit atau 16-bit seperti CPU tahun 70an.

Perbedaan dibandingkan dengan SoC?

Karena mikrokontroler mengintegrasikan beberapa elemen pada chip yang sama, Seringkali juga dikacaukan dengan SoC (System on a Chip)Namun, hal ini juga tidak sama. Seperti halnya CPU vs MCU, SoC juga mengintegrasikan CPU dengan kinerja yang jauh lebih tinggi daripada kebanyakan mikrokontroler saat ini. Selain itu, SoC adalah sistem yang jauh lebih kompleks dan canggih. Di sisi lain, SoC biasanya tidak mengintegrasikan beberapa bagian yang terintegrasi ke dalam mikrokontroler, karena aplikasi yang dimaksudkan tidak memerlukannya, seperti RAM dan memori flash, konverter ADC, dll.

Sedikit sejarah

Mikroprosesor multi-sirkuit awal, seperti AL1 dari Four-Phase Systems pada tahun 1969 dan MP944 dari Garrett AiResearch pada tahun 1970, dikembangkan dengan beberapa chip MOS LSI. Mikroprosesor chip tunggal pertama adalah Intel 4004, dirilis pada tahun 1971. Prosesor ini memerlukan beberapa chip eksternal untuk mengimplementasikan sistem fungsional, dan biayanya mahal. Namun, hampir bersamaan dengan itu, apa yang kita kenal sekarang sebagai mikrokontroler dikembangkan. DIA dikaitkan dengan insinyur IT, Gary Boone dan Michael Cochran, keberhasilan penciptaan mikrokontroler pertama pada tahun 1971, TMS 1000, yang menggabungkan memori hanya baca, memori baca/tulis, prosesor, dan jam dalam satu chip. Faktanya, meskipun ini adalah cerita yang berbeda, hal ini menimbulkan perang paten dan tuntutan hukum atas kepenulisan mikroprosesor...

Selama tahun 1970-an, Pabrikan elektronik Jepang mulai memproduksi mikrokontroler untuk mobil. Mereka secara bertahap menjadi populer, dan sebagai tanggapan terhadap keberadaan chip tunggal TMS 1000, Intel mengembangkan sistem komputer pada chip yang dioptimalkan untuk aplikasi kontrol, Intel 8048, yang menggabungkan RAM dan ROM pada chip yang sama bersama dengan CPU. Seiring berjalannya waktu, memori non-volatile ditingkatkan, dan mulai dari direkam di pabrik dengan program permanen seperti ROM pertama hingga diperkenalkannya PROM, atau EEPROM pada tahun 1993, yang memungkinkannya untuk dihapus dan diprogram ulang. dengan program lain dengan cara yang sederhana dan sebanyak yang Anda inginkan.

Sedikit demi sedikit, perusahaan lahir dengan jenis chip ini, seperti Atmel, Teknologi Microchip, dan banyak lainnya. Perusahaan lain di sektor ini juga mulai mendistribusikan MCU mereka sendiri, seperti Intel, Analog Devices, Cypress, AMD, ARM, Hitachi, EPSON, Motorola, Zilog, Infineon, Lattice, National Semiconductor, NEC, Panasonic, Renesas, Rockell, Sony , STMicroelectronics , Sinopsis, Toshiba, dll.

Saat ini, mikrokontroler murah dan mudah diakses oleh para penghobi dan berbagai sektor industri. Selanjutnya diperkirakan sudah terjual hampir 5 miliar unit 8-bit di seluruh dunia, menjadi yang paling banyak digunakan saat ini. Anda dapat menemukannya di peralatan rumah tangga, kendaraan, komputer, telepon, mesin industri, dan banyak lagi. Terlebih lagi, mereka telah berhasil melakukan miniaturisasi secara maksimal, menciptakan beberapa komputer terkecil di dunia, bahkan jauh lebih kecil dari sebutir garam...

Keluarga ISA dan mikrokontroler

Sekarang setelah Anda mengetahui lebih banyak tentang apa itu MCU atau mikrokontroler, mari kita lihat beberapa di antaranya keluarga yang paling penting mikrokontroler ini. Dan, seperti CPU, mereka dapat dibagi menurut ISA, yaitu, daftar instruksi, register, dan tipe data yang digunakan, dan kompatibilitas program biner yang dapat dijalankan akan bergantung pada hal ini. antar keluarga. Dan keluarga-keluarga ini sepenuhnya independen dari model, merek, atau unit yang disertakan dalam chip tersebut.

entre las keluarga paling populer kami memiliki yang berikut ini:

Anak-anak: adalah generasi softcore untuk FPGA dari Altera, kini diserap oleh Intel.
sirip hitam: adalah keluarga mikroprosesor 16/32-bit yang dikembangkan, diproduksi dan dipasarkan oleh Analog Devices. Prosesor ini juga memiliki fungsionalitas prosesor sinyal digital (DSP) bawaan, yang dijalankan oleh akumulasi perkalian (MAC) 16-bit.
HarimauHARC: singkatan dari Super Harvard Architecture Single-Chip Computer, juga dari Analog Devices. Dalam hal ini mereka ideal untuk aplikasi yang memerlukan kinerja komputasi tinggi dengan konsumsi daya rendah. Prosesor ini menawarkan arsitektur memori unik yang memungkinkan akses efisien ke data dan instruksi tanpa penalti kinerja yang terkait dengan arsitektur bus Von Neumann.
Korteks-M- Mikrokontroler ARM Cortex-M adalah keluarga mikrokontroler 32-bit populer yang sangat hemat daya dan menawarkan kinerja yang baik. Chip ini sangat populer dalam aplikasi industri dan konsumen, dan saat ini mewakili mayoritas chip modern yang dijual oleh banyak perusahaan.
AVR32: Ini adalah arsitektur mikrokontroler RISC 32-bit yang diproduksi oleh Atmel, dan Anda dapat menemukannya di banyak papan pengembangan, seperti Arduino dan klonnya.
RISC-V: ISA terbuka ini bertujuan untuk mengungguli ARM, dan sedikit demi sedikit mulai menjadi penting dalam dunia mikrokontroler, karena sangat fleksibel dan memungkinkan penggunaannya tanpa membayar royalti.
PIC- adalah keluarga mikrokontroler 8-bit yang dikembangkan oleh Microchip Technology, yang dikenal dengan arsitektur RISC yang canggih, dan cukup populer di industri.
KekuatanQUICC: didasarkan pada teknologi Arsitektur Daya IBM, dan digunakan oleh Motorola (sekarang Freescale), mendukung spektrum penuh peralatan jaringan tertanam, aplikasi tertanam industri dan umum.
Ekspansi: Ini adalah MCU Fujitsu, dan berfokus pada produk analog dan digital, serta dirancang untuk efisiensi dan kinerja seimbang.
8051: Ini adalah mikrokontroler 8-bit yang dikembangkan oleh Intel, meskipun sekarang Anda juga dapat menemukannya diproduksi oleh perusahaan lain. Ini adalah salah satu mikrokontroler paling populer dan digunakan dalam berbagai aplikasi. 8051 adalah mikrokontroler CISC berdasarkan arsitektur Harvard.
TriCore: adalah mikrokontroler yang dikembangkan oleh Infineon Technologies. TriCore menyatukan elemen inti prosesor RISC, mikrokontroler, dan DSP dalam satu chip. Pada saat itu sedang terjadi revolusi.
MC-48 atau 8048: Ini adalah mikrokontroler dari lini Intel, dengan RAM 64 byte dan akses ke memori program eksternal 4096 byte.
mico8- adalah keluarga mikrokontroler 8-bit yang diimplementasikan seluruhnya dalam memori dan logika tujuan umum untuk Lattice FPGA.
Baling-baling: Arsitektur multicore 32-bit yang dikembangkan oleh Parallax Inc. Setiap Propeller memiliki 8 prosesor 32-bit identik yang terhubung ke hub umum.
Stempel Dasar- adalah mikrokontroler dengan penerjemah BASIC khusus kecil (PBASIC) yang terpasang di dalam ROM. Ini diproduksi oleh Parallax, Inc, dan merupakan produk yang cukup populer bagi pembuat yang ingin melakukan banyak proyek di rumah sebelum Arduino dirilis.
SuperH: adalah arsitektur set instruksi komputasi RISC 32-bit yang dikembangkan oleh Hitachi dan saat ini diproduksi oleh Renesas, dan berfokus pada mikrokontroler untuk sistem tertanam.
Tiva: adalah mikrokontroler seri yang dikembangkan oleh Texas Instruments. Ia memiliki frekuensi clock prosesor internal hingga 80MHz dengan floating point unit (FPU), dengan kinerja luar biasa.
api mikro: adalah sistem prosesor yang sangat terintegrasi yang ditujukan untuk aplikasi pengontrol. MicroBlaze diimplementasikan sepenuhnya dalam memori dan logika tujuan umum FPGA Xilinx (sekarang AMD), yaitu softcore.
Pikoblaze: mirip dengan yang sebelumnya, tetapi dalam hal ini 8-bit dan lebih sederhana, untuk aplikasi yang lebih terintegrasi.
XCore: Mereka adalah MCU multicore XMOS, 32 bit yang diprogram dalam lingkungan bahasa C dan beroperasi secara deterministik dan dengan latensi rendah. Sangat lengkap dan bisa diimplementasikan dalam bentuk ubin.
Z8: berasal dari Zilog, dan merupakan perangkat 8-bit yang menawarkan beragam opsi kinerja dan sumber daya. Mikrokontroler ini ideal untuk aplikasi bervolume tinggi dan sensitif terhadap biaya, termasuk produk konsumen, otomotif, keamanan, dan HVAC.
Z180: Ini adalah salah satu yang populer di Zilog sebelum rilis eZ baru yang telah memperbarui rentang sebelumnya. Ini mencakup prosesor 8-bit, kompatibel dengan basis perangkat lunak besar yang ditulis untuk Z80. Keluarga Z180 menambahkan kinerja lebih tinggi dan fitur periferal terintegrasi seperti generator jam, penghitung/pengatur waktu 16-bit, pengontrol interupsi, generator status tunggu, port serial, dan pengontrol DMA.
STM: Keluarga STMicroelectronics ini memiliki beberapa unit MCU berdasarkan arsitektur milik perusahaan ini, meskipun dalam model terbaru telah dipilih, seperti dalam banyak kasus lainnya, untuk mengintegrasikan Seri ARM Cortex-M 32-bit. Ia menawarkan produk yang menggabungkan kinerja sangat tinggi, kemampuan real-time, pemrosesan sinyal digital, pengoperasian dan konektivitas berdaya rendah/tegangan rendah, dengan tetap mempertahankan integrasi lengkap dan kemudahan pengembangan.

Masih banyak lagi, tapi ini yang paling penting…