¿Por qué necesitamos un microcontrolador para fabricar un robot?
La microcomputadora de un solo chip también se llama microcontrolador (Microcontroller Unit). La abreviatura comúnmente utilizada en inglés MCU significa microcomputadora de un solo chip. Se utilizó por primera vez en el campo del control industrial. Los microcontroladores se desarrollan a partir de procesadores dedicados con sólo una CPU en el chip. El primer concepto de diseño fue integrar una gran cantidad de dispositivos periféricos y CPU en un chip para hacer que el sistema informático fuera más pequeño y más fácil de integrar en dispositivos de control complejos con estrictos requisitos de volumen. El Z80 de INTEL fue el primer procesador diseñado según esta idea. Desde entonces, el desarrollo de microcontroladores y procesadores de propósito especial ha seguido caminos separados.
Los primeros microcontroladores eran todos de 8 o 4 bits. El más exitoso es el 8031 de INTEL, que ha recibido grandes elogios por su simplicidad, confiabilidad y buen rendimiento. Desde entonces, la serie MCS51 de sistemas de microcontroladores se ha desarrollado basándose en 8031. Los sistemas de microcontroladores basados en este sistema todavía se utilizan ampliamente en la actualidad. A medida que aumentaron los requisitos en el campo del control industrial, comenzaron a aparecer microcontroladores de 16 bits, pero no se utilizaron ampliamente debido a su rendimiento de costos insatisfactorio. Con el rápido desarrollo de los productos electrónicos de consumo después de la década de 1990, la tecnología de los microcontroladores ha mejorado enormemente. Con la aplicación generalizada de la serie INTEL i960, especialmente la serie ARM posterior, los microcontroladores de 32 bits reemplazaron rápidamente el estado de gama alta de los microcontroladores de 16 bits y entraron en el mercado principal. El rendimiento de los microcontroladores tradicionales de 8 bits también ha mejorado rápidamente y la potencia de procesamiento ha aumentado cientos de veces en comparación con la década de 1980. En la actualidad, la frecuencia principal de los microcontroladores de 32 bits de alta gama ha superado los 300 MHz y su rendimiento está alcanzando de cerca el de los procesadores especiales de mediados de la década de 1990. El precio de fábrica de los modelos normales ha bajado a 1 dólar estadounidense, y es el más alto. El modelo final cuesta sólo 10 dólares estadounidenses. Los sistemas de microcontroladores contemporáneos ya no se desarrollan ni se utilizan únicamente en entornos básicos. Una gran cantidad de sistemas operativos integrados dedicados se utilizan ampliamente en una gama completa de microcontroladores. Y los microcontroladores de alta gama, que son el procesamiento central de las computadoras portátiles y los teléfonos móviles, pueden incluso usar directamente sistemas operativos dedicados Windows y Linux.
Los microcontroladores son más adecuados para sistemas integrados que los procesadores dedicados, por lo que son los que tienen más aplicaciones. De hecho, los microcontroladores son las computadoras más numerosas del mundo. Los microcontroladores están integrados en casi todos los productos electrónicos y mecánicos utilizados en la vida humana moderna. Los teléfonos móviles, calculadoras, electrodomésticos, juguetes electrónicos, computadoras de mano, ratones y otros accesorios informáticos están equipados con 1 o 2 microcontroladores. También habrá una gran cantidad de microcontroladores trabajando en computadoras personales. Los automóviles generalmente están equipados con más de 40 microcontroladores, y los complejos sistemas de control industrial pueden incluso tener cientos de microcontroladores funcionando al mismo tiempo. La cantidad de microcontroladores no sólo excede con creces la suma de las PC y otras computadoras, sino que es incluso mayor que la cantidad de humanos.
La microcomputadora de un solo chip, también conocida como microcontrolador de un solo chip, no es un chip que completa una determinada función lógica, sino que integra un sistema informático en un chip. Es equivalente a una microcomputadora. En comparación con una computadora, un microcontrolador solo carece de dispositivos de E/S. En pocas palabras: un chip se convierte en una computadora. Su pequeño tamaño, peso ligero y precio económico proporcionan condiciones convenientes para el aprendizaje, la aplicación y el desarrollo. Al mismo tiempo, aprender a utilizar microcontroladores es la mejor opción para comprender los principios y estructuras de la computadora.
El microcontrolador también utiliza módulos similares a las funciones de la computadora, como CPU, memoria, bus paralelo y dispositivos de almacenamiento que tienen la misma función que los discos duros. La diferencia es que el rendimiento de estos componentes es comparable. el de los ordenadores de nuestra casa es mucho más débil, pero el precio también es bajo, generalmente no más de 10 yuanes... Basta con utilizarlo para realizar algunas tareas no muy complicadas como controlar aparatos eléctricos. ¡Se puede ver en las lavadoras de tambor totalmente automáticas, en las campanas extractoras, en los VCD y en otros electrodomésticos que utilizamos ahora! ...Se utiliza principalmente como componente central de la sección de control.
Es una computadora de control en línea en tiempo real. En línea significa control en el sitio. Lo que se requiere es una fuerte capacidad antiinterferencia y un menor costo. Esto también es diferente de las computadoras fuera de línea (como las PC domésticas). . ) la principal diferencia.
El microcontrolador se ejecuta mediante un programa y puede modificarse.
Se realizan diferentes funciones a través de diferentes programas, especialmente algunas funciones especiales y únicas. Esto es algo que otros dispositivos requieren mucho esfuerzo para lograr y algunas son difíciles de lograr incluso con un gran esfuerzo. Si se implementa una función no muy complicada utilizando hardware puro como la serie 74 desarrollada en los Estados Unidos en los años 50 o la serie CD4000 en los años 60, ¡el circuito debe ser una placa PCB grande! Pero si utilizamos la serie de microcontroladores que se comercializaron con éxito en los Estados Unidos en la década de 1970, ¡los resultados serán muy diferentes! ¡Solo porque el microcontrolador puede lograr alta inteligencia, alta eficiencia y alta confiabilidad a través de los programas que usted escribe!
Dado que los microcontroladores son sensibles a los costos, el software actualmente dominante sigue siendo el lenguaje ensamblador de nivel más bajo, excepto el código de máquina binario. Si es de tan bajo nivel, ¿por qué usarlo? ? Muchos lenguajes de alto nivel han alcanzado el nivel de programación visual, entonces ¿por qué no usarlos? La razón es muy simple, es decir, el microcontrolador no tiene una CPU como una computadora doméstica, ni un dispositivo de almacenamiento masivo como un disco duro. Incluso si solo hay un botón en un pequeño programa escrito en un lenguaje visual de alto nivel, ¡alcanzará un tamaño de docenas de K! Está bien para el disco duro de una PC doméstica, pero es inaceptable para un microcontrolador. La tasa de utilización de los recursos de hardware del microcontrolador debe ser muy alta, por lo que, aunque el ensamblaje es primitivo, todavía se usa ampliamente. De la misma manera, si el sistema operativo y el software de aplicación de una supercomputadora se ejecutan en una PC doméstica, la PC doméstica no podrá soportarlo.
Se puede decir que el siglo XX ha abarcado tres eras "eléctricas", a saber, la era eléctrica, la era electrónica y la era de la informática que ahora ha entrado. Sin embargo, este tipo de computadora generalmente se refiere a una computadora personal, o PC para abreviar. Consta de un host, teclado, monitor, etc. Existe otro tipo de ordenador con el que la mayoría de la gente no está muy familiarizada. Este tipo de computadora es una computadora de un solo chip (también conocida como microcontrolador) que imparte inteligencia a varias máquinas. Como sugiere el nombre, este sistema informático mínimo utiliza solo un circuito integrado para realizar cálculos y controles simples. Debido a su pequeño tamaño, suele estar escondido en el "vientre" de la máquina controlada. Desempeña el mismo papel que la mente humana en todo el dispositivo. Si sale mal, todo el dispositivo quedará paralizado. Hoy en día, este tipo de microcontrolador se utiliza en una amplia gama de campos, como instrumentos inteligentes, control industrial en tiempo real, equipos de comunicación, sistemas de navegación, electrodomésticos, etc. Una vez que varios productos utilizan microcontroladores, pueden actualizarlos. El adjetivo "inteligente" a menudo se coloca delante del nombre del producto, como las lavadoras inteligentes. Hoy en día, algunos productos producidos por técnicos en algunas fábricas u otros desarrolladores electrónicos aficionados tienen circuitos demasiado complejos o funciones demasiado simples y se copian fácilmente. El motivo puede ser que el producto no utiliza un microcontrolador u otros dispositivos lógicos programables.