Microcontrolador monoplaca

El Hacer Kit regulador con un Atmel AT91SAM7X256 (BRAZO) microcontrolador.

A microcontrolador monoplaca es un microcontrolador construido en una sola placa de circuito impreso. Esta tabla proporciona toda la circuitería necesaria para una tarea de control útil: microprocesador, Circuitos de I/O, generador de reloj, RAM, guardan memoria de programa y cualquier apoyo ICs es necesario. La intención es que la Junta Directiva inmediatamente útil para un desarrollador de aplicaciones, sin ellos la necesidad de dedicar tiempo y esfuerzo en el desarrollo del hardware de controlador.

Como son generalmente bajo coste hardware y tienen un coste de capital bajo especialmente para el desarrollo, una placa microcontroladores han sido populares en la educación. También son un medio popular para los desarrolladores de adquirir experiencia práctica con una nueva familia de procesadores.

Orígenes

Microcontroladores monoplaca aparecieron en la década de 1970 cuando las primeras generaciones de microprocesadores, tales como la 6502 y el Z80, hizo prácticas construir un controlador todo en una sola tarjeta y asequible para dedicar un ordenador a una tarea relativamente menor.

En marzo de 1976, Intel anunció un producto computadora single-board que integra todos los elementos de apoyo necesarios para su 8080 microprocesador, junto con 1 kbyte de memoria RAM, 4 kbytes de ROM programables por el usuario y 48 líneas de E/S digital paralelo con conductores de línea. La Junta también ofreció expansión a través de un conector de bus, pero podría ser utilizado con una jaula de tarjeta de expansión donde las aplicaciones no requieren hardware adicional. Desarrollo de software para este sistema fue organizada en Intel Intellec MDS sistema de desarrollo del microordenador; Este ensamblador y apoyo PL/M y permite en el circuito emulación para la depuración.

Los procesadores de esta época requieren además un número de fichas de apoyo. RAM y EPROM eran separados, que a menudo requieren circuitos de gestión o actualización de memoria para memoria dinámica tan bien. Procesamiento de E/S puede ser realizada por un único chip tales como la 8255, pero con frecuencia se requiere varios más fichas.

Un microcontrolador monoplaca difiere de un computadora single-board en que carece de la interfaz de usuario de propósito general y las interfaces de almacenamiento masivo que tendría una computadora más polivalente. En comparación con un Junta de desarrollo de microprocesador, un tablero del microcontrolador destacaríamos las interconexiones de control digital y analógico a un sistema controlado, donde una junta de desarrollo por la comparación podría tener sólo unos pocos o ningún dispositivos de entrada/salida discretos o análogos. La Junta de desarrollo existe para escaparate o entrenar en una familia de procesador en particular y esta implementación interna es más importante que la función externa.

Autobús interno

El autobús de los primeros dispositivos monoplaca, tales como la Z80 y 6502, fue universalmente una Arquitectura de von Neumann. Memoria de programa y de datos accedieron por el mismo bus compartido, aunque estuvieran almacenados en fundamentalmente diferentes tipos de memoria: ROM para los programas y RAM para los datos. Esta arquitectura de bus era necesario para economizar en el número de pines necesarios desde los 40 limitada disponible para el paquete de IC de dual-in-line ubicua del procesador.

Era común para ofrecer el autobús interno a través de un conector de expansión, o al menos el espacio para tal un conector para soldar en. Esta fue una opción de bajo costo y ofrecen el potencial de expansión, aunque rara vez se hizo uso de. Expansiones típicas sería dispositivos de E/S, o expansión de memoria. Era inusual agregar dispositivos periféricos tales como cinta o almacenamiento en disco o incluso una pantalla CRT

Cuando single-chip microcontroladores, tales como la 8048, llegó a estar disponible más tarde, el autobús ya no era necesario estar expuesto fuera del paquete, como toda la memoria necesaria podría lograrse dentro del paquete de chip. Esta generación de procesadores utilizados un Arquitectura de Harvard del programa y datos buses independientes, tanto internas del chip. Muchos de estos procesadores utilizados un Arquitectura Harvard modificada, donde algunos acceso de escritura era posible el espacio de datos del programa, permitiendo la programación en el circuito. Ninguno de estos procesadores requerido, o apoyado, un autobús de Harvard a través de un microcontrolador monoplaca. Donde apoyaron a un bus de expansión de periféricos, esta utiliza un bus de E/S dedicado, tales como I²CCable de uno o varios autobuses serial.

Expansión de autobús externo

Algunos tableros de microcontrolador mediante un microprocesador de propósito general pueden traer el autobús dirección y datos del procesador a un conector de expansión, permitiendo memoria adicional o periféricos a agregarse. Esto proporcionaría recursos no están ya presentes en el sistema de placa única. Puesto que no todos los sistemas requieren expansión, el conector puede ser una opción, con una posición de montaje suministrada para el conector para la instalación por parte del usuario si así lo desea.

Entrada y salida

Arduino Diecimila con Atmel ATMEGA168

Microcontrolador sistemas proporcionan múltiples formas de señales de entrada y salidas para permitir que el software de aplicación para el control de un sistema externo de "mundo real". E/S digitales discretos proporciona un solo bit de datos (on o off). Las señales analógicas, representando una gama variable continua como la temperatura o presión, también puede ser entradas y salidas para microcontroladores.

Discretas entradas y salidas digitales sólo podría ser protegidos desde el bus de datos del microprocesador por un pestillo direccionable, o puede ser operados por un circuito integrado especializado de entrada/salida tales como una Intel 8255 o Motorola 6821 adaptador de entrada/salida paralelo. Luego monopastilla micrcontrollers han de entrada y salida de pines disponibles. Los circuitos de entrada/salida generalmente no proporcionan suficiente corriente para operar directamente dispositivos tales como lámparas o motores, relés de estado sólidos son operados por las salidas digitales de microcontrolador, y entradas están aislados por acondicionamiento de señales cambio de nivel y protección de circuitos.

Una o más entradas analógicas, con un análogo común y multiplexor convertidor analógico a digital, se encuentran en algunos tableros de microcontrolador. Salidas analógicas pueden utilizar un convertidor digital a analógico, o en algunos microcontroladores pueden ser controladas por modulación por ancho de pulso. En cuanto a las entradas discretas, se puede requeridos para entradas de escala, o para proporcionar funciones tales como circuitos externos puente excitación o compensación de unión fría.

Para controlar los costos, muchas juntas fueron diseñados con circuitos de interfaz hardware extra pero no instalación los componentes de estos circuitos y la Junta quedó desnuda. El circuito fue agregado solamente como una opción en la entrega, o podría ser poblado más tarde.

Es práctica común para los tableros incluir "prototipado áreas", de la Junta ya establecidos como área solderable protoboard con los carriles bus y energía disponibles, pero sin un circuito definido. Varios controladores, especialmente aquellos destinados a la formación, también incluyen un pluggable reutilizables protoboard para la fácil creación de prototipos de circuitos de I/O adicionales que puede ser cambiado o quitado para proyectos posteriores.

Comunicaciones e interfaces de usuario

Interfaces de comunicaciones varían dependiendo de la edad del sistema microcontrolador. Sistemas temprano podrían implementar un puerto serial para proporcionar RS-232 o lazo de corriente. El puerto serie podría ser utilizado por el programa de aplicación, o podría ser utilizado, en conjunción con un monitor ROM, para transferencia de programas en la memoria del microcontrolador. Microcontroladores actuales pueden apoyar USB, (red inalámbricaWi-Fi, ZigBeeu otros) puertos, o proporcionar una conexión Ethernet y puede apoyar una TCP/IP pila de protocolo. Algunos dispositivos tienen firmware disponible para implementar un servidor Web, que permite a un desarrollador de aplicaciones construir rápidamente un instrumento habilitado para la Web o sistema.

Programación

Muchos de los primeros sistemas no tenían ninguna instalación interna para la programación en absoluto y se basó en un sistema separado "anfitrión". Esta programación era típicamente en lenguaje ensamblador, a veces C o incluso PL/My entonces Cruz-montado o Cruz-compilado en el host. Algunos microcontroladores monoplaca apoyan un sistema de lenguaje BASIC, permitiendo a los programas a desarrollarse en el hardware del objetivo. Desarrollo organizado permite todo el almacenamiento y periféricos de un ordenador de sobremesa que se utilizarán, proporcionando un entorno de desarrollo más potente.

EPROM ardiente

Microcontroladores temprano se basó en borrable programable memoria de sólo lectura Dispositivos (EPROM) para sostener el programa de aplicación. Rellenar el código objeto desde un host sistema podría estar "quemado" en un EPROM con un Programador de EPROM, Este EPROM físicamente entonces estaba enchufada a la junta. Como la EPROM sería eliminada y reemplazada muchas veces durante el desarrollo del programa, que era generalmente para proporcionar un ZIF zócalo para evitar el desgaste o daño. Borrado de una EPROM con un UV borrador toma un tiempo considerable, y así también era habitual que un desarrollador tiene varios EPROMs en circulación en cualquier momento.

Algunos dispositivos microcontrolador estaban disponibles con EPROM a bordo; Estos, también sería programados en una hornilla separada, luego poner un enchufe en el sistema de destino.

Actualización de campo del programa de aplicación, ya sea para corregir errores o para proporcionar funciones actualizados permite el uso de sockets de EPROM.

Teclado monitores

Una computadora single-board con un maleficio teclado y pantalla de 7 segmentos

Donde el regulador monoplaca formó el entorno de desarrollo completo (típicamente en educación) la Junta también puede ser proporcionado con un simple hexadecimal teclado, pantalla LED estilo calculadora y un programa "monitor" establecen permanentemente en ROM. Este monitor permitida Código de máquina programas para ser ingresados directamente a través del teclado y llevó a cabo en la memoria RAM. Estos programas en código máquina, ni en lenguaje ensamblador y fueron montados a mano en papel primero. Es discutible en cuanto a que el proceso fue más lento y propenso a errores: ensamblar a mano o incrustación byte por byte.

Monoplaca microcontroladores "Calculadora de pantalla y teclado" de este tipo eran muy similares a algunos microprocesadores low-end de la época, tales como la KIM-1 o el Microprofessor I. Algunos de estos sistemas de "entrenador" microprocesador están todavía en producción hoy en día, como una introducción de muy bajo coste de microprocesadores en el hardware del nivel de programación.

Desarrollo alojado

Cuando apareció computadoras personales, inicialmente CP/M o Apple II, luego la IBM PC y compatibles, hubo un cambio al desarrollo alojado. Hardware ahora era más barato y capacidad de memoria RAM se había ampliado tal que era posible descargar el programa a través del puerto serial y mantenerla en la memoria RAM. Esta reducción masiva en el tiempo de ciclo para probar una nueva versión de un programa dio un impulso igualmente grande en velocidad de desarrollo.

Esta memoria de programa seguía siendo volátiles y se perderían si se apaga. Memoria Flash Aún no estaba disponible a un precio viable. Como un proyecto completado regulador generalmente requiere para ser no volátil, el último paso en un proyecto era a menudo a quemar una EPROM otra vez.

Single-chip microcontroladores

A 8048-familia microcontrolador con UV a bordo EPROM, la 8749

Una placa de desarrollo para una PIC dispositivo de familia

Microcontroladores monopastilla tales como la 8748 muchas de las características de las tablas anteriores combinados en un solo paquete de IC. Microcontroladores monopastilla integran el paquete de memoria (RAM y ROM) y entonces no es necesario exponer los datos y dirección autobús a través de los pasadores del paquete de la IC. Estos pasadores entonces están disponibles para líneas de la entrada-salida. Estos cambios reducen el área requerida en un circuito impreso y simplifican el diseño de un microcontrolador monoplaca. Ejemplos de microcontroladores monopastilla:

• 8748
• PIC
• Atmel AVR

Memoria del programa

Para el uso de la producción como sistemas embebidos, el a bordo ROM tampoco sería máscara programada en la fábrica de chip o una sola vez programada (OTP) por el desarrollador como un PROM. Bailes a menudo utilizan la misma tecnología UV EPROM del chip, pero en un paquete más barato sin la ventana transparente de eliminación. Durante el desarrollo del programa era necesario grabar EPROMs, esta vez el controlador todo IC y tan ZIF los zócalos se proporcionarían.

Con el desarrollo de asequible EEPROM y, finalmente, memoria Flash, se convirtió en práctica para conectar el controlador permanentemente a la Junta Directiva y para descargar el código del programa para a través de una conexión en serie a un ordenador. Esto se denominó"programación en circuito". Eliminación de viejos programas realizó escribiéndolos cualquier exceso con una nueva descarga, o a granel borrarlas eléctricamente (por EEPROM) que era más lento, pero podría llevarse a cabo in situ.

La función principal de la tarjeta controladora ahora debía llevar los circuitos de apoyo para esta interfaz serial, o USB en tableros más adelante. Como característica más comodidad durante el desarrollo, muchos letreros también llevaron a características de bajo costo como monitores LED de las líneas de la entrada-salida o reset interruptores montado a bordo.

Monoplaca microcontroladores hoy

Dwengo Junta Directiva

Microcontroladores ahora son baratos y fáciles de diseño de circuitos para. Sistemas de desarrollo de host también es barato, especialmente cuando se utilizan fuente abierta software. Lenguajes de programación de nivel superior Resumen detalles del hardware, haciendo diferencias entre procesadores específicos menos obvios para programador de la aplicación. Memoria flash reescribible ha sustituido lentos ciclos de programación, por lo menos durante el desarrollo del programa. Por consiguiente, ahora casi todo el desarrollo se basa en compilación cruzada de ordenadores personales y descarga a la tarjeta controladora a través de una interfaz de serie, que aparece generalmente en el host como un dispositivo USB.

La demanda del mercado original de una implementación simplificada de la Junta ya no es tan relevante para microcontroladores. Microcontroladores monoplaca siguen siendo importantes, pero han cambiado su enfoque para:

• Fácilmente accesibles plataformas dirigidas a grupos tradicionalmente "no programador", tales como artistas, diseñadores, aficionados, y otros interesados en la creación de objetos interactivos o entornos. Algunos proyectos típicos en 2011 incluido; el copia de seguridad control de luces del escenario DMX y efectos especiales, control de varias cámara, autónomo de lucha de robots, control de proyectos de bluetooth desde un ordenador o teléfono inteligente, LEDs y multiplexación, pantallas, audio, motores, mecánica y control de la alimentación. Estos controladores pueden ser embebidos para formar parte de un computación física proyecto. Las opciones populares para este trabajo son los Arduino, Dwengo o el Cableado (plataforma de desarrollo).
• Tableros de demostrador de tecnología para innovadores procesadores o características periféricas:
  • Mariposa AVR
  • Hélice de paralaje

Véase también

• Computadora single-board
• Junta de desarrollo de microprocesador
• Sistema embebido
• PLC

• Arduino
• Hacer Kit regulador
• PICAXE
• BASIC Stamp

Enlaces externos

• Junta de desarrollo ATmega8 -Junta de desarrollo de AVR bricolaje basado en microcontroladores de Atmel AVR

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