Якщо перекладати слово «мікроконтроллер» (англ. «microcontroller») дослівно, то вийде «мініатюрний пристрій, призначений для управління». Тут прийнято до уваги, що термін «control» в англомовних текстах набагато частіше має значення "керувати", ніж «контролювати». На практиці у функції МК входить контроль і управління виробничими процесами, побутовими приладами, спецтехнікою, системами збору інформації, принтерами, факсами, стільниковими телефонами і т.д.

Слід відрізняти МК від мікропроцесорів, мікроконвертори, цифрових сигнальних процесорів і мікрокомп'ютерів. Слова по звучанню схожі, але за змістом різні. Що їх об'єднує – це наявність водному корпусі набору вузлів, придатних для побудови функціонально завершеної системи управління.

Історично першими з'явилися мікропроцесори. Їх родоначальником стала мікросхема i4004, яку фірма Intel представила світу 15 листопада 1971

Узагальнена структурна схема типового мікропроцесора показана на Рис. 1.1. У його основі – центральне процесорний пристрій (ЦПУ), яке містить арифметичний обчислювач, логічне ядро ??і регістри загального призначення. Із зовнішнім світом ЦПУ спілкується за допомогою трьох шин: адреси, даних і управління. За цим же шинам в нього надходять коди керуючої програми, яка зберігається на зовнішньому носії. Початкова установка регістрів ЦПУ проводиться за сигналом скидання RESET, а синхронізація роботи здійснюється від тактових імпульсів SYN.

   

Поділ процесорів на звичайні процесори і мікропроцесори виникло в 1970-х роках з початком виробництва великих інтегральних схем (ВІС). Радіоаматори зі стажем добре пам'ятають мікропроцесори КР580ВМ80А і Zilog Z80A, що застосовувалися в перших домашніх комп'ютерах «Радіо-86РК», «Спеціаліст», «ZX-Spectrum», а також в телефонах з АВН – автоматичним визначником номера абонента.

Якщо до ЦПУ на кристал додати оперативне і постійне запам'ятовуючі пристрої (ОЗУ, ПЗУ), таймери, лічильники, аналого-цифрові і ціфроаналого-ші перетворювачі (АЦП, ЦАП), інтерфейсні вузли та порти вводу / виводу, то мікропроцесор перетвориться на МК (Мал. 1.2). Перші МК були розроблені фірмою Intel в 1976 р. Біля витоків стояло сімейство MCS-48 на чолі з первістком – мікросхемою i8048. Існує й інша думка, згідно якому першим МК був четирехбітним TMS1000 фірми Texas Instruments (1972 р.), який містив 32 байта ОЗУ, 1 Кбайт ПЗУ, годинники реального часу і систему введення / виводу. У середині 1980-х років у СРСР з'явилися перші аналоги сімейств MCS-48/51 на популярних БІС з серій К1816, КР1830. Їх називали однокристальними мікро-ЕОМ чи програмованими контролерами, але в лексиці ці терміни не закріпилися.

Відповідно до одного з багатьох визначень, М К – це спеціалізований мікропроцесор, оснащений приладовими інтерфейсами. Головною відмінністю між мікропроцесором і МК є самодостатність і здатність до «самовиживання» останнього. Наприклад, тактові імпульси виробляє вбудований синхрогенератор, який може працювати як автономно, так і від зовнішнього кварцового резонатора. Порти введення / виводу гнучко перебудовують свої функції і можуть безпосередньо з'єднуватися з датчиками і виконавчими пристроями. Керуюча програма зберігається у внутрішньому, а не в зовнішньому, ПЗУ Її легко прати і модифікувати, оскільки сучасні МК містять багато разів перезаписуваний флеш-пам'ять (FLASH). Для програмування звичайно використовується інтерфейс ISP (In-System Programming), який не вимагає вилучення МК з панельки в друкованій платі.

Іноді МК зменшувально називають «контролерами». Тут треба правильно розуміти сенс, до чого відноситься фраза, адже існують і справжні «промислові контролери», представляють собою готовий виріб або друковану плату з радіоелементами, серед яких може перебувати процесор і МК.

   

Мікроконвертор – це вдале рекламне винахід фірми Analog Devices. Першим мікроконвертори був ADuC812, випущений в 1998 р. Ключове слово «MicroConverter» є офіційною торговою маркою і захищено юридичними правами. Відноситься воно до лінійок мікросхем ADuC7xxx, ADuC8xx, що виконують функцію центрального ядра інтелектуальних систем збору інформації.

«Родзинкою» мікроконвертори є швидкодіючий прецизійний АЦП, доповнений універсальним блоком логічної обробки даних і багаторозрядних ЦАП. Якщо врахувати наднизьке споживання струму і малі габарити мікроконвертори, то стає ясно, що спеціалізовані «АДуКі» по праву займають свою нішу на ринку.

Тим не менш, структурні схеми у мікроконвертори та МК повністю збігаються. Однак принципова різниця все ж є. Полягає вона в ідеології розробки – «Що первинне, курка чи яйце? ». Для звичайного МК спочатку вибирається цифрове обчислювальне ядро, а потім до нього додається АЦП і ЦАП. На противагу цьому, ядром мікроконвертори спочатку служить зв'язка прецизійних АЦП і ЦАП, до яких додається керуючий процесор. Такі міркування цілком логічні, враховуючи багатий досвід фірми Analog Devices у розробці унікальних за параметрами аналогових мікросхем.

Цифрові сигнальні процесори (англ. DSP – Digital Signal Processor) теж відносяться до підвиду «мікроконтролерних» (Мал. 1.3). Їх «коником» є обробка широкосмугових сигналів в режимі реального часу. Це характерно як для аудіо / відео техніки, так і для систем гнучкого управління роботизованими комплексами. Досягненню мети сприяє висока швидкодія ядра сигнального процесора (СП), багатопотікове система обслуговування пам'яті та наявність апаратних математичних команд, наприклад, для швидкого перетворення Фур'є. Звичайні М К такими можливостями не володіють.

Перші DSP з'явилися наприкінці 1970-х років через кілька років після перших МК, однак висока ціна і технологічні обмеження того часу не дозволили їм змагатися на рівних. Лише в 1982 р. фірма Texas Instruments зробила революційний прорив, випустивши в продаж перший універсальний програмований DSP TMS32010. Його концепція стала стандартом «де-факто» для всіх наступних сигнальних процесорів та їх побратимів – цифрових сигнальних контролерів (англ. DSC – Digital Signal Controller). До числа останніх,

   

зокрема, відноситься відоме серед радіоаматорів сімейство dsPIC фірми Microchip Technology Inc. (Скорочено Microchip).

Відмінності в архітектурі і вузька спеціалізація привели до того, що напрямок DSP / DSC виділилося в окрему від МК сферу розробок з кількістю різновидів моделей більше 300. Вважається, що основною відмітною ознакою DSP є відсутність розвиненої системи команд управління, тобто умовних переходів, непрямих викликів підпрограм і т.д., які необхідні для виконання завдань сполучення із зовнішніми об'єктами. Процесор в DSP і його система команд орієнтовані на найвищу швидкість перетворення вступників вхідних даних. На управлінські «дрібниці» обчислювальних ресурсів вже не вистачає.

Як показав час, догляд DSP з микроконтроллерной «альма-матер» вийшов недовгим. Зараз настає етап мирної конвергенції. Сучасні МК запозичують від DSP апаратне множення і спеціалізацію команд, a DSP запозичують від МК універсальні інтерфейси введення / виводу і гнучкість в платформі програмування. Грані відмінностей поступово стираються.

На початку 1980-х років з легкої руки японської фірми Hitachi в ужиток увійшло «нове старе» назва «мікрокомп'ютер». Цим звучним терміном в даташі-тах стали називати швидкодіючі процесори лінійки «Hitachi SuperH». У рекламі можливостей чіпів «SuperH microcomputer SH7000 series» підкреслювалося, що на одній мікросхемі тепер можна побудувати керуючу систему реального часу, що перевищує по продуктивності звичайний настільний мікрокомп'ютер.

Треба знати, що в ті роки до мікрокомп'ютерів відносили і «просунуті» калькулятори фірми Hewlett Packard, і домашні комп'ютери «Apple-Н», і полегшені моделі спеціалізованих обчислювачів для наукових експериментів. Цікаво, що вперше слово «мікрокомп'ютер» в 1956 р. вжив американський письменник-фантаст Айзек Азімов [1-11.

Сучасний мікрокомп'ютер (Мал. 1.4) містить всі складові М К або DSP, але додатково має на борту контролер шин для підключення зовнішньої високошвидкісної пам'яті, а також аудіо-і відеопроцесори. Останні, як правило, не поступаються ЦПУ по складності і функціональності. Приклади спрощених мікрокомп'ютерів з повсякденного життя – це однокристальних СБИС китайських клонів ігрових приставок «Dendy», «SEGA Mega Drive-Н».

Сучасні технології додають нові штрихи до усталеної класифікації мікросхем. Перспективним вважається об'єднання різних обчислювальних архітектур на одному кристалі, що стало можливим завдяки підвищенню ступеня інтеграції транзисторів. Зараз виробляють двохядерні чіпи, що містять одночасно ЦПУ, що характерно для МК, і сигнальний процесор, що характерно для DSP. Перший з них керує виконавчими механізмами, а другий здійснює обробку даних. Саме таку структуру має вбудований 32-бітний сигнальний контролер 1892ВМЗТ на базі російської платформи «Мультикор» [1-2].

Слово «мікро» в назві сучасних МК часом звучить вельми архаїчно. Наприклад, «девайс» AT91CAP9S500A фірми Atmel згідно даташіту називається «Customizable Microcontroller Processor ». Але чи можна всерйоз говорити про мікросвойствах виробу, який розміщується в корпусі з 400 (!) Висновками, має тактову частоту 200 МГц, підтримку DSP-команд, звуковий процесор, десяток вбудованих периферійних інтерфейсів і 500 тисяч вентилів ПЛІС?

Зараз вже не сперечаються про те, до якого підвиду належить черговий надвеликої чіп, а міркують про конкретний режим його роботи. Приміром, в одних виробах він може використовуватися як швидкодіючий DSP, в інших – як багатопортовий МК, у третьому – як керуючий центральний процесор з власною операційною системою і т.д.

   
Джерело:
Рюмік С.М. 1000 і одна мікроконтроллерной схема. (Випуск 1)