마이크로컨트롤러 기초:구조, 작동 원리 및 응용

마이크로컨트롤러 탑재

출처:Wikimedia Commons

임베디드 전자 제품의 세계로 뛰어들기 전에 필요한 것이 무엇인지 이해해야 합니다. 예를 들어, 이 필드에는 코드 작성이 포함됩니다. 그리고 마이크로컨트롤러의 기본 사항, 사용하는 프로그래밍 언어 또는 기본 프로그래밍 개념을 이해하지 못하면 이 작업을 수행하는 것이 거의 불가능합니다. 그렇지 않으면 어디서부터 시작해야 할지 혼란스럽고 압도될 것입니다.

하지만 좋은 소식이 있습니다.

이 기사에서는 임베디드 전자 제품을 시작하는 데 필요한 기본 사항을 배웁니다. 그것이 무엇인지, 마이크로컨트롤러가 어떻게 작동하는지, 기본 구조 등에 대해 논의할 것입니다.

시작하겠습니다!

마이크로컨트롤러란 무엇입니까?

마이크로컨트롤러

출처:Wikimedia Commons

마이크로컨트롤러를 정의하기 전에 마이크로프로세서와 다르다는 점에 주목하는 것이 중요합니다(이 기사의 뒷부분에서 논의함).

즉, 마이크로 컨트롤러는 매우 대규모 통합 IC입니다. 또한 I/O 포트, 논리 장치, 메모리, 전자 컴퓨팅 장치 및 기타 모듈이 단일 칩에 융합되어 구성됩니다. 장치를 단일 칩 컴퓨터라고 할 수도 있습니다.

또한 마이크로컨트롤러는 임베디드 컨트롤러이기도 합니다. 지원하는 회로 옆에 있는 장치가 제어하는 ​​기기에 들어가기 때문입니다.

데이터를 표시, 측정, 제어, 저장 또는 계산하는 많은 장치 또는 애플리케이션에서 마이크로컨트롤러를 찾을 수 있습니다. 흥미롭게도 자동차 산업은 가장 큰 마이크로컨트롤러 사용자 목록에서 1위를 차지했습니다. 결국 차량에는 엔진 제어 및 기타 시스템 조절 장치가 필요합니다.

마이크로컨트롤러가 일반적으로 사용되는 또 다른 영역은 소비자 전자 제품입니다. 따라서 오븐, 디지털 카메라, DVD 플레이어 등에서 마이크로컨트롤러를 찾을 수 있습니다. 테스트 및 측정 장비도 마이크로컨트롤러(예:함수 발생기, 멀티미터 등)를 사용합니다.

마이크로컨트롤러 기본 사항– 마이크로컨트롤러는 어떻게 작동합니까?

일반적으로 마이크로컨트롤러는 특정 프로그램을 실행하고 하나의 작업을 수행합니다. 따라서 그들은 제어하는 ​​장치에서 입력을 받아 작동합니다. 결과적으로 이것은 마이크로컨트롤러가 제어를 유지하는 데 도움이 됩니다. 그리고 이것은 장치의 다른 부분에 신호를 전송하여 수행합니다.

예를 들어, TV의 마이크로컨트롤러는 리모컨에서 입력을 받아 작동합니다. 그런 다음 출력을 TV 화면에 전달합니다.

마이크로컨트롤러의 유형

명령어 세트, 메모리 및 비트 범주에 따라 다양한 마이크로컨트롤러가 있습니다.

명령어 세트

명령어 세트 구성에 따라 두 가지 범주의 마이크로컨트롤러가 있습니다.

RISC

이 약어는 Reduced Instruction Set Computers를 의미합니다. 이는 모든 명령어에 대한 클록 주기를 줄임으로써 수행됩니다. 그리고 작업 시간을 줄이는 데 도움이 됩니다.

CISC

이 약어는 복잡한 명령 집합 컴퓨터를 나타냅니다. 또한 사용자는 하나의 명령을 다른 간단한 명령에 대한 옵션으로 수정할 수 있습니다.

기억

메모리 카드(RAM)

출처:Wikimedia Commons

메모리 구성 범주에는 두 가지 유형의 마이크로컨트롤러가 있습니다.

내장 메모리 마이크로컨트롤러

이러한 유형의 마이크로컨트롤러에는 일반적으로 타이머 및 카운터, I/O 포트, 데이터 메모리, 인터럽트 등과 같은 칩에 많은 구성요소가 있습니다. 임베디드 메모리 마이크로컨트롤러의 예로는 Intel 8051이 있습니다.

외장 메모리 마이크로컨트롤러

이러한 유형의 마이크로 컨트롤러 설계에는 칩에 프로그램 메모리가 없습니다. 외부 메모리 마이크로컨트롤러의 훌륭한 예는 Intel 8031입니다.

비트

비트 구성 범주에는 세 가지 유형의 마이크로컨트롤러가 있습니다.

32비트 마이크로컨트롤러

의료 기기 등과 같이 자동 제어를 사용하는 기기에서 32비트 마이크로 컨트롤러를 찾을 수 있습니다.

16비트 마이크로컨트롤러

16비트 마이크로컨트롤러는 고성능 및 정확도 애플리케이션에 유용합니다. 따라서 이 마이크로컨트롤러를 사용하여 논리 및 산술 연산을 수행할 수 있습니다. 이 마이크로컨트롤러의 훌륭한 예는 Intel 8096입니다.

8비트 마이크로컨트롤러

8비트 마이크로컨트롤러는 이 범주에서 가장 작습니다. 또한 나누기, 빼기 등과 같은 논리 및 산술 연산 실행과 같은 간단한 작업을 수행하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 이 마이크로컨트롤러의 예로는 Intel 8051 및 8031이 있습니다.

마이크로컨트롤러의 기본 구조

마이크로컨트롤러에는 I/O 포트, 메모리 및 중앙 처리 장치의 세 가지 기본 구성 요소가 있습니다.

이 장치의 다른 구성 요소도 중요합니다. 그러나 위에서 언급한 것들은 지원 장치입니다. 따라서 구조를 기반으로 마이크로 컨트롤러의 주요 구성 요소를 자세히 살펴보겠습니다.

마이크로컨트롤러 기본 사항– 기억

일반적으로 대부분의 계산 시스템에는 데이터 및 프로그램 메모리의 두 가지 유형의 메모리가 필요합니다. 데이터 메모리는 명령을 수행하는 동안 임시 정보를 유지하는 데 도움이 됩니다. 그러나 프로그램 메모리는 프로그램으로 구성됩니다. 즉, CPU가 수행할 명령이 포함되어 있습니다.

버스

시스템 버스는 구성 요소에 대해 가장 적게 언급되는 구성 요소 중 하나입니다. 하지만 이는 마이크로컨트롤러의 중요한 부분입니다.

CPU를 I/O 포트 및 기타 지원 구성 요소와 같은 다른 주변 장치에 연결하는 연결 와이어 모음을 나타냅니다.

마이크로컨트롤러 기본 사항– CPU

CPU는 마이크로컨트롤러의 비와 같습니다. 그리고 CU(제어 장치)와 ALU(산술 논리 장치)의 두 부분으로 구성됩니다.

따라서 CPU는 데이터, 논리 및 산술 전송 작업을 실행하기 위한 명령을 디코딩, 읽기 및 수행하는 역할을 합니다.

인터럽트

인터럽트는 마이크로컨트롤러의 또 다른 중요한 구성요소입니다. 그리고 인터럽트 처리 메커니즘이 있습니다. 또한 이 구성 요소는 소프트웨어 관련, 영구, 하드웨어 관련 또는 내부 구성 요소일 수 있습니다.

마이크로컨트롤러 기본 사항– I/O 포트

I/O는 입력/출력 포트를 나타냅니다. 이 구성 요소는 외부 연결에 대한 마이크로컨트롤러 인터페이스를 제공합니다. 예를 들어 키패드, 스위치 등과 같은 입력 장치는 사용자로부터 CPU로 정보를 제공합니다. 그리고 이진 데이터 형식으로 수행합니다.

따라서 CPU는 입력 장치로부터 정보를 받으면 적절한 명령을 수행합니다. 그런 다음 프린터, 디스플레이, LED 등과 같은 출력 장치를 통해 응답합니다.

직렬 포트

이 구성 요소는 마이크로 컨트롤러가 직렬 통신을 통해 상호 작용하는 데 도움이 됩니다. 마이크로컨트롤러는 직렬 포트를 통해서만 다른 외부 주변 장치 및 장치와 통신할 수 있습니다. 그리고 UART는 마이크로컨트롤러의 가장 일반적인 직렬 통신입니다.

DAC

이 약어는 Digital to Analog Converter의 약자입니다. 그리고 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸는 회로입니다. 또한 이 구성 요소는 마이크로 컨트롤러의 CPU와 아날로그 장치(외부)를 연결합니다.

ADC

ADC 약어는 Analog to Digital Converter의 약자입니다. 그리고 그것은 DAC의 반대입니다. 즉, 회로는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하는 데 도움이 됩니다. 또한 이 회로는 외부 아날로그 입력 장치와 마이크로컨트롤러의 CPU 사이에 연결을 생성합니다.

또한 아날로그 장치는 대부분 센서라는 점에 유의해야 합니다. 따라서 CPU가 통신을 이해하려면 아날로그 데이터가 디지털로 변경되어야 합니다.

마이크로컨트롤러 기본 사항–카운터/타이머

카운터와 타이머는 마이크로컨트롤러의 핵심 구성요소입니다. 그리고 그들은 외부 이벤트 및 시간 지연을 계산하는 작업을 제공할 책임이 있습니다. 또한 구성 요소는 클럭 제어, 함수 생성 등을 제공합니다.

구성 비트

마이크로컨트롤러에는 일반적으로 고유한 비트가 있습니다. 구성 비트입니다. 이 구성 요소는 다음을 포함하지만 이에 국한되지 않는 마이크로컨트롤러의 특수 옵션을 구성하는 데 도움이 됩니다.

• 저전압 프로그래밍 켜기/끄기
• 전원 켜기/끄기
• 내부/외부 전환 켜기/끄기
• 오실레이터 유형
• 고장 안전 시계 모니터 켜기/끄기
• 브라운 아웃 리셋 켜기/끄기
• 감시 타이머 켜기/끄기

또한 PIC 마이크로컨트롤러에서 구성 비트를 확인할 수 있습니다. 그리고 데이터 코드 보호 및 프로그램 코드 보호를 담당합니다.

즉, 구성 비트는 외부 프로그래밍 하드웨어가 프로그램 및 데이터 공간을 읽는 것을 중지합니다. 따라서 다른 사람이 귀하의 코드를 도용하기 어려울 것입니다.

마이크로프로세서와 마이크로컨트롤러의 비교

마이크로프로세서

출처:Wikimedia Commons

마이크로컨트롤러

출처:Wikimedia Commons

마이크로 컨트롤러는 타이머, ROM 및 기타 주변 장치로 구성된 컴퓨터입니다. 따라서 미니 컴퓨터라고 부를 수 있습니다. 또한 다른 버전으로 제공됩니다. 그러나 마이크로프로세서는 집적 회로입니다. 그리고 내부에 CPU만 있는 처리 능력을 가지고 있습니다.

차이점을 보여주는 표는 다음과 같습니다.

장점

• 메모리에 명령어를 쓰고 저장하기 때문에 마이크로컨트롤러는 복잡한 운영 체제가 필요하지 않습니다.
• 이 칩은 I/O 포트와 같은 주요 구성 요소의 외부 인터페이스가 필요하지 않습니다.
• I/O 포트를 프로그래밍할 수 있습니다.
• 중요한 구성 요소를 모두 넣어 제품의 면적, 비용 및 설계 시간을 단축합니다.

단점

• 운영체제가 없습니다. 따라서 모든 명령을 작성해야 합니다.
• 마이크로컨트롤러의 메모리(용량에 따라 다름)는 기기가 수행할 수 있는 명령을 제한할 수 있습니다.

마무리

요약하자면, 마이크로컨트롤러의 기초는 단일 칩 마이크로컴퓨터의 성능을 설명합니다. 또한 메모리, CPU, I/O 포트, 발진 회로 등과 같은 장치의 구조를 구성하는 여러 주변 장치로 구성됩니다. 또한 제조업체는 자신이 제어하는 ​​장치에 마이크로컨트롤러를 구축합니다.

그리고 각 주변 장치는 마이크로 컨트롤러의 기능에 기여하는 중요한 역할을 합니다. 마이크로컨트롤러에 대해 어떻게 생각하세요? 프로젝트에 가장 적합한 것을 얻는 데 도움이 필요하십니까? 부담 없이 연락주십시오.