NUC975DK61Y – الدوائر المتكاملة والمضمنة ووحدات التحكم الدقيقة – شركة NUVOTON Technology Corporation

1 تعريف المتحكم الدقيق

نظرًا لأن وحدة التحكم الدقيقة هي وحدة المنطق الحسابي، والذاكرة، والمؤقت/الآلة الحاسبة، ودوائر / O المختلفة، وما إلى ذلك، مدمجة في شريحة، وتشكل نظام حوسبة أساسيًا كاملاً، فهي تُعرف أيضًا باسم حاسوب صغير ذو شريحة واحدة.

يتم استخدام البرنامج الموجود في ذاكرة المتحكم الدقيق بشكل وثيق مع أجهزة المتحكم الدقيق ودوائر الأجهزة الطرفية، ويتميز عن برنامج الكمبيوتر الشخصي، ويسمى برنامج المتحكم الدقيق كبرنامج ثابت.بشكل عام، المعالج الدقيق هو وحدة المعالجة المركزية (CPU) الموجودة على دائرة متكاملة واحدة، في حين أن المتحكم الدقيق عبارة عن وحدة المعالجة المركزية (CPU) وذاكرة الوصول العشوائي (ROM) وذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وVO والمؤقت وما إلى ذلك، وكلها موجودة في دائرة متكاملة واحدة.بالمقارنة مع وحدة المعالجة المركزية، لا يتمتع المتحكم الدقيق بقوة حوسبة قوية، ولا يحتوي على وحدة MemoryManaaement، مما يجعل المتحكم الدقيق يمكنه فقط التعامل مع بعض التحكم الفردي والبسيط نسبيًا، والمنطق، وغيرها من المهام، ويستخدم على نطاق واسع في التحكم في المعدات، ومعالجة إشارات الاستشعار وغيرها من المجالات، مثل بعض الأجهزة المنزلية، والمعدات الصناعية، وأدوات الطاقة، الخ.

2 تكوين المتحكم الدقيق

يتكون المتحكم الدقيق من عدة أجزاء: المعالج المركزي والذاكرة والإدخال/الإخراج:

- المعالج المركزي:

المعالج المركزي هو المكون الأساسي لوحدة MCU، بما في ذلك الجزأين الرئيسيين للمشغل ووحدة التحكم.

-المشغل أو العامل

يتكون المشغل من وحدة حسابية ومنطقية (ALU)، ومراكم ومسجلات، وما إلى ذلك. ويتمثل دور ALU في إجراء عمليات حسابية أو منطقية على البيانات الواردة.وحدة ALU قادرة على إضافة أو طرح أو مطابقة أو مقارنة حجم هاتين البيانات، وفي النهاية تخزين النتيجة في المجمع.

المشغل لديه وظيفتين:

(1) إجراء العمليات الحسابية المختلفة.

(2) إجراء عمليات منطقية مختلفة وإجراء اختبارات منطقية، مثل اختبار القيمة الصفرية أو المقارنة بين قيمتين.

يتم توجيه جميع العمليات التي يقوم بها المشغل عن طريق إشارات التحكم من وحدة التحكم، وبينما تنتج العملية الحسابية نتيجة حسابية، فإن العملية المنطقية تنتج حكمًا.

-مراقب

تتكون وحدة التحكم من عداد البرنامج، وسجل التعليمات، ووحدة فك تشفير التعليمات، ومولد التوقيت، ووحدة التحكم في التشغيل، وما إلى ذلك. إنها "هيئة صنع القرار" التي تصدر الأوامر، أي تنسق وتوجه تشغيل نظام الكمبيوتر الصغير بأكمله.وظائفها الرئيسية هي:

(1) لاسترداد تعليمة من الذاكرة وتحديد موقع التعليمة التالية في الذاكرة.

(2) لفك تشفير التعليمات واختبارها وإنشاء إشارة التحكم في التشغيل المقابلة لتسهيل تنفيذ الإجراء المحدد.

(3) يوجه ويتحكم في اتجاه تدفق البيانات بين وحدة المعالجة المركزية والذاكرة وأجهزة الإدخال والإخراج.

يقوم المعالج الدقيق بتوصيل وحدة ALU والعدادات والسجلات وقسم التحكم من خلال الناقل الداخلي، ويتصل بالذاكرة الخارجية ودوائر واجهة الإدخال / الإخراج من خلال الناقل الخارجي.ينقسم الناقل الخارجي، الذي يُطلق عليه أيضًا ناقل النظام، إلى ناقل البيانات DB وناقل العنوان AB وناقل التحكم CB، ويتم توصيله بالأجهزة الطرفية المختلفة من خلال دائرة واجهة الإدخال / الإخراج.

-ذاكرة

يمكن تقسيم الذاكرة إلى فئتين: ذاكرة البيانات وذاكرة البرنامج.

يتم استخدام ذاكرة البيانات لحفظ البيانات ويتم استخدام تخزين البرامج لتخزين البرامج والمعلمات.

-الإدخال/الإخراج -ربط أو قيادة الأجهزة المختلفة

منافذ الاتصال التسلسلية - تبادل البيانات بين MCU والأجهزة الطرفية المختلفة، مثل UART، وSPI، و12C، وما إلى ذلك.

3 تصنيف المتحكمات الدقيقة

من حيث عدد البتات، يمكن تصنيف المتحكمات الدقيقة إلى: 4 بت، 8 بت، 16 بت، و32 بت.في التطبيقات العملية، تمثل حسابات 32 بت 55%، وحسابات 8 بت 43%، وحسابات 4 بت 2%، وحسابات 16 بت 1%

يمكن ملاحظة أن وحدات التحكم الدقيقة 32 بت و 8 بت هي وحدات التحكم الدقيقة الأكثر استخدامًا اليوم.
الفرق في عدد البتات لا يمثل المعالجات الدقيقة الجيدة أو السيئة، وليس كلما زاد عدد البتات كان المعالج الدقيق أفضل، ولا يمثل انخفاض عدد البتات سوء المعالج الدقيق

وحدات MCU 8 بت متعددة الاستخدامات؛فهي توفر برمجة بسيطة وكفاءة في استخدام الطاقة وحجم حزمة صغير (بعضها يحتوي على ستة دبابيس فقط).لكن وحدات التحكم الدقيقة هذه لا تُستخدم عادةً لوظائف الشبكات والاتصالات.

بروتوكولات الشبكة ومجموعات برامج الاتصال الأكثر شيوعًا هي 16 أو 32 بت.تتوفر الأجهزة الطرفية للاتصالات لبعض الأجهزة ذات 8 بت، ولكن غالبًا ما تكون وحدات MCU ذات 16 و32 بت هي الخيار الأكثر كفاءة.ومع ذلك، تُستخدم عادةً وحدات MCU ذات 8 بت لمجموعة متنوعة من تطبيقات التحكم والاستشعار والواجهة.

من الناحية المعمارية، يمكن تقسيم وحدات التحكم الدقيقة إلى فئتين: RISC (أجهزة كمبيوتر ذات مجموعة تعليمات مخفضة) و CISC (أجهزة كمبيوتر ذات مجموعة تعليمات معقدة).

RISC هو معالج دقيق ينفذ عددًا أقل من أنواع تعليمات الكمبيوتر وقد ظهر في الثمانينيات باستخدام حاسوب MIPS الرئيسي (أي أجهزة RISC)، وتسمى المعالجات الدقيقة المستخدمة في أجهزة RISC مجتمعة بمعالجات RISC.وبهذه الطريقة، يكون قادرًا على تنفيذ العمليات بمعدل أسرع (ملايين التعليمات الإضافية في الثانية، أو MIPS).نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر تتطلب ترانزستورات وعناصر دوائر إضافية لتنفيذ كل نوع من التعليمات، فكلما زاد حجم مجموعة تعليمات الكمبيوتر، أصبح المعالج الدقيق أكثر تعقيدًا وتنفيذ العمليات بشكل أبطأ.

يتضمن CISC مجموعة غنية من الإرشادات الدقيقة التي تعمل على تبسيط عملية إنشاء البرامج التي تعمل على المعالج.تتكون التعليمات من لغة التجميع، وبعض الوظائف الشائعة التي تم تنفيذها في الأصل بواسطة البرنامج يتم تنفيذها بواسطة نظام تعليمات الأجهزة بدلاً من ذلك.وبذلك يتم تقليل عمل المبرمج بشكل كبير، وتتم معالجة بعض العمليات أو العمليات ذات الترتيب الأدنى في وقت واحد في كل فترة تعليمات لزيادة سرعة تنفيذ الكمبيوتر، ويسمى هذا النظام بنظام التعليمات المعقدة.

4 ملخص

أحد التحديات الخطيرة التي يواجهها مهندسو إلكترونيات السيارات اليوم هو بناء أنظمة سيارات منخفضة التكلفة وخالية من المتاعب، وحتى في حالة حدوث عطل، فإن أداء السيارة يتحسن تدريجيًا في الوقت الحالي، ومن المتوقع أن تعمل وحدات التحكم الدقيقة على تحسين الأداء. وحدات التحكم الإلكترونية في السيارات.