Mikrokontrolér

Mikrokontrolér (iné názvy pozri nižšie; skratky μC z angl. microcontroller, MCU z angl. microcontroller unit) je monolitický integrovaný obvod obsahujúci úplný mikropočítač. Na jednom čipe je integrovaný procesor, pamäťový systém aj periférne obvody a na svoj beh tak nevyžaduje ďalšie podporné obvody. Mikrokontroléry sa spravidla vyznačujú veľkou spoľahlivosťou a kompaktnosťou, bývajú súčasťou vnorených systémov a využívajú sa predovšetkým pre jednoúčelové aplikácie v oblasti riadenia, regulácie a pod.

Čip 8-bitového mikrokontroléru Intel 8742 z rodiny MCS-48, 12 MHz so 128 B pamäte

4-bitový Texas Instruments TMS1000 z roku 1974, jeden z historicky prvých komerčne úspešných mikrokontrolérov

Názvy

Názvy sú:

• mikrokontrolér, riadiaci mikropočítač, mikroradič, zriedkavo mikroovládač, zriedkavo mikroregulátor, MCU, μC, uC, slangovo microcontroller – anglické názvy: microcontroller – skratka μC/uC, microcontroller unit – skr. MCU
• podľa niektorých názorov je úplné synonymum aj (podľa iných názorov len podobný) pojem: jednočipový mikropočítač, jednočipový počítač, monolitický mikropočítač, slangovo jednočip, slangovo monolit - anglické názvy: single-chip (micro)computer, one-chip (micro)computer

Integrované zariadenia

Príklad architekúry mikrokontroléru, Intel MCS-51

Medzi zariadenia, bežne integrované na čipoch mikrokontrolérov patria:

• jedno alebo viac procesorových jadier (so šírkou slova 4 až 64 bitov a maximálnou taktovacou frekvenciou typicky jednotky až stovky MHz)
• operačná pamäť vo forme SRAM alebo DRAM
• permanentná pamäť programu vo forme ROM, PROM, EPROM alebo EEPROM (flash)
• permanentná pamäť dát vo forme EEPROM
• generátor hodinového signálu, zvyčajne interný oscilátor stabilizovaný externe pripájaným kryštálom, prípadne pre menej náročné aplikácie RC oscilátor bez potreby vonkajších súčiastok
• resetovací obvod a dohľadové obvody – watchdog časovač, reštartujúci MCU v prípade nežiadúcich stavov; brown-out detektor, pozastavujúci beh v prípade podpätia a reštartujúci MCU po obnove správneho napájacieho napätia
• čítače a časovače s možnosťou počítania externých/interných udalostí, vyvolávania periodických prerušení, generovania periodických priebehov s programovateľnou periódou a/alebo striedou (PWM)
• obvod hodín reálneho času
• radič prerušenia
• radič DMA
• radiče zberníc a komunikačných rozhraní (I²C, SPI, CAN, UART, SDIO, USB, Ethernet a iné)
• vstupno-výstupné porty pre všeobecné použitie (GPIO)
• analógové komparátory, A/D a D/A prevodníky a napäťové referencie pre ne
• programovateľné hradlové pole
• rozhranie pre programovanie (angl. in-system programming) prípadne aj ladenie (angl. in-circuit debugging) priamo vo vstavanom systéme

Použitie

Mikrokontroléry sa používajú najmä na jednoduché riadiace aplikácie (aj jednoduché spracovanie signálov – DSP), kde nezáleží príliš na výpočtovom výkone ale je podstatná nízka cena. Obvykle sa používajú ako vstavané zariadenia, t. j. hlavne v koncových aplikáciách. Nezriedka sa v bežných zariadeniach spotrebnej aj priemyselnej elektroniky používa väčšie množstvo špecializovaných mikrokontrolérov, napr. jeden môže riadiť sekciu motorov a aktuátorov, iný riadi displej a sleduje tlačidlá, ďalší riadi celkovú funkciu, vrátane predchádzajúcich dvoch, a pod.

• CD/MP3 prehrávače
• USB kľúče
• rádiom ovládané modely
• telefóny
• mikrovlnky, práčky a ďalšie domáce spotrebiče
• riadiace jednotky sytémov v automobiloch a iných dopravných prostriedkoch, avionika
• nositeľná elektronika
• zariadenia internetu vecí

Niektoré známejšie rodiny

MCS-51

8-bitové mikrokontroléry Intel 8749 a 8751 s pamäťou programu typu EPROM, mazateľnou ultrafialovým žiarením

Vyvinutá firmou Intel ako následovník rodiny MCS-48 (ktorá bola jednou z prvých rodín mikrokontrolérov). Uvedená na trh v roku 1980. Bola licencovaná veľkému množstvu firiem (zo známejších Philips, Atmel, Dallas Semiconductor, Winbond, SST a mnohé iné) a je naďalej vyrábaný v množstve klonov a variánt. Je populárny ako riadiace jadro mnohých ASIC obvodov.

PIC

Mikrokontroléry PIC Microchip Technology v puzdrach DIP a QFN s mincou pre porovnanie

V roku 1985 firma Microchip odkúpila jadro PIC od krachujúcej firmy General Instruments a ďalej ho vyvíjala. Má jednoduchú štruktúru a malé množstvo inštrukcií. Vyrába sa v niekoľkých rodinách – PIC12, PIC16, PIC17, PIC18, dsPIC – líšiacich sa výkonom, ale majú podobnú inštrukčnú sadu. Významnou vlastnosťou mikrokontrolérov PIC je ich nízka spotreba, najmä pri malých pracovných frekvenciách.

AVR

8-bitový mikrokontrolér z rodiny AVR, Atmel ATmega328P (RISC, 20 MHz, 32 KiB FLASH, 2 KiB SRAM, 1 KiB EEPROM) v puzdre DIP28 na doske jednodoskového počítača Arduino Uno

Architektúra AVR bolo vyvinutá dvoma nórskymi študentmi. Neskôr bola predaná firme Atmel. Čipy AVR sú 8-bitové RISC mikrokontroléry. Existuje veľké množstvo variant týchto mikrokontrolérov. Používajú sa v platforme Arduino.

Z8

Spoločnosť Zilog modifikovala svoj 8-bitový mikroprocesor Z80 do podoby mikrokontrolérov s označením Z8.

MSP430

Rad mikrokontrolérov spoločnosti Texas Instruments so 16-bitovými prvkami a veľmi nízkou spotrebou (vhodný pre batériou napájané aplikácie).

HC(S)12

Rad mikrokontrolérov spoločnosti Freescale (predtým Motorola).

ARM

32-bitový mikrokontrolér STM32H747XI s procesorovými jadrami ARM Cortex-M7 a ARM Cortex-M4 (480 a 240 MHz, 2 MiB FLASH, 1 MiB SRAM) na doske jednodoskového počítača Arduino GIGA R1 WiFi

32-bitový mikroprocesor pochádzajúci od spoločnosti Acorn je v poslednom čase využívaný niekoľkými desiatkami výrobcov aj ako jadro výkonných mikrokontrolérov a obvodov typu SoC.

Výrobcovia

• Intel – priekopník v oblasti mikrokontrolérov, ale od roku 2007 mikrokontroléry už nevyrába
• Atmel
• NXP Semiconductors
• Winbond
• Dallas/Maxim
• STM
• Microchip Technology
• Freescale Semiconductor
• Zilog
• Texas Instruments
• Renesas
• Toshiba
• Fujitsu
• Sharp
• EM Marin

Pozri aj

• mikroprocesor
• systém na čipe (SoC)
• jednodoskový počítač
• vstavaný systém
• firmware

Iné projekty

Commons

• Commons ponúka multimediálne súbory na tému Mikrokontrolér