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Introduzione
Una scheda microcontrollore è proprio questo, un dispositivo programmabile utilizzato per fungere da unità di controllo di un sistema più grande. Si interfaccia con altri dispositivi e può controllarne uno o più di uno componente sempre che abbia la potenza richiesta.
Introduzione alla scheda a microcontrollore
Le schede a microcontrollore sono anche denominate "cervelli" e funzionano come l'unità di elaborazione centrale (CPU) delle operazioni di input e output dei dati in un sistema.
Se sei un principiante, la scheda del microcontrollore è una delle basi da capire. Dopo aver letto questo articolo, acquisirai familiarità con diversi tipi, applicazioni e usi della scheda a microcontrollore.
Cos'è un microcontrollore?
Un microcontrollore è un computer su un singolo circuito integrato. Di solito viene utilizzato per controllare un sistema o un dispositivo e contiene un processore, memoria e periferiche di input/output programmabili.
La parola "micro" significa piccolo, quindi il termine "microcontrollore" può creare confusione perché si riferisce a qualcosa che è molto più piccolo di altri computer. In effetti, i microcontrollori sono così piccoli che vengono spesso chiamati "chip".
I microcontrollori sono utilizzati in quasi tutti i dispositivi elettronici che usi oggi, dagli smartphone alle console di gioco e alle auto. Sono anche utilizzati in robot, droni e dispositivi domestici intelligenti (come quelli che tratteremo in questa lezione).
Come funziona una scheda a microcontrollore?
Una scheda microcontrollore è un circuito stampato che contiene uno o più microcontrollori. Un microcontrollore è un piccolo sistema informatico che può essere utilizzato per controllare dispositivi e macchine.
I microcontrollori sono spesso utilizzati in incorporato sistemi e progetti di elettronica, come robot o computerizzati telecamere. Possono anche essere usati per controllare elettrodomestici come condizionatori d'aria e lavatrici.
I microcontrollori sono generalmente programmati utilizzando un software speciale chiamato ambiente di sviluppo integrato (IDE). L'IDE ti consente di scrivere codice in un linguaggio di programmazione come C++ o Python, che verrà poi compilato in un linguaggio macchina comprensibile dal tuo microcontrollore.
Applicazioni per schede a microcontrollore
Cosa sono le applicazioni delle schede a microcontrollore?
Le schede a microcontrollore sono utilizzate in un'ampia varietà di applicazioni, tra cui la robotica e l'automazione. L'uso più comune di queste schede è creare un circuito in grado di controllare oggetti fisici o sistemi.
Ad esempio, una scheda a microcontrollore potrebbe essere utilizzata per controllare un braccio robotico o una linea di fabbrica automatizzata. Ciò consente all'utente di programmare determinate azioni nel dispositivo, come spostare un oggetto da un luogo a un altro o accendere una macchina.
Le schede a microcontrollore vengono utilizzate anche nei sistemi di automazione domestica che consentono agli utenti di automatizzare le proprie case utilizzando un'app sul proprio telefono. Questi sistemi utilizzano sensore posizionati in tutta la casa che rilevano quando qualcuno varca una porta o entra in una stanza in modo che possano aprire o chiudere automaticamente le finestre o spegnere o accendere le luci.
All'interno di una scheda a microcontrollore
Cosa c'è dentro una scheda a microcontrollore?
Le schede a microcontrollore sono piccoli computer con una propria fonte di alimentazione e memoria. In genere vengono utilizzati per controllare l'elettronica, ma possono essere utilizzati per fare quasi tutto ciò che desideri.
I componenti principali di una scheda a microcontrollore sono:
CPU
CPU
Questo è il microcontrollore è un'unità di elaborazione centrale. È la parte della scheda che elabora ed esegue le istruzioni e svolge questo compito utilizzando registri e memoria.
La CPU ha un registro delle istruzioni che contiene l'istruzione da eseguire. Ha anche uno o più registri dati, dove i dati possono essere caricati o memorizzati durante l'esecuzione del programma. La CPU ha un registro puntatore dello stack che punta all'ultimo elemento inserito nello stack dalle chiamate di subroutine del programma, in modo che possa tornare a quegli elementi dopo aver eseguito altre istruzioni.
La memoria nei microcontrollori
Memorie
I microcontrollori utilizzano la memoria per memorizzare istruzioni e dati. La quantità di memoria che un microcontrollore ha determinato quante informazioni può contenere contemporaneamente. La memoria della scheda del microcontrollore è dove vengono memorizzati il programma e altri dati. È suddiviso in diverse sezioni:
Memoria del programma
Dove è memorizzato il programma. Questa sezione di memoria è riservata al codice e ai dati accessibili dall'interno del programma.
Memoria dati
Utilizzato per memorizzare i dati a cui il programma deve accedere. I dati possono essere letti, scritti e manipolati in vari modi dal programma. La memoria dati può anche contenere variabili utilizzate da varie funzioni all'interno di un programma.
periferiche di I/O
periferiche di I/O
Dispositivi che si connettono al tuo computer e ti consentono di interagire con essi. Ad esempio, se utilizzi un mouse o una tastiera, questi sono collegati tramite periferiche I/O.
Analogico a digitale
Convertitore da analogico a digitale
Il convertitore da analogico a digitale (ADC) è un componente chiave nella scheda del microcontrollore. Prende i segnali analogici dai sensori, come la temperatura o la pressione, e li converte in digitale numeri.
L'ADC prende anche gli input digitali, come l'input dell'utente o la lettura di un sensore, e li converte in segnali analogici. Ad esempio, se si preme un pulsante sulla scheda del microcontrollore, l'ADC convertirà quel segnale digitale in analogico voltaggio che dirà alla tua scheda cosa fare dopo.
Da digitale ad analogico
Convertitore da digitale ad analogico
Un convertitore digitale-analogico (DAC) è un dispositivo che converte i bit digitali in livelli di tensione analogici. I DAC sono utilizzati nei microcontrollori per convertire i valori interi da un registro di input (ad esempio, la tastiera dell'utente) in tensioni reali e continue che possono essere utilizzate per controllare altri circuiti.
Bus di sistema
Bus di sistema
Il bus di sistema di un microcontrollore è l'autostrada principale che attraversa l'intera scheda del microcontrollore. Consente ai segnali di viaggiare tra tutte le diverse funzioni del microcontrollore, come la memoria e i pin di ingresso/uscita.
Bus dati
Il bus dati è il percorso principale per i dati all'interno del microcontrollore. È un insieme di fili che collega ogni registro e posizione di memoria all'ALU, dove può essere utilizzato nei calcoli.
Indirizzo Autobus
Il bus indirizzi è la parte di un microcontrollore che gli consente di comunicare con altri componenti. Queste comunicazioni sono ciò che consente al microcontrollore di dire ad altri componenti hardware cosa fare e forniscono anche un'interfaccia per programmarlo.
Bus di controllo
Il bus di controllo è il meccanismo che consente al microcontrollore di comunicare con altri componenti. È una raccolta di cavi che collega la CPU e le periferiche, come la memoria e i dispositivi di input/output.
Il bus di controllo funziona a molto frequenza più alta rispetto ai bus dati, il che significa che può trasferire più dati al secondo. È anche più lento del bus degli indirizzi e utilizza diversi livelli di tensione per i suoi cavi.
Porta seriale
La porta seriale è un modo semplice e affidabile per collegare il computer e la scheda del microcontrollore. È un canale di comunicazione dedicato che consente ai due dispositivi di trasferire i dati avanti e indietro.
Diversi tipi di microcontrollori
Esistono molti tipi diversi di microcontrollori, ma hanno tutti una cosa in comune: possono essere programmati per fare quello che vuoi che facciano.
I microcontrollori sono piccoli computer programmabili utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni. Esistono molti tipi diversi di microcontrollori, ciascuno con caratteristiche e funzioni diverse.
Microcontrollore PIC
Microcontrollore PIC
Un dispositivo programmabile utilizzato per controllare diversi tipi di macchine. È spesso usato in industriale impostazioni, come produzione, robotica e automazione. Il microcontrollore PIC ha una serie di funzioni che lo rendono utile per queste applicazioni, tra cui la capacità di percepire il movimento e utilizzarlo per innescare eventi.
Usa un semplice linguaggio di programmazione chiamato C per programmare le sue funzioni. Il linguaggio C è facile da imparare e da usare rispetto ad altri linguaggi di programmazione come Python o Java che richiedono regole di sintassi più complesse che devono essere seguite esattamente affinché i programmi scritti in essi funzionino correttamente sui computer.
Microcontrollore ARM
Microcontrollore ARM
Un tipo di processore utilizzato nei sistemi embedded. Viene utilizzato più spesso nei prodotti di consumo, come fotocamere digitali e telefoni cellulari, ma si trova anche in macchine industriali come automobili e aeroplani.
Il processore ARM è noto per il suo basso consumo energetico e le capacità ad alte prestazioni. Queste caratteristiche lo rendono popolare nell'elettronica di consumo e in altri ambienti in cui il risparmio energetico è fondamentale.
8051 Microcontrollore
8051 Microcontrollore
È uno dei microcontrollori più popolari al mondo. Può essere utilizzato per controllare quasi tutto, da semplici dispositivi come giocattoli a macchine complesse come automobili. Viene utilizzato anche nel tuo computer, quindi è abbastanza sicuro dire che hai interagito con un microcontrollore 8051 almeno una volta nella vita!
L'8051 è adatto per l'uso in medicale impianti come pacemaker o pompe per insulina; Linea militare attrezzature come missili; elettronica di consumo come lettori MP3; settore automobilistico sistemi come gli airbag; elettrodomestici come lavatrici; macchinari industriali come nastri trasportatori; e molti altri tipi di apparecchiature che richiedono soluzioni informatiche integrate.
Microcontrollore AVR
Microcontrollore AVR
Una serie di microcontrollori sviluppati da Atmel. Il microcontrollore AVR viene utilizzato nei sistemi embedded e nei piccoli dispositivi, come gli orologi. È una scelta molto popolare tra gli hobbisti e può essere programmata utilizzando una varietà di linguaggi.
L'AVR ha anche 1 KB di ROM, che contiene istruzioni fisse e non possono essere modificate da utenti o programmi esterni. Questo è utile per memorizzare dati che non cambieranno mai, come costanti matematiche come Pi o la velocità della luce nel vuoto.
Microcontrollore MSP
Microcontrollore MSP
Uno dei tipi più comuni di microcontrollori disponibili. Sono tipicamente utilizzati in dispositivi più piccoli come elettrodomestici e a distanza controlli, ma possono essere trovati anche in prodotti più grandi come microonde forni.
I microcontrollori MSP sono realizzati da numerosi produttori e sono dotati di funzionalità diverse a seconda del modello scelto. Ad esempio, alcuni hanno memoria incorporata mentre altri no; alcuni possono comunicare con altri dispositivi tramite Bluetooth o Wi-Fi, mentre altri non possono; alcuni hanno più pin di input/output di altri.
Microcontrollore vs microprocessore
Qual è la differenza tra un microcontrollore e un microprocessore?
Un microcontrollore è un computer in grado di eseguire molte delle stesse attività di un microprocessore, ma non ha la stessa quantità di memoria o potenza di elaborazione. Un microprocessore, d'altra parte, ha più memoria ed elaborazione energia di un microcontrollore.
La differenza tra questi due dispositivi si riduce alle loro dimensioni e al modo in cui vengono utilizzati. Un microprocessore è molto più grande di un microcontrollore: è circa quattro volte più grande in termini di dimensioni. Per quanto riguarda il loro scopo, entrambi i dispositivi sono utilizzati per il calcolo e il controllo di dispositivi elettronici come orologi, calcolatrici e automobili.
Ma se hai bisogno di controllare qualcosa che deve essere piccolo o alimentato a batteria (come una sveglia), allora probabilmente vorrai usare un microcontrollore invece di un microprocessore perché richiede meno energia e spazio rispetto alla sua controparte; questo lo rende ideale per piccoli dispositivi elettronici come quelli che si trovano negli orologi, controlli remoti o giocattoli.
Vantaggi della scheda a microcontrollore
La scheda microcontrollore è un dispositivo molto potente e versatile. Può essere utilizzato in molte applicazioni diverse ed è il cuore di molte macchine e dispositivi. La scheda a microcontrollore presenta molti vantaggi rispetto ad altri tipi di computer, come PC, laptop o tablet.
Il primo vantaggio della scheda microcontrollore è che è piccola e compatta. Ciò significa che può essere installato in spazi ristretti o addirittura adattato in uno spazio ridotto, se necessario. Questo lo rende ideale per l'uso in automobili o altri veicoli dove lo spazio è limitato.
Un altro vantaggio di questi dispositivi è che sono molto economici rispetto ad altri tipi di computer come PC o laptop. Costano meno, quindi non c'è bisogno di preoccuparsi di spendere troppi soldi per uno se qualcosa va storto con il tuo modello attuale!
Conclusione
In questo articolo, abbiamo esaminato alcune delle caratteristiche chiave che dovrebbero essere presenti in ogni scheda microcontrollore. Il microcontrollore può essere utilizzato per realizzare molte applicazioni generiche e, con gli strumenti software giusti, puoi creare praticamente qualsiasi progetto tu possa immaginare.
