Микроконтроллером (МК) называется программируемое цифровое однокристальное функционально законченное устройство управления объектами, выполненное в виде интегральной микросхемы.

Фактически МК включает в себя все основные компоненты универсальных микропроцессоров. Отличие состоит лишь в уменьшенном объеме встроенной памяти, логическом и физическом разделении памяти программ (обычно РПЗУ) и памяти данных (обычно набор адресуемых регистров), упрощенной и ориентированной на задачи управления системе команд, а также наличии специальных двунаправленных контактов (портов) для подключения внешних устройств ввода/вывода информации, а часто и встроенных АЦП и ЦАП [1].

На рис. 3 приведена структурная схема использования МК для реализации системы управления состоянием группы объектов 1 – N. Система включает в себя совокупность внешних объектов, состояние которых изменяется как под воздействием внешних факторов, так и за счет их взаимодействия между собой. Текущее состояние объектов контролируется соответствующими датчиками, сигналы с которых поступают на входы «PORT А» микроконтроллера. МК анализирует их и в соответствии с записанной в ПЗУ (внутреннем или внешнем) программой формирует на выходах PORT B управляющие сигналы, которые через

исполнительные устройства воздействуют на объекты и изменяют их состояния до тех пор пока д атчики не покажут, что состояние объектов достигло желаемого уровня. Таким образом образуется замкнутый контур управления. На практике между объектами, датчиками и исполнительными устройствами мо

гут включаться соответствующие АЦП, ЦАП, не показанные на рис. 3. Подобным образом реализовано большинство практических промысленных автоматизированных систем управления технологическими процессами произвольного назначения.

Устройство (или совокупность устройств), осуществляющее технологический процесс и нуждающееся в специально организованных воздействиях извне для осуществления его алгоритма функционирования, называется управляемым объектом.

Алгоритм управления - совокупность предписаний, определяющая характер воздействий извне на управляемый объект с целью осуществления его алгоритма функционирования.

Управление - процесс осуществления воздействий, соответствующих алгоритму управления. Обычно управление не может полностью компенсировать влияние возмущений в каждый момент времени и поэтому алгоритм функционирования управляемого объекта выполняется лишь приближенно.

Устройство, осуществляющее в соответствии с алгоритмом управления воздействие на управляемый объект, называется управляющим устройством. Алгоритм функционирования управляющего устройства и есть алгоритм управления.

Совокупность управляемого объекта и управляющего устройства, взаимодействующих между собой, называют системой управления. В одной системе может быть несколько управляемых объектов или управляющих устройств.

Технологический процесс - совокупность последовательных и параллельных операций, направленных на достижение требуемого производственного результата.

Процесс управления можно разделить на четыре этапа циркуляции информации:

получение информации;

переработка информации (принятие правильного решения, влияющего на ход процесса);

использование информации (изменение хода производственного процесса в нужном направлении);

передача информации (этап в каждом “цикле” управления повторяется дважды).

В соответствии с указанными этапами технические средства систем управления можно подразделить на четыре группы:

средства получения (формирования) информации: датчики, сенсоры, измерительные приборы и т.п. (КИП);

средства передачи информации на расстояние: системы телемеханики (СТМ), в более общем случае - системы передачи информации (СПИ);

средства переработки информации: устройства вычислительной техники (УВТ) и другие специализированные устройства;

средства для использования информации: автоматические регуляторы, исполнительные механизмы (ИМ).

Рис.1. Обобщенная структура системы управления

Общая структура МК показана на рис. 1.1. Эта структура дает представление о том, как МК связывается с внешним миром. 

2.Классификационные признаки микроконтроллеров, используемых в

цэсп

 Устоявшейся классификации МК на сегодняшний день не существует. Это относительно новый и бурно развивающийся класс электронных приборов, поэтому должно пройти некоторое время, чтобы система структуризировалась.

   Из основных «классообразующих» признаков можно выделить следующие.

   1. Классификация МКпо разрядности шины данных ЦПУ:

   • 4-битные (Atmel MARC4, Winbond W742, NEC uPD75 и др.);

   • 8-битные (Intel MCS-48, Intel MCS-51, Atmel ATtiny/ATmega/ATXmega, Microchip PIC12/16/18, Zilog Z86 и др.);

   • 16-битные (Intel MCS-96, Texas Instruments MSP430, Motorola 68HC16, Fujitsu MB90, Infineon C16, Mitsubishi M16C, Microchip PIC24 и др.);

   • 32-битные (Atmel ARM, Fujitsu MB91, NEC V850, NXP LPC2xxx и др.).

   В приведенную классификацию не вошли отдельные тупиковые ветви развития прогресса, что подчёркивает справедливость фразы: «Нет правил без исключения». Так, например, МС14500 фирмы Motorola имел разрядность 1 бит, набор команд из 16 инструкций, и был способен работать с неограниченным объёмом памяти. Но на рынке его давно уже не видно и в очередь за ним разработчики не становились.

   Для любительской аппаратуры, естественно, отбирают что-то попроще, подешевле и с меньшей разрядностью (однако не настолько малой как морально устаревшие 4 бита). Самыми популярными на сегодняшний день считаются 8-битные МК. Профессионалы предпочитают разрядность повыше.

   Родоначальником 8-битных МК является фирма Intel, освоившая линейку базовых семейств MCS-48, MCS-51, MCS-251. Они составили достойную конкуренцию господствовавшим в те годы микропроцессорам. В дальнейшем фирма Intel переключилась на производство исключительно 16-битных моделей, и, к её чести, не стала в судебном порядке запрещать клонирование MCS-совместимых контроллеров сторонними разработчиками.

   Нынешними лидерами продаж среди 8-битных МК являются фирмы Atmel и Microchip. Они далеко опережают ближайших конкурентов.