Kiến trúc vi điều khiển

Mặc dù chỉ có ba loại vi điều khiển cốt lõi, nhưng có rất nhiều thương hiệu và kiến trúc nhà sản xuất MCU có sẵn.

Một số tên phổ biến nhất mà người dùng có thể thường xuyên tìm kiếm bao gồm:

Bộ xử lý lõi ARM (nhiều nhà cung cấp bộ vi điều khiển ARM và các thành phần liên quan bao gồm lõi ARM Cortex-M)
Công nghệ vi mạch Bộ vi điều khiển Atmel AVR (8-bit), AVR 32 (32-bit) và AT91SAM (32-bit)
Công nghệ Microchip Vi điều khiển PIC (8-bit PIC16, PIC18, 16-bit dsPIC33, PIC24, 32-bit PIC32)
Freescale ColdFire (32-bit) và S08 (8-bit)
Bộ vi điều khiển Intel 8051
Renesas Electronics (MCU 16-bit RL78, MCU 32-bit RX, SuperH, MCU 32-bit V850, MCU 16-bit H8, R8C)
Silicon Laboratories Pipelined 8-bit 8051 và bộ vi điều khiển 32-bit

Sơ đồ khối vi điều khiển

Sơ đồ khối này mô tả kiến trúc bên trong của bộ vi điều khiển 8051.

CPU quản lý và đồng bộ hóa các quy trình, quản lý các thanh ghi và giải thích dữ liệu ROM. Cuộc gọi ngắt thường trình con được cung cấp nếu một chương trình ưu tiên khác yêu cầu truy cập bus hệ thống. Ngắt cho phép các quy trình hiện tại bị trì hoãn để truy cập bổ sung này xảy ra. Bộ dao động (được đánh dấu là OSC trên sơ đồ) thực hiện hoạt động hẹn giờ cho mạch kỹ thuật số của vi điều khiển.

Vi điều khiển và vi xử lý

Thường có sự nhầm lẫn liên quan đến chính xác những gì xác định bộ vi điều khiển so với bộ vi xử lý (MP) hoặc hệ thống trên chip (SoC).

Tóm lại, một bộ vi điều khiển là một phiên bản đơn nhiệm, đơn giản hóa của SoC. Mặc dù về mặt kỹ thuật, MCU chứa CPU hoặc bộ xử lý như một phần của mạch tích hợp, nhưng đây là phiên bản đơn giản hơn nhiều. Bộ vi xử lý công suất thấp này hoạt động hiệu quả như một CPU hoặc bộ não đơn giản cho bộ vi điều khiển, mang lại cho MCU khả năng cơ bản để thực hiện vai trò được lập trình đơn lẻ của nó.

Về mặt đặt ra những điểm khác biệt chính giữa bộ vi xử lý và bộ vi điều khiển, định nghĩa đơn giản nhất là nói về các thành phần. Một bộ vi xử lý thực sự không chứa bất kỳ bộ nhớ (RAM hoặc ROM) hoặc cổng I/O nào và chỉ có thể hoạt động như một phần của hệ thống nhúng rộng hơn. Các tập lệnh cho một bộ vi xử lý độc lập biết cách thực thi một chức năng nhất định thường được lưu trữ bên ngoài. Trong một bộ vi điều khiển, tất cả các thành phần khác nhau này - bao gồm cả bộ xử lý đã được đơn giản hóa - được kết hợp thành một đơn vị độc lập duy nhất.

Vi điều khiển

Là một đơn vị hoàn toàn khép kín có chứa CPU hoặc bộ vi xử lý rất đơn giản

Được sử dụng cho một ứng dụng cụ thể, do người dùng lập trình trước

Không đặc biệt mạnh mẽ về mặt hiệu suất; thông thường, chúng chỉ tiêu thụ một lượng điện năng nhỏ và chứa ít dung lượng lưu trữ dữ liệu tích hợp

Cần được lập trình bởi người vận hành để thực hiện bất kỳ vai trò có ý nghĩa nào

Không thể hoạt động ngoài phạm vi gửi được lập trình cụ thể (mã được viết và chất lượng của mã sẽ hoàn toàn xác định hiệu suất của một vi điều khiển)

Thường được dùng trong các thiết bị hoặc máy móc cụ thể được thiết kế để thực hiện lặp đi lặp lại một tác vụ

Bộ vi xử lý

Phức tạp và linh hoạt hơn nhiều về phạm vi chức năng và được thiết kế để sử dụng trong máy tính tổng quát hơn (trái ngược với các thiết bị một nhiệm vụ chuyên dụng)

Có tốc độ (xung nhịp) bộ xử lý nhanh hơn nhiều so với MCU, thường được đo bằng gigahertz (GHz) thay vì Hz

Khó sản xuất và giá thành cao, không giống như các bộ vi điều khiển tương đối đơn giản và rẻ tiền

Yêu cầu nhiều thành phần bên ngoài hơn (RAM, cổng I/O, lưu trữ dữ liệu, EEPROM hoặc bộ nhớ flash) để hoạt động, không có thành phần nào được tích hợp vào MP và phải được mua và kết nối riêng
Có mức tiêu thụ năng lượng cao hơn đáng kể và do đó ít tốn kém hơn nhiều khi chạy liên tục

Vi điều khiển so với PLC: Sự khác biệt là gì?

Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) giống như một bộ vi điều khiển, nhưng nó lớn hơn, nhanh hơn và đáng tin cậy hơn. PLC là các thành phần phức tạp hơn nhiều phù hợp với nhiều ứng dụng hiệu suất cao. Mặt khác, các bộ vi điều khiển là cơ bản và đơn giản khi so sánh, lý tưởng cho việc sử dụng nhỏ hơn, năng lượng thấp hơn.

Kích thước của một vi điều khiển nhỏ là bao nhiêu?

Bộ vi điều khiển là những thành phần siêu nhỏ, rất nhỏ, được thiết kế sao cho nhỏ gọn nhất có thể mà không ảnh hưởng đến chức năng. Kích thước điển hình cho nhiều MCU tiêu chuẩn bao gồm chiều cao từ 0,5 mm đến 4,95 mm và chiều dài từ 4 mm đến 35,56 mm. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng điều này có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào nhiều yếu tố và yêu cầu khác. Trong số các kích thước vi điều khiển nhỏ nhất có chiều cao chỉ 0,15mm và chiều dài 1,06mm.

Vi điều khiển tốt nhất

Bộ vi điều khiển tốt nhất cuối cùng sẽ phụ thuộc vào yêu cầu dự án của bạn. Bạn nên tính đến một số yếu tố chính khi xem xét lựa chọn thiết bị vi điều khiển, bao gồm:

Chịu nhiệt độ
Kiến trúc cấu tạo
Dung lượng bộ nhớ
Giá cả và hiệu quả chi phí
Hiệu quả (hiệu suất so với mức tiêu thụ điện năng)
Khả năng bảo vệ
Thương hiệu hoặc nhà sản xuất
Sức mạnh xử lý
Giao diện
Tần số tối đa (MHz)