Cosa sono i microcontrollori ?

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Introduzione al mondo dei microcontrollori

I microntrollori sono dei sistemi che integrano in un solo dispositivo tutti i circuiti necessari alla realizzazione di un sistema digitale programmabile completo.
fig.01

come mostrato in fig.01 in un microcontrollore troviamo integrati oltre al microprocessore (che è l’unita di calcolo) anche altri componenti quali l’oscillatore, il convertitore A/D, la RAM e la memoria di programma.

queste sue caratteristiche lo rendono particolarmente adatto per risolvere innumerevoli sistemi di automazione, infatti tali sistemi non necessitano di grandi velocità di calcolo, ma piuttosto preferiscono la stabilità di lavoro, la robustezza e le dimensioni ridotte. 
Il microcontrollore possedendo tutte queste caratteristiche e spesso usato per risolvere i più svariati sistemi di automazione.
I microcontrollori sono la forma più diffusa e più invisibile di computer. Scendendo più in dettaglio essi comprendono la CPU, un certo quantitativo di memoria RAM e memoria ROM (può essere PROM, EPROM, EEPROM o FlashROM) e una serie di interfacce di I/O (input/output) standard, fra cui molto spesso bus (I²C,SPI,CAN,LIN). 
Sono disponibili sul mercato microcontrollori con integrati un gran numero di periferiche (vedi figura) quali oltre ai convertitori ADC anche dei convertitori DAC multicanale, timer/counters, USART, numerose porte esterne bidirezionali bufferizzate, comparatori, PWM, HID (Human interface device) ecc..
I Microcontrollori sono progettato per ottenere la massima autosufficienza funzionale ed ottimizzare il rapporto
prezzo-prestazioni per una specifica applicazione, a differenza, ad esempio, dei microprocessori impiegati nei personal computer, adatti per un uso più generale.  
fig.02 Organizzazione interna di un microcontrollore[1]

fig 03. organizzazione interna di un microprocessore[1]

La loro capacità di calcolo è molto limitata e di solito eseguono lo stesso programma (firmware) per tutta la durata del loro funzionamento.
Sono contenuti nella quasi totalità di apparecchi ed elettrodomestici.
fig 04. Esempi di apparecchi che utilizzano un microcontrollore

Che cosa è un microcontrollore PIC?[2]

PIC è una famiglia di circuiti integrati a semiconduttore con funzioni di microcontrollore. Microchip technology non usa il termine PIC come un acronimo; il suo nome aziendale è: “PICmicro”. Anche se generalmente sta per “Peripheral Interface Controller”, originariamente la “General Instrument” usava l’acronimo per “Programmable Intelligent Computer”.
I PIC sono microcontrollori la cui architettura è di tipo Harvard RISC(Reduced Istruction Set Computer) cioè un sistema a ridotto set di istruzioni che offre una gamma di prodotti che comprende dispositivi da 6 a 80 pin e da 384 byte a 128K byte di memoria di programma. 
fig 05. confronto tra architettura Harvad e von Neuman.
 L’architettura Harvad Utilizzata per i PICmicro presenta due bus separati uno per la memoria dati e uno per la memoria programma rendendo più veloce l’accesso ai dati. L’architettura von Neuman prevede un solo bus per dati e programma rendendo più complicate le operazioni di lettura scrittura



La Microchip combinando le funzionalità RISC con l’architettura dual-bus  Harvard , realizza dei microcontrollori veloci e flessibili a 10 MIPS. Un semplice set di istruzioni e una migrazione senza difficoltà tra le famiglie di prodotti PICmicro la rende la scelta più logica per progetti che richiedono flessibilità e performance.
Vantaggi:
  • Le istruzioni e i dati sono trasferiti su Bus separati, per evitare le strozzature e per aumentare le prestazioni globali del sistema
  • La pipeline in due fasi consente mentre un’istruzione viene eseguita la successiva viene posta in Fetch  
  • La memoria dati a 12-14-16 bit permette di migliorare le performance del software
  
I microcontrollori PIC offrono una vasta gamma di prodotti con periferiche on-chip tra cui[2]:

    • Communication Peripherals and Protocols:
      • -RS232/RS485
      • -SPI™
      • -I2C™
      • -CAN
      • -USB
      • -LIN
      • -Radio Frequency
      • -TCP/IP
    • Display Peripherals:
      • LED drivers
      • LCD drivers
    • Control and Timing Peripherals:
      • -Capture/Compare
      • -Pulse Width Modulators (PWMs)
      • -Counters/timers 
      • -Watchdog timers
    • Analog Peripherals:
      • -Up to 12-bit analog-to-digital (A/D) converters
      • -Comparators and Op Amps
      • -Brown-out detectors
      • -Low-voltage detectors
      • -Temperature sensors
      • -Oscillators
      • -Voltage references
      • -Digital-to-analog (D/A) converters

Come scegliere il PIC adatto alle nostre esigenze

Nella scelta di un microcontrollore adatto alla vostra applicazione è necessario tenere presenti alcuni fattori quali:
  • Il numero di PIN I/O necessari
  • Le periferiche necessarie (i.e. RS232 Can ecc..)
  • la quantità di memoria (memoria di programma, RAM, EEPROM)
  • Velocità del microcontrollore
  • Dimensioni Fisiche (form Factor), tutti i dispositivi sono presenti in diversi package.

Una cosa importante da ricordare è quello di effettuare la scelta facendo un bilanciamento tra i costi ed i fattori sopraelencati.

Ps è gradita la segnalazione di eventuali errori o chiarimenti

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References

  • http://www.dei.unipd.it/~ieeesb/PIC/PresentazionePIC_01.pdf
  • http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2120&param=en022594

2 commenti

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    • Ionela Craciun

      ottima introduzione nel mondo dei microcontrollori! volevo inoltre segnalare una nuova categoria sui microcontrollori che è dedicata sia ai microcontrollori pic che al microcontrollore 8051, ma anche a tutti i tipi di microcontroller 8 16 e 32 bit ed alla loro programmazione.http://it.emcelettronica.com/microcontrollori

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