Mikrodenetleyici

Mikrodenetleyici, gömülü bir sistemdeki belirli işlemleri yönetmek için tasarlanmış kompakt entegre devredir. Tipik bir mikrodenetleyici, tek yonga üzerinde işlemci, bellek ve giriş/çıkış (G/Ç) çevre birimlerini içerir.

Bazen gömülü denetleyici veya mikrodenetleyici birimi (MCU) olarak adlandırılan mikrodenetleyiciler, diğer cihazların yanı sıra araçlarda, robotlarda, ofis makinelerinde, tıbbi cihazlarda, mobil radyo alıcı-vericilerinde, otomatlarda ve ev aletlerinde bulunur. Esasen, karmaşık bir ön uç işletim sistemi (OS) olmadan daha büyük bir bileşenin küçük özelliklerini kontrol etmek için tasarlanmış basit minyatür kişisel bilgisayarlardır (PC’ler). Mikrodenetleyici nedir kısaca bahsettik. Şimdi entegre devre çipinin bu küçük bilgisayarlarının nasıl çalıştığına göz atalım. Bir cihazdaki tekil işlevi kontrol etmek için sistemin içine mikrodenetleyici yerleştirilmiştir. Bunu, merkezi işlemcisini kullanarak G/Ç çevre birimlerinden aldığı verileri yorumlayarak yapar. Mikrodenetleyicinin aldığı geçici bilgiler, işlemcinin eriştiği gelen verileri deşifre etmek ve uygulamak için program belleğinde depolanan talimatları kullandığı veri belleğinde saklanır. Daha sonra iletişim kurmak ve uygun eylemi gerçekleştirmek için G/Ç çevre birimlerini kullanır.

Mikrodenetleyiciler çok çeşitli sistem ve cihazlarda kullanılmaktadır. Cihazlar genellikle ilgili görevlerini yerine getirmek için cihaz içinde birlikte çalışan birden çok mikro denetleyici kullanır. Örneğin, arabadaki ABS sistemi, çekiş kontrolü, yakıt enjeksiyonu veya süspansiyon kontrolü gibi çeşitli bireysel sistemleri kontrol eden sistemler birçok mikro denetleyiciye sahip olabilir. Tüm mikrodenetleyiciler, doğru eylemleri bildirmek için birbirleriyle iletişim kurar. Bazıları araba içindeki daha karmaşık merkezi bilgisayarla iletişim kurabilirken, bazıları ise yalnızca diğer mikrodenetleyicilerle iletişim kurabilir. G/Ç çevre birimlerini kullanarak veri gönderip alırlar ve belirlenen görevleri gerçekleştirmek için bu verileri işlerler.

Mikrodenetleyici Özellikleri

Mikrodenetleyicinin işlemcisi uygulamaya göre değişir. Seçenekler basit 4 bit, 8 bit veya 16 bit işlemcilerden daha karmaşık 32 bit veya 64 bit işlemcilere kadar uzanır. Mikrodenetleyiciler, rastgele erişim belleği (RAM) ve geçici olmayan bellek türleri gibi geçici bellek türlerini kullanabilir. Buna flash bellek, silinip programlanabilir salt okunur bellek (EPROM) ve elektronik olarak silinip programlanabilir salt okunur bellek (EEPROM) dahildir.

Genel olarak, mikrodenetleyiciler, ek bilgi işlem bileşenleri olmadan kolayca kullanılabilecek şekilde tasarlanmıştır. Çünkü yeterli yerleşik bellekle tasarlanmışlardır ve genel G/Ç işlemleri için pinler sunarlar, böylece sensörler ve diğer bileşenlerle doğrudan arayüz oluşturabilirler.

Mikrodenetleyici mimarisi, her ikisi de işlemci ve bellek arasında veri alışverişi için farklı yöntemler sunan Harvard mimarisine veya Von Neumann mimarisine dayanabilir. Harvard mimarisinde, veri yolu ve talimat ayrıdır, eşzamanlı aktarımlara izin verir. Von Neumann mimarisinde hem veri hem de talimatlar için bir veri yolu kullanılır.

Mikrodenetleyici işlemcileri, karmaşık komut setli bilgisayar (CISC) hesaplamasına veya indirgenmiş komut setli bilgisayar (RISC) hesaplamasına dayalı olabilir. CISC genellikle yaklaşık 80 talimata sahipken, RISC yaklaşık 30 talimata ve RISC’nin 3-5’ine kıyasla 12-24 daha fazla adresleme moduna sahiptir. CISC’nin uygulanması daha kolay ve daha verimli bellek kullanımına sahip olsa da talimatları yürütmek için gereken daha yüksek saat döngüsü sayısı nedeniyle performans düşüşüne neden olabilir. Yazılıma daha fazla önem veren RISC, basitleştirilmiş komut seti ve dolayısıyla artan tasarım basitliği nedeniyle genellikle donanıma daha fazla önem veren CISC işlemcilerden daha iyi performans sağlar, ancak yazılıma verdiği önem nedeniyle yazılım daha karmaşık olabilir. Hangi ISC’nin kullanılacağı uygulamaya bağlı olarak değişir.

İlk kullanıma sunulduklarında, mikrodenetleyiciler yalnızca assembly dilini kullanıyordu. Bugün, C programlama dili popüler bir seçenektir. Diğer yaygın mikroişlemci dilleri arasında Python ve JavaScript bulunur.

Mikrodenetleyiciler, çevresel işlevleri uygulamak için giriş ve çıkış pinlerine sahiptir. Bu tür işlevler arasında analogdan dijitale dönüştürücüler, sıvı kristal ekran (LCD) kontrolörleri, gerçek zamanlı saat (RTC), evrensel senkron/asenkron alıcı vericisi (USART), zamanlayıcılar, evrensel asenkron alıcı vericisi (UART) ve evrensel seri veri yolu (USB) bağlantısı bulunur. Diğerlerinin yanı sıra nem ve sıcaklıkla ilgili verileri toplayan sensörler de genellikle mikrodenetleyicilere bağlanır.

Mikrodenetleyici Uygulamaları

Mikrodenetleyiciler, ev ve işletme, bina otomasyonu, üretim, robotik, otomotiv, aydınlatma, akıllı enerji, endüstriyel otomasyon, iletişim ve nesnelerin interneti (IoT) dahil olmak üzere birçok endüstride ve uygulamada kullanılmaktadır.

Mikrodenetleyicinin çok özel bir uygulaması, dijital sinyal işlemcisi olarak kullanılmasıdır. Sıklıkla, gelen analog sinyaller belirli bir gürültü seviyesiyle gelir. Bu bağlamda gürültü, standart dijital değerlere kolayca çevrilemeyen belirsiz değerler anlamına gelir. Bir mikrodenetleyici, gelen gürültülü analog sinyali eşit giden bir dijital sinyale dönüştürmek için ADC ve DAC’sini kullanabilir.

En basit mikrodenetleyiciler, fırınlar, buzdolapları, ekmek kızartma makineleri, mobil cihazlar, anahtarlıklar, video oyun sistemleri, televizyonlar ve çim sulama sistemleri gibi günlük işlerde kullanılan öğelerde bulunan elektromekanik sistemlerin çalışmasını kolaylaştırır. Fotokopi makineleri, tarayıcılar, faks makineleri ve yazıcılar gibi ofis makinelerinin yanı sıra akıllı sayaçlar, ATM’ler ve güvenlik sistemlerinde de yaygındırlar.

Daha gelişmiş mikrodenetleyiciler, uçaklarda, uzay araçlarında, okyanusta giden gemilerde, araçlarda, tıbbi ve yaşam destek sistemlerinde ve robotlarda kritik işlevleri yerine getirir. Tıbbi senaryolarda, mikrodenetleyiciler yapay bir kalp, böbrek veya diğer organların operasyonlarını düzenleyebilir. Protez cihazların işleyişinde de etkili olabilirler.

Mikrodenetleyici ve Mikroişlemci Arasındaki Farklar

Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici Arasındaki Fark, çip yoğunluğu ve karmaşıklığının üretimi nispeten ucuz hale geldikçe ve mikrodenetleyiciler daha genel bilgisayar işlevsellik türlerini entegre ettikçe daha az netleşti. Bununla birlikte, genel olarak, mikrodenetleyicilerin, mikroişlemcilerin çip üzerindeki bilgi işlem gücünü en üst düzeye çıkarmak için tasarlandığı sensörlere ve aktüatörlere doğrudan bağlantı ile RAM ve seri bağlantı noktaları gibi destekleyici donanımlara dahili veri yolu bağlantılarıyla (doğrudan G/Ç yerine) kendi başlarına yararlı bir şekilde çalıştıkları söylenebilir. Basitçe söylemek gerekirse, kahve makineleri mikrodenetleyiciler kullanır. Masaüstü bilgisayarlar mikroişlemciler kullanır.

Mikrodenetleyiciler daha ucuzdur ve mikroişlemcilerden daha az güç kullanır. Mikroişlemcilerin çip üzerinde yerleşik RAM, salt okunur bellek (ROM) veya diğer çevre birimleri yoktur, bunun yerine bunlara pinleriyle bağlanırlar. Mikroişlemci, bilgisayar sisteminin kalbi olarak kabul edilebilirken, mikrodenetleyici gömülü sistemin kalbi olarak kabul edilebilir.

 

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here