Mikrokontroléry: Neviditelní pracanti dneška

Mikrokontroléry: Neviditelní pracanti dneška – OBSAH

1. Miniaturní věc ovládá velké stroje
2. Co domácnost to minimálně 50 mikrokontrolerů
3. Některé mikrokontrolery lze i programovat

Miniaturní věc ovládá velké stroje

V minulosti najdeme velké množství jednoúčelových výpočetních strojů, které se používaly pro řízení strojů a vozidel. Ty mají obvykle napevno nastavenou funkci a nazývají se kontroléry. Dnes je nahrazují čipy, které sice technicky vzato představují univerzální počítače, ale jsou maličké, obvykle napevno naprogramované pro každou jednotlivou aplikaci – a nazývají se mikrokontrolery.

Mikrokontrolery jsou vlastně miniaturní počítače zabalené do jediného pouzdra se vším všudy: Obsahují procesor, operační paměť RAM, velkou paměť ROM pro systém a aplikaci a také vstupy a výstupy, takže v praxi stačí osadit mikrokontroler do cílového zařízení a přímo ho připojit k senzorům a k řízení motorů a výkonových celků. Protože je všechno v jednom pouzdře, mikrokontrolerům se také říká SoC (Sytem on a Chip) – a integrace má opravdové výhody, protože celek je levnější, spolehlivější a méně náchylný k selhání.

Co domácnost to minimálně 50 mikrokontrolerů

V současnosti se vyrábí nepředstavitelně velké objemy mikrokontrolerů. Ročně se produkuje téměř 30 miliard mikrokontrolerů, tedy téměř čtyři mikrokontrolery na každého člověka na Zemi každý jeden rok! Toto obrovské množství souvisí s tím, že řídící elektroniku v sobě má prakticky každé zařízení, od mikrovlnky po automobil. Automobily potřebují překvapivě velký počet mikrokontrolerů – moderní Mercedesy jich mají více než šedesát. To souvisí s tím, že je jednodušší dělat inteligentní zařízení i například v podobě nastavitelných zrcátek – a technicky je jednodušší v automobilu rozvést jeho „místní počítačovou síť“ a posílat po ní příkazy pro jednotlivé kontroléry než z jediného centrálního rozvádět svazky řídících kabelů.

I domácnost, která nemá auto, je obvykle vybavena asi padesáti mikrokontrolery, které řídí všechno možné – a s nástupem chytré domácnosti (Smart Home) tento počet razantně vystřelí, protože doslova každé zařízení musí mít vlastní mikrokontroler vybavený schopností komunikace s centrální řídicí jednotkou.

Mikrokontrolerů je obrovské množství a nabízejí se v mnoha různých architekturách a velikostech. Na jedné straně máme jednoduché osmibitové mikrokontrolery s malou pamětí, které se používají pro nenáročné operace a jejichž výhodou je minimální počet pinů, které se musí zapojit, takže jsou výrobně levné a jednoduché na implementaci.

Na druhé straně jsou výkonné mikrokontrolery s výkonem blížícím se mobilním telefonům jako STM32H7, což je dvoujádrový dvaatřicetibitový mikrokontroler běžící na 480 MHz s pamětí až jeden megabyte a dvěma megabyty paměti pro řídící program. Mikrokontroler dále podporuje kryptografické služby, grafiku, audio, drátovou i bezdrátovou konektivitu – skutečně se podobá malému počítači, ale stále jde o řídící jednotku pro inteligentní zařízení.

Některé mikrokontrolery lze i programovat

Velmi specifická je kategorie čipů FPGA (Field Programmable Gate Array). Zatímco u mikrokontrolerů lze změnit funkci výměnou řídicího programu, u FPGA se pomocí řídicího jazyka dá doslova nakonfigurovat zapojení hradel a změnit tím jejich hardwarové zapojení. V současnosti se používají pro prototypování (vytvoření modelu čipu před tím, než se fyzicky vyrobí) a také pro emulaci, kdy se na nich vytvoří model starého hardware, který se už nevyrábí – a dokáže věrně provozovat starý software, jako například arkádové hry. Jde o poměrně drahá zařízení, ale jejich schopnost vytvořit repliky raritních nebo ještě neexistujících čipů je fascinující.

S mikrokontrolery se můžete také naučit pracovat a programovat je – a k tomu slouží stavebnice Arduino nebo Raspberry Pi. Programovatelné mikrokontrolery najdete i ve specializovaných stavebnicích Lego, jako Lego Mindstorms NXT nebo Lego Technic Hub. Mnoho stavebnic tak vás nebo vaše potomky může přivést ke kouzlu, kdy si navrhnete vlastní zařízení a svým vlastním programem si ho také oživíte. Je to naprosto kouzelné!

Mikrokontrolery jsou základním stavebním kamenem moderní elektroniky umožňující inteligentní řízení všeho od domácích spotřebičů po systémy stahování oken v autech. Univerzálnost, kompaktnost a výkonnost, to jsou vlastnosti, které z mikroprocesorů činí nepostradatelné součásti ve stále propojenějším světě.

Michal Rybka

Michal Rybka je publicista a nadšenec s 20 lety zkušeností v IT a gamingu. Je kurátorem AlzaMuzea a YouTube kanálu AlzaTech. Napsal několik fantasy a sci-fi povídek, které vyšly v knižní podobě, a pravidelně pokrývá páteční obsah na internetovém magazínu PCTuning.