מעגל המיקרו-בקר הוא מרכיב מכריע שהטכנולוגיה המודרנית לא יכולה בלעדיו, ועקרון העבודה שלו מרתק כמו קסם. איך לגרום לחתיכה קטנה של מעגל מודפס להיות בעל כוח מחשוב חזק?
תחילה נסקור את הרכב המעגלים של המיקרו-בקר. הוא מורכב בעיקר ממודולים בסיסיים כמו מיקרו-מעבדים, זיכרון, התקני קלט/פלט ומעגלי שעון. מודולים אלה מחוברים יחד באמצעות מעגלים שתוכננו בקפידה, ויוצרים שלם קומפקטי ויעיל. על ידי ניצול מלא של מודולים פונקציונליים שונים בתוך המיקרו-מעבד, לוח המעגלים של המיקרו-בקר יכול להשיג משימות מורכבות שונות.
נתחיל בסעיף אספקת החשמל. לוחות מיקרו-בקר בדרך כלל משתמשים באספקת חשמל DC. לאחר כניסת הכוח, המתח מתייצב תחילה בטווח מתאים דרך מעגל ווסת מתח. לאחר מכן, מעגל החשמל מספק חשמל למודולים אחרים ומבטיח את הפעולה היציבה של לוח המעגלים.
הבא הוא המיקרו-מעבד. המיקרו-מעבד הוא הליבה של לוח המעגלים של המיקרו-בקר. הוא משלב פונקציות חישוב, לוגיקה ובקרה, ומשלים פעולות שונות בהתאם להוראות. המיקרו-מעבד מכיל מודולים כגון יחידות אריתמטיות, בקרים ואוגרים. במהלך הפעולה, המיקרו-מעבד מבצע פעולות מתאימות המבוססות על הוראות הנקראות מהזיכרון ומקיים אינטראקציה עם הסביבה החיצונית באמצעות התקני קלט ופלט.
מודול הזיכרון הוא מרכיב חשוב בלוח המעגלים של המיקרו-בקר. הוא משמש לאחסון קוד ונתונים של תוכנית. מודולי זיכרון מחולקים לשני סוגים: ROM ו-RAM. ROM משמש לאחסון קוד תוכנית ללא שינוי, בעוד ש-RAM משמש לאחסון נתונים זמניים שנוצרו בזמן ריצה. מודול הזיכרון מחובר למיקרו-מעבד באמצעות אוטובוס כדי להשיג קריאה וכתיבה של נתונים.
מודול התקן הקלט/פלט מאפשר ללוח המעגלים של המיקרו-בקר ליצור אינטראקציה עם הסביבה החיצונית. הוא יכול לקלוט אותות כניסה חיצוניים ולהמיר אותם לאותות דיגיטליים, כמו גם להמיר אותות דיגיטליים לאותות פלט מתאימים כדי להשיג פונקציות ספציפיות. ישנם סוגים שונים של התקני קלט ופלט, לרבות כפתורים, מתגים, נורות לד, מסכי תצוגה וכדומה, הניתנים להרחבה לפי צרכים ספציפיים.
מעגל השעון הוא התייחסות הזמן עבור לוח המעגלים של המיקרו-בקר. הוא מספק אות שעון יציב לסנכרון פעולתם של מיקרו-מעבדים ומודולים אחרים. תדירות אות השעון קובעת את מהירות הפעולה של לוח המעגלים של המיקרו-בקר. בעת תכנון, יש צורך לשקול את היציבות והדיוק של מעגל השעון כדי להבטיח את הפעולה הרגילה של המערכת.
בנוסף למודולים הבסיסיים הללו, ניתן לחבר את לוח המעגלים של המיקרו-בקר גם להתקנים אחרים באמצעות מעגלי ממשק. לדוגמה, ממשק תקשורת טורית יכול לחבר מחשב ולוח מעגלים של מיקרו-בקר כדי להשיג העברת נתונים ותקשורת. ממשק פלט הקלט האנלוגי יכול לחבר חיישנים ומפעילים כדי להשיג תפיסה ושליטה בסביבה.
לסיכום, עקרון העבודה של מעגל מיקרו-בקר תלוי בשיתוף הפעולה המדויק בין מודולים שונים. ספק הכוח מספק אספקת חשמל יציבה, המיקרו-מעבד מבצע הוראות, הזיכרון מאחסן תוכניות ונתונים, התקני הקלט והפלט פועלים באינטראקציה, ומעגל השעון מספק התייחסות לזמן. באמצעות האינטראקציה בין המודולים הללו, לוח המעגלים של המיקרו-בקר יכול להשלים משימות שונות ולהפוך לליבה של הטכנולוגיה המודרנית.