O mikrokontrolérech pro začátečníky - historie vytváření, hlavní typy a rozdíly

Obsah:

• Historie vývoje mikrokontrolérů

• Druhy mikrokontrolérů

• Rozdíly mikrokontroléru

• Výcvik v programování a vytváření zařízení na mikrokontrolérech

Obecné informace o zařízení mikrokontrolérů a hlavních datech

Mikrokontroléry jsou nedílnou součástí života moderního člověka. Používají se od dětských hraček do systémů řízení procesů. Díky použití mikrokontrolérů se technikům podařilo dosáhnout vyšší rychlosti výroby a kvality produktů téměř ve všech oblastech výroby.

Tento materiál představuje přehled klíčových dat v historii mikrokontrolérů. Nejedná se o technický průvodce, chybí mnoho jemností a bodů.

Předpoklady vzniku mikroprocesorových a mikrokontrolérových systémů

Abychom pochopili důvody vzniku a vývoje mikroprocesorové technologie, podívejte se na vlastnosti a vlastnosti prvních počítačů. ENIAC - první počítač, 1946. Hmotnost - 30 tun, zabíral celou místnost nebo 85 kubických metrů objemu ve vesmíru. Velký odvod tepla, spotřeba energie, neustálé poruchy díky elektronickým konektorům lampy. Oxidy vedly ke zmizení kontaktů a lampa ztratila kontakt s tabulí. Požadovaná trvalá údržba.

Vyvinula se výpočetní technika a na konci 60. let jich bylo na světě asi 30 tisíc, včetně univerzálních počítačů i minipočítačů. Miniatkami té doby byla velikost skříně.

Mimochodem, v roce 1969 byl již vynalezen prototyp Internetu - ARPANET (anglická síť agentur pro pokročilé výzkumné projekty).

Paralelně se vyvíjely polovodičové technologie - v roce 1907 práce na detektorech a elektroluminiscenci polovodičů. Ve 40. letech 20. století diody a tranzistory. To vše vedlo k příchodu integrované technologie. Robert Neuss V roce 1959 vynalezl integrovaný obvod (dále jen IC nebo MS).

Důležité:

Intel - obrovsky přispěl k vývoji mikrokontrolérů. Zakladatelé: Robert Noyce, Gordon Moore a Andrew Grove. Byla založena v roce 1968.

Až do určité doby společnost vyráběla paměťová zařízení. První byl MS „3101“ - 64 bitů, Schottky - bipolární statická RAM.

Dalším byl vynález „4004“ - mikroprocesoru s 2300 p / p tranzistory v jeho složení, ne horšího výkonu než ENIAC, ale menší než palma. I.e. velikost 4004. mikroprocesoru byla o mnoho řádů menší.

Architektura, programování, fyzická implementace

Architekt prvního mikroprocesoru se stal - Ted hoffpříkazové systémy - Stan Mazor. Federico Fagin - navrhl krystal. Ale zpočátku Intel nevlastnil všechna práva na tento čip a poté, co zaplatil 60 000 $ společnosti Busicom, získal plná práva. Ten brzy zkrachoval.

Aby společnost Intel popularizovala a představila nové technologie, vedla reklamní i vzdělávací kampaň.

Následně další výrobci elektroniky oznámili vytvoření takových zařízení.

To je zajímavé:

4004 - 4bitový čip p-MOS.

Dalším krokem bylo vydání procesoru 8008 v roce 1972. Na rozdíl od předchozího modelu je to spíše jako moderní modely. 8008 - 8 bit, má baterii, 6 univerzálních registrů, ukazatel zásobníku, 8 adresových registrů, I / O příkazy.

Událost:

A v roce 1973 byla vynalezena nejúspěšnější konfigurace mikroprocesorů, která je stále klasická - jedná se o 8bitový „8080“.

O šest měsíců později měl Intel vážného konkurenta - Motorola s procesorem 6800, technologií n-MOS, strukturu tří sběrnic s 16bitovou adresovou sběrnicí. Silnější přerušovací systém potřebuje dostatečné napětí, aby jej mohl napájet, a ne tři, jako například „8080“.Týmy byly navíc jednodušší a kratší.

Dodnes zůstává konfrontace mezi rodinami mikroprocesorů těchto výrobců.

Zrychlil rychlost a rozšířil možnosti mikroprocesorů o zavedení 16-bitových mikroprocesorů. První z nich byl Intel 8086. V IBM byl použit k vytvoření prvních osobních počítačů.

Procesor „68000“ - 16bitová odezva od společnosti Motorola, používaná v počítačích ATARI a Apple

Počítače se staly populární pro široké publikum Spektrum ZX. Nainstalovali procesory „Z80“ od společnosti Sinclair Research Ltd. Jedním z hlavních důvodů jeho popularity je, že nemusíte kupovat monitor, protože Spectrum, stejně jako moderní konzole, bylo připojeno k televizoru a běžný magnetofon jako zařízení pro nahrávání a ukládání programů a dat.

Mikrokontroléry

Mikropočítače jsou hlavním krokem v masové aplikaci počítačové automatizace v oblasti řízení. Protože hlavním úkolem v automatizaci je řízení a regulace parametrů, v tomto prostředí se pojem „řadič“ stal pevně stanoveným.

Po perestrojce začal aktivní dovoz výpočetní techniky a název „jednočipové mikropočítače“ byl nahrazen slovem „mikrokontrolér“ (další podrobnosti o tom, jak se mikrokontrolér liší od mikroprocesoru, viz zde - Účel a uspořádání mikrokontrolérů).

A první patent v SSSR na jednočipové mikropočítače byl vydán v roce 1971 M. Kochrenovi a G. Booneovi z Texas Instruments. Od té doby byly na křemíkový krystal umístěny kromě procesoru také křemík a další zařízení.

Koncem sedmdesátých let je nová vlna konkurence mezi společnostmi Intel a Motorola. Důvodem byly dvě prezentace, konkrétně v roce 76 společnost Intel vydala i8048, a Motorola, pouze 78 - mc6801, který byl kompatibilní s dřívějším mikroprocesorem mc6800.

Po 4 letech, do 80. let, společnost Intel vydala populární a stále MK i8051. Do dnešního dne žije zrození obrovské rodiny. Přední světoví výrobci vyrábějí v této architektuře vysoce upravené mikrokontroléry pro celou řadu úkolů.

Pro svou dobu měl nemyslitelných 128 000 tranzistorů. To byl čtyřnásobek částky v procesoru i8086.

V roce 2017 a v posledním desetiletí jsou nejběžnější následující typy mikrokontrolérů:

• 8bitové mikrokontroléry PIC od Microchip Technology a AVR od Atmel;

• 16bitový TI MSP430;

• 32bitové mikrokontroléry, architektura ARM. Vývojáři ji prodávají různým společnostem, na jejichž základě se vyrábí mnoho různých produktů.

V Sovětském svazu technologie nestála. Vědci nejen zkopírovali nejúspěšnější a nejzajímavější zahraniční vývoj, ale také se zabývali vývojem jedinečných projektů. Do roku 1979 byl tedy K1801BE1 vyvinut ve Výzkumném ústavu TT, tato mikroarchitektura se nazývala „Elektronika SC“ a měla 16 bitů.

Viz také: Druhy a uspořádání mikrokontrolérů AVR

Rozdíly mikrokontroléru

Mikrokontroléry lze rozdělit podle následujících kritérií:

• Kapacita;

• Příkazový systém;

• Architektura paměti.

Bitová hloubka je délka jednoho slova zpracovaného řadičem nebo procesorem, čím větší je, tím rychlejší mikrokontrolér dokáže zpracovat velké množství dat, ale tento přístup není vždy pravdivý, pro každý úkol jsou předkládány individuální požadavky, a to jak v rychlosti, tak ve způsobu zpracování, například, použití 32-bitového mikroprocesoru ARM pro práci v jednoduchých zařízeních, která pracují s 8-ti bitovými slovy, nemusí být odůvodněno výhodou psaní programu a zpracováním informací a samotnými náklady.

Podle statistik za rok 2017 však náklady na tyto regulátory aktivně klesají, a pokud to tak bude i nadále, bude to levnější než nejjednodušší regulátory PIC, pokud bude existovat mnohem větší sada funkcí. Jediná věc není jasná - jedná se o marketingový krok a podhodnocení cen nebo skutečný technologický pokrok.

K rozdělení dochází:

• 8-bit

• 16bitové

• 32bitové

• 64-bit

Rozdělení podle typu příkazového systému:

• Architektura RISCnebo zkrácený příkazový systém. Zaměřuje se na rychlé provádění základních příkazů v 1, méně často ve 2 cyklech stroje a má také velký počet univerzálních registrů a delší způsob přístupu k permanentní paměti. Architektura pro systémy UNIX;

• CISC architektura, nebo kompletní systém instrukcí, přímá práce s pamětí, větší počet instrukcí, malý počet registrů (orientovaných na práci s pamětí), charakteristika trvání instrukcí od 1 do 4 cyklů stroje. Příkladem jsou procesory Intel.

Rozdělení podle typu paměti:

• Von Neumann Architecture - hlavní funkcí je společná paměťová oblast pro příkazy a data, při práci s takovou architekturou v důsledku chyby programátoru mohou být data zapsána do programové paměťové oblasti a další provádění programu nebude možné. Přenos dat a vyvolání příkazů nelze provést ze stejných důvodů současně. Navrženo v roce 1945.

• Harvardská architektura - samostatná datová paměť a programová paměť, použitá v prvních počítačích řady Mark. Navržen v roce 1944.

Závěry

V důsledku zavedení mikroprocesorových systémů se zmenšila velikost zařízení a zvýšila se funkčnost. Volba architektury, bitová hloubka, příkazový systém, struktura paměti - ovlivňuje konečnou cenu zařízení, protože při jediné produkci nemusí být rozdíl v ceně významný, ale při replikaci může být více než hmatatelný.

E-kniha -Průvodce pro mikrokontroléry AVR pro začátečníky

Podrobná instrukce v programování a vytváření zařízení na mikrokontrolérech AVR

Pro elektronické inženýry specializující se na konstrukci mikrokontrolérů se termín „rychlý start“". Vztahuje se na případ, kdy je nutné testovat v krátkém čase mikrokontrolér a přimět ho, aby vykonával nejjednodušší úkoly.

Cílem je zvládnout programovací technologii a získat konkrétní výsledek rychle, aniž by šlo do detailů. Kompletní prezentace, dovednosti a schopnosti se objeví později v tomto procesu.

Naučit se, jak pracovat s mikrokontroléry v režimu „rychlého startu“, naučit se, jak je programovat a vytvářet různá užitečná inteligentní elektronická zařízení, lze snadno provést pomocí školicích videozáznamů, v nichž jsou na policích položeny všechny hlavní body.

Metodika pro rychlé studium principů práce s mikrokontroléry je založena na skutečnosti, že stačí zvládnout základní mikroobvod, aby bylo možné s jistotou sestavit programy pro další odrůdy. Díky tomu probíhají první experimenty na programování mikrokontrolérů bez větších obtíží. Po získání základních znalostí můžete začít vyvíjet své vlastní návrhy.

V současné době má Maxim Selivanov 4 kurzy o vytváření zařízení na mikrokontrolérech, které jsou postaveny na principu od jednoduchých po komplexní.

1. Programování mikrokontrolérů pro začátečníky

Kurz je určen pro ty, kteří již znají základy elektroniky a programování, kteří znají základní elektronické součástky, sestavují jednoduché obvody, umí držet páječku a chtějí jít na zcela novou úroveň, ale tento přechod neustále odkládají kvůli obtížím s ovládáním nového materiálu.

Kurz je ideální pro ty, kteří se nedávno pokusili naučit programování mikrokontrolérů, ale jsou připraveni vzdát se všeho, protože to nefunguje nebo nefunguje, ale ne tak, jak je potřeba (je to známé?!).

Kurz bude užitečný pro ty, kteří již sbírají jednoduché (nebo možná ne) obvody na mikrokontrolérech, ale mají špatné pochopení podstaty toho, jak mikrokontrolér pracuje a jak interaguje s externími zařízeními.

2. Programování mikrokontrolérů v jazyce C

Kurz je věnován výuce programování mikrokontrolérů v jazyce C. Charakteristickým rysem kurzu je studium jazyka na velmi hluboké úrovni. Školení probíhá na příkladu mikrokontrolérů AVR.V zásadě je však vhodný pro ty, kteří používají jiné mikrokontroléry.

Kurz je určen pro vyškoleného posluchače. To znamená, že kurz nepokrývá základní základy informatiky a elektroniky a mikrokontroléry. K zvládnutí kurzu však budete potřebovat minimální znalosti o programování mikrokontrolérů AVR v jakémkoli jazyce. Znalost elektroniky je žádoucí, ale není vyžadována.

Kurz je ideální pro ty, kteří právě začali studovat programování mikrokontrolérů AVR v jazyce C a chtějí si prohloubit své znalosti. Dobře se hodí pro ty, kteří vědí, jak programovat mikrokontroléry v jiných jazycích. A také vhodný pro běžné programátory, kteří si chtějí prohloubit své znalosti jazyka C.

3. Vytváření zařízení na mikrokontrolérech v jazyce C

Tento kurz je určen pro ty, kteří nechtějí omezit svůj vývoj na jednoduché nebo hotové příklady. Kurz je ideální pro ty, kteří potřebují vytvořit zajímavá zařízení s plným pochopením toho, jak fungují. Kurz je vhodný pro ty, kteří již znají programování mikrokontrolérů v C a pro ty, kteří je dlouhodobě programují.

Materiál kurzu je primárně zaměřen na praktickou praxi. Uvažuje se o následujících tématech: vysokofrekvenční identifikace, reprodukce zvuku, bezdrátová výměna dat, práce s barevnými TFT displeji, dotyková obrazovka, práce se systémem souborů karet FAT SD.

4. Zobrazí se programování NEXTION

Displeje NEXTION jsou programovatelné displeje s dotykovou obrazovkou a UART pro vytváření různých rozhraní na obrazovce. Pro programování se používá velmi pohodlné a jednoduché vývojové prostředí, které vám umožní vytvořit i velmi složitá rozhraní pro různé elektroniky během několika večerů! A všechny příkazy jsou přenášeny přes rozhraní UART do mikrokontroléru nebo počítače. Materiál kurzu je sestaven od jednoduchých po složité.

Tento kurz je určen pro ty, kteří mají alespoň malé zkušenosti s programováním mikrokontrolérů nebo arduino. Kurz je ideální pro ty, kteří se již pokusili studovat displejeNextion. Z kurzu se dozvíte spoustu nových informací, i když si myslíte, že jste displej dobře studovali!