Über Mikrocontroller für Anfänger - Erstellungsverlauf, Haupttypen und Unterschiede

Inhalt:

• Die Geschichte der Entwicklung von Mikrocontrollern

• Arten von Mikrocontrollern

• Mikrocontroller Unterschiede

• Schulung zum Programmieren und Erstellen von Geräten auf Mikrocontrollern

Allgemeine Informationen zum Gerät der Mikrocontroller und Hauptdaten

Mikrocontroller sind ein wesentlicher Bestandteil des Lebens eines modernen Menschen. Sie werden von Kinderspielzeug zur Verarbeitung von Steuerungssystemen verwendet. Dank des Einsatzes von Mikrocontrollern gelang es den Ingenieuren, in nahezu allen Bereichen der Produktion eine höhere Fertigungsgeschwindigkeit und Produktqualität zu erreichen.

Dieses Material gibt einen Überblick über wichtige Daten in der Geschichte der Mikrocontroller. Dies ist kein technischer Leitfaden, viele Feinheiten und Punkte fehlen.

Voraussetzungen für die Entstehung von Mikroprozessor- und Mikrocontrollersystemen

Um die Gründe für das Auftreten und die Entwicklung der Mikroprozessortechnologie zu verstehen, werfen Sie einen Blick auf die Eigenschaften und Merkmale der ersten Computer. ENIAC - der erste Computer, 1946. Gewicht - 30 Tonnen, nahm den gesamten Raum ein oder 85 Kubikmeter Volumen im Raum. Große Wärmeableitung, Stromverbrauch, ständige Fehlfunktionen durch elektronische Lampenanschlüsse. Oxide führten zum Verschwinden von Kontakten und die Lampe verlor den Kontakt mit der Platine. Erforderliche laufende Wartung.

Die Computertechnologie entwickelte sich und Ende der 60er Jahre gab es weltweit etwa 30.000, darunter sowohl Universalcomputer als auch Minicomputer. Die Mini dieser Zeit hatten die Größe eines Schranks.

Übrigens wurde bereits 1969 der Prototyp des Internet - ARPANET (English Advanced Research Projects Agency Network) erfunden.

Parallel dazu entwickelten sich Halbleitertechnologien, die 1907 an Detektoren und Elektrolumineszenz von Halbleitern arbeiteten. In den 1940er Jahren Dioden und Transistoren. Dies alles führte zum Aufkommen der integrierten Technologie. Robert Neuss 1959 erfand er eine integrierte Schaltung (im Folgenden als IC oder MS bezeichnet).

Wichtig:

Intel - hat einen großen Beitrag zur Entwicklung von Mikrocontrollern geleistet. Gründer: Robert Noyce, Gordon Moore und Andrew Grove. Es wurde 1968 gegründet.

Bis zu einem bestimmten Zeitpunkt produzierte das Unternehmen Speichergeräte. Das erste war das MS "3101" - 64 Bit, Schottky - bipolares statisches RAM.

Das nächste war die Erfindung des „4004“ - eines Mikroprozessors mit 2300 p / p-Transistoren in seiner Zusammensetzung, der nicht schlechter als ENIAC ist, aber kleiner als eine Handfläche. Das heißt, Die Größe des 4004. Mikroprozessors war um viele Größenordnungen kleiner.

Architektur, Programmierung, physische Implementierung

Der Architekt des ersten Mikroprozessors wurde - Ted hoffBefehlssysteme - Stan Mazor. Federico Fagin - entwarf den Kristall. Zunächst besaß Intel jedoch nicht alle Rechte an diesem Chip und erhielt nach Zahlung von 60.000 US-Dollar an Busicom die vollen Rechte. Letzterer ging bald bankrott.

Um neue Technologien bekannt zu machen und einzuführen, führte Intel sowohl eine Werbe- als auch eine Aufklärungskampagne durch.

In der Folge kündigten andere Elektronikhersteller die Entwicklung solcher Geräte an.

Das ist interessant:

4004 - 4-Bit-p-MOS-Chip.

Der nächste Schritt war die Veröffentlichung des 8008-Prozessors im Jahr 1972. Im Gegensatz zum Vorgängermodell ähnelt es eher modernen Modellen. 8008 - 8 Bit, hat eine Batterie, 6 Allzweckregister, einen Stapelzeiger, 8 Adressregister, E / A-Befehle.

Veranstaltung:

Und 1973 wurde die erfolgreichste Mikroprozessorkonfiguration erfunden, die immer noch klassisch ist - es handelt sich um eine 8-Bit-8080.

Sechs Monate später hatte Intel einen ernsthaften Konkurrenten - Motorola mit dem 6800-Prozessor, n-MOS-Technologie, einer Drei-Bus-Struktur mit einem 16-Bit-Adressbus. Als leistungsstärkeres Interrupt-System benötigt es genügend Spannung, um es zu versorgen, und nicht drei, wie das "8080".Außerdem waren die Teams einfacher und kürzer.

Bis heute bleibt die Konfrontation zwischen den Familien der Mikroprozessoren dieser Hersteller bestehen.

Beschleunigte die Geschwindigkeit und erweiterte die Fähigkeiten von Mikroprozessoren durch die Einführung von 16-Bit-Mikroprozessoren. Das erste davon war Intels 8086. Es wurde bei IBM verwendet, um die ersten PCs zu erstellen.

"68000" -Prozessor - 16-Bit-Antwort von Motorola, verwendet auf ATARI- und Apple-Computern

PCs sind bei einem breiten Publikum beliebt geworden ZX-Spektrum. Sie installierten die Prozessoren "Z80" von Sinclair Research Ltd. Einer der Hauptgründe für seine Beliebtheit ist, dass Sie keinen Monitor kaufen müssen, da das Spectrum wie moderne Konsolen an einen Fernseher und ein normales Tonbandgerät als Gerät zum Aufzeichnen und Speichern von Programmen und Daten angeschlossen war.

Mikrocontroller

Mikrocomputer sind der Hauptschritt in der Massenanwendung der Computerautomatisierung im Bereich der Steuerung. Da die Hauptaufgabe in der Automatisierung die Steuerung und Regelung von Parametern ist, hat sich der Begriff „Regler“ in dieser Umgebung fest etabliert.

Nach der Perestroika begann der aktive Import von Computertechnologie, und der Name "Single-Chip-Mikrocomputer" wurde durch das Wort "Mikrocontroller" ersetzt (weitere Einzelheiten darüber, wie sich der Mikrocontroller vom Mikroprozessor unterscheidet, finden Sie hier - Zweck und Anordnung von Mikrocontrollern).

Das erste Patent in der UdSSR für Einzelchip-Mikrocomputer wurde 1971 an M. Kochren und G. Boone von Texas Instruments erteilt. Seitdem wurden neben dem Prozessor auch Silizium und zusätzliche Bauelemente auf dem Siliziumkristall platziert.

Das Ende der siebziger Jahre ist eine neue Welle des Wettbewerbs zwischen Intel und Motorola. Der Grund dafür waren zwei Präsentationen, nämlich im Jahr 76 veröffentlichte Intel den i8048 und Motorola nur 78 - den mc6801, der mit dem früheren mc6800-Mikroprozessor kompatibel war.

Nach 4 Jahren, bis zum Jahr 80, veröffentlicht Intel populär und immer noch MK i8051. Es war die Geburt einer riesigen Familie, die bis heute lebt. Die weltweit führenden Hersteller stellen auf dieser Architektur hochmodifizierte Mikrocontroller für eine Vielzahl von Aufgaben her.

Für seine Zeit hatte es undenkbare 128.000 Transistoren. Dies war die vierfache Menge im i8086-Prozessor.

Im Jahr 2017 und im letzten Jahrzehnt sind die folgenden Arten von Mikrocontrollern am häufigsten:

• 8-Bit-PIC-Mikrocontroller von Microchip Technology und AVR von Atmel;

• 16-Bit-TI MSP430;

• 32-Bit-Mikrocontroller, ARM-Architektur. Es wird von Entwicklern an verschiedene Unternehmen verkauft, auf deren Grundlage viele verschiedene Produkte hergestellt werden.

In der Sowjetunion stand die Technologie nicht still. Wissenschaftler haben nicht nur die erfolgreichsten und interessantesten ausländischen Entwicklungen kopiert, sondern auch einzigartige Projekte entwickelt. So wurde 1979 der K1801BE1 am Forschungsinstitut für TT entwickelt. Diese Mikroarchitektur wurde als "Electronics of the SC" bezeichnet und hatte 16 Bit.

Siehe auch: Arten und Anordnung von AVR-Mikrocontrollern

Mikrocontroller Unterschiede

Mikrocontroller können nach folgenden Kriterien unterteilt werden:

• Kapazität;

• Befehlssystem;

• Speicherarchitektur.

Die Bittiefe ist die Länge eines vom Controller oder Prozessor verarbeiteten Wortes. Je größer es ist, desto schneller kann der Mikrocontroller große Datenmengen verarbeiten. Dieser Ansatz ist jedoch nicht immer zutreffend. Für jede Aufgabe werden individuelle Anforderungen gestellt, sowohl hinsichtlich der Geschwindigkeit als auch der Verarbeitungsmethode. Die Verwendung eines 32-Bit-ARM-Mikroprozessors für die Arbeit in einfachen Geräten, die mit 8-Bit-Wörtern arbeiten, ist möglicherweise nicht sowohl durch die Bequemlichkeit des Schreibens eines Programms und der Verarbeitung von Informationen als auch durch die Kosten selbst gerechtfertigt.

Laut Statistik für 2017 sinken die Kosten für solche Steuerungen jedoch aktiv, und wenn dies so weitergeht, sind sie billiger als die einfachsten PIC-Steuerungen, wenn es einen viel größeren Funktionsumfang gibt. Nur eines ist nicht klar - dies ist ein Marketing-Schritt und eine Untertreibung der Preise oder ein echter technologischer Fortschritt.

Die Aufteilung erfolgt bei:

• 8-Bit

• 16-Bit

• 32-Bit

• 64-Bit

Unterteilung nach Art des Befehlssystems:

• RISC-Architekturoder abgekürztes Befehlssystem. Es konzentriert sich auf die schnelle Ausführung grundlegender Befehle in 1, seltener 2 Maschinenzyklen, verfügt über eine große Anzahl universeller Register und eine längere Möglichkeit, auf permanenten Speicher zuzugreifen. Architektur für UNIX-Systeme;

• CISC-Architekturoder ein komplettes Befehlssystem, direkte Arbeit mit dem Speicher, eine größere Anzahl von Befehlen, eine kleine Anzahl von Registern (ausgerichtet auf die Arbeit mit dem Speicher), die Dauer von Befehlen von 1 bis 4 Maschinenzyklen sind charakteristisch. Ein Beispiel sind Intel-Prozessoren.

Unterteilung nach Speichertyp:

• Von Neumann Architektur - Das Hauptmerkmal ist der gemeinsame Speicherbereich für Befehle und Daten. Wenn bei der Arbeit mit einer solchen Architektur aufgrund eines Programmiererfehlers Daten in den Programmspeicherbereich geschrieben werden und eine weitere Programmausführung unmöglich wird. Datenübertragung und Befehlsabruf können aus den gleichen Gründen nicht gleichzeitig durchgeführt werden. Entworfen im Jahr 1945.

• Harvard-Architektur - Separater Datenspeicher und Programmspeicher, der im ersten auf Computern der Mark-Familie verwendet wird. Entworfen im Jahr 1944.

Schlussfolgerungen

Infolge der Einführung von Mikroprozessorsystemen nahm die Größe der Geräte ab und die Funktionalität nahm zu. Die Wahl der Architektur, der Bittiefe, des Befehlssystems und der Speicherstruktur wirkt sich auf die Endkosten des Geräts aus, da bei einer einzelnen Produktion der Preisunterschied möglicherweise nicht signifikant ist, bei der Replikation jedoch mehr als greifbar.

E-Book -Anfängerhandbuch für AVR-Mikrocontroller

Schrittweise Anleitung zum Programmieren und Erstellen von Geräten auf AVR-Mikrocontrollern

Für Elektronikingenieure, die sich auf die Entwicklung von Mikrocontroller-Geräten spezialisiert haben, bedeutet der Begriff "Schnellstart"". Es bezieht sich auf den Fall, dass es notwendig ist, in kurzer Zeit zu testen Mikrocontroller und lassen Sie ihn die einfachsten Aufgaben ausführen.

Ziel ist es, die Programmiertechnik zu beherrschen und schnell ein bestimmtes Ergebnis zu erzielen, ohne auf Details einzugehen. Die vollständige Präsentation, Fähigkeiten und Fertigkeiten werden später im Prozess angezeigt.

Um die Arbeit mit Mikrocontrollern im "Schnellstart" -Modus zu beherrschen, können Sie mithilfe von Schulungsvideokursen, in denen alle Hauptpunkte in den Regalen angeordnet sind, problemlos lernen, wie man sie programmiert und verschiedene nützliche intelligente elektronische Geräte erstellt.

Die Methodik für ein schnelles Studium der Prinzipien der Arbeit mit Mikrocontrollern basiert auf der Tatsache, dass es ausreicht, die grundlegenden Mikroschaltungen zu beherrschen, um dann sicher Programme für die anderen Sorten zu erstellen. Dank dessen laufen die ersten Experimente zur Programmierung von Mikrocontrollern ohne große Schwierigkeiten. Nachdem Sie Grundkenntnisse erworben haben, können Sie beginnen, Ihre eigenen Designs zu entwickeln.

Derzeit bietet Maxim Selivanov vier Kurse zum Erstellen von Geräten auf Mikrocontrollern an, die auf dem Prinzip von einfach bis komplex basieren.

1. Mikrocontroller-Programmierung für Anfänger

Der Kurs richtet sich an diejenigen, die bereits mit den Grundlagen der Elektronik und Programmierung vertraut sind, die die grundlegenden elektronischen Komponenten kennen, einfache Schaltkreise zusammenbauen, wissen, wie man einen Lötkolben hält und auf ein ganz neues Niveau gehen möchten, diesen Übergang jedoch aufgrund von Schwierigkeiten bei der Beherrschung neuen Materials ständig verschieben.

Der Kurs ist perfekt für diejenigen, die erst kürzlich ihre ersten Versuche unternommen haben, die Programmierung von Mikrocontrollern zu lernen, aber bereit sind, alles aufzugeben, weil es nicht funktioniert oder funktioniert, aber nicht so, wie es sein muss (ist es bekannt ?!).

Der Kurs ist nützlich für diejenigen, die bereits einfache (oder möglicherweise nicht so) Schaltkreise auf Mikrocontrollern sammeln, aber nur ein schlechtes Verständnis dafür haben, wie der Mikrocontroller funktioniert und wie er mit externen Geräten interagiert.

2. Programmieren von Mikrocontrollern in Sprache C.

Der Kurs ist dem Unterrichten der Programmierung von Mikrocontrollern in C-Sprache gewidmet. Eine Besonderheit des Kurses ist das Erlernen der Sprache auf einer sehr tiefen Ebene. Die Schulung erfolgt am Beispiel von AVR-Mikrocontrollern.Im Prinzip ist es jedoch für diejenigen geeignet, die andere Mikrocontroller verwenden.

Der Kurs richtet sich an einen geschulten Zuhörer. Das heißt, der Kurs behandelt nicht die grundlegenden Grundlagen der Informatik und Elektronik sowie der Mikrocontroller. Um den Kurs zu meistern, benötigen Sie jedoch nur minimale Kenntnisse in der Programmierung von AVR-Mikrocontrollern in einer beliebigen Sprache. Elektronikkenntnisse sind wünschenswert, aber nicht erforderlich.

Der Kurs ist ideal für diejenigen, die gerade mit dem Programmieren von AVR-Mikrocontrollern in C-Sprache begonnen haben und ihre Kenntnisse vertiefen möchten. Gut geeignet für diejenigen, die wissen, wie man Mikrocontroller in anderen Sprachen programmiert. Und auch für normale Programmierer geeignet, die ihre Kenntnisse der C-Sprache vertiefen möchten.

3. Erstellen von Geräten auf Mikrocontrollern in Sprache C.

Dieser Kurs richtet sich an diejenigen, die ihre Entwicklung nicht auf einfache oder vorgefertigte Beispiele beschränken möchten. Der Kurs ist perfekt für diejenigen, die interessante Geräte mit einem umfassenden Verständnis ihrer Funktionsweise erstellen müssen. Der Kurs eignet sich gut für diejenigen, die bereits mit der Programmierung von Mikrocontrollern in C vertraut sind, und für diejenigen, die sie schon lange programmieren.

Das Kursmaterial konzentriert sich hauptsächlich auf die Praxis des Gebrauchs. Folgende Themen werden behandelt: Radiofrequenzidentifikation, Tonwiedergabe, drahtloser Datenaustausch, Arbeiten mit Farb-TFT-Displays, Touchscreen, Arbeiten mit dem FAT SD-Kartendateisystem.

4.Programming NEXTION wird angezeigt

NEXTION-Anzeigen sind programmierbare Anzeigen mit Touchscreen und UART, um eine Vielzahl von Schnittstellen auf dem Bildschirm zu erstellen. Für die Programmierung wird eine sehr bequeme und einfache Entwicklungsumgebung verwendet, mit der Sie an nur wenigen Abenden auch sehr komplexe Schnittstellen für verschiedene Elektronikgeräte erstellen können! Alle Befehle werden über die UART-Schnittstelle an den Mikrocontroller oder Computer übertragen. Das Kursmaterial ist von einfach bis komplex zusammengestellt.

Dieser Kurs richtet sich an diejenigen, die zumindest ein wenig Erfahrung in der Programmierung von Mikrocontrollern oder Arduino haben. Der Kurs ist perfekt für diejenigen, die bereits versucht haben, Displays zu studierenNextion. Sie werden aus dem Kurs viele neue Informationen lernen, auch wenn Sie der Meinung sind, dass Sie das Display gut studiert haben!