Σχετικά με μικροελεγκτές για αρχάριους - ιστορικό δημιουργίας, κύριοι τύποι και διαφορές

Περιεχόμενο:

• Η ιστορία της ανάπτυξης μικροελεγκτών

• Τύποι μικροελεγκτών

• Διαφορές μικροελεγκτών

• Εκπαίδευση στον προγραμματισμό και τη δημιουργία συσκευών σε μικροελεγκτές

Γενικές πληροφορίες σχετικά με τη συσκευή των μικροελεγκτών και τις κύριες ημερομηνίες

Οι μικροελεγκτές αποτελούν αναπόσπαστο μέρος της ζωής ενός σύγχρονου ατόμου. Χρησιμοποιούνται από παιδικά παιχνίδια για να επεξεργάζονται συστήματα ελέγχου. Χάρη στη χρήση μικροελεγκτών, οι μηχανικοί κατάφεραν να επιτύχουν μεγαλύτερη ταχύτητα κατασκευής και ποιότητα προϊόντων σε όλες σχεδόν τις περιοχές παραγωγής.

Αυτό το υλικό είναι μια επισκόπηση των βασικών ημερομηνιών στην ιστορία των μικροελεγκτών. Αυτός δεν είναι ένας τεχνικός οδηγός, λείπουν πολλές λεπτότητες και σημεία.

Προϋποθέσεις για την εμφάνιση συστημάτων μικροεπεξεργαστών και μικροελεγκτών

Για να κατανοήσετε τους λόγους για την εμφάνιση και την ανάπτυξη της τεχνολογίας μικροεπεξεργαστών, ρίξτε μια ματιά στα χαρακτηριστικά και τα χαρακτηριστικά των πρώτων υπολογιστών. ENIAC - ο πρώτος υπολογιστής, το 1946. Βάρος - 30 τόνοι, κατέλαβαν ολόκληρο το δωμάτιο ή 85 κυβικά μέτρα όγκου στο διάστημα. Μεγάλη απορρόφηση θερμότητας, κατανάλωση ενέργειας, συνεχείς δυσλειτουργίες λόγω ηλεκτρονικών συνδέσμων λαμπτήρων. Τα οξείδια οδήγησαν στην εξαφάνιση των επαφών και ο λαμπτήρας έχασε την επαφή με το σκάφος. Απαιτείται συνεχής συντήρηση.

Η τεχνολογία των υπολογιστών αναπτύχθηκε και μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του '60 υπήρχαν περίπου 30.000 στον κόσμο, συμπεριλαμβανομένων και των καθολικών υπολογιστών και των μίνι υπολογιστών. Τα μίνι εκείνα τα χρόνια ήταν το μέγεθος μιας ντουλάπας.

Παρεμπιπτόντως, το 1969 το πρωτότυπο του Internet - ARPANET (English Advanced Research Projects Network Network) έχει ήδη επινοηθεί.

Παράλληλα, αναπτύχθηκαν τεχνολογίες ημιαγωγών - το 1907, εργασίες για ανιχνευτές και ηλεκτροφωταύγεια ημιαγωγών. Στη δεκαετία του 1940, δίοδοι και τρανζίστορ. Όλα αυτά οδήγησαν στην έλευση της ολοκληρωμένης τεχνολογίας. Robert Neuss Το 1959, εφευρέθηκε ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα (εφεξής αναφερόμενο ως IC ή MS).

Σημαντικό:

Η Intel - συνέβαλε τεράστια στην ανάπτυξη μικροελεγκτών. Ιδρυτές: Robert Noyce, Gordon Moore και Andrew Grove. Ιδρύθηκε το 1968.

Μέχρι ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, η εταιρεία παρήγαγε συσκευές μνήμης. Το πρώτο ήταν το MS "3101" - 64 bit, Schottky - διπολική στατική μνήμη RAM.

Η επόμενη ήταν η εφεύρεση του "4004" - ενός μικροεπεξεργαστή με τρανζίστορ 2300 p / p στη σύνθεσή του, όσον αφορά την απόδοση όχι χειρότερη από την ENIAC, αλλά μικρότερη από μια παλάμη. Π.χ. το μέγεθος του 4004ου μικροεπεξεργαστή ήταν πολύ μικρότερης τάξης μεγέθους.

Αρχιτεκτονική, προγραμματισμός, φυσική εφαρμογή

Ο αρχιτέκτονας του πρώτου μικροεπεξεργαστή έγινε - Ted hoffσυστήματα εντολών - Στάντ μαζόρ. Federico Fagin - σχεδίασε το κρύσταλλο. Αρχικά, η Intel δεν διέθετε όλα τα δικαιώματα σε αυτό το τσιπ και, έχοντας πληρώσει $ 60,000 στην Busicom, πήρε πλήρη δικαιώματα. Σύντομα, ο τελευταίος χρεοκόπησε.

Για τη διάδοση και εισαγωγή νέων τεχνολογιών, η Intel διεξήγαγε διαφημιστική και εκπαιδευτική εκστρατεία.

Στη συνέχεια, άλλοι κατασκευαστές ηλεκτρονικών προϊόντων ανακοίνωσαν τη δημιουργία τέτοιων συσκευών.

Αυτό είναι ενδιαφέρον:

4004 - τσιπ 4-bit, p-MOS.

Το επόμενο βήμα ήταν η απελευθέρωση του επεξεργαστή 8008 το 1972. Σε αντίθεση με το προηγούμενο μοντέλο, μοιάζει περισσότερο με σύγχρονα μοντέλα. 8008 - 8 bit, διαθέτει μπαταρία, 6 καταχωρητές γενικής χρήσης, δείκτη στοίβας, 8 καταχωρητές διευθύνσεων, εντολές I / O.

Εκδήλωση:

Και το 1973, εφευρέθηκε η πιο επιτυχημένη διαμόρφωση μικροεπεξεργαστή, η οποία εξακολουθεί να είναι κλασική - είναι ένα 8-bit "8080".

Έξι μήνες αργότερα, η Intel είχε έναν σοβαρό ανταγωνιστή - τη Motorola με τον επεξεργαστή 6800, την τεχνολογία n-MOS, μια δομή τριών διαύλων με ένα λεωφορείο διεύθυνσης 16 bit. Ένα πιο ισχυρό σύστημα διακοπής, χρειάζεται αρκετή τάση για να το τροφοδοτήσει, και όχι τρία, όπως το "8080".Επιπλέον, οι ομάδες ήταν απλούστερες και μικρότερες.

Μέχρι σήμερα, η αντιπαράθεση μεταξύ των οικογενειών μικροεπεξεργαστών αυτών των κατασκευαστών παραμένει.

Επιτάχυνση της ταχύτητας και επέκταση των δυνατοτήτων των μικροεπεξεργαστών την εισαγωγή των 16-bit μικροεπεξεργαστών. Το πρώτο από αυτά ήταν το 8086 της Intel. Χρησιμοποιήθηκε στην IBM για τη δημιουργία των πρώτων προσωπικών υπολογιστών.

Επεξεργαστής "68000" - απόκριση 16 bit από τη Motorola, που χρησιμοποιείται σε υπολογιστές ATARI και Apple

Οι υπολογιστές έχουν γίνει δημοφιλείς για ένα ευρύ κοινό ZX Spectrum. Εγκατέστησαν επεξεργαστές "Z80", από τη Sinclair Research Ltd. Ένας από τους κύριους λόγους για τη δημοτικότητά του είναι ότι δεν χρειάζεται να αγοράσετε μια οθόνη, επειδή το Spectrum, όπως και οι σύγχρονες κονσόλες, ήταν συνδεδεμένο στην τηλεόραση και ένα κανονικό μαγνητόφωνο ως συσκευή για την καταγραφή και αποθήκευση προγραμμάτων και δεδομένων.

Μικροελεγκτές

Οι μικροϋπολογιστές αποτελούν το κύριο βήμα στη μαζική εφαρμογή του αυτοματισμού ηλεκτρονικών υπολογιστών στον τομέα του ελέγχου. Δεδομένου ότι το κύριο καθήκον στον τομέα της αυτοματοποίησης είναι ο έλεγχος και η ρύθμιση παραμέτρων, ο όρος "ελεγκτής" έχει εδραιωθεί σταθερά σε αυτό το περιβάλλον.

Μετά την περεστρόικα ξεκίνησε η ενεργή εισαγωγή της τεχνολογίας των υπολογιστών και το όνομα "μικρο-υπολογιστές με ένα τσιπ" αντικαταστάθηκε από τη λέξη "μικροελεγκτής" (για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τον τρόπο που ο μικροεπεξεργαστής διαφέρει από τον μικροεπεξεργαστή, δείτε εδώ - Σκοπός και διάταξη των μικροελεγκτών).

Και το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στην ΕΣΣΔ για μικρο-ηλεκτρονικούς υπολογιστές ενός τσιπ εκδόθηκε το 1971 στους Μ. Kochren και G. Boone, από την Texas Instruments. Έκτοτε, εκτός από τον επεξεργαστή, τοποθετήθηκαν επίσης πυρίτιο και πρόσθετες συσκευές στον πυριτιούχο κρύσταλλο.

Το τέλος της δεκαετίας του '70 είναι ένα νέο κύμα ανταγωνισμού μεταξύ της Intel και της Motorola. Ο λόγος για αυτό ήταν δύο παρουσιάσεις, και συγκεκριμένα στις 76 Intel κυκλοφόρησε το i8048, και η Motorola, μόνο 78 - το mc6801, το οποίο ήταν συμβατό με τον προηγούμενο μικροεπεξεργαστή mc6800.

Μετά από 4 χρόνια, μέχρι το έτος 80, η Intel κυκλοφορεί δημοφιλής και ακίνητη MK i8051. Ήταν η γέννηση μιας τεράστιας οικογένειας που ζει μέχρι σήμερα. Οι κορυφαίοι κατασκευαστές στον κόσμο παράγουν πολύ τροποποιημένους μικροελεγκτές σε αυτήν την αρχιτεκτονική για ένα ευρύ φάσμα εργασιών.

Για την εποχή του είχε αδιανόητο 128.000 τρανζίστορ. Αυτό ήταν τέσσερις φορές το ποσό στον επεξεργαστή i8086.

Το 2017 και την τελευταία δεκαετία, οι πιο συνηθισμένοι τύποι μικροελεγκτών είναι οι εξής:

• Μικροελεγκτές PIC 8-bit από την τεχνολογία Microchip και AVR από την Atmel.

• 16-bit TI MSP430.

• Μικροελεγκτές 32 bit, αρχιτεκτονική ARM. Το προϊόν πωλείται από προγραμματιστές σε διάφορες εταιρείες, βάσει των οποίων παράγονται πολλά διαφορετικά προϊόντα.

Στη Σοβιετική Ένωση, η τεχνολογία δεν σταμάτησε. Οι επιστήμονες όχι μόνο αντιγράφησαν τις πιο επιτυχημένες και ενδιαφέρουσες ξένες εξελίξεις, αλλά και ασχολήθηκαν με την ανάπτυξη μοναδικών έργων. Έτσι, μέχρι το 1979, το K1801BE1 αναπτύχθηκε στο Ερευνητικό Ινστιτούτο της TT, αυτή η μικροαρχιτεκτονική ονομαζόταν «Ηλεκτρονική της SC» και είχε 16 μπιτς.

Δείτε επίσης: Τύποι και διάταξη των μικροελεγκτών AVR

Διαφορές μικροελεγκτών

Οι μικροελεγκτές μπορούν να χωριστούν σύμφωνα με τα ακόλουθα κριτήρια:

• Χωρητικότητα;

• Σύστημα εντολών;

• Αρχιτεκτονική μνήμης

Το βάθος του bit είναι το μήκος μιας λέξης που επεξεργάζεται ο ελεγκτής ή ο επεξεργαστής, τόσο μεγαλύτερος είναι, τόσο πιο γρήγορα ο μικροελεγκτής μπορεί να επεξεργάζεται μεγάλα ποσά δεδομένων, αλλά αυτή η προσέγγιση δεν είναι πάντοτε αληθής, επιβάλλονται μεμονωμένες απαιτήσεις για κάθε εργασία τόσο στην ταχύτητα όσο και στη μέθοδο επεξεργασίας, η χρήση ενός μικροεπεξεργαστή ARM 32 bit για να λειτουργεί σε απλές συσκευές που λειτουργούν με λέξεις 8 δυαδικών ψηφίων μπορεί να μην δικαιολογείται τόσο από την ευκολία γραφής ενός προγράμματος και πληροφοριών επεξεργασίας όσο και από το ίδιο το κόστος.

Ωστόσο, σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία για το 2017, το κόστος αυτών των ελεγκτών μειώνεται δραστικά, και αν συνεχίσει να συνεχίζεται, θα είναι φθηνότερο από τους απλούστερους ελεγκτές PIC, εάν υπάρχει πολύ μεγαλύτερο σύνολο λειτουργιών. Μόνο ένα πράγμα δεν είναι σαφές - πρόκειται για μια κίνηση στο μάρκετινγκ και μια υποτίμηση των τιμών ή πραγματική τεχνολογική πρόοδο.

Η διαίρεση γίνεται σε:

• 8-bit

• 16-bit

• 32-bit

• 64-bit

Κατανομή ανά τύπο συστήματος εντολών:

• Αρχιτεκτονική RISC, ή συντομευμένο σύστημα εντολών. Εστιάζεται στη γρήγορη εκτέλεση των βασικών εντολών σε 1, λιγότερο συχνά 2 κύκλους μηχανών, ενώ διαθέτει επίσης μεγάλο αριθμό καθολικών καταχωρητών και έναν πιο μακρύ τρόπο πρόσβασης στη μόνιμη μνήμη. Αρχιτεκτονικά για συστήματα UNIX.

• CISC αρχιτεκτονική, ή ένα πλήρες σύστημα οδηγιών, άμεση εργασία με τη μνήμη, ένας μεγαλύτερος αριθμός οδηγιών, ένας μικρός αριθμός καταχωρητών (προσανατολισμένος για εργασία με μνήμη), η διάρκεια των οδηγιών από 1 έως 4 κύκλους μηχανής είναι χαρακτηριστική. Ένα παράδειγμα είναι οι επεξεργαστές της Intel.

Κατανομή ανά τύπο μνήμης:

• Von Neumann Αρχιτεκτονική - το κύριο χαρακτηριστικό είναι η κοινή περιοχή μνήμης για εντολές και δεδομένα, όταν εργάζονται με μια τέτοια αρχιτεκτονική ως αποτέλεσμα ενός σφάλματος προγραμματιστή, τα δεδομένα μπορούν να εγγραφούν στην περιοχή μνήμης του προγράμματος και η περαιτέρω εκτέλεση του προγράμματος θα καταστεί αδύνατη. Η μεταφορά δεδομένων και η λήψη εντολών δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν ταυτόχρονα για τους ίδιους λόγους. Σχεδιάστηκε το 1945.

• Αρχιτεκτονική Χάρβαρντ - χωριστή μνήμη δεδομένων και μνήμη προγράμματος, που χρησιμοποιείται στην πρώτη στους οικογενειακούς υπολογιστές Mark. Σχεδιάστηκε το 1944.

Συμπεράσματα

Ως αποτέλεσμα της εισαγωγής συστημάτων μικροεπεξεργαστών, το μέγεθος των συσκευών μειώθηκε και η λειτουργικότητα αυξήθηκε. Η επιλογή της αρχιτεκτονικής, το βάθος των δυαδικών ψηφίων, το σύστημα εντολών, η δομή μνήμης - επηρεάζει το τελικό κόστος της συσκευής, αφού με μια ενιαία παραγωγή η διαφορά στην τιμή μπορεί να μην είναι σημαντική, αλλά με ανατύπωση μπορεί να είναι κάτι περισσότερο από απτό.

Ηλεκτρονικό βιβλίο -Οδηγός αρχαρίων για τους μικροελεγκτές AVR

Βήμα-βήμα οδηγίες στον προγραμματισμό και τη δημιουργία συσκευών σε μικροελεγκτές AVR

Για τους ηλεκτρονικούς μηχανικούς που ειδικεύονται στο σχεδιασμό συσκευών μικροελεγκτών, ο όρος "γρήγορη εκκίνηση"". Αναφέρεται στην περίπτωση που είναι απαραίτητο να δοκιμαστεί σε σύντομο χρονικό διάστημα μικροελεγκτή και να τον κάνει να εκτελεί τα πιο απλά καθήκοντα.

Ο στόχος είναι να κυριαρχήσει η τεχνολογία προγραμματισμού και να πάρει ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα γρήγορα χωρίς να βρεθούν σε λεπτομέρειες. Πλήρης παρουσίαση, δεξιότητες και ικανότητες θα εμφανιστούν αργότερα στη διαδικασία.

Για να μάθετε πώς να εργάζεστε με τους μικροελεγκτές στη λειτουργία "γρήγορης εκκίνησης", μπορείτε να μάθετε πώς να τα προγραμματίζετε και να δημιουργείτε διάφορες χρήσιμες έξυπνες ηλεκτρονικές συσκευές, χρησιμοποιώντας εκπαιδευτικά μαθήματα βίντεο στα οποία όλα τα κύρια σημεία βρίσκονται στα ράφια.

Η μεθοδολογία για μια γρήγορη μελέτη των αρχών της εργασίας με τους μικροελεγκτές βασίζεται στο γεγονός ότι αρκεί να κυριαρχήσει ο βασικός μικροκυκλώνας για να δημιουργήσει αυτοπεποίθηση τα προγράμματα για τις άλλες ποικιλίες του. Χάρη σε αυτό, τα πρώτα πειράματα στον προγραμματισμό μικροελεγκτών περνούν χωρίς μεγάλη δυσκολία. Έχοντας αποκτήσει βασικές γνώσεις, μπορείτε να αρχίσετε να αναπτύσσετε τα δικά σας σχέδια.

Προς το παρόν, ο Maxim Selivanov έχει 4 μαθήματα για τη δημιουργία συσκευών σε μικροελεγκτές, που βασίζονται στην αρχή από απλό σε περίπλοκο.

1. Προγραμματισμός μικροελεγκτών για αρχάριους

Το μάθημα απευθύνεται σε όσους είναι ήδη εξοικειωμένοι με τα βασικά στοιχεία της ηλεκτρονικής και του προγραμματισμού, που γνωρίζουν τα βασικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα, συναρμολογούν απλά κυκλώματα, ξέρουν πώς να συγκρατήσουν ένα συγκολλητικό σίδερο και θέλουν να πάνε σε ένα εντελώς νέο επίπεδο, αλλά αναβάλλουν συνεχώς αυτή τη μετάβαση λόγω δυσκολιών στην κατοχή νέου υλικού.

Το μάθημα είναι ιδανικό για όσους μόλις έκαναν τις πρώτες προσπάθειές τους να μάθουν τον προγραμματισμό των μικροελεγκτών, αλλά είναι έτοιμοι να εγκαταλείψουν τα πάντα επειδή δεν λειτουργούν ή λειτουργούν, αλλά όχι όπως χρειάζεται (είναι γνωστό;!).

Το μάθημα θα είναι χρήσιμο σε εκείνους που ήδη συλλέγουν απλά (ή ίσως όχι) κυκλώματα σε μικροελεγκτές, αλλά έχουν κακή κατανόηση για το πώς λειτουργεί ο μικροελεγκτής και πώς αλληλεπιδρά με εξωτερικές συσκευές.

2. Προγραμματισμός μικροελεγκτών στη γλώσσα C

Το μάθημα είναι αφιερωμένο στη διδασκαλία του προγραμματισμού των μικροελεγκτών στη γλώσσα C. Ένα ξεχωριστό χαρακτηριστικό του μαθήματος είναι η μελέτη της γλώσσας σε ένα πολύ βαθύ επίπεδο. Η εκπαίδευση γίνεται με το παράδειγμα των μικροελεγκτών AVR.Αλλά, καταρχήν, είναι κατάλληλο για εκείνους που χρησιμοποιούν άλλους μικροελεγκτές.

Το μάθημα έχει σχεδιαστεί για εκπαιδευμένο ακροατή. Δηλαδή, το μάθημα δεν καλύπτει τα βασικά θεμέλια της επιστήμης των ηλεκτρονικών υπολογιστών και των μικροελεγκτών. Αλλά, για να πετύχετε το μάθημα, θα χρειαστείτε ελάχιστες γνώσεις σχετικά με τον προγραμματισμό μικροελεγκτών AVR σε οποιαδήποτε γλώσσα. Η ηλεκτρονική γνώση είναι επιθυμητή, αλλά δεν απαιτείται.

Το μάθημα είναι ιδανικό για όσους έχουν αρχίσει να σπουδάζουν τον προγραμματισμό μικροελεγκτών AVR στη γλώσσα C και θέλουν να εμβαθύνουν τις γνώσεις τους. Ιδανικό για όσους γνωρίζουν πώς να προγραμματίζουν μικροελεγκτές σε άλλες γλώσσες. Και επίσης κατάλληλο για τους συνηθισμένους προγραμματιστές που θέλουν να εμβαθύνουν τις γνώσεις τους στη γλώσσα Γ.

3. Δημιουργία συσκευών σε μικροελεγκτές στη γλώσσα C

Αυτό το μάθημα απευθύνεται σε όσους δεν θέλουν να περιορίσουν την ανάπτυξή τους σε απλά ή έτοιμα παραδείγματα. Το μάθημα είναι ιδανικό για όσους θέλουν να δημιουργήσουν ενδιαφέρουσες συσκευές με πλήρη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας τους. Το μάθημα είναι κατάλληλο για όσους είναι ήδη εξοικειωμένοι με τον προγραμματισμό των μικροελεγκτών στο C και εκείνους που τους έχουν προγραμματίσει για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Το υλικό του μαθήματος επικεντρώνεται κυρίως στην πρακτική της χρήσης. Τα ακόλουθα θέματα εξετάζονται: αναγνώριση ραδιοσυχνοτήτων, αναπαραγωγή ήχου, ασύρματη ανταλλαγή δεδομένων, εργασία με έγχρωμες οθόνες TFT, οθόνη αφής, εργασία με το σύστημα αρχείων κάρτας SD FAT.

4.Προγραμματισμός οθόνης NEXTION

Οι οθόνες NEXTION είναι προγραμματιζόμενες οθόνες με οθόνη αφής και UART για τη δημιουργία διάφορων διεπαφών στην οθόνη. Για προγραμματισμό, χρησιμοποιείται ένα πολύ βολικό και απλό περιβάλλον ανάπτυξης, το οποίο σας επιτρέπει να δημιουργείτε ακόμη πολύ πολύπλοκες διεπαφές για διάφορα ηλεκτρονικά μέσα σε λίγα βράδια! Και όλες οι εντολές μεταδίδονται μέσω της διασύνδεσης UART στον μικροελεγκτή ή στον υπολογιστή. Το υλικό του μαθήματος αποτελείται από απλό σε περίπλοκο.

Αυτό το μάθημα έχει σχεδιαστεί για όσους έχουν τουλάχιστον ελάχιστη εμπειρία στον προγραμματισμό των μικροελεγκτών ή του arduino. Το μάθημα είναι ιδανικό για όσους έχουν ήδη προσπαθήσει να σπουδάσουν οθόνεςΈξοδος. Θα μάθετε πολλές νέες πληροφορίες από το μάθημα, ακόμα κι αν νομίζετε ότι έχετε μελετήσει καλά την οθόνη!