Tietoja mikro-ohjaimista aloittelijoille - luomishistoria, päätyypit ja erot

sisältö:

• Mikrokontrollerien kehityksen historia

• Mikrokontrollerien tyypit

• Mikrokontrollerien erot

• Koulutus ohjelmointiin ja laitteiden luomiseen mikro-ohjaimissa

Yleiset tiedot mikro-ohjaimien laitteesta ja pääpäivämäärät

Mikrokontrollerit ovat olennainen osa modernin ihmisen elämää. Niitä käytetään lasten leluista prosessinohjausjärjestelmiin. Mikrokontrollerien käytön ansiosta insinöörit onnistuivat saavuttamaan suuremman valmistusnopeuden ja tuotteiden laadun melkein kaikilla tuotantoalueilla.

Tämä materiaali on yleiskatsaus tärkeimmistä päivämääristä mikrokontrollerien historiassa. Tämä ei ole tekninen opas, monista hienouksista ja pisteistä puuttuu.

Edellytykset mikroprosessori- ja mikrokontrollerijärjestelmien syntymiselle

Tutustu ensimmäisten tietokoneiden ominaisuuksiin ja ominaisuuksiin ymmärtääksesi mikroprosessoritekniikan ilmestymisen ja kehityksen syyt. ENIAC - ensimmäinen tietokone, 1946. Paino - 30 tonnia, miehitti koko huoneen tai 85 kuutiometriä tilaa. Suuri lämmönhukka, virrankulutus, elektronisten lamppujen liittimistä johtuvat jatkuvat toimintahäiriöt. Oksidit johtivat kontaktien katoamiseen ja lamppu menetti yhteyden levyyn. Vaaditaan jatkuvaa huoltoa.

Tietotekniikkaa kehitettiin, ja 60-luvun loppuun mennessä niitä oli maailmassa noin 30 tuhatta, mukaan lukien sekä universaalit tietokoneet että minitietokoneet. Tuon ajan mini-kappaleet olivat kaapin kokoisia.

Muuten, vuonna 1969 keksittiin jo Internetin prototyyppi - ARPANET (English Advanced Research Projects Agency Network).

Samanaikaisesti kehitettiin puolijohdeteknologioita - vuonna 1907 työskennellään ilmaisimien ja puolijohteiden elektroluminesenssin kanssa. 1940-luvulla, diodit ja transistorit. Tämä kaikki johti integroidun tekniikan tuloon. Robert Neuss Vuonna 1959 hän keksi integroidun piirin (jäljempänä IC tai MS).

On tärkeää:

Intel - antoi suuren panoksen mikrokontrollerien kehittämiseen. Perustajat: Robert Noyce, Gordon Moore ja Andrew Grove. Se perustettiin vuonna 1968.

Tietyn ajan asti yritys tuotti muistilaitteita. Ensimmäinen oli MS “3101” - 64 bittiä, Schottky - bipolaarinen staattinen RAM.

Seuraavaksi keksittiin "4004" - mikroprosessori, jonka koostumuksessa oli 2300 p / p-transistoria, suorituskyvyn kannalta huonompi kuin ENIAC, mutta pienempi kuin kämmen. eli 4004. mikroprosessorin koko oli useita kertaluokkaa pienempi.

Arkkitehtuuri, ohjelmointi, fyysinen toteutus

Ensimmäisen mikroprosessorin arkkitehdiksi tuli - Ted hoffkomentojärjestelmät - Stan mazor. Federico Fagin - suunnitellut kristallin. Mutta aluksi Intelillä ei ollut kaikkia tämän sirun oikeuksia, ja maksettuaan Busicomille 60 000 dollaria hän sai täydet oikeudet. Pian jälkimmäinen meni konkurssiin.

Intel popularisoida ja ottaa käyttöön uusia tekniikoita Intel järjesti sekä mainonta- että koulutuskampanjan.

Myöhemmin muut elektroniikan valmistajat ilmoittivat tällaisten laitteiden luomisesta.

Tämä on mielenkiintoista:

4004 - 4-bittinen, p-MOS-siru.

Seuraava vaihe oli 8008-prosessorin julkaisu vuonna 1972. Toisin kuin edellisessä mallissa, se muistuttaa enemmän nykyaikaisia ​​malleja. 8008 - 8 bittiä, siinä on akku, 6 yleiskäyttörekisteriä, pinoosoitin, 8 osoiterekisteriä, I / O-komennot.

tapahtuma:

Ja vuonna 1973 keksittiin menestynein mikroprosessorin kokoonpano, joka on edelleen klassinen - se on 8-bittinen “8080”.

Kuusi kuukautta myöhemmin Intelillä oli vakava kilpailija - Motorola, jolla on 6800-prosessori, n-MOS-tekniikka, kolmen väylän rakenne ja 16-bittinen osoiteväylä. Tehokkaampi keskeytysjärjestelmä, joka tarvitsee tarpeeksi jännitettä sen toimittamiseen, eikä kolme, kuten "8080".Lisäksi joukkueet olivat yksinkertaisempia ja lyhyempiä.

Tähän päivään saakka näiden valmistajien mikroprosessorien perheiden välillä on vastakkainasettelua.

Nopeutti nopeutta ja laajensi mikroprosessorien ominaisuuksia ottamalla käyttöön 16-bittiset mikroprosessorit. Ensimmäinen näistä oli Intelin 8086. Sitä käytettiin IBM: ssä ensimmäisten tietokoneiden luomiseen.

”68000” -prosessori - Motorollan 16-bittinen vastaus, jota käytetään ATARI- ja Apple-tietokoneissa

Tietokoneista on tullut suosittuja laajalle yleisölle ZX-spektri. He asentavat prosessorit "Z80", Sinclair Research Ltd. Yksi sen suosion tärkeimmistä syistä on, että sinun ei tarvitse ostaa näyttöä, koska Spectrum, kuten nykyaikaiset konsolit, oli kytketty televisioon, ja tavallinen nauhuri laitteena ohjelmien ja tietojen tallentamiseen ja tallentamiseen.

mikro

Mikrotietokoneet ovat tärkein vaihe tietokoneautomaation massasovelluksessa ohjauksen alalla. Koska automaation päätehtävänä on parametrien hallinta ja säätäminen, termi “ohjain” on vakiintunut vakiintuneesti tähän ympäristöön.

Perestroikan jälkeen aloitettiin tietotekniikan aktiivinen tuonti, ja nimi ”yhden sirun mikrotietokoneet” korvattiin sanalla ”mikrokontrolleri” (lisätietoja siitä, miten mikrokontrolleri eroaa mikroprosessorista, katso täältä - Mikrokontrollerien tarkoitus ja järjestely).

Ja ensimmäinen Neuvostoliiton patentti yhden sirun mikrotietokoneille annettiin vuonna 1971 M. Kochrenille ja G. Boonelle, Texas Instruments. Siitä lähtien, prosessorin lisäksi, piitä ja muita laitteita sijoitettiin myös piikiteeseen.

Seitsemänkymmenenluvun loppu on uusi kilpailun aalto Intelin ja Motorolan välillä. Syynä tähän oli kaksi esitystä, nimittäin vuonna 76 Intel julkaisi i8048: n ja Motorola, vain 78 - mc6801, joka oli yhteensopiva aikaisemman mc6800-mikroprosessorin kanssa.

Neljän vuoden kuluttua, vuoteen 80 mennessä, Intel julkaisee suositun ja edelleen MK i8051. Se oli valtavan perheen syntymä, joka elää tähän päivään asti. Maailman johtavat valmistajat tuottavat tällä arkkitehtuurilla erittäin muokattuja mikro-ohjaimia moniin tehtäviin.

Aikanaan sillä oli käsittämätöntä 128 000 transistoria. Tämä oli neljä kertaa enemmän kuin i8086-prosessori.

Vuonna 2017 ja viimeisen vuosikymmenen aikana seuraavat mikrokontrollerit ovat yleisimpiä:

• 8-bittiset PIC-mikrokontrollerit Microchip Technologyltä ja AVR Atmelilta;

• 16-bittinen TI MSP430;

• 32-bittiset mikro-ohjaimet, ARM-arkkitehtuuri. Kehittäjät myyvät sitä useille yrityksille, joiden perusteella tuotetaan paljon erilaisia ​​tuotteita.

Neuvostoliitossa tekniikka ei pysynyt paikallaan. Tutkijat eivät vain kopioineet menestyneimpiä ja mielenkiintoisimpia ulkomaisia ​​tapahtumia, vaan myös sitoutuneet ainutlaatuisten projektien kehittämiseen. Siten vuoteen 1979 mennessä K1801BE1 kehitettiin TT: n tutkimuslaitoksessa, tätä mikroarkkitehtuuria kutsuttiin "SC: n elektroniikkaksi" ja siinä oli 16 bittiä.

Katso myös: AVR-mikrokontrollerien tyypit ja järjestely

Mikrokontrollerien erot

Mikrokontrollerit voidaan jakaa seuraavien kriteerien perusteella:

• bit;

• Komentojärjestelmä;

• Muistiarkkitehtuuri.

Bittisyvyys on ohjaimen tai prosessorin käsittelemän yhden sanan pituus, sitä suurempi se on, sitä nopeammin mikrokontrolleri pystyy käsittelemään suuria määriä dataa, mutta tämä lähestymistapa ei aina ole totta, jokaiselle tehtävälle asetetaan yksilölliset vaatimukset, sekä nopeudella että esimerkiksi käsittelymenetelmällä, 32-bittisen ARM-mikroprosessorin käyttämistä toimimaan yksinkertaisissa laitteissa, jotka toimivat 8-bittisillä sanoilla, ei välttämättä ole perusteltu sekä ohjelman kirjoittamisen että tietojen käsittelyn mukavuudella ja itse kustannuksilla.

Vuoden 2017 tilastojen mukaan tällaisten ohjaimien kustannuksia kuitenkin alennetaan aktiivisesti, ja jos tämä jatkuu, se on halvempaa kuin yksinkertaisimmat PIC-ohjaimet, jos toiminnot ovat paljon suurempia. Vain yksi asia ei ole selvä - tämä on markkinointi ja hintojen aliarviointi tai todellinen tekniikan kehitys.

Jako tapahtuu:

• 8-bittinen;

• 16-bittinen;

• 32-bittinen;

• 64-bittinen.

Jako komentojärjestelmän tyypin mukaan:

• RISC-arkkitehtuuritai lyhennetty komentojärjestelmä. Se on keskittynyt peruskäskyjen nopeaan suorittamiseen yhdessä, harvemmin 2 konejaksossa, ja sillä on myös suuri joukko yleismaailmallisia rekistereitä ja pidempi tapa käyttää pysyvää muistia. UNIX-järjestelmien arkkitehti;

• CISC-arkkitehtuuri, tai täydellinen ohjejärjestelmä, suora työskentely muistin kanssa, suurempi määrä ohjeita, pieni määrä rekistereitä (suunnattu työskentelyyn muistin kanssa), ohjeiden kesto 1-4 konejaksoa on ominaista. Esimerkki on Intel-prosessorit.

Jako muistin tyypin mukaan:

• Von Neumann -arkkitehtuuri - pääpiirteenä on komentojen ja datan yhteinen muistialue, kun tällaisen arkkitehtuurin kanssa työskennellään ohjelmointivirheen seurauksena, tiedot voidaan kirjoittaa ohjelman muistialueelle ja jatko-ohjelman suorittaminen on mahdotonta. Tiedonsiirtoa ja komentojen noutamista ei voida suorittaa samanaikaisesti samoista syistä. Suunniteltu vuonna 1945.

• Harvardin arkkitehtuuri - erillinen tieto- ja ohjelmamuisti, joita käytetään ensimmäisessä Mark-perheen tietokoneissa. Suunniteltu vuonna 1944.

tulokset

Mikroprosessorijärjestelmien käyttöönoton seurauksena laitteiden koko pieneni ja toiminnallisuus kasvoi. Arkkitehtuurin valinta, bittisyvyys, komentojärjestelmä, muistin rakenne - vaikuttaa laitteen lopullisiin kustannuksiin, koska yhdellä tuotannolla hintaero ei ehkä ole merkittävä, mutta toisinnuksessa se voi olla enemmän kuin konkreettinen.

E-kirja -Aloittelijan opas AVR-mikrokontrollereihin

Vaiheittainen ohje AVR-mikro-ohjaimien ohjelmointiin ja luomiseen

Mikrokontrollerilaitteiden suunnitteluun erikoistuneille sähkötekniikoille termi "pikakäynnistys"". Se viittaa tapaukseen, jossa on tarpeen testata lyhyessä ajassa mikro ja saada hänet suorittamaan yksinkertaisimmat tehtävät.

Tavoitteena on hallita ohjelmointitekniikka ja saada nopeasti konkreettinen tulos menemättä yksityiskohtiin. Koko esittely, taidot ja kyvyt ilmestyvät myöhemmin prosessissa.

Oppiminen siitä, miten työskennellä mikrokontrollerien kanssa "pikakäynnistys" -tilassa, oppia ohjelmoimaan niitä ja luoda erilaisia ​​hyödyllisiä älykkäitä elektronisia laitteita voidaan tehdä helposti koulutusvideokursseilla, joissa kaikki pääkohdat on asetettu hyllyille.

Menetelmä mikrokontrollerien kanssa työskentelyn periaatteiden nopeaksi tutkimiseksi perustuu siihen tosiseikkaan, että riittää perusmikropiirin hallitseminen, jotta voidaan sitten tehdä varmoja ohjelmia muille lajikkeilleen. Tämän ansiosta ensimmäiset mikrokontrollerien ohjelmointikokeet kulkevat ilman suuria vaikeuksia. Saatuaan perustiedot, voit alkaa kehittää omia mallejasi.

Tällä hetkellä Maxim Selivanovilla on 4 kurssia laitteiden luomiseen mikrokontrollereihin, jotka on rakennettu periaatteella yksinkertaisesta monimutkaiseen.

1. Mikrokontrolleriohjelmointi aloittelijoille

Kurssi on tarkoitettu niille, jotka tuntevat jo elektroniikan ja ohjelmoinnin perusteet, tietävät elektroniset peruskomponentit, kokoavat yksinkertaisia ​​piirejä, osaavat pitää juotinta ja haluavat siirtyä aivan uudelle tasolle, mutta lykkäävät tätä siirtymistä jatkuvasti uuden materiaalin hallinnan vaikeuksien vuoksi.

Kurssi sopii myös niille, jotka ovat äskettäin yrittäneet opiskella mikrokontrolleriohjelmointia, mutta ovat valmiita luopumaan kaikesta siitä, että mikään ei toimi tai toimi hänelle, mutta ei niin kuin hän tarvitsee (hän ​​tietää ?!).

Kurssi on hyödyllinen niille, jotka keräävät jo yksinkertaisia ​​(tai ehkä ei niin) piirejä mikro-ohjaimissa, mutta heillä on huono ymmärrys siitä, kuinka mikro-ohjain toimii ja miten se on vuorovaikutuksessa ulkoisten laitteiden kanssa.

2. Mikrokontrollerien ohjelmointi kielelle C

Kurssi on omistettu mikro-ohjaimien ohjelmoinnin opettamiselle C-kielellä. Kurssin erottuva piirre on kielen opiskelu erittäin syvällä tasolla. Koulutus tapahtuu AVR-mikrokontrollerien esimerkillä.Mutta periaatteessa se sopii niille, jotka käyttävät muita mikro-ohjaimia.

Kurssi on tarkoitettu koulutetulle kuuntelijalle. Eli kurssi ei kata tietojenkäsittelytieteen ja elektroniikan sekä mikro-ohjaimien perustietoja. Kurssin hallitsemiseksi tarvitaan kuitenkin vähän tietoa AVR-mikro-ohjaimien ohjelmoinnista millä tahansa kielellä. Elektroniikkaosaaminen on toivottavaa, mutta sitä ei vaadita.

Kurssi on ihanteellinen niille, jotka ovat juuri alkaneet opiskella AVR-mikro-ohjaimien ohjelmointia C-kielellä ja haluavat syventää tietämystä. Soveltuu hyvin niille, jotka osaavat ohjelmoida mikro-ohjaimet muilla kielillä. Ja sopii myös tavallisille ohjelmoijille, jotka haluavat syventää tietämystä C-kielestä.

3. Laitteiden luominen mikro-ohjaimiin kielellä C

Tämä kurssi on tarkoitettu niille, jotka eivät halua rajoittaa kehitystään yksinkertaisiin tai valmiisiin esimerkkeihin. Kurssi on täydellinen niille, joiden on luotava mielenkiintoisia laitteita, joilla on täysi käsitys heidän toiminnastaan. Kurssi sopii hyvin niille, jotka ovat jo perehtyneet C-mikro-ohjaimien ohjelmointiin, ja niille, jotka ovat ohjelmoineet niitä jo pitkään.

Kurssin materiaali on ensisijaisesti keskittynyt käytännön harjoitteluun. Seuraavia aiheita tarkastellaan: radiotaajuustunnistus, äänen toisto, langaton tiedonvaihto, työskentely värillisillä TFT-näytöillä, kosketusnäyttö, työ FAT SD -korttitiedostojärjestelmän kanssa.

4.PEXTION-näytöiden ohjelmointi

NEXTION-näytöt ovat ohjelmoitavia näytöitä, joissa on kosketusnäyttö ja UART, jotta ruudulle luodaan erilaisia ​​liitäntöjä. Ohjelmointiin käytetään erittäin kätevää ja yksinkertaista kehitysympäristöä, jonka avulla voit luoda jopa erittäin monimutkaisia ​​rajapintoja eri elektroniikoille pari iltaa! Ja kaikki komennot välitetään UART-liitännän kautta mikro-ohjaimeen tai tietokoneeseen. Kurssimateriaali on koottu yksinkertaisesta monimutkaiseksi.

Kurssi on tarkoitettu niille, joilla on ainakin vähän kokemusta mikro-ohjaimien tai arduinon ohjelmoinnista. Kurssi on täydellinen niille, jotka ovat jo yrittäneet tutkia näytöksiäNextion. Opit paljon uutta tietoa kurssilta, vaikka uskotkin, että olet opiskellut näyttöä hyvin!