Mengenai mikrokontroler untuk pemula - sejarah penciptaan, jenis utama dan perbezaan

Kandungan:

• Sejarah pembangunan mikrokontroler

• Jenis mikrokontroler

• Perbezaan mikropengawal

• Latihan dalam pengaturcaraan dan mencipta peranti pada mikrokontroler

Maklumat umum pada peranti mikrokontroler dan tarikh utama

Mikrokontroler adalah sebahagian daripada kehidupan orang moden. Mereka digunakan dari mainan kanak-kanak untuk memproses sistem kawalan. Terima kasih kepada penggunaan mikrokontroler, jurutera berjaya mencapai kelajuan pembuatan dan kualiti produk yang lebih besar dalam hampir semua bidang pengeluaran.

Bahan ini adalah ringkasan tarikh utama dalam sejarah mikrokontroler. Ini bukan panduan teknikal, banyak perkara kecil dan titik hilang.

Prasyarat untuk kemunculan mikropemproses dan sistem mikrokontroler

Untuk memahami sebab-sebab penampilan dan perkembangan teknologi mikropemproses, perhatikan ciri-ciri dan ciri-ciri komputer pertama. ENIAC - komputer pertama, 1946. Berat - 30 tan, menduduki keseluruhan bilik atau 85 meter padu volum di ruang angkasa. Pelesapan haba yang besar, penggunaan kuasa, kerosakan berterusan akibat penyambung lampu elektronik. Oksida membawa kepada kehilangan kenalan dan lampu hilang hubungan dengan lembaga. Penyelenggaraan berterusan yang diperlukan.

Teknologi komputer yang dibangunkan dan menjelang akhir tahun 60-an terdapat kira-kira 30 ribu di dunia, termasuk kedua-dua komputer sejagat dan komputer mini. Yang kecil pada waktu itu adalah saiz almari.

Dengan cara itu, pada tahun 1969 prototaip Internet - ARPANET (Rangkaian Agensi Projek Penyelidikan Advanced English Advanced) telah dicipta.

Secara selari, teknologi semikonduktor dibangunkan - pada tahun 1907, berfungsi pada pengesan dan electroluminescence semikonduktor. Pada tahun 1940-an, diod dan transistor. Ini semua membawa kepada kemunculan teknologi bersepadu. Robert Neuss Pada tahun 1959, beliau mencipta litar bersepadu (selepas ini dirujuk sebagai IC atau MS).

Penting:

Intel - membuat sumbangan besar kepada pembangunan mikrokontroler. Pengasas: Robert Noyce, Gordon Moore dan Andrew Grove. Ia ditubuhkan pada tahun 1968.

Sehingga masa tertentu, syarikat menghasilkan peranti memori. Yang pertama adalah MS "3101" - 64 bit, Schottky - RAM statik bipolar.

Seterusnya adalah penciptaan "4004" - mikropemproses dengan 2300 p / p transistor dalam komposisinya, dari segi prestasi tidak lebih buruk daripada ENIAC, tetapi lebih kecil daripada sawit. I.e. saiz mikropemproses 4004 adalah banyak pesanan magnitud yang lebih kecil.

Senibina, pengaturcaraan, pelaksanaan fizikal

Arkitek mikropemproses pertama menjadi - Ted hoffsistem arahan - Stan mazor. Federico Fagin - direka bentuk kristal. Tetapi pada mulanya, Intel tidak memiliki semua hak untuk cip ini, dan, setelah membayar $ 60,000 kepada Busicom, mendapat hak penuh. Tidak lama kemudian, yang terakhir bangkrut.

Untuk mempopularkan dan memperkenalkan teknologi baru, Intel menjalankan pengiklanan dan kempen pendidikan.

Seterusnya, pengilang elektronik lain mengumumkan penciptaan peranti tersebut.

Ini menarik:

4004 - 4-bit, p-MOS cip.

Langkah seterusnya adalah pembebasan pemproses 8008 pada tahun 1972. Tidak seperti model terdahulu, ia lebih menyerupai model moden. 8008 - 8 bit, mempunyai bateri, 6 daftar tujuan umum, penunjuk stack, 8 alamat register, arahan I / O.

Acara:

Dan pada tahun 1973, konfigurasi mikropemproses yang paling berjaya dicipta, yang masih klasik - ia adalah 88080 "8-bit.

Enam bulan kemudian, Intel mempunyai pesaing yang serius - Motorola dengan prosesor 6800, teknologi n-MOS, struktur tiga bas dengan bas alamat 16-bit. Sistem interupsi yang lebih kuat, ia memerlukan voltan yang cukup untuk membekalkannya, dan bukan tiga, seperti "8080".Di samping itu, pasukan lebih mudah dan lebih pendek.

Sehingga hari ini, konfrontasi antara keluarga mikroprosesor pengeluar kekal.

Mempercepatkan kelajuan dan mengembangkan kemampuan mikroprosesor pengenalan mikroprosesor 16-bit. Yang pertama ialah Intel 8086. Ia digunakan di IBM untuk mencipta komputer peribadi pertama.

"68000" pemproses - sambutan 16 bit dari Motorola, yang digunakan pada ATARI dan komputer Apple

PC telah menjadi popular untuk penonton yang luas ZX Spectrum. Mereka memasang pemproses "Z80", dari Sinclair Research Ltd. Salah satu sebab utama popularitinya ialah anda tidak perlu membeli monitor, kerana Spektrum, seperti konsol moden, disambungkan ke TV, dan perakam pita tetap sebagai alat untuk merekod dan menyimpan program dan data.

Pengawal mikro

Komputer mikro adalah langkah utama dalam aplikasi massa komputer automasi dalam bidang kawalan. Oleh kerana tugas utama dalam automasi ialah kawalan dan pengawalseliaan parameter, istilah "pengawal" telah menjadi tegas dalam persekitaran ini.

Selepas perestroika, import teknologi komputer yang aktif bermula, dan nama "komputer mikro cip tunggal" telah digantikan oleh perkataan "Mikrokontroller" (untuk maklumat lanjut mengenai bagaimana mikropengawal berbeza dari mikropemproses, lihat di sini - Tujuan dan susunan mikrokontroler).

Dan paten pertama di USSR untuk komputer mikro cip tunggal dikeluarkan pada tahun 1971 kepada M. Kochren dan G. Boone, dari Texas Instruments. Sejak itu, sebagai tambahan kepada pemproses, silikon dan peranti tambahan juga diletakkan pada kristal silikon.

Akhir tahun tujuh puluhan adalah gelombang persaingan baru antara Intel dan Motorola. Sebabnya ialah dua pembentangan, iaitu dalam 76 Intel mengeluarkan i8048, dan Motorola, hanya 78 - mc6801, yang serasi dengan mikroprosesor mc6800 yang terdahulu.

Selepas 4 tahun, menjelang tahun 80, Intel melepaskan popular dan tetap MK i8051. Ia adalah kelahiran sebuah keluarga besar yang hidup hingga ke hari ini. Pengeluar terkemuka di dunia menghasilkan microcontrollers yang sangat diubahsuai pada seni bina ini untuk pelbagai tugas.

Buat masa ini, ia tidak dapat difikirkan 128,000 transistor. Ini adalah empat kali jumlah dalam pemproses i8086.

Pada tahun 2017 dan dekad yang lalu, jenis mikrokontroler berikut adalah yang paling biasa:

• PIC microcontrollers 8-bit dari Microchip Technology dan AVR dari Atmel;

• 16-bit TI MSP430;

• Mikrokontroler 32-bit, seni bina ARM. Ia dijual oleh pemaju kepada pelbagai syarikat, dengan asasnya banyak produk yang berbeza dihasilkan.

Di Kesatuan Soviet, teknologi tidak berhenti. Para saintis bukan sahaja menyalin perkembangan asing yang paling berjaya dan menarik, tetapi juga terlibat dalam pembangunan projek-projek unik. Oleh itu, menjelang tahun 1979, K1801BE1 dibangunkan di Institut Penyelidikan TT, mikroheritektur ini dikenali sebagai "Elektronik SC" dan mempunyai 16 bit.

Lihat juga: Jenis dan perkiraan mikrokontroler AVR

Perbezaan mikropengawal

Mikrokontroler boleh dibahagikan mengikut kriteria berikut:

• Kapasiti;

• Sistem arahan;

• Seni bina ingatan.

Kedalaman bit adalah panjang satu kata yang diproses oleh pengawal atau pemproses, semakin besar, mikrokontroler dapat memproses sejumlah besar data, tetapi pendekatan ini tidak selalu benar, keperluan individu dikemukakan untuk setiap tugas, baik dalam kecepatan dan dalam metode pemprosesan, misalnya, penggunaan mikropemproses ARM 32-bit untuk berfungsi dalam peranti mudah yang beroperasi dengan 8 bit perkataan mungkin tidak dibenarkan oleh kemudahan menulis program dan memproses maklumat, dan kos itu sendiri.

Walau bagaimanapun, menurut statistik untuk 2017, kos pengendali sedemikian berkurangan secara aktif, dan jika ia berterusan seperti ini, ia akan menjadi lebih murah daripada pengawal PIC yang paling mudah, jika terdapat satu set fungsi yang lebih besar. Hanya satu perkara yang tidak jelas - ini adalah langkah pemasaran dan meremehkan harga, atau kemajuan teknologi sebenar.

Bahagian ini berlaku di:

• 8-bit

• 16-bit

• 32-bit

• 64-bit

Bahagian mengikut jenis sistem arahan:

• Seni bina RISC, atau sistem arahan ringkas. Ia memberi tumpuan kepada pelaksanaan perintah-perintah asas dalam 1, kurang 2 siklus mesin, dan juga mempunyai sebilangan besar daftar sejagat, dan cara yang lebih panjang untuk mengakses memori kekal. Senibina untuk sistem UNIX;

• Seni bina CISC, atau sistem arahan yang lengkap, kerja langsung dengan memori, bilangan arahan yang lebih besar, sebilangan kecil daftar (berorientasikan untuk bekerja dengan memori), tempoh arahan dari 1 hingga 4 kitaran mesin adalah ciri-ciri. Contohnya adalah pemproses Intel.

Bahagian mengikut jenis memori:

• Von Neumann Architecture - ciri utama adalah kawasan ingatan biasa untuk arahan dan data, apabila bekerja dengan seni bina seperti akibat kesilapan pengaturcara, data boleh ditulis ke kawasan ingatan program dan pelaksanaan program selanjutnya akan menjadi mustahil. Pemindahan data dan pengambilan arahan tidak boleh dilakukan pada masa yang sama atas alasan yang sama. Direka pada tahun 1945.

• Seni bina Harvard - memori data berasingan dan memori program, yang digunakan pada komputer keluarga pertama Mark. Direka pada tahun 1944.

Kesimpulan

Akibat daripada pengenalan sistem mikropemproses, saiz peranti menurun, dan fungsi meningkat. Pilihan arsitektur, kedalaman bit, sistem arahan, struktur ingatan - memberi kesan kepada kos akhir peranti, kerana dengan pengeluaran tunggal, perbezaan harga mungkin tidak signifikan, tetapi dengan replikasi ia dapat lebih daripada nyata.

E-book -Panduan Permulaan kepada AVR Microcontrollers

Arahan langkah demi langkah dalam pengaturcaraan dan mencipta peranti pada mikrokontroler AVR

Untuk jurutera elektronik yang pakar dalam reka bentuk alat mikropengawal, istilah "permulaan cepat"". Ia merujuk kepada kes apabila perlu untuk menguji dalam masa yang singkat mikropengawal dan membuatnya melakukan tugas-tugas yang paling mudah.

Matlamatnya adalah untuk menguasai teknologi pengaturcaraan dan mendapatkan hasil yang konkrit dengan cepat tanpa membuat butiran. Pembentangan penuh, kemahiran dan kebolehan akan muncul kemudian dalam proses.

Untuk mempelajari bagaimana untuk bekerja dengan mikrokontroler dalam mod "permulaan cepat", untuk belajar bagaimana memprogram mereka dan membuat pelbagai alat elektronik pintar yang berguna boleh dengan mudah dilakukan dengan menggunakan kursus video latihan di mana semua perkara utama dibentangkan di rak.

Metodologi untuk mengkaji secara ringkas prinsip-prinsip kerja dengan mikrokontroler adalah berdasarkan fakta bahawa ia sudah cukup untuk menguasai microcircuit asas untuk kemudian menggabungkan program-program untuk varietas yang lain. Terima kasih kepada ini, eksperimen pertama pengaturcaraan microcontrollers berlalu tanpa banyak kesukaran. Setelah mendapat pengetahuan asas, anda boleh mula membuat rekaan anda sendiri.

Pada masa ini, Maxim Selivanov mempunyai 4 kursus untuk mencipta peranti pada mikrokontroler, dibina berdasarkan prinsip dari sederhana hingga kompleks.

1. Pengaturcaraan microcontroller untuk pemula

Kursus ini adalah untuk orang-orang yang sudah biasa dengan asas-asas elektronik dan pengaturcaraan, yang tahu komponen elektronik asas, memasang litar mudah, tahu cara memegang besi pematerian dan ingin pergi ke tahap yang baru, tetapi sentiasa menunda peralihan ini kerana kesulitan menguasai bahan baru.

Kursus ini juga sesuai untuk mereka yang baru-baru ini membuat percubaan pertama mereka untuk mengkaji pengaturcaraan mikropengawal, tetapi bersedia untuk melepaskan segala-galanya dari fakta bahawa tidak ada yang bekerja atau bekerja untuknya, tetapi tidak seperti yang dia perlukan (dia tahu?!).

Kursus ini akan berguna kepada mereka yang sudah mengumpul litar mudah (atau mungkin tidak begitu) pada mikrokontroler, tetapi mempunyai pemahaman yang tidak baik tentang intipati bagaimana mikrokontroler berfungsi dan bagaimana ia berinteraksi dengan peranti luaran.

2. Pemrogram mikrokontroler dalam bahasa C

Kursus ini khusus untuk mengajar pengaturcaraan mikrokontroler dalam bahasa C. Ciri khas dalam kursus ini ialah mengkaji bahasa pada tahap yang sangat mendalam. Latihan berlaku pada contoh mikrokontroler AVR.Tetapi, pada dasarnya, ia sesuai untuk mereka yang menggunakan mikrokontroler lain.

Kursus ini direka untuk pendengar terlatih. Maksudnya, kursus ini tidak meliputi asas asas sains komputer dan elektronik dan mikrokontroler. Tetapi, untuk menguasai kursus ini, anda akan memerlukan pengetahuan yang minimum mengenai pemrograman mikropenga AVR dalam sebarang bahasa. Pengetahuan elektronik adalah wajar, tetapi tidak diperlukan.

Kursus ini sesuai untuk mereka yang baru saja belajar untuk pengaturcaraan mikroprogram AVR dalam bahasa C dan ingin memperdalam pengetahuan mereka. Sangat sesuai untuk mereka yang tahu cara program mikrokontroler dalam bahasa lain. Dan juga sesuai untuk pengaturcara biasa yang ingin memperdalam pengetahuan mereka tentang bahasa C.

3. Membuat peranti pada mikrokontroler dalam bahasa C

Kursus ini adalah untuk mereka yang tidak mahu menghadkan perkembangan mereka kepada contoh yang mudah atau siap sedia. Kursus ini sesuai untuk mereka yang perlu mencipta peranti yang menarik dengan pemahaman penuh tentang cara mereka bekerja. Kursus ini sangat sesuai untuk mereka yang sudah biasa dengan pengaturcaraan microcontrollers di C dan mereka yang telah memprogram mereka untuk masa yang lama.

Materi kursus terutamanya tertumpu kepada amalan penggunaan. Topik-topik berikut dianggap sebagai: pengenalan frekuensi radio, pembiakan bunyi, pertukaran data tanpa wayar, berfungsi dengan warna TFT memaparkan, skrin sentuh, bekerja dengan sistem fail kad SD FAT.

4.Programming NEXTION memaparkan

Paparan NEXTION boleh diprogram dipamerkan dengan skrin sentuh dan UART untuk membuat pelbagai antara muka pada skrin. Untuk pengaturcaraan, persekitaran pembangunan yang sangat mudah dan mudah digunakan, yang membolehkan anda membuat antara muka yang sangat kompleks untuk pelbagai elektronik dalam beberapa malam sahaja! Dan semua arahan dihantar melalui antara muka UART ke mikrokontroler atau komputer. Bahan kursus disusun dari sederhana hingga kompleks.

Kursus ini direka untuk mereka yang mempunyai sekurang-kurangnya sedikit pengalaman dalam pemrograman microcontrollers atau arduino. Kursus ini sesuai untuk mereka yang telah cuba belajar memaparkanSeterusnya. Anda akan belajar banyak maklumat baru dari kursus ini, walaupun anda fikir anda telah mempelajari paparan dengan baik!