Despre microcontrolerele pentru începători - istoricul creației, principalele tipuri și diferențe

Cuprins:

• Istoricul dezvoltării microcontrolerelor

• Tipuri de microcontrolere

• Diferențe de microcontroler

• Instruire în programarea și crearea dispozitivelor pe microcontrolere

Informații generale despre dispozitivul microcontrolerelor și datele principale

Microcontrolerele sunt o parte integrantă a vieții unei persoane moderne. Sunt utilizate de la jucăriile pentru copii la sistemele de control a proceselor. Datorită utilizării microcontrolerelor, inginerii au reușit să obțină o viteză mai mare de fabricație și o calitate a produselor în aproape toate domeniile de producție.

Acest material este o imagine de ansamblu a datelor cheie din istoricul microcontrolerelor. Acesta nu este un ghid tehnic, lipsesc multe subtilități și puncte.

Condiții preliminare pentru apariția sistemelor de microprocesoare și microcontrolere

Pentru a înțelege motivele apariției și dezvoltării tehnologiei de microprocesor, aruncați o privire la caracteristicile și caracteristicile primelor computere. ENIAC - primul computer, 1946. Greutate - 30 tone, a ocupat întreaga cameră sau 85 de metri cubi de volum în spațiu. Disiparea mare a căldurii, consumul de energie, defecțiuni constante din cauza conectoarelor electronice ale lămpilor. Oxizii au dus la dispariția contactelor, iar lampa a pierdut contactul cu placa. Întreținere necesară.

Tehnologia informatică dezvoltată și până la sfârșitul anilor 60 au existat aproximativ 30 de mii în lume, inclusiv atât computere universale, cât și mini-calculatoare. Mini-urile de atunci aveau dimensiunea unui dulap.

Apropo, în 1969, a fost deja inventat prototipul Internetului - ARPANET (Network Advanced Agency Projects Research English).

În paralel, tehnologiile semiconductoare dezvoltate - în 1907, lucrează la detectoare și electroluminescența semiconductorilor. În anii 40, diode și tranzistoare. Toate acestea au dus la apariția tehnologiei integrate. Robert Neuss În 1959, el a inventat un circuit integrat (denumit în continuare IC sau MS).

Este important să:

Intel - a contribuit enorm la dezvoltarea microcontrolerelor. Fondatori: Robert Noyce, Gordon Moore și Andrew Grove. A fost fondată în 1968.

Până la un anumit timp, compania producea dispozitive de memorie. Primul a fost MS „3101” - 64 biți, Schottky - RAM statică bipolară.

Următoarea a fost invenția „4004” - un microprocesor cu tranzistoare 2300 p / p în compoziția sa, nu mai rău în performanță decât ENIAC, dar mai mic decât o palmă. Ie dimensiunea celui de-al 400-lea microprocesor era mai mică de multe ordine.

Arhitectură, programare, implementare fizică

Arhitectul primului microprocesor a devenit - Ted Hoffsisteme de comandă - Stan mazor. Federico Fagin - a proiectat cristalul. Însă, inițial, Intel nu deținea toate drepturile asupra acestui cip și, după ce a plătit 60.000 de dolari lui Busicom, a obținut drepturi depline. Curând, acesta din urmă a falimentat.

Pentru popularizarea și introducerea de noi tehnologii, Intel a realizat atât o campanie de publicitate, cât și o campanie educațională.

Ulterior, alți producători de electronice au anunțat crearea unor astfel de dispozitive.

Acest lucru este interesant:

4004 - cip pe 4 biți, p-MOS.

Următorul pas a fost lansarea procesorului 8008 în 1972. Spre deosebire de modelul anterior, seamănă mai mult cu modelele moderne. 8008 - 8 biți, are o baterie, 6 registre de uz general, indicatorul stivei, 8 registre de adrese, comenzi de I / O.

eveniment:

Și în 1973, a fost inventată cea mai de succes configurație de microprocesor, care este încă clasică - este un „8080” pe 8 biți.

Șase luni mai târziu, Intel a avut un concurent serios - Motorola cu procesorul 6800, tehnologia n-MOS, o structură cu trei autobuze cu un bus de adrese pe 16 biți. Un sistem de întrerupere mai puternic, are nevoie de suficientă tensiune pentru a-l alimenta și nu de trei, cum ar fi „8080”.În plus, echipele erau mai simple și mai scurte.

Până astăzi, rămâne confruntarea dintre familiile microprocesoarelor acestor producători.

Accelerarea vitezei și extinderea capabilităților microprocesoarelor prin introducerea microprocesoarelor pe 16 biți. Primul dintre acestea a fost 8086 Intel. A fost folosit la IBM pentru a crea primele computere personale.

Procesor „68000” - răspuns pe 16 biți de la Motorola, utilizat pe computerele ATARI și Apple

PC-urile au devenit populare pentru un public larg Spectrum ZX. Au instalat procesoare "Z80", de la Sinclair Research Ltd. Unul dintre motivele principale ale popularității sale este că nu este necesar să cumpărați un monitor, deoarece Spectrum, ca și console moderne, a fost conectat la un televizor și un magnetofon obișnuit ca dispozitiv pentru înregistrarea și stocarea programelor și a datelor.

microcontrolere

Micro-computerele sunt principalul pas în aplicarea în masă a automatizării computerelor în domeniul controlului. Deoarece sarcina principală în automatizare este controlul și reglarea parametrilor, termenul „controler” a devenit ferm stabilit în acest mediu.

După perestroika, a început importul activ de tehnologie computerizată, iar denumirea „micro-computere cu un singur chip” a fost înlocuită de cuvântul „Microcontroller” (pentru mai multe detalii despre cum diferă microcontrolerul de microprocesor, a se vedea aici - Scopul și aranjarea microcontrolerelor).

Și primul brevet din URSS pentru micro-computere cu un singur cip a fost emis în 1971 către M. Kochren și G. Boone, de la Texas Instruments. De atunci, pe lângă procesor, siliconul și dispozitivele suplimentare au fost plasate și pe cristalul de siliciu.

Sfârșitul anilor șaptezeci este un nou val de concurență între Intel și Motorola. Motivul pentru asta a fost două prezentări, și anume, în 76, Intel a lansat i8048, iar Motorola, doar 78 - mc6801, care era compatibil cu microprocesorul anterior mc6800.

După 4 ani, până în anul 80, Intel lansează popular și încă MK i8051. A fost nașterea unei familii imense care trăiește până în zilele noastre. Producătorii de top din lume produc microcontrolere extrem de modificate pe această arhitectură pentru o gamă largă de sarcini.

Pentru vremea sa, avea 128.000 tranzistoare de neconceput. Aceasta a fost de patru ori mai mare decât cantitatea din procesorul i8086.

În 2017 și în ultimul deceniu, următoarele tipuri de microcontrolere sunt cele mai frecvente:

• Microcontrolere PIC pe 8 biți de la Microchip Technology și AVR de la Atmel;

• 16-bit TI MSP430;

• Microcontrolere pe 32 de biți, arhitectură ARM. Acesta este vândut de dezvoltatori către diverse companii, pe baza cărora sunt produse o mulțime de produse diferite.

În Uniunea Sovietică, tehnologia nu a stat pe loc. Oamenii de știință nu numai că au copiat cele mai de succes și mai interesante dezvoltări străine, dar s-au implicat și în dezvoltarea de proiecte unice. Astfel, până în 1979, K1801BE1 a fost dezvoltat la Institutul de Cercetare TT, această microarhitectură a fost numită „Electronica SC” și avea 16 biți.

Vezi și: Tipuri și aranjament de microcontrolere AVR

Diferențe de microcontroler

Microcontrolerele pot fi împărțite după următoarele criterii:

• bit;

• Sistem de comandă;

• Arhitectura memoriei.

Adâncimea de biți este lungimea unui cuvânt procesat de controler sau procesor, cu cât este mai mare, cu atât mai rapid microcontrolerul poate prelucra cantități mari de date, dar această abordare nu este întotdeauna adevărată, cerințele individuale sunt prezentate pentru fiecare sarcină, atât în ​​viteză, cât și în metoda de procesare, de exemplu, utilizarea unui microprocesor ARM pe 32 de biți pentru a funcționa în dispozitive simple care operează cu cuvinte de 8 biți nu poate fi justificată atât prin comoditatea scrierii unui program și a procesării informațiilor, cât și prin costul în sine.

Cu toate acestea, conform statisticilor pentru 2017, costul acestor controlere scade activ, iar dacă continuă astfel, va fi mai ieftin decât cele mai simple controlere PIC, dacă există un set de funcții mult mai mare. Doar un lucru nu este clar - aceasta este o mișcare de marketing și o subestimare a prețurilor sau un progres tehnologic real.

Divizarea are loc la:

• 8 biți;

• 16-bit;

• 32-bit;

• 64-biți.

Divizare după tipul sistemului de comandă:

• Arhitectura RISCsau un sistem de comandă prescurtat. Este axat pe execuția rapidă a comenzilor de bază în 1, mai rar 2 cicluri de mașini și are, de asemenea, un număr mare de registre universale și o modalitate mai lungă de acces la memoria permanentă. Arhitectural pentru sisteme UNIX;

• Arhitectura CISCsau un sistem complet de instrucțiuni, lucru direct cu memorie, un număr mai mare de instrucțiuni, un număr mic de registre (orientate să funcționeze cu memorie), durata instrucțiunilor de la 1 la 4 cicluri de mașină este caracteristică. Un exemplu sunt procesoarele Intel.

Divizare după tipul memoriei:

• Von Neumann Architecture - caracteristica principală este zona de memorie comună pentru comenzi și date, atunci când lucrați cu o astfel de arhitectură ca urmare a unei erori de programator, datele pot fi scrise în zona de memorie a programului și va fi imposibilă executarea ulterioară a programului. Transferul de date și preluarea comenzilor nu pot fi efectuate simultan din aceleași motive. Proiectat în 1945.

• Arhitectura Harvard - memorie separată de date și memorie de program, utilizate în prima pe computerele familiei Mark. Proiectat în 1944.

constatări

Ca urmare a introducerii sistemelor de microprocesoare, dimensiunile dispozitivelor au scăzut, iar funcționalitatea a crescut. Alegerea arhitecturii, a adâncimii biților, a sistemului de comandă, a structurii memoriei - afectează costul final al dispozitivului, deoarece cu o producție unică, diferența de preț nu poate fi semnificativă, dar cu replicarea poate fi mai mult decât tangibilă.

Carte electronică -Ghid pentru începători pentru microcontrolere AVR

Instrucțiune pas cu pas în programarea și crearea dispozitivelor pe microcontrolere AVR

Pentru inginerii electronici specializați în proiectarea dispozitivelor de microcontroller, termenul „pornire rapidă”". Se referă la cazul când este necesar să se testeze într-un timp scurt microcontroler și să-l facă să îndeplinească cele mai simple sarcini.

Scopul este stăpânirea tehnologiei de programare și obținerea rapidă a unui rezultat concret, fără a intra în detalii. Prezentarea completă, abilitățile și abilitățile vor apărea mai târziu în proces.

Pentru a învăța cum să lucrați cu microcontrolerele în modul „pornire rapidă”, pentru a învăța cum să le programați și să creați diverse dispozitive electronice inteligente utile pot fi făcute cu ușurință folosind cursuri video de instruire în care toate punctele principale sunt prevăzute pe rafturi.

Metodologia pentru un studiu rapid al principiilor de lucru cu microcontrolerele se bazează pe faptul că este suficient să stăpânești microcircuitul de bază pentru a realiza apoi cu încredere programe pentru celelalte soiuri ale sale. Datorită acestui fapt, primele experimente pe microcontrolerele de programare trec fără prea multe dificultăți. După ce ați obținut cunoștințe de bază, puteți începe să vă dezvoltați propriile modele.

Momentan, Maxim Selivanov are 4 cursuri despre crearea dispozitivelor pe microcontrolere, construite pe principiul de la simplu la complex.

1. Programarea microcontrollerului pentru începători

Cursul se adresează celor care sunt deja familiarizați cu elementele de bază ale electronicelor și programării, care cunosc componente electronice de bază, asamblează circuite simple, știu să țină o fieră de lipit și vor să treacă la un nivel cu totul nou, dar amână în mod constant această tranziție din cauza dificultăților în stăpânirea materialului nou.

Cursul este perfect pentru cei care au făcut recent primele încercări de a învăța programarea microcontrolerului, dar sunt gata să renunțe la tot, deoarece nu funcționează sau nu funcționează, dar nu așa cum trebuie (este familiar ?!).

Cursul va fi util celor care deja colectează circuite simple (sau poate nu chiar așa) pe microcontrolere, dar au o înțelegere slabă a esenței modului în care funcționează microcontrolerul și a modului în care acesta interacționează cu dispozitivele externe.

2. Programarea microcontrolerelor în limbajul C

Cursul este dedicat predării programării microcontrolerelor în limbaj C. O trăsătură distinctivă a cursului este studiul limbii la un nivel foarte profund. Instruirea are loc pe exemplul microcontrolerelor AVR.Dar, în principiu, este potrivit pentru cei care folosesc alte microcontrolere.

Cursul este conceput pentru un ascultător instruit. Adică, cursul nu acoperă fundamentele de bază ale informaticii și electronicii și microcontrolerelor. Dar, pentru a stăpâni cursul, veți avea nevoie de cunoștințe minime despre programarea microcontrolerelor AVR în orice limbă. Cunoașterea electronică este de dorit, dar nu este necesară.

Cursul este ideal pentru cei care au început să studieze microcontrolerele de programare AVR în limbajul C și doresc să-și aprofundeze cunoștințele. Este potrivit pentru cei care știu să programeze microcontrolerele în alte limbi. Și este potrivit și pentru programatorii obișnuiți care doresc să-și aprofundeze cunoașterea limbajului C.

3. Crearea dispozitivelor pe microcontrolere în limbajul C

Acest curs este destinat celor care nu doresc să-și limiteze dezvoltarea la exemple simple sau gata făcute. Cursul este perfect pentru cei care trebuie să creeze dispozitive interesante, cu o înțelegere completă a modului de funcționare. Cursul este potrivit pentru cei care sunt deja familiarizați cu microcontrolerele de programare în C și pentru cei care le programează de mult timp.

Materialul de curs este axat în principal pe practica de utilizare. Sunt luate în considerare următoarele subiecte: identificarea frecvenței radio, reproducerea sunetului, schimbul de date fără fir, lucrul cu afișaje TFT color, ecranul tactil, lucrul cu sistemul de fișiere cu carduri FAT SD.

4.Programarea afișărilor NEXTION

Ecranele NEXTION sunt afișări programabile cu ecran tactil și UART pentru a crea o varietate de interfețe pe ecran. Pentru programare, este utilizat un mediu de dezvoltare foarte convenabil și simplu, care vă permite să creați interfețe chiar foarte complexe pentru diverse electronice în doar câteva seri! Și toate comenzile sunt transmise prin interfața UART către microcontroler sau computer. Materialul de curs este compilat de la simplu la complex.

Acest curs este conceput pentru cei care au cel puțin o mică experiență în programarea microcontrolerelor sau a arduino. Cursul este perfect pentru cei care au încercat deja să studieze afișajeleNextion. Veți învăța multe informații noi din curs, chiar dacă credeți că ați studiat bine ecranul!