Om mikrokontroller för nybörjare - skapelseshistorik, huvudtyper och skillnader

innehåll:

• Historiken om utvecklingen av mikrokontroller

• Typer av mikrokontroller

• Skillnader i mikrokontroller

• Träning i programmering och skapande av enheter på mikrokontroller

Allmän information om enheten för mikrokontroller och huvuddatum

Mikrokontroller är en integrerad del av en modern människas liv. De används från barnleksaker till processkontrollsystem. Tack vare användningen av mikrokontroller lyckades ingenjörer uppnå högre tillverkningshastighet och produktkvalitet inom nästan alla produktionsområden.

Detta material är en översikt över viktiga datum i mikrokontrollers historia. Detta är inte en teknisk guide, många finesser och poäng saknas.

Förutsättningar för uppkomsten av mikroprocessor- och mikrokontrollersystem

För att förstå orsakerna till utseendet och utvecklingen av mikroprocessorteknologi, ta en titt på de första datorns egenskaper och funktioner. ENIAC - den första datorn, 1946. Vikt - 30 ton, ockuperade hela rummet eller 85 kubikmeter volym i rymden. Stor värmeavledning, strömförbrukning, konstant fel på grund av elektroniska lampanslutningar. Oxider ledde till att kontakter försvann och lampan tappade kontakten med kortet. Krävs löpande underhåll.

Datateknik utvecklades och i slutet av 60-talet fanns det cirka 30 tusen i världen, inklusive både universella datorer och minidatorer. Den tidens mini var storleken på en garderob.

Förresten, 1969 uppfanns prototypen av Internet - ARPANET (English Advanced Research Projects Agency Network) redan.

Parallellt utvecklades halvledarteknologier - 1907, arbete med detektorer och elektroluminescens av halvledare. På 1940-talet, dioder och transistorer. Allt detta ledde till tillkomsten av integrerad teknik. Robert Neuss 1959 uppfann han en integrerad krets (nedan kallad IC eller MS).

Det är viktigt att:

Intel - gjorde ett enormt bidrag till utvecklingen av mikrokontroller. Grundare: Robert Noyce, Gordon Moore och Andrew Grove. Det grundades 1968.

Fram till en viss tid producerade företaget minnesenheter. Den första var MS “3101” - 64 bitar, Schottky - bipolär statisk RAM.

Nästa var uppfinningen av "4004" - en mikroprocessor med 2300 p / p-transistorer i sin sammansättning, inte sämre i prestanda än ENIAC, men mindre än en handflata. dvs storleken på den 4004: e mikroprocessorn var många storlekar mindre.

Arkitektur, programmering, fysisk implementering

Arkitekten för den första mikroprocessorn blev - Ted hoffkommandosystem - Stan mazor. Federico Fagin - designade kristallen. Men från början ägde inte Intel alla rättigheter till detta chip, och efter att ha betalat $ 60 000 till Busicom, fick de fullständiga rättigheter. Senast gick den senare i konkurs.

För att popularisera och introducera ny teknik genomförde Intel både en reklam och en utbildningskampanj.

Därefter meddelade andra elektroniktillverkare skapandet av sådana enheter.

Detta är intressant:

4004 - 4-bitars, P-MOS-chip.

Nästa steg var att 8008-processorn släpptes 1972. Till skillnad från den tidigare modellen är det mer som moderna modeller. 8008 - 8 bitar, har ett batteri, 6 allmänna register, en stapelpekare, 8 adressregister, I / O-kommandon.

händelse:

Och 1973 uppfanns den mest framgångsrika mikroprocessorkonfigurationen, som fortfarande är klassisk - det är en 8-bitars "8080".

Sex månader senare hade Intel en seriös konkurrent - Motorola med 6800-processor, n-MOS-teknik, en trebussstruktur med en 16-bitars adressbuss. Ett kraftfullare avbrottssystem, det behöver tillräckligt med spänning för att mata det, och inte tre, som "8080".Dessutom var lagen enklare och kortare.

Fram till idag kvarstår konfrontationen mellan dessa tillverkares familjer av mikroprocessorer.

Påskyndade hastigheten och utökade kapaciteten för mikroprocessorer införandet av 16-bitars mikroprocessorer. Den första av dem var Intels 8086. Det användes hos IBM för att skapa de första persondatorerna.

"68000" -processor - 16-bitars svar från Motorola, används på ATARI- och Apple-datorer

Datorer har blivit populära för en bred publik ZX Spectrum. De installerade processorer "Z80", från Sinclair Research Ltd. En av de främsta orsakerna till dess popularitet är att du inte behöver köpa en bildskärm, eftersom Spectrum, liksom moderna konsoler, var ansluten till en TV och en vanlig bandspelare som en enhet för inspelning och lagring av program och data.

mikrokontrollers

Mikrodatorer är huvudsteget i massapplikationen av datorautomation inom kontrollområdet. Eftersom den viktigaste uppgiften inom automatisering är styrning och reglering av parametrar, har termen "controller" blivit fast etablerad i denna miljö.

Efter perestroika började aktiv import av datorteknologi, och namnet "enkel-chip mikro-datorer" ersattes av ordet "Microcontroller" (för mer information om hur mikrokontrollern skiljer sig från mikroprocessorn, se här - Syfte och arrangemang av mikrokontroller).

Och det första patentet i Sovjetunionen för mikrofon med en chip utfärdades 1971 till M. Kochren och G. Boone, från Texas Instruments. Sedan dess, förutom processorn, placerades också kisel och ytterligare enheter på kiselkristallen.

I slutet av sjuttiotalet är en ny konkurrensvåg mellan Intel och Motorola. Anledningen till detta var två presentationer, nämligen i 76 släppte Intel i8048, och Motorola, bara 78 - mc6801, som var kompatibel med den tidigare mikroprocessorn mc6800.

Efter fyra år, år 80, släpper Intel populärt och fortfarande MK i8051. Det var födelsen av en enorm familj som lever till denna dag. Världens ledande tillverkare producerar mycket modifierade mikrokontroller för denna arkitektur för ett brett spektrum av uppgifter.

För sin tid hade den otänkbara 128 000 transistorer. Detta var fyra gånger så mycket som i i8086-processorn.

Under 2017 och det senaste decenniet är följande typer av mikrokontroller vanligast:

• 8-bitars PIC-mikrokontroller från Microchip Technology och AVR från Atmel;

• 16-bitars TI MSP430;

• 32-bitars mikrokontroller, ARM-arkitektur. Det säljs av utvecklare till olika företag, på grundval av vilka många olika produkter produceras.

I Sovjetunionen stod inte tekniken stilla. Forskare kopierade inte bara den mest framgångsrika och intressanta utländska utvecklingen utan också engagerade sig i utvecklingen av unika projekt. År 1979 utvecklades K1801BE1 vid Research Institute of TT, denna mikroarkitektur kallades "Electronics of the SC" och hade 16 bitar.

Se även: Typer och arrangemang av AVR-mikrokontroller

Skillnader i mikrokontroller

Mikrokontroller kan delas upp enligt följande kriterier:

• bit;

• Kommandosystem;

• Minnesarkitektur.

Bitdjupet är längden på ett ord som behandlas av styrenheten eller processorn, ju större det är, desto snabbare kan mikrokontrollern bearbeta stora mängder data, men detta tillvägagångssätt är inte alltid sant, individuella krav läggs fram för varje uppgift, både i hastighet och i behandlingsmetoden, användningen av en 32-bitars ARM-mikroprocessor för att arbeta i enkla enheter som arbetar med 8-bitars ord kanske inte motiveras både av bekvämligheten att skriva ett program och bearbeta information och själva kostnaden.

Enligt statistik för 2017 reduceras dock kostnaderna för sådana kontroller aktivt, och om detta fortsätter att fortsätta kommer det att vara billigare än de enklaste PIC-kontrollerna, om det finns en mycket större uppsättning funktioner. Endast en sak är inte klar - det här är ett marknadsföringsrörelse och ett underdrivet pris, eller verkliga tekniska framsteg.

Uppdelningen sker på:

• 8-bitars;

• 16-bitars;

• 32-bitars;

• 64-bitars.

Uppdelning efter typ av kommandosystem:

• RISC-arkitektur, eller förkortat kommandosystem. Det är fokuserat på snabb körning av grundkommandon i 1, mindre ofta 2 maskincykler, och har också ett stort antal universella register och ett längre sätt att få permanent minne. Arkitektoniska för UNIX-system;

• CISC-arkitektur, eller ett komplett system med instruktioner, direkt arbete med minne, ett större antal instruktioner, ett litet antal register (orienterade för att arbeta med minne), varaktigheten av instruktioner från 1 till 4 maskincykler är karakteristiska. Ett exempel är Intel-processorer.

Uppdelning efter typ av minne:

• Von Neumann Arkitektur - huvudfunktionen är det gemensamma minnesområdet för kommandon och data, när man arbetar med en sådan arkitektur som ett resultat av ett programmeringsfel, kan data skrivas till programminnesområdet och ytterligare programkörning blir omöjlig. Dataöverföring och hämtning av kommandon kan inte utföras samtidigt av samma skäl. Designad 1945.

• Harvard-arkitektur - separat dataminne och programminne, som används i det första på Mark-familjens datorer. Designad 1944.

rön

Som ett resultat av införandet av mikroprocessorsystem minskade storleken på enheterna och funktionaliteten ökade. Valet av arkitektur, kapacitet, kommandosystem, minnesstruktur - påverkar enhetens slutkostnader, eftersom prisskillnaden kanske inte är betydande med en enda produktion, men med replikering kan den vara mer än konkret.

E-bok -Nybörjarguide för AVR-mikrokontroller

Steg-för-steg-instruktion i programmering och skapande av enheter på AVR-mikrokontroller

För elektroniska ingenjörer som specialiserat sig på design av mikrokontrollenheter är termen "snabbstart"". Det hänvisar till fallet när det är nödvändigt att testa på kort tid mikrokontroller och få honom att utföra de enklaste uppgifterna.

Målet är att behärska programmeringstekniken och snabbt få ett konkret resultat utan att gå in på detaljer. Full presentation, färdigheter och förmågor visas senare i processen.

För att lära dig att arbeta med mikrokontroller i läget "snabbstart", att lära sig att programmera dem och skapa olika användbara smarta elektroniska enheter kan du enkelt göra utbildningsvideokurser där alla huvudpunkterna läggs ut i hyllorna.

Metodiken för en snabb studie av principerna för att arbeta med mikrokontroller baseras på det faktum att det räcker att behärska den grundläggande mikrokretsen för att sedan med säkerhet göra program för dess andra sorter. Tack vare detta passerar de första experimenten med programmering av mikrokontroller utan stora svårigheter. Efter att ha fått grundläggande kunskaper kan du börja utveckla dina egna mönster.

Just nu har Maxim Selivanov fyra kurser för att skapa enheter på mikrokontroller, byggda på principen från enkel till komplex.

1. Mikrokontrollerprogrammering för nybörjare

Kursen är för de som redan är bekanta med grunderna inom elektronik och programmering, som känner till de grundläggande elektroniska komponenterna, monterar enkla kretsar, vet hur man håller en lödkolv och vill gå till en helt ny nivå, men ständigt skjuter upp denna övergång på grund av svårigheter att behärska nytt material.

Kursen är perfekt för dem som nyligen har gjort sina första försök att lära sig programmering för mikrokontroller, men är redo att ge upp allt eftersom det inte fungerar eller fungerar, men inte som det behöver (är det bekant ?!).

Kursen kommer att vara användbar för dem som redan samlar enkla (eller kanske inte så) kretsar på mikrokontroller, men har en dålig förståelse för kärnan i hur mikrokontrollern fungerar och hur den interagerar med externa enheter.

2. Programmera mikrokontroller på språk C

Kursen ägnas åt undervisning i programmering av mikrokontroller på C-språk. Ett särdrag hos kursen är studiet av språket på en mycket djup nivå. Utbildning sker i exemplet med AVR-mikrokontroller.Men i princip är det lämpligt för dem som använder andra mikrokontroller.

Kursen är utformad för en utbildad lyssnare. Det vill säga kursen täcker inte de grundläggande grunden för datavetenskap och elektronik och mikrokontroller. Men för att behärska kursen behöver du minimal kunskap om programmering av AVR-mikrokontroller på vilket språk som helst. Elektronikunskap är önskvärt men krävs inte.

Kursen är idealisk för dig som just har börjat studera programmering av AVR-mikrokontroller på C-språk och vill fördjupa sin kunskap. Väl lämpad för dem som vet hur man programmerar mikrokontroller på andra språk. Och passar också för vanliga programmerare som vill fördjupa sin kunskap om C-språket.

3. Skapa enheter på mikrokontroller på språk C

Denna kurs är för dig som inte vill begränsa sin utveckling till enkla eller färdiga exempel. Kursen är perfekt för dig som behöver skapa intressanta apparater med full förståelse för hur de fungerar. Kursen passar bra för dem som redan är bekanta med programmering av mikrokontroller i C och de som har programmerat dem länge.

Kursmaterialet är främst inriktat på användning. Följande ämnen beaktas: radiofrekvensidentifiering, ljudåtergivning, trådlöst datautbyte, arbete med TFT-skärmar i färg, pekskärm, arbete med FAT SD-korts filsystem.

4.Programmering NEXTION visas

NEXTION-skärmar är programmerbara skärmar med en pekskärm och UART för att skapa en mängd olika gränssnitt på skärmen. För programmering används en mycket bekväm och enkel utvecklingsmiljö som gör att du kan skapa till och med mycket komplexa gränssnitt för olika elektronik på bara ett par kvällar! Och alla kommandon överförs via UART-gränssnittet till mikrokontrollern eller datorn. Kursmaterialet sammanställs från enkel till komplex.

Kursen är utformad för dig som har minst lite erfarenhet av att programmera mikrokontroller eller arduino. Kursen är perfekt för dem som redan har försökt studera skärmarNextion. Du kommer att lära dig mycket ny information från kursen, även om du tror att du har studerat skärmen väl!