حول ميكروكنترولر للمبتدئين - تاريخ الإنشاء ، وأنواع الاختلافات الرئيسية

المحتويات:

• تاريخ تطور ميكروكنترولر

• أنواع ميكروكنترولر

• الاختلافات متحكم

• التدريب على البرمجة وإنشاء الأجهزة على ميكروكنترولر

معلومات عامة عن جهاز ميكروكنترولر والتواريخ الرئيسية

ميكروكنترولر هي جزء لا يتجزأ من حياة الشخص الحديث. يتم استخدامها من لعب الأطفال لمعالجة أنظمة التحكم. بفضل استخدام ميكروكنترولر ، تمكن المهندسون من تحقيق سرعة تصنيع وجودة منتج أكبر في جميع مجالات الإنتاج تقريبًا.

هذه المادة هي لمحة عامة عن التواريخ الرئيسية في تاريخ ميكروكنترولر. هذا ليس دليلًا تقنيًا ، فالكثير من التفاصيل الدقيقة والنقاط مفقودة.

المتطلبات الأساسية لظهور أنظمة المعالجات الدقيقة والتحكم الدقيق

لفهم أسباب ظهور وتطوير تقنية المعالج الدقيق ، ألق نظرة على خصائص وميزات أجهزة الكمبيوتر الأولى. ENIAC - أول كمبيوتر ، 1946. الوزن - 30 طن ، شغل الغرفة بأكملها أو 85 متر مكعب من الحجم في الفضاء. تبديد الحرارة الكبير ، استهلاك الطاقة ، الأعطال المستمرة بسبب موصلات المصابيح الإلكترونية. أدت الأكاسيد إلى اختفاء جهات الاتصال وفقد المصباح الاتصال باللوحة. مطلوب صيانة مستمرة.

تم تطوير تكنولوجيا الكمبيوتر وبحلول نهاية الستينيات كان هناك حوالي 30 ألف منهم في العالم ، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر العالمية وأجهزة الكمبيوتر المصغرة. كانت صغيرة في ذلك الوقت حجم خزانة.

بالمناسبة ، في عام 1969 اخترع بالفعل النموذج الأولي للإنترنت - شبكة ARPANET (شبكة مشاريع البحوث المتقدمة الإنجليزية).

في موازاة ذلك ، تم تطوير تقنيات أشباه الموصلات - في عام 1907 ، تعمل على الكشف عن الإشارات الكهربائية وأشباه الموصلات. في 1940s ، الثنائيات والترانزستورات. كل هذا أدى إلى ظهور التكنولوجيا المتكاملة. روبرت نويس في عام 1959 ، اخترع دائرة متكاملة (يشار إليها فيما بعد باسم IC أو MS).

ومن المهم أن:

إنتل - قدمت مساهمة كبيرة في تطوير ميكروكنترولر. المؤسسون: روبرت نويس وجوردون مور وأندرو جروف. تأسست عام 1968.

حتى وقت معين ، أنتجت الشركة أجهزة الذاكرة. الأول كان MS "3101" - 64 بت ، Schottky - RAM ثابت ثنائي القطب.

كان التالي اختراع "4004" - معالج دقيق مع 2300 p / p transistors في تكوينه ، ليس أسوأ في الأداء من ENIAC ، ولكن أصغر من راحة اليد. أي كان حجم المعالج الصغري 4004 العديد من أوامر الحجم أصغر.

العمارة ، البرمجة ، التنفيذ المادي

أصبح مهندس أول معالج دقيق - تيد هوفأنظمة القيادة - ستان مزور. فيديريكو فاجن - صمم البلورة. لكن في البداية ، لم تكن شركة Intel تمتلك جميع الحقوق الخاصة بهذه الشريحة ، وبعد أن حصلت على 60،000 دولار لشركة Busicom ، حصلت على الحقوق الكاملة. قريباً ، أفلست الأخيرة.

من أجل نشر التقنيات الجديدة وإدخالها ، أجرت Intel حملة إعلانية وتثقيفية.

في وقت لاحق ، أعلنت الشركات المصنعة للإلكترونيات الأخرى إنشاء مثل هذه الأجهزة.

هذا مثير للاهتمام:

4004 - 4 بت ، رقاقة P-MOS.

كانت الخطوة التالية هي إطلاق المعالج 8008 في عام 1972. على عكس النموذج السابق ، فهو يشبه النماذج الحديثة. 8008 - 8 بت ، يحتوي على بطارية ، 6 سجلات للأغراض العامة ، مؤشر مكدس ، 8 سجلات عناوين ، أوامر I / O.

الحدث:

وفي عام 1973 ، تم اختراع أنجح تكوين للمعالجات الدقيقة ، والذي لا يزال كلاسيكيًا - إنه 8080 بت.

بعد ستة أشهر ، كان لدى Intel منافس جاد - موتورولا مع المعالج 6800 وتكنولوجيا n-MOS وهيكل ثلاثي الحافلة مع ناقل عناوين 16 بت. نظام مقاطعة أكثر قوة ، يحتاج إلى جهد كافي لتزويده ، وليس ثلاثة ، مثل "8080".بالإضافة إلى ذلك ، كانت الفرق أبسط وأقصر.

حتى اليوم ، لا تزال المواجهة بين أسر المعالجات الدقيقة لهؤلاء المصنّعين.

تسارع سرعة وتوسيع قدرات المعالجات الدقيقة إدخال المعالجات الدقيقة 16 بت. كان أولها إنتل 8086. تم استخدامه في IBM لإنشاء أول أجهزة الكمبيوتر الشخصية.

معالج "68000" - استجابة 16 بت من موتورولا ، المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر ATARI و Apple

أصبحت أجهزة الكمبيوتر شعبية لجمهور واسع الطيف ZX. قاموا بتثبيت معالجات "Z80" ، من Sinclair Research Ltd. أحد الأسباب الرئيسية لشعبيتها هو أنك لست بحاجة إلى شراء جهاز ، لأن جهاز Spectrum ، مثل وحدات التحكم الحديثة ، كان متصلاً بجهاز تلفزيون ومسجل شريط منتظم كجهاز لتسجيل البرامج والبيانات وتخزينها.

ميكروكنترولر

تعد الحواسيب الصغيرة الخطوة الرئيسية في التطبيق الشامل لأتمتة الكمبيوتر في مجال التحكم. نظرًا لأن المهمة الرئيسية في الأتمتة هي التحكم في المعلمات وتنظيمها ، فقد أصبح مصطلح "تحكم" ثابتًا في هذه البيئة.

بعد perestroika ، بدأ الاستيراد النشط لتكنولوجيا الكمبيوتر ، وتم استبدال اسم "أجهزة الكمبيوتر الصغيرة أحادية الشريحة" بكلمة "Microcontroller" (لمزيد من التفاصيل حول كيف يختلف المتحكم الدقيق عن المعالج الدقيق ، انظر هنا - الغرض من ميكروكنترولر وترتيبها).

وأول براءة اختراع في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية لأجهزة الكمبيوتر الصغيرة أحادية الرقاقة صدرت في عام 1971 إلى M. Kochren و G. Boone من Texas Instruments. منذ ذلك الحين ، بالإضافة إلى المعالج ، تم وضع السيليكون وأجهزة إضافية أيضًا على بلورة السيليكون.

نهاية السبعينيات هي موجة جديدة من المنافسة بين إنتل وموتورولا. السبب في ذلك كان عرضان ، وهما في 76 أصدرت Intel i8048 ، و Motorola ، 78 فقط - mc6801 ، الذي كان متوافقًا مع المعالج الصغري mc6800 السابق.

بعد 4 سنوات ، وبحلول عام 80 ، أصدرت إنتل شعبية ولا تزال عضو الكنيست i8051. لقد كانت ولادة عائلة ضخمة تعيش حتى يومنا هذا. تنتج الشركات الرائدة في العالم ميكروكنترولر معدلة للغاية على هذا الهيكل لمجموعة واسعة من المهام.

لوقته ، كان لديه 128000 الترانزستورات لا يمكن تصوره. كان هذا أربعة أضعاف المبلغ في معالج i8086.

في عام 2017 والعقد الماضي ، الأنواع التالية من ميكروكنترولر هي الأكثر شيوعا:

• ميكروكنترولر PIC من 8 بتات من Micchip Technology و AVR من Atmel ؛

• TI MSP430 16 بت ؛

• ميكروكنترولر 32 بت ، الهندسة المعمارية أرمينيا. يباع من قبل المطورين لشركات مختلفة ، على أساسها يتم إنتاج الكثير من المنتجات المختلفة.

في الاتحاد السوفيتي ، لم تقف التكنولوجيا ثابتة. لم ينسخ العلماء فقط التطورات الأجنبية الأكثر نجاحًا وإثارة للاهتمام ، ولكنهم شاركوا أيضًا في تطوير مشاريع فريدة. وهكذا ، بحلول عام 1979 ، تم تطوير K1801BE1 في معهد الأبحاث التابع لترينيداد وتوباغو ، وكان يسمى هذا الهيكل الدقيق "إلكترونيات SC" وكان 16 بت.

انظر أيضا: أنواع وترتيب ميكروكنترولر AVR

الاختلافات متحكم

يمكن تقسيم Microcontrollers وفقًا للمعايير التالية:

• بت؛

• نظام القيادة

• بنية الذاكرة.

عمق البت هو طول كلمة واحدة تتم معالجتها بواسطة وحدة التحكم أو المعالج ، وكلما زاد حجمها ، كلما كان بإمكان المتحكم الدقيق معالجة كميات كبيرة من البيانات بشكل أسرع ، ولكن هذا النهج ليس صحيحًا دائمًا ، حيث يتم تقديم المتطلبات الفردية لكل مهمة ، سواء في السرعة أو في طريقة المعالجة ، على سبيل المثال ، لا يمكن تبرير استخدام معالج ARM ذي 32 بت للعمل في الأجهزة البسيطة التي تعمل بكلمات 8 بت بكل من سهولة كتابة البرنامج ومعالجة المعلومات والتكلفة نفسها.

ومع ذلك ، وفقًا لإحصاءات عام 2017 ، فإن تكلفة وحدات التحكم هذه تتناقص بشكل نشط ، وإذا استمرت هكذا ، فستكون أرخص من أبسط وحدات التحكم في الموافقة المسبقة عن علم ، إذا كانت هناك مجموعة أكبر بكثير من الوظائف. هناك شيء واحد غير واضح - إنها خطوة تسويقية وخسارة في الأسعار ، أو تقدم تكنولوجي حقيقي.

يحدث التقسيم في:

• 8-بت؛

• 16-بت؛

• 32-بت؛

• 64-بت.

القسمة حسب نوع نظام القيادة:

• RISC العمارة، أو نظام القيادة المختصرة. إنه يركز على التنفيذ السريع للأوامر الأساسية في دورة واحدة ، ودورات آلة أقل عددًا في كثير من الأحيان ، ولديه أيضًا عدد كبير من السجلات العامة ، وطريقة أطول للوصول إلى الذاكرة الدائمة. المعمارية لأنظمة يونيكس.

• CISC الهندسة المعماريةأو نظام كامل من الإرشادات ، والعمل المباشر مع الذاكرة ، وعدد أكبر من الإرشادات ، وعدد صغير من السجلات (الموجهة للعمل مع الذاكرة) ، ومدة الإرشادات من 1 إلى 4 دورات الآلة هي الخصائص المميزة. مثال على ذلك معالجات Intel.

القسمة حسب نوع الذاكرة:

• فون نيومان العمارة - الميزة الرئيسية هي منطقة الذاكرة المشتركة للأوامر والبيانات ، عند العمل مع بنية كهذه نتيجة لخطأ مبرمج ، يمكن كتابة البيانات إلى منطقة ذاكرة البرنامج وستصبح عملية تنفيذ البرنامج الإضافية مستحيلة. لا يمكن إجراء نقل البيانات وإحضار الأوامر في وقت واحد لنفس الأسباب. صمم في عام 1945.

• هارفارد العمارة - ذاكرة منفصلة للذاكرة وذاكرة البرنامج ، وتستخدم في الأول على أجهزة الكمبيوتر مارك الأسرة. صمم في عام 1944.

النتائج

نتيجة لإدخال أنظمة المعالجات الدقيقة ، انخفض حجم الأجهزة ، وزادت الوظائف. يؤثر اختيار البنية وعمق البت ونظام الأوامر وبنية الذاكرة - على التكلفة النهائية للجهاز ، حيث قد لا يكون الفرق في السعر مع إنتاج واحد كبيرًا ، ولكن مع النسخ المتماثل يمكن أن يكون أكثر من ملموس.

كتاب الكتروني -دليل المبتدئين إلى ميكروكنترولر AVR

إرشادات خطوة بخطوة في برمجة وإنشاء أجهزة على ميكروكنترولر AVR

للمهندسين الإلكترونيين المتخصصين في تصميم أجهزة متحكم ، مصطلح "بداية سريعة"". إنه يشير إلى الحالة عندما يكون من الضروري الاختبار في وقت قصير متحكم واجعله يقوم بأبسط المهام.

الهدف هو إتقان تقنية البرمجة والحصول على نتيجة ملموسة بسرعة دون الخوض في التفاصيل. ستظهر العروض التقديمية والمهارات والقدرات الكاملة في وقت لاحق من هذه العملية.

لإتقان العمل مع ميكروكنترولر في وضع "البداية السريعة" ، لمعرفة كيفية برمجتها وإنشاء أجهزة إلكترونية ذكية متنوعة يمكن إجراؤها بسهولة باستخدام دورات فيديو للتدريب حيث يتم وضع جميع النقاط الرئيسية على الرفوف.

تستند منهجية إجراء دراسة سريعة لمبادئ العمل مع ميكروكنترولر إلى حقيقة أنه يكفي إتقان الدائرة الصغرية الأساسية حتى يتسنى إعداد برامج لأنواعها الأخرى بثقة. بفضل هذا ، تمر التجارب الأولى على برمجة ميكروكنترولر دون صعوبة كبيرة. بعد الحصول على المعرفة الأساسية ، يمكنك البدء في تطوير التصميمات الخاصة بك.

في الوقت الحالي ، يوجد لدى Maxim Selivanov 4 دورات حول إنشاء أجهزة على ميكروكنترولر ، مبنية على المبدأ من البسيط إلى المعقد.

1. متحكم البرمجة للمبتدئين

هذه الدورة مخصصة لأولئك الذين يعرفون بالفعل أساسيات الإلكترونيات والبرمجة ، الذين يعرفون المكونات الإلكترونية الأساسية ، ويقومون بتجميع الدوائر البسيطة ، ويعرفون كيفية حمل مكواة لحام ويريدون الذهاب إلى مستوى جديد تمامًا ، لكنهم يؤجلون باستمرار هذا الانتقال بسبب الصعوبات في إتقان مواد جديدة.

تعتبر الدورة التدريبية مثالية لأولئك الذين قاموا مؤخرًا بمحاولاتهم الأولى لتعلم برمجة المتحكم الدقيق ، لكنهم مستعدون للتخلي عن كل شيء لأنه لا يعمل أو لا يعمل ، لكن ليس كما يجب (هل هو مألوف؟!).

ستكون الدورة التدريبية مفيدة لأولئك الذين يجمعون بالفعل دوائر بسيطة (أو ربما ليست كذلك) على المتحكمات الدقيقة ، لكن لديهم فهمًا ضعيفًا لجوهر كيفية عمل المتحكم الدقيق وكيفية تفاعله مع الأجهزة الخارجية.

2. برمجة ميكروكنترولر في اللغة C

وتكرس الدورة لتدريس برمجة المتحكمات الدقيقة في لغة C. سمة مميزة للدورة هي دراسة اللغة على مستوى عميق جدا. يتم التدريب على مثال ميكروكنترولر AVR.ولكن ، من حيث المبدأ ، فهي مناسبة لأولئك الذين يستخدمون ميكروكنترولر أخرى.

تم تصميم الدورة للمستمع المدربين. وهذا يعني أن الدورة لا تغطي الأسس الأساسية لعلوم الكمبيوتر والإلكترونيات وأجهزة التحكم الدقيقة. ولكن ، من أجل إتقان الدورة ، ستحتاج إلى الحد الأدنى من المعرفة حول برمجة ميكروكنترولر AVR بأي لغة. المعرفة الالكترونيات أمر مرغوب فيه ، ولكن ليس مطلوبا.

الدورة مثالية لأولئك الذين بدأوا للتو في دراسة برمجة ميكروكنترولر AVR في لغة C ويريدون تعميق معارفهم. مناسب تمامًا لأولئك الذين يعرفون كيفية برمجة ميكروكنترولر بلغات أخرى. ومناسبة أيضًا للمبرمجين العاديين الذين يرغبون في تعميق معرفتهم باللغة C.

3. إنشاء الأجهزة على ميكروكنترولر في اللغة C

هذه الدورة مخصصة لأولئك الذين لا يريدون قصر تطورهم على أمثلة بسيطة أو جاهزة. الدورة مثالية لأولئك الذين يحتاجون إلى إنشاء أجهزة مثيرة للاهتمام مع فهم كامل لكيفية عملهم. الدورة التدريبية مناسبة تمامًا لأولئك الذين هم على دراية بالفعل بمجالات التحكم الدقيقة في C وأولئك الذين قاموا ببرمجتها لفترة طويلة.

تركز مواد الدورة في المقام الأول على ممارسة الاستخدام. يتم النظر في المواضيع التالية: تحديد تردد الراديو ، إعادة إنتاج الصوت ، تبادل البيانات اللاسلكية ، العمل مع شاشات TFT الملونة ، شاشة تعمل باللمس ، العمل مع نظام ملفات بطاقة FAT SD.

4. يعرض البرمجة NEXTION

تعد شاشات NEXTION شاشات عرض قابلة للبرمجة مع شاشة لمس و UART لإنشاء مجموعة متنوعة من الواجهات على الشاشة. بالنسبة للبرمجة ، يتم استخدام بيئة تطوير مريحة وبسيطة للغاية ، والتي تتيح لك إنشاء واجهات معقدة للغاية للإلكترونيات المختلفة في أمسيات فقط! وتنتقل جميع الأوامر عبر واجهة UART إلى متحكم أو جهاز الكمبيوتر. يتم تجميع المواد الدراسية من بسيطة إلى معقدة.

تم تصميم هذه الدورة لأولئك الذين لديهم خبرة صغيرة على الأقل في برمجة ميكروكنترولر أو اردوينو. الدورة مثالية لأولئك الذين حاولوا بالفعل دراسة العروضNextion. سوف تتعلم الكثير من المعلومات الجديدة من الدورة ، حتى لو كنت تعتقد أنك درست العرض جيدًا!