Informazioni sui microcontrollori per principianti: cronologia della creazione, tipi principali e differenze

contenuto:

• La storia dello sviluppo di microcontrollori

• Tipi di microcontrollori

• Differenze del microcontrollore

• Formazione sulla programmazione e creazione di dispositivi su microcontrollori

Informazioni generali sul dispositivo di microcontrollori e date principali

I microcontrollori sono parte integrante della vita di una persona moderna. Vengono utilizzati dai giocattoli per bambini per elaborare i sistemi di controllo. Grazie all'uso di microcontrollori, gli ingegneri sono riusciti a raggiungere una maggiore velocità di produzione e qualità del prodotto in quasi tutte le aree di produzione.

Questo materiale è una panoramica delle date chiave nella storia dei microcontrollori. Questa non è una guida tecnica, mancano molte sottigliezze e punti.

Prerequisiti per l'emergere di sistemi a microprocessore e microcontrollori

Per comprendere le ragioni dell'aspetto e dello sviluppo della tecnologia a microprocessore, dai un'occhiata alle caratteristiche e alle caratteristiche dei primi computer. ENIAC - il primo computer, 1946. Peso: 30 tonnellate, occupavano l'intera stanza o 85 metri cubi di volume nello spazio. Grande dissipazione del calore, consumo energetico, malfunzionamenti costanti dovuti ai connettori elettronici della lampada. Gli ossidi hanno portato alla scomparsa dei contatti e la lampada ha perso il contatto con la scheda. Manutenzione in corso richiesta.

La tecnologia informatica sviluppata e alla fine degli anni '60 c'erano circa 30 mila nel mondo, inclusi computer universali e mini-computer. I mini di quel tempo avevano le dimensioni di un armadio.

A proposito, nel 1969 fu già inventato il prototipo di Internet - ARPANET (English Advanced Research Projects Agency Network).

Parallelamente, si svilupparono le tecnologie dei semiconduttori - nel 1907, i lavori sui rivelatori e l'elettroluminescenza dei semiconduttori. Negli anni '40, diodi e transistor. Tutto ciò ha portato all'avvento della tecnologia integrata. Robert Neuss Nel 1959, ha inventato un circuito integrato (di seguito denominato IC o MS).

È importante:

Intel: ha dato un enorme contributo allo sviluppo di microcontrollori. Fondatori: Robert Noyce, Gordon Moore e Andrew Grove. È stata fondata nel 1968.

Fino a un certo momento, l'azienda produceva dispositivi di memoria. Il primo è stato il MS "3101" - 64 bit, Schottky - RAM statica bipolare.

La successiva fu l'invenzione del "4004" - un microprocessore con 2300 p / p transistor nella sua composizione, non peggiore in termini di prestazioni rispetto all'ENIAC, ma più piccolo di un palmo. ie la dimensione del 4004 ° microprocessore era più piccola di molti ordini di grandezza.

Architettura, programmazione, implementazione fisica

L'architetto del primo microprocessore divenne - Ted hoffsistemi di comando - Stan mazor. Federico Fagin - progettato il cristallo. Ma inizialmente Intel non possedeva tutti i diritti su questo chip e, avendo pagato $ 60.000 a Busicom, aveva ottenuto tutti i diritti. Presto, quest'ultimo è fallito.

Per diffondere e introdurre nuove tecnologie, Intel ha condotto sia una campagna pubblicitaria che una campagna educativa.

Successivamente, altri produttori di elettronica hanno annunciato la creazione di tali dispositivi.

Questo è interessante:

4004 - Chip p-MOS a 4 bit.

Il passo successivo fu il rilascio del processore 8008 nel 1972. A differenza del modello precedente, è più simile ai modelli moderni. 8008 - 8 bit, ha una batteria, 6 registri di uso generale, un puntatore stack, 8 registri di indirizzi, comandi I / O.

evento:

E nel 1973, fu inventata la configurazione a microprocessore di maggior successo, che è ancora classica: si tratta di un "8080" a 8 bit.

Sei mesi dopo, Intel aveva un serio concorrente: Motorola con il processore 6800, tecnologia n-MOS, una struttura a tre bus con un bus di indirizzo a 16 bit. Un sistema di interruzione più potente, ha bisogno di una tensione sufficiente per alimentarlo, e non tre, come "8080".Inoltre, le squadre erano più semplici e più brevi.

Fino ad oggi, il confronto tra le famiglie di microprocessori di questi produttori rimane.

Ha accelerato la velocità e ampliato le capacità dei microprocessori introducendo microprocessori a 16 bit. Il primo di questi era l'8086 di Intel. È stato utilizzato da IBM per creare i primi personal computer.

Processore "68000": risposta a 16 bit di Motorola, utilizzato su computer ATARI e Apple

I PC sono diventati popolari per un vasto pubblico Spettro ZX. Hanno installato i processori "Z80" di Sinclair Research Ltd. Uno dei motivi principali della sua popolarità è che non è necessario acquistare un monitor, perché lo spettro, come le console moderne, era collegato a una TV e a un normale registratore come dispositivo per la registrazione e l'archiviazione di programmi e dati.

microcontrollori

I microcomputer rappresentano il passo principale nell'applicazione di massa dell'automazione informatica nel campo del controllo. Poiché il compito principale nell'automazione è il controllo e la regolazione dei parametri, il termine "controller" è diventato fisso in questo ambiente.

Dopo la perestrojka, iniziò l'importazione attiva della tecnologia informatica e il nome "microcomputer a chip singolo" fu soppiantato dalla parola "microcontrollore" (per maggiori dettagli su come il microcontrollore differisce dal microprocessore, vedere qui - Scopo e disposizione dei microcontrollori).

E il primo brevetto in URSS per i microcomputer a chip singolo fu rilasciato nel 1971 a M. Kochren e G. Boone, della Texas Instruments. Da allora, oltre al processore, il silicio e altri dispositivi sono stati posizionati sul cristallo di silicio.

La fine degli anni settanta è una nuova ondata di concorrenza tra Intel e Motorola. La ragione di ciò sono state due presentazioni, vale a dire nel 76 Intel ha rilasciato l'i8048 e Motorola, solo 78 - il mc6801, che era compatibile con il precedente microprocessore mc6800.

Dopo 4 anni, entro gli anni 80, Intel rilascia popolare e ancora MK i8051. Era la nascita di un'enorme famiglia che vive ancora oggi. I principali produttori mondiali producono microcontrollori altamente modificati su questa architettura per una vasta gamma di attività.

Per il suo tempo, aveva impensabili 128.000 transistor. Questo era quattro volte la quantità nel processore i8086.

Nel 2017 e nell'ultimo decennio, i seguenti tipi di microcontrollori sono i più comuni:

• Microcontrollori PIC a 8 bit di Microchip Technology e AVR di Atmel;

• TI MSP430 a 16 bit;

• Microcontrollori a 32 bit, architettura ARM. È venduto dagli sviluppatori a varie aziende, sulla base delle quali vengono prodotti molti prodotti diversi.

In Unione Sovietica, la tecnologia non si è fermata. Gli scienziati non solo hanno copiato gli sviluppi stranieri di maggior successo e interessanti, ma si sono anche impegnati nello sviluppo di progetti unici. Così, nel 1979, il K1801BE1 fu sviluppato presso l'Istituto di ricerca del TT, questa microarchitettura era chiamata "Elettronica della SC" e aveva 16 bit.

Vedi anche: Tipi e disposizione dei microcontrollori AVR

Differenze del microcontrollore

I microcontrollori possono essere suddivisi in base ai seguenti criteri:

• Bit;

• Sistema di comando;

• Architettura della memoria.

La profondità in bit è la lunghezza di una parola elaborata dal controller o dal processore, maggiore è, più veloce è il microcontrollore in grado di elaborare grandi quantità di dati, ma questo approccio non è sempre vero, i requisiti individuali sono proposti per ogni attività, sia in termini di velocità che nel metodo di elaborazione, ad esempio, l'uso di un microprocessore ARM a 32 bit per funzionare in dispositivi semplici che funzionano con parole a 8 bit potrebbe non essere giustificato sia dalla comodità di scrivere un programma e dall'elaborazione delle informazioni, sia dal costo stesso.

Tuttavia, secondo le statistiche del 2017, il costo di tali controller sta diminuendo attivamente e, se continua in questo modo, sarà più economico dei controller PIC più semplici, se esiste un set di funzioni molto più ampio. Solo una cosa non è chiara: questa è una mossa di marketing e un eufemismo del prezzo, o un reale progresso tecnologico.

La divisione si verifica presso:

• 8 bit;

• 16 bit;

• 32 bit;

• 64-bit.

Divisione per tipo di sistema di comando:

• Architettura RISCo sistema di comando abbreviato. Si concentra sulla rapida esecuzione dei comandi di base in 1, meno spesso 2 cicli macchina, e ha anche un gran numero di registri universali e un modo più lungo per accedere alla memoria permanente. Architettonico per sistemi UNIX;

• Architettura CISCo un sistema completo di istruzioni, il lavoro diretto con la memoria, un numero maggiore di istruzioni, un piccolo numero di registri (orientato al lavoro con la memoria), la durata delle istruzioni da 1 a 4 cicli della macchina sono caratteristiche. Un esempio sono i processori Intel.

Divisione per tipo di memoria:

• Von Neumann Architecture - la caratteristica principale è l'area di memoria comune per comandi e dati, quando si lavora con tale architettura a seguito di un errore del programmatore, i dati possono essere scritti nell'area di memoria del programma e sarà impossibile eseguire ulteriori programmi. Il trasferimento dei dati e il recupero dei comandi non possono essere eseguiti contemporaneamente per gli stessi motivi. Progettato nel 1945.

• Architettura di Harvard - memoria dati separata e memoria programma, utilizzata nella prima sui computer della famiglia Mark. Progettato nel 1944.

risultati

Come risultato dell'introduzione dei sistemi a microprocessore, la dimensione dei dispositivi è diminuita e la funzionalità è aumentata. La scelta dell'architettura, della profondità di bit, del sistema di comando, della struttura della memoria - influisce sul costo finale del dispositivo, poiché con una singola produzione la differenza di prezzo può non essere significativa, ma con la replica può essere più che tangibile.

E-book -Guida al microcontrollore AVR per principianti

Istruzioni dettagliate per la programmazione e la creazione di dispositivi su microcontrollori AVR

Per gli ingegneri elettronici specializzati nella progettazione di dispositivi a microcontrollore, il termine "avvio rapido"". Si riferisce al caso in cui è necessario testare in breve tempo microcontrollore e fargli svolgere i compiti più semplici.

L'obiettivo è, senza entrare nei dettagli, padroneggiare la tecnologia di programmazione e ottenere rapidamente un risultato specifico. La presentazione, le abilità e le capacità complete appariranno più avanti nel processo.

Imparare come lavorare con i microcontrollori nella modalità "avvio rapido", imparare a programmarli e creare vari utili dispositivi elettronici intelligenti può essere facilmente realizzato utilizzando corsi di formazione video in cui tutti i punti principali sono disposti sugli scaffali.

La metodologia per un rapido studio dei principi di funzionamento con i microcontrollori si basa sul fatto che è sufficiente padroneggiare il microcircuito di base per poter quindi creare con sicurezza programmi per le sue altre varietà. Grazie a ciò, i primi esperimenti sulla programmazione dei microcontrollori passano senza troppe difficoltà. Dopo aver ricevuto le conoscenze di base, puoi iniziare a sviluppare i tuoi progetti.

Al momento, Maxim Selivanov ha 4 corsi sulla creazione di dispositivi su microcontrollori, basati sul principio dal semplice al complesso.

1. Programmazione del microcontrollore per principianti

Il corso è rivolto a coloro che hanno già familiarità con le basi dell'elettronica e della programmazione, che conoscono i componenti elettronici di base, assemblano circuiti semplici, sanno come tenere un saldatore e vogliono passare a un livello completamente nuovo, ma rimandano costantemente questa transizione a causa delle difficoltà nel padroneggiare nuovo materiale.

Il corso è perfetto per coloro che hanno appena fatto i loro primi tentativi di apprendere la programmazione del microcontrollore, ma sono pronti a rinunciare a tutto perché non funziona o funziona, ma non come è necessario (è familiare?!).

Il corso sarà utile a coloro che già raccolgono circuiti semplici (o forse non così) su microcontrollori, ma hanno una scarsa comprensione dell'essenza di come funziona il microcontrollore e di come interagisce con i dispositivi esterni.

2. Programmazione dei microcontrollori nella lingua C

Il corso è dedicato all'insegnamento della programmazione di microcontrollori in linguaggio C. Una caratteristica distintiva del corso è lo studio della lingua a un livello molto profondo. La formazione si svolge sull'esempio dei microcontrollori AVR.Ma, in linea di principio, è adatto a coloro che usano altri microcontrollori.

Il corso è progettato per un ascoltatore esperto. Cioè, il corso non copre le basi di base dell'informatica, dell'elettronica e dei microcontrollori. Ma, per padroneggiare il corso, avrai bisogno di conoscenze minime sulla programmazione dei microcontrollori AVR in qualsiasi lingua. La conoscenza dell'elettronica è auspicabile, ma non richiesta.

Il corso è ideale per coloro che hanno appena iniziato a studiare la programmazione di microcontrollori AVR in linguaggio C e vogliono approfondire le proprie conoscenze. Adatto a coloro che sanno programmare i microcontrollori in altre lingue. E adatto anche a programmatori ordinari che vogliono approfondire la propria conoscenza del linguaggio C.

3. Creazione di dispositivi su microcontrollori nella lingua C

Questo corso è rivolto a coloro che non vogliono limitare il loro sviluppo a esempi semplici o preconfezionati. Il corso è perfetto per coloro che hanno bisogno di creare dispositivi interessanti con una piena comprensione di come funzionano. Il corso è adatto a coloro che hanno già familiarità con la programmazione di microcontrollori in C e quelli che li hanno programmati da molto tempo.

Il materiale del corso è principalmente incentrato sulla pratica d'uso. Vengono considerati i seguenti argomenti: identificazione a radiofrequenza, riproduzione del suono, scambio di dati wireless, lavoro con display TFT a colori, touchscreen, lavoro con il file system della scheda SD FAT.

4.Programmazione display NEXTION

I display NEXTION sono display programmabili con touchscreen e UART per creare una varietà di interfacce sullo schermo. Per la programmazione, viene utilizzato un ambiente di sviluppo molto comodo e semplice, che consente di creare interfacce anche molto complesse per vari dispositivi elettronici in un paio di sere! E tutti i comandi vengono trasmessi tramite l'interfaccia UART al microcontrollore o al computer. Il materiale del corso è compilato da semplice a complesso.

Questo corso è progettato per coloro che hanno almeno una piccola esperienza nella programmazione di microcontrollori o arduino. Il corso è perfetto per coloro che hanno già provato a studiare i displayNextion. Imparerai molte nuove informazioni dal corso, anche se pensi di aver studiato bene il display!