Over microcontrollers voor beginners - scheppingsgeschiedenis, hoofdtypen en verschillen

contents:

• De geschiedenis van de ontwikkeling van microcontrollers

• Soorten microcontrollers

• Microcontroller verschillen

• Training in programmeren en maken van apparaten op microcontrollers

Algemene informatie over het apparaat van microcontrollers en hoofddatums

Microcontrollers zijn een integraal onderdeel van het leven van een moderne persoon. Ze worden gebruikt van kinderspeelgoed tot procesbesturingssystemen. Dankzij het gebruik van microcontrollers zijn ingenieurs erin geslaagd om in bijna alle productiegebieden een hogere productiesnelheid en productkwaliteit te bereiken.

Dit materiaal is een overzicht van belangrijke datums in de geschiedenis van microcontrollers. Dit is geen technische gids, er ontbreken veel subtiliteiten en punten.

Vereisten voor het ontstaan ​​van microprocessor- en microcontrollersystemen

Bekijk de kenmerken en kenmerken van de eerste computers om de redenen voor het uiterlijk en de ontwikkeling van microprocessortechnologie te begrijpen. ENIAC - de eerste computer, 1946. Gewicht - 30 ton, bezet de hele kamer of 85 kubieke meter volume in de ruimte. Grote warmteafvoer, stroomverbruik, constante storingen door elektronische lampconnectoren. Oxiden leidden tot het verdwijnen van contacten en de lamp verloor het contact met het bord. Vereist doorlopend onderhoud.

Computertechnologie ontwikkeld en tegen het einde van de jaren '60 waren er ongeveer 30 duizend in de wereld, inclusief zowel universele computers als mini-computers. De mini's uit die tijd waren zo groot als een kast.

Trouwens, in 1969 was het prototype van internet - ARPANET (Engels Advanced Research Projects Agency Network) al uitgevonden.

Parallel daaraan ontwikkelden halfgeleidertechnologieën - in 1907 werken ze aan detectoren en elektroluminescentie van halfgeleiders. In de jaren 1940, diodes en transistors. Dit alles leidde tot de komst van geïntegreerde technologie. Robert Neuss in 1959 vond hij een geïntegreerde schakeling uit (hierna IC of MS genoemd).

Het is belangrijk om:

Intel - heeft een enorme bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van microcontrollers. Oprichters: Robert Noyce, Gordon Moore en Andrew Grove. Het werd opgericht in 1968.

Tot een bepaalde tijd produceerde het bedrijf geheugenapparaten. De eerste was de MS "3101" - 64 bits, Schottky - bipolaire statische RAM.

De volgende was de uitvinding van de "4004" - een microprocessor met 2300 p / p transistors in zijn samenstelling, niet slechter in prestaties dan ENIAC, maar kleiner dan een palm. ie de grootte van de 4004e microprocessor was vele ordes van grootte kleiner.

Architectuur, programmeren, fysieke implementatie

De architect van de eerste microprocessor werd - Ted hoffcommandosystemen - Stan Mazor. Federico Fagin - ontwierp het kristal. Maar aanvankelijk bezat Intel niet alle rechten op deze chip en kreeg hij, na $ 60.000 aan Busicom te hebben betaald, alle rechten. Al snel ging deze failliet.

Om nieuwe technologieën te populariseren en te introduceren, voerde Intel zowel een advertentie- als een educatieve campagne.

Vervolgens kondigden andere elektronicafabrikanten de oprichting van dergelijke apparaten aan.

Dit is interessant:

4004 - 4-bit, p-MOS-chip.

De volgende stap was de release van de 8008-processor in 1972. In tegenstelling tot het vorige model lijkt het meer op moderne modellen. 8008 - 8 bit, heeft een batterij, 6 algemene registers, een stapelwijzer, 8 adresregisters, I / O-opdrachten.

evenement:

En in 1973 werd de meest succesvolle configuratie van de microprocessor uitgevonden, die nog steeds klassiek is - het is een 8-bit "8080".

Zes maanden later had Intel een serieuze concurrent - Motorola met de 6800-processor, n-MOS-technologie, een structuur met drie bussen en een 16-bit adresbus. Een krachtiger onderbrekingssysteem, het heeft voldoende spanning nodig om het te voeden, en niet drie, zoals de "8080".Bovendien waren de teams eenvoudiger en korter.

Tot vandaag blijft de confrontatie tussen de families van microprocessors van deze fabrikanten bestaan.

Versnelde de snelheid en breidde de mogelijkheden van microprocessors uit de introductie van 16-bit microprocessors. De eerste hiervan was de 8086 van Intel. Het werd gebruikt bij IBM om de eerste personal computers te maken.

"68000" -processor - 16-bits reactie van Motorola, gebruikt op ATARI- en Apple-computers

Pc's zijn populair geworden bij een breed publiek ZX Spectrum. Ze installeerden processors "Z80" van Sinclair Research Ltd. Een van de belangrijkste redenen voor zijn populariteit is dat u geen monitor hoeft te kopen, omdat het Spectrum, net als moderne consoles, was aangesloten op een tv en een normale bandrecorder als een apparaat voor het opnemen en opslaan van programma's en gegevens.

microcontrollers

Micro-computers zijn de belangrijkste stap in de massale toepassing van computerautomatisering op het gebied van controle. Aangezien de hoofdtaak in automatisering het besturen en regelen van parameters is, is de term "controller" stevig ingeburgerd in deze omgeving.

Na perestroika begon de actieve import van computertechnologie en de naam "single-chip micro-computers" werd vervangen door het woord "Microcontroller" (voor meer informatie over hoe de microcontroller verschilt van de microprocessor, zie hier - Doel en opstelling van microcontrollers).

En het eerste patent in de USSR voor single-chip microcomputers werd in 1971 verleend aan M. Kochren en G. Boone, van Texas Instruments. Sindsdien werden naast de processor ook silicium en extra apparaten op het siliciumkristal geplaatst.

Het einde van de jaren zeventig is een nieuwe golf van concurrentie tussen Intel en Motorola. De reden hiervoor was twee presentaties, namelijk in 76 bracht Intel de i8048 uit, en Motorola, slechts 78 - de mc6801, die compatibel was met de eerdere mc6800-microprocessor.

Na 4 jaar, tegen het jaar 80, brengt Intel populair en stil uit MK i8051. Het was de geboorte van een enorm gezin dat tot op de dag van vandaag leeft. 'S Werelds toonaangevende fabrikanten produceren sterk gemodificeerde microcontrollers op deze architectuur voor een breed scala aan taken.

Voor die tijd had het ondenkbare 128.000 transistors. Dit was vier keer het bedrag in de i8086-processor.

In 2017 en het laatste decennium komen de volgende soorten microcontrollers het meest voor:

• 8-bit PIC-microcontrollers van Microchip Technology en AVR van Atmel;

• 16-bit TI MSP430;

• 32-bit microcontrollers, ARM-architectuur. Het wordt door ontwikkelaars verkocht aan verschillende bedrijven, op basis waarvan veel verschillende producten worden geproduceerd.

In de Sovjetunie stond technologie niet stil. Wetenschappers hebben niet alleen de meest succesvolle en interessante buitenlandse ontwikkelingen gekopieerd, maar zijn ook betrokken bij de ontwikkeling van unieke projecten. Zo werd in 1979 de K1801BE1 ontwikkeld aan het Research Institute of TT, deze microarchitectuur heette "Electronics of the SC" en had 16 bits.

Zie ook: Typen en opstelling van AVR-microcontrollers

Microcontroller verschillen

Microcontrollers kunnen worden verdeeld volgens de volgende criteria:

• bit;

• Commandosysteem;

• Geheugen architectuur.

Bitdiepte is de lengte van één woord dat wordt verwerkt door de controller of processor, hoe groter het is, hoe sneller de microcontroller grote hoeveelheden gegevens kan verwerken, maar deze aanpak is niet altijd waar, er worden individuele vereisten voor elke taak gesteld, zowel in snelheid als in de verwerkingsmethode, het gebruik van een 32-bits ARM-microprocessor om te werken in eenvoudige apparaten die werken met 8-bits woorden, kan niet worden gerechtvaardigd door zowel het gemak van het schrijven van een programma en het verwerken van informatie, als de kosten zelf.

Volgens de statistieken voor 2017 dalen de kosten van dergelijke controllers echter actief, en als het zo doorgaat, is het goedkoper dan de eenvoudigste PIC-controllers, als er een veel grotere set functies is. Slechts één ding is niet duidelijk - dit is een marketingbeweging en een understatement van prijzen, of echte technologische vooruitgang.

De verdeling vindt plaats op:

• 8-bit;

• 16-bit;

• 32-bit;

• 64-bits.

Indeling naar type commandosysteem:

• RISC-architectuurof afgekort opdrachtsysteem. Het is gericht op de snelle uitvoering van basisopdrachten in 1, minder vaak 2 machinecycli, en heeft ook een groot aantal universele registers en een langere manier om toegang te krijgen tot permanent geheugen. Architecturaal voor UNIX-systemen;

• CISC-architectuur, of een compleet systeem van instructies, direct werken met geheugen, een groter aantal instructies, een klein aantal registers (gericht op werken met geheugen), de duur van instructies van 1 tot 4 machinecycli zijn kenmerkend. Een voorbeeld zijn Intel-processors.

Indeling per type geheugen:

• Von Neumann Architecture - het belangrijkste kenmerk is het gemeenschappelijke geheugengebied voor commando's en gegevens, bij het werken met een dergelijke architectuur als gevolg van een programmeerfout, kunnen gegevens naar het programmageheugengebied worden geschreven en verdere uitvoering van het programma onmogelijk worden. Om dezelfde redenen kunnen gegevensoverdracht en het ophalen van opdrachten niet tegelijkertijd worden uitgevoerd. Ontworpen in 1945.

• Harvard-architectuur - Afzonderlijk gegevensgeheugen en programmageheugen, gebruikt in de eerste op familiecomputers van Mark. Ontworpen in 1944.

bevindingen

Als gevolg van de introductie van microprocessorsystemen nam de grootte van de apparaten af ​​en nam de functionaliteit toe. De keuze van de architectuur, bitdiepte, commandosysteem, geheugenstructuur - beïnvloedt de uiteindelijke kosten van het apparaat, omdat bij een enkele productie het prijsverschil mogelijk niet significant is, maar bij replicatie meer dan tastbaar.

E-boek -Beginnershandleiding voor AVR-microcontrollers

Stapsgewijze instructies voor het programmeren en maken van apparaten op AVR-microcontrollers

Voor elektronische ingenieurs die gespecialiseerd zijn in het ontwerp van microcontroller-apparaten, de term "quick start"". Het verwijst naar het geval wanneer het nodig is om in korte tijd te testen microcontroller en laat hem de eenvoudigste taken uitvoeren.

Het doel is om de programmeertechnologie onder de knie te krijgen en snel een specifiek resultaat te krijgen zonder in details te treden. Volledige presentatie, vaardigheden en vaardigheden zullen later in het proces verschijnen.

Om te leren hoe te werken met microcontrollers in de "snelstart" -modus, om te leren hoe ze te programmeren en verschillende nuttige slimme elektronische apparaten te creëren, kan eenvoudig worden gedaan met behulp van training videocursussen waarin alle belangrijke punten in de schappen liggen.

De methodiek voor een snelle studie van de principes van het werken met microcontrollers is gebaseerd op het feit dat het voldoende is om de basis-microcircuit onder de knie te krijgen om vervolgens vol vertrouwen programma's voor zijn andere variëteiten te maken. Dankzij dit verlopen de eerste experimenten met het programmeren van microcontrollers zonder veel moeite. Nadat u basiskennis heeft verkregen, kunt u beginnen met het ontwikkelen van uw eigen ontwerpen.

Momenteel heeft Maxim Selivanov 4 cursussen over het maken van apparaten op microcontrollers, gebouwd op het principe van eenvoudig tot complex.

1. Microcontroller-programmering voor beginners

De cursus is voor degenen die al bekend zijn met de basisprincipes van elektronica en programmeren, die de elektronische basiscomponenten kennen, eenvoudige circuits samenstellen, een soldeerbout vasthouden en naar een heel nieuw niveau willen gaan, maar deze overgang voortdurend uitstellen vanwege moeilijkheden bij het beheersen van nieuw materiaal.

De cursus is perfect voor degenen die onlangs hun eerste pogingen hebben gedaan om microcontroller-programmering te leren, maar klaar zijn om alles op te geven omdat het niet werkt of werkt, maar niet zoals het moet (is het bekend?!).

De cursus zal nuttig zijn voor diegenen die al eenvoudige (of misschien niet zo) circuits op microcontrollers verzamelen, maar een slecht begrip hebben van de essentie van hoe de microcontroller werkt en hoe deze samenwerkt met externe apparaten.

2. Programmering van microcontrollers in taal C

De cursus is gewijd aan het onderwijzen van het programmeren van microcontrollers in C-taal. Een onderscheidend kenmerk van de cursus is de studie van de taal op een zeer diep niveau. Training vindt plaats op het voorbeeld van AVR-microcontrollers.Maar in principe is het geschikt voor degenen die andere microcontrollers gebruiken.

De cursus is bedoeld voor een getrainde luisteraar. Dat wil zeggen, de cursus behandelt niet de basisprincipes van informatica en elektronica en microcontrollers. Maar om de cursus te beheersen, hebt u minimale kennis nodig over het programmeren van AVR-microcontrollers in elke taal. Kennis van elektronica is wenselijk, maar niet vereist.

De cursus is ideaal voor degenen die net zijn begonnen met het programmeren van AVR-microcontrollers in C-taal en die hun kennis willen verdiepen. Zeer geschikt voor degenen die weten hoe ze microcontrollers in andere talen moeten programmeren. En ook geschikt voor gewone programmeurs die hun kennis van de C-taal willen verdiepen.

3. Apparaten maken op microcontrollers in taal C

Deze cursus is bedoeld voor diegenen die hun ontwikkeling niet willen beperken tot eenvoudige of kant-en-klare voorbeelden. De cursus is perfect voor degenen die interessante apparaten moeten maken met een volledig begrip van hoe ze werken. De cursus is zeer geschikt voor diegenen die al bekend zijn met het programmeren van microcontrollers in C en diegenen die ze al lang programmeren.

Het cursusmateriaal is primair gericht op de gebruikspraktijk. De volgende onderwerpen komen aan bod: identificatie van radiofrequenties, geluidsweergave, draadloze gegevensuitwisseling, werken met kleuren TFT-schermen, touchscreen, werken met het FAT SD-kaartbestandssysteem.

4. Programmeren van VOLGENDE displays

NEXTION-displays zijn programmeerbare displays met een touchscreen en UART om verschillende interfaces op het scherm te creëren. Voor het programmeren wordt een zeer handige en eenvoudige ontwikkelomgeving gebruikt, waarmee u in slechts enkele avonden zelfs zeer complexe interfaces voor verschillende elektronica kunt maken! En alle opdrachten worden via de UART-interface naar de microcontroller of computer verzonden. Het cursusmateriaal is samengesteld van eenvoudig tot complex.

Deze cursus is bedoeld voor degenen die op zijn minst een beetje ervaring hebben met het programmeren van microcontrollers of Arduino. De cursus is perfect voor degenen die al hebben geprobeerd om displays te bestuderenNextion. Je leert veel nieuwe informatie van de cursus, zelfs als je denkt dat je het scherm goed hebt bestudeerd!