O mikrokontrolerach dla początkujących - historia tworzenia, główne typy i różnice

Treść

• Historia rozwoju mikrokontrolerów

• Rodzaje mikrokontrolerów

• Różnice w mikrokontrolerze

• Szkolenie z programowania i tworzenia urządzeń na mikrokontrolerach

Ogólne informacje na temat urządzenia mikrokontrolerów i głównych dat

Mikrokontrolery są integralną częścią życia współczesnego człowieka. Są używane od zabawek dla dzieci po systemy kontroli procesów. Dzięki zastosowaniu mikrokontrolerów inżynierom udało się osiągnąć większą prędkość produkcji i wyższą jakość produktu w prawie wszystkich obszarach produkcji.

Niniejszy materiał stanowi przegląd najważniejszych dat w historii mikrokontrolerów. To nie jest przewodnik techniczny, brakuje wielu subtelności i punktów.

Warunki wstępne pojawienia się systemów mikroprocesorowych i mikrokontrolerów

Aby zrozumieć przyczyny pojawienia się i rozwoju technologii mikroprocesorowej, spójrz na cechy i funkcje pierwszych komputerów. ENIAC - pierwszy komputer, 1946 r. Waga - 30 ton, zajmowała cały pokój lub 85 metrów sześciennych objętości w przestrzeni. Duże rozpraszanie ciepła, zużycie energii, ciągłe awarie dzięki elektronicznym złączom lamp. Tlenki doprowadziły do ​​zaniku styków, a lampa straciła kontakt z płytą. Wymagana stała konserwacja.

Opracowano technologię komputerową, a do końca lat 60. było na świecie około 30 tysięcy, w tym zarówno komputery uniwersalne, jak i minikomputery. Mini z tamtych czasów były wielkości szafy.

Nawiasem mówiąc, w 1969 roku wynaleziono już prototyp Internetu - ARPANET (angielska sieć zaawansowanych projektów badawczych).

Równolegle opracowano technologie półprzewodnikowe - w 1907 r. Pracowano nad detektorami i elektroluminescencją półprzewodników. W latach 40. XX wieku diody i tranzystory. To wszystko doprowadziło do pojawienia się zintegrowanej technologii. Robert Neuss W 1959 r. Wynalazł układ scalony (zwany dalej IC lub MS).

Ważne:

Intel - wniósł ogromny wkład w rozwój mikrokontrolerów. Założyciele: Robert Noyce, Gordon Moore i Andrew Grove. Zostało założone w 1968 roku.

Do pewnego czasu firma produkowała urządzenia pamięci. Pierwszym był MS „3101” - 64 bity, Schottky - bipolarna statyczna pamięć RAM.

Następnym był wynalazek „4004” - mikroprocesora z tranzystorami 2300 p / p w swoim składzie, pod względem wydajności nie gorszym niż ENIAC, ale mniejszym od dłoni. Tj. rozmiar 4004. mikroprocesora był o wiele rzędów wielkości mniejszy.

Architektura, programowanie, implementacja fizyczna

Architekt pierwszego mikroprocesora stał się - Ted Hoffsystemy dowodzenia - Stan Mazor. Federico Fagin - zaprojektował kryształ. Ale początkowo Intel nie posiadał wszystkich praw do tego układu i po zapłaceniu firmie Busicom 60 000 USD uzyskał pełne prawa. Wkrótce ten ostatni zbankrutował.

Aby spopularyzować i wprowadzić nowe technologie, Intel przeprowadził zarówno kampanię reklamową, jak i edukacyjną.

Następnie inni producenci elektroniki ogłosili utworzenie takich urządzeń.

To interesujące:

4004 - 4-bitowy układ p-MOS.

Kolejnym krokiem było wydanie procesora 8008 w 1972 roku. W przeciwieństwie do poprzedniego modelu, bardziej przypomina nowoczesne modele. 8008 - 8 bitów, ma baterię, 6 rejestrów ogólnego przeznaczenia, wskaźnik stosu, 8 rejestrów adresów, polecenia We / Wy.

Wydarzenie:

W 1973 r. Wynaleziono najbardziej udaną konfigurację mikroprocesora, która wciąż jest klasyczna - jest to 8-bitowy „8080”.

Sześć miesięcy później Intel miał poważnego konkurenta - Motorolę z procesorem 6800, technologię n-MOS, strukturę trzech magistral z 16-bitową magistralą adresową. Mocniejszy system przerwań, potrzebuje wystarczającego napięcia, aby go zasilić, a nie trzech, takich jak „8080”.Ponadto zespoły były prostsze i krótsze.

Do dziś trwa konfrontacja rodzin mikroprocesorów tych producentów.

Przyspieszyliśmy prędkość i rozszerzyliśmy możliwości mikroprocesorów o wprowadzenie 16-bitowych mikroprocesorów. Pierwszym z nich był 8086 Intela. Został wykorzystany w IBM do stworzenia pierwszych komputerów osobistych.

Procesor „68000” - 16-bitowa odpowiedź Motoroli, stosowana na komputerach ATARI i Apple

Komputery stały się popularne wśród szerokiego grona odbiorców ZX Spectrum. Zainstalowali procesory „Z80” firmy Sinclair Research Ltd. Jednym z głównych powodów jego popularności jest to, że nie trzeba kupować monitora, ponieważ Spectrum, podobnie jak nowoczesne konsole, był podłączony do telewizora, a zwykły magnetofon jako urządzenie do nagrywania i przechowywania programów i danych.

Mikrokontrolery

Mikrokomputery są głównym krokiem w masowym zastosowaniu automatyzacji komputerów w dziedzinie kontroli. Ponieważ głównym zadaniem automatyzacji jest kontrola i regulacja parametrów, termin „sterownik” ugruntował się w tym środowisku.

Po pierestrojce rozpoczął się aktywny import technologii komputerowej, a nazwę „mikrokomputer jednoukładowy” zastąpiono słowem „mikrokontroler” (więcej szczegółów na temat różnic między mikrokontrolerem a mikroprocesorem znajduje się tutaj - Cel i rozmieszczenie mikrokontrolerów).

Pierwszy patent w ZSRR na mikrokomputery jednoukładowe został wydany w 1971 r. Dla M. Kochrena i G. Boone'a z Texas Instruments. Od tego czasu oprócz procesora na krysztale krzemu umieszczono także krzem i dodatkowe urządzenia.

Koniec lat siedemdziesiątych to nowa fala konkurencji między Intelem a Motorolą. Powodem tego były dwie prezentacje, mianowicie w 76 Intel wydał i8048, a Motorola, tylko 78 - mc6801, który był kompatybilny z wcześniejszym mikroprocesorem mc6800.

Po 4 latach, do 80 roku, Intel wydaje popularne i nadal MK i8051. To narodziny ogromnej rodziny, która żyje do dziś. Wiodący światowi producenci produkują wysoce zmodyfikowane mikrokontrolery w tej architekturze do szerokiego zakresu zadań.

Na swój czas miał nie do pomyślenia 128 000 tranzystorów. To czterokrotnie więcej niż w procesorze i8086.

W 2017 r. I ostatniej dekadzie najpopularniejsze są następujące typy mikrokontrolerów:

• 8-bitowe mikrokontrolery PIC od Microchip Technology i AVR od Atmel;

• 16-bitowy TI MSP430;

• 32-bitowe mikrokontrolery, architektura ARM. Jest sprzedawany przez programistów różnym firmom, na podstawie których produkuje się wiele różnych produktów.

W Związku Radzieckim technologia nie stała w miejscu. Naukowcy nie tylko skopiowali najbardziej udane i interesujące wydarzenia zagraniczne, ale także zaangażowali się w tworzenie unikalnych projektów. Tak więc do 1979 r. K1801BE1 został opracowany w Instytucie Badawczym TT, ta mikroarchitektura nosiła nazwę „Electronics of the SC” i miała 16 bitów.

Zobacz także: Rodzaje i rozmieszczenie mikrokontrolerów AVR

Różnice w mikrokontrolerze

Mikrokontrolery można podzielić zgodnie z następującymi kryteriami:

• Pojemność;

• System dowodzenia;

• Architektura pamięci.

Głębia bitowa to długość jednego słowa przetwarzanego przez kontroler lub procesor, im większa, tym szybciej mikrokontroler może przetwarzać duże ilości danych, ale takie podejście nie zawsze jest prawdziwe, dla każdego zadania stawiane są indywidualne wymagania, zarówno pod względem szybkości, jak i metody przetwarzania, użycie 32-bitowego mikroprocesora ARM do pracy w prostych urządzeniach, które działają na 8-bitowych słowach, może nie być uzasadnione zarówno wygodą pisania programu i przetwarzania informacji, jak i samym kosztem.

Jednak zgodnie ze statystykami za 2017 r. Koszt takich kontrolerów aktywnie spada, a jeśli tak się utrzyma, będzie tańszy niż najprostsze kontrolery PIC, jeśli istnieje znacznie większy zestaw funkcji. Tylko jedna rzecz nie jest jasna - jest to ruch marketingowy i zaniżenie cen lub prawdziwy postęp technologiczny.

Podział występuje w:

• 8-bit

• 16-bit

• 32-bitowy

• 64-bitowy

Podział według rodzaju systemu dowodzenia:

• Architektura RISClub skrócony system poleceń. Koncentruje się na szybkim wykonywaniu podstawowych poleceń w 1, rzadziej 2 cyklach maszyny, a także ma dużą liczbę uniwersalnych rejestrów i dłuższy dostęp do stałej pamięci. Architektoniczny dla systemów UNIX;

• Architektura CISClub kompletny system instrukcji, bezpośrednia praca z pamięcią, większa liczba instrukcji, niewielka liczba rejestrów (zorientowana na pracę z pamięcią), charakterystyczny jest czas trwania instrukcji od 1 do 4 cykli maszyny. Przykładem są procesory Intel.

Podział według rodzaju pamięci:

• Architektura von Neumanna - główną cechą jest wspólny obszar pamięci dla poleceń i danych, podczas pracy z taką architekturą w wyniku błędu programisty dane mogą być zapisywane w obszarze pamięci programu, a dalsze wykonywanie programu stanie się niemożliwe. Transfer danych i pobieranie poleceń nie mogą być wykonywane jednocześnie z tych samych powodów. Zaprojektowany w 1945 roku.

• Architektura Harvarda - oddzielna pamięć danych i pamięć programów, używane w pierwszej kolejności na komputerach z rodziny Mark. Zaprojektowany w 1944 roku.

Wnioski

W wyniku wprowadzenia systemów mikroprocesorowych wielkość urządzeń zmniejszyła się, a funkcjonalność wzrosła. Wybór architektury, głębokości bitów, systemu poleceń, struktury pamięci - wpływa na końcowy koszt urządzenia, ponieważ przy pojedynczej produkcji różnica w cenie może nie być znacząca, ale przy replikacji może być więcej niż namacalna.

E-book -Przewodnik dla początkujących po mikrokontrolerach AVR

Instrukcja krok po kroku w programowaniu i tworzeniu urządzeń na mikrokontrolerach AVR

Dla inżynierów elektroników specjalizujących się w projektowaniu urządzeń mikrokontrolerów termin „szybki start”". Odnosi się do przypadku, gdy konieczne jest przetestowanie w krótkim czasie mikrokontroler i każ mu wykonywać najprostsze zadania.

Celem jest opanowanie technologii programowania i szybkie uzyskanie konkretnego wyniku bez wchodzenia w szczegóły. Pełna prezentacja, umiejętności i zdolności pojawią się w dalszej części procesu.

Aby nauczyć się, jak pracować z mikrokontrolerami w trybie „szybkiego startu”, nauczyć się, jak je programować i tworzyć różne przydatne inteligentne urządzenia elektroniczne, można łatwo zrobić za pomocą szkoleń wideo, w których wszystkie główne punkty są rozmieszczone na półkach.

Metodologia szybkiego przestudiowania zasad pracy z mikrokontrolerem opiera się na fakcie, że wystarczy opanować podstawowy mikroukład, aby następnie pewnie tworzyć programy dla jego innych odmian. Dzięki temu pierwsze eksperymenty na programowaniu mikrokontrolerów przebiegają bez większych trudności. Po zdobyciu podstawowej wiedzy możesz zacząć opracowywać własne projekty.

W tej chwili Maxim Selivanov ma 4 kursy na temat tworzenia urządzeń na mikrokontrolerach, zbudowane na zasadzie od prostych do złożonych.

1. Programowanie mikrokontrolera dla początkujących

Kurs jest dla tych, którzy już znają podstawy elektroniki i programowania, którzy znają podstawowe elementy elektroniczne, montują proste obwody, wiedzą, jak trzymać lutownicę i chcą przejść na zupełnie nowy poziom, ale ciągle odkładają to przejście z powodu trudności w opanowaniu nowego materiału.

Kurs jest idealny dla tych, którzy niedawno podjęli pierwsze próby nauki programowania mikrokontrolerów, ale są gotowi zrezygnować ze wszystkiego, ponieważ nie działa lub działa, ale nie jest tak, jak musi (czy jest to znane?!).

Kurs będzie przydatny dla tych, którzy już zbierają proste (a może nie tak) obwody na mikrokontrolerach, ale słabo rozumieją istotę działania mikrokontrolera i jego interakcji z urządzeniami zewnętrznymi.

2. Programowanie mikrokontrolerów w języku C

Kurs jest przeznaczony do nauki programowania mikrokontrolerów w języku C. Charakterystyczną cechą kursu jest nauka języka na bardzo głębokim poziomie. Szkolenie odbywa się na przykładzie mikrokontrolerów AVR.Ale w zasadzie nadaje się dla tych, którzy używają innych mikrokontrolerów.

Kurs jest przeznaczony dla wyszkolonego słuchacza. Oznacza to, że kurs nie obejmuje podstawowych podstaw informatyki i elektroniki oraz mikrokontrolerów. Ale aby opanować kurs, potrzebujesz minimalnej wiedzy na temat programowania mikrokontrolerów AVR w dowolnym języku. Znajomość elektroniki jest pożądana, ale nie wymagana.

Kurs jest idealny dla tych, którzy dopiero zaczęli uczyć się programowania mikrokontrolerów AVR w języku C i chcą pogłębić swoją wiedzę. Odpowiedni dla tych, którzy wiedzą, jak programować mikrokontrolery w innych językach. Odpowiedni również dla zwykłych programistów, którzy chcą pogłębić swoją znajomość języka C.

3. Tworzenie urządzeń na mikrokontrolerach w języku C

Ten kurs jest dla tych, którzy nie chcą ograniczać swojego rozwoju do prostych lub gotowych przykładów. Kurs jest idealny dla tych, którzy muszą tworzyć ciekawe urządzenia z pełnym zrozumieniem ich działania. Kurs jest odpowiedni dla tych, którzy są już zaznajomieni z programowaniem mikrokontrolerów w C i dla tych, którzy programują je od dłuższego czasu.

Materiał kursu koncentruje się przede wszystkim na praktyce użytkowania. Rozważane są następujące tematy: identyfikacja częstotliwości radiowej, odtwarzanie dźwięku, bezprzewodowa wymiana danych, praca z kolorowymi wyświetlaczami TFT, ekran dotykowy, praca z systemem plików kart SD FAT.

4.Programowanie Wyświetlane jest NEXTION

Wyświetlacze NEXTION to programowalne wyświetlacze z ekranem dotykowym i UART do tworzenia różnorodnych interfejsów na ekranie. Do programowania wykorzystywane jest bardzo wygodne i proste środowisko programistyczne, które pozwala tworzyć nawet bardzo złożone interfejsy dla różnych układów elektronicznych w ciągu kilku wieczorów! Wszystkie polecenia są przesyłane przez interfejs UART do mikrokontrolera lub komputera. Materiał kursu jest zestawiany od prostych do złożonych.

Ten kurs jest przeznaczony dla tych, którzy mają co najmniej małe doświadczenie w programowaniu mikrokontrolerów lub arduino. Kurs jest idealny dla tych, którzy już próbowali uczyć się wyświetlaczyNextion. Nauczysz się wielu nowych informacji z kursu, nawet jeśli uważasz, że dobrze przestudiowałeś wyświetlacz!