Sobre microcontroladores para iniciantes - histórico de criação, principais tipos e diferenças

Conteúdo:

• A história do desenvolvimento de microcontroladores

• Tipos de microcontroladores

• Diferenças do microcontrolador

• Treinamento em programação e criação de dispositivos em microcontroladores

Informações gerais sobre o dispositivo de microcontroladores e datas principais

Microcontroladores são parte integrante da vida de uma pessoa moderna. Eles são usados ​​em brinquedos infantis para processar sistemas de controle. Graças ao uso de microcontroladores, os engenheiros conseguiram obter maior velocidade de fabricação e qualidade do produto em quase todas as áreas de produção.

Este material é uma visão geral das principais datas da história dos microcontroladores. Este não é um guia técnico, estão faltando muitas sutilezas e pontos.

Pré-requisitos para o surgimento de sistemas de microprocessadores e microcontroladores

Para entender os motivos da aparência e desenvolvimento da tecnologia de microprocessador, observe as características e os recursos dos primeiros computadores. ENIAC - o primeiro computador, 1946. Peso - 30 toneladas, ocupava toda a sala ou 85 metros cúbicos de volume no espaço. Grande dissipação de calor, consumo de energia, defeitos constantes devido a conectores eletrônicos da lâmpada. Os óxidos levaram ao desaparecimento dos contatos e a lâmpada perdeu o contato com o painel. Manutenção contínua necessária.

A informática evoluiu e, no final dos anos 60, havia cerca de 30 mil deles no mundo, incluindo computadores universais e minicomputadores. Os mini daquele tempo eram do tamanho de um armário.

A propósito, em 1969, o protótipo da Internet - ARPANET (Rede Inglesa de Agências de Projetos de Pesquisa Avançada) já foi inventado.

Paralelamente, as tecnologias de semicondutores desenvolvidas - em 1907, trabalham em detectores e eletroluminescência de semicondutores. Na década de 1940, diodos e transistores. Tudo isso levou ao advento da tecnologia integrada. Robert Neuss Em 1959, ele inventou um circuito integrado (a seguir denominado IC ou MS).

Importante:

Intel - fez uma enorme contribuição para o desenvolvimento de microcontroladores. Fundadores: Robert Noyce, Gordon Moore e Andrew Grove. Foi fundada em 1968.

Até certo tempo, a empresa produzia dispositivos de memória. O primeiro foi a RAM estática MS “3101” - 64 bits, Schottky - bipolar.

O próximo foi a invenção do "4004" - um microprocessador com 2300 p / p de transistores em sua composição, com desempenho inferior ao ENIAC, mas menor que a palma da mão. I.e. o tamanho do 4004º microprocessador era muitas ordens de magnitude menor.

Arquitetura, programação, implementação física

O arquiteto do primeiro microprocessador tornou-se - Ted hoffsistemas de comando - Stan mazor. Federico Fagin - projetou o cristal. Porém, inicialmente, a Intel não possuía todos os direitos sobre esse chip e, tendo pago 60.000 dólares à Busicom, obteve todos os direitos. Logo, este último faliu.

Para popularizar e introduzir novas tecnologias, a Intel realizou uma campanha publicitária e educacional.

Posteriormente, outros fabricantes de eletrônicos anunciaram a criação desses dispositivos.

Isso é interessante:

4004 - Chip p-MOS de 4 bits.

O próximo passo foi o lançamento do processador 8008 em 1972. Ao contrário do modelo anterior, é mais parecido com os modelos modernos. 8008 - 8 bits, possui bateria, 6 registradores de uso geral, um ponteiro de pilha, 8 registradores de endereço, comandos de E / S.

Evento:

E em 1973, a configuração de microprocessador mais bem-sucedida foi inventada, que ainda é clássica - é um "8080" de 8 bits.

Seis meses depois, a Intel tinha um concorrente sério - a Motorola com o processador 6800, tecnologia n-MOS, uma estrutura de três barramentos com um barramento de endereços de 16 bits. Um sistema de interrupção mais poderoso, ele precisa de tensão suficiente para fornecê-lo, e não três, como o "8080".Além disso, as equipes eram mais simples e mais curtas.

Até hoje, o confronto entre as famílias de microprocessadores desses fabricantes permanece.

Acelerou a velocidade e expandiu os recursos dos microprocessadores com a introdução de microprocessadores de 16 bits. O primeiro deles foi o 8086 da Intel. Foi usado na IBM para criar os primeiros computadores pessoais.

Processador "68000" - resposta de 16 bits da Motorola, usada em computadores ATARI e Apple

Os PCs se tornaram populares para um amplo público ZX Spectrum. Eles instalaram os processadores "Z80", da Sinclair Research Ltd. Uma das principais razões para sua popularidade é que você não precisa comprar um monitor, porque o Spectrum, como os consoles modernos, estava conectado a uma TV e um gravador comum como dispositivo para gravar e armazenar programas e dados.

Microcontroladores

Os microcomputadores são o principal passo na aplicação em massa da automação de computadores no campo de controle. Como a principal tarefa da automação é o controle e a regulação de parâmetros, o termo "controlador" tornou-se fixo nesse ambiente.

Após a perestroika, a importação ativa da tecnologia de computadores começou e o nome "microcomputadores de chip único" foi substituído pela palavra "microcontrolador" (para obter mais detalhes sobre como o microcontrolador difere do microprocessador, veja aqui - Finalidade e disposição dos microcontroladores).

E a primeira patente na URSS para microcomputadores de chip único foi emitida em 1971 para M. Kochren e G. Boone, da Texas Instruments. Desde então, além do processador, silício e dispositivos adicionais também foram colocados no cristal de silício.

O final dos anos setenta é uma nova onda de concorrência entre Intel e Motorola. O motivo disso foram duas apresentações, a saber, em 76 a Intel lançou o i8048 e a Motorola, apenas 78 - o mc6801, compatível com o microprocessador mc6800 anterior.

Após 4 anos, até o ano 80, a Intel lança populares e ainda MK i8051. Foi o nascimento de uma família enorme que vive até hoje. Os principais fabricantes do mundo produzem microcontroladores altamente modificados nessa arquitetura para uma ampla gama de tarefas.

Na época, possuía 128.000 transistores impensáveis. Isso foi quatro vezes a quantidade no processador i8086.

Em 2017 e na última década, os seguintes tipos de microcontroladores são mais comuns:

• Microcontroladores PIC de 8 bits da Microchip Technology e AVR da Atmel;

• TI MSP430 de 16 bits;

• Microcontroladores de 32 bits, arquitetura ARM. É vendido por desenvolvedores a várias empresas, com base nas quais muitos produtos diferentes são produzidos.

Na União Soviética, a tecnologia não parou. Os cientistas não apenas copiaram os desenvolvimentos estrangeiros mais bem-sucedidos e interessantes, mas também se engajaram no desenvolvimento de projetos únicos. Assim, em 1979, o K1801BE1 foi desenvolvido no Instituto de Pesquisa TT, essa microarquitetura foi denominada "Eletrônica do SC" e possuía 16 bits.

Veja também: Tipos e disposição dos microcontroladores AVR

Diferenças do microcontrolador

Os microcontroladores podem ser divididos de acordo com os seguintes critérios:

• Capacidade;

• Sistema de comando;

• Arquitetura de memória.

Profundidade de bits é o tamanho de uma palavra processada pelo controlador ou processador, quanto maior, mais rápido o microcontrolador pode processar grandes quantidades de dados, mas essa abordagem nem sempre é verdadeira, são apresentados requisitos individuais para cada tarefa, tanto na velocidade quanto no método de processamento, por exemplo: o uso de um microprocessador ARM de 32 bits para trabalhar em dispositivos simples que operam com palavras de 8 bits pode não ser justificado pela conveniência de escrever um programa e processar informações e pelo próprio custo.

No entanto, de acordo com as estatísticas de 2017, o custo desses controladores é reduzido ativamente e, se isso continuar, será mais barato que os controladores PIC mais simples, se houver um conjunto muito maior de funções. Apenas uma coisa não está clara - é uma jogada de marketing e um eufemismo de preços ou progresso tecnológico real.

A divisão ocorre em:

• 8 bits

• 16 bits

• 32 bits

• 64 bits

Divisão por tipo de sistema de comando:

• Arquitetura RISC, ou sistema de comando abreviado. Ele se concentra na execução rápida de comandos básicos em 1, menos frequentemente em 2 ciclos de máquina, e também possui um grande número de registros universais e uma maneira mais longa de acessar a memória permanente. Arquitetura para sistemas UNIX;

• Arquitetura CISC, ou um sistema completo de instruções, trabalho direto com memória, um número maior de instruções, um pequeno número de registros (orientado para trabalhar com memória), a duração das instruções de 1 a 4 ciclos da máquina é característica. Um exemplo são os processadores Intel.

Divisão por tipo de memória:

• Arquitetura Von Neumann - o recurso principal é a área de memória comum para comandos e dados. Ao trabalhar com uma arquitetura como resultado de um erro do programador, os dados podem ser gravados na área de memória do programa e a execução adicional do programa se torna impossível. A transferência de dados e a busca de comandos não podem ser executadas simultaneamente pelos mesmos motivos. Projetado em 1945.

• Arquitetura de Harvard - Separe a memória de dados e a memória do programa, usadas na primeira nos computadores da família Mark. Projetado em 1944.

Conclusões

Como resultado da introdução de sistemas de microprocessadores, o tamanho dos dispositivos diminuiu e a funcionalidade aumentou. A escolha da arquitetura, profundidade de bits, sistema de comando, estrutura da memória - afeta o custo final do dispositivo, pois com uma única produção a diferença de preço pode não ser significativa, mas com a replicação pode ser mais do que tangível.

E-book -Guia do iniciante para microcontroladores AVR

Instruções passo a passo na programação e criação de dispositivos nos microcontroladores AVR

Para engenheiros eletrônicos especializados no design de dispositivos de microcontroladores, o termo "início rápido"". Refere-se ao caso em que é necessário testar em pouco tempo microcontrolador e fazê-lo executar as tarefas mais simples.

O objetivo é dominar a tecnologia de programação e obter rapidamente um resultado específico sem entrar em detalhes. Apresentação, habilidades e habilidades completas aparecerão mais tarde no processo.

Para aprender a trabalhar com microcontroladores no modo "início rápido", aprender a programá-los e criar vários dispositivos eletrônicos inteligentes úteis pode ser feito facilmente usando cursos de vídeo de treinamento nos quais todos os pontos principais estão dispostos nas prateleiras.

A metodologia para um estudo rápido dos princípios de trabalho com microcontroladores é baseada no fato de que é suficiente dominar o microcircuito básico para, então, criar programas para suas outras variedades com confiança. Graças a isso, os primeiros experimentos em programação de microcontroladores passam sem muita dificuldade. Tendo obtido o conhecimento básico, você pode começar a desenvolver seus próprios projetos.

No momento, Maxim Selivanov tem 4 cursos sobre a criação de dispositivos em microcontroladores, baseados no princípio do simples ao complexo.

1. Programação por microcontrolador para iniciantes

O curso é para aqueles que já estão familiarizados com os conceitos básicos de eletrônica e programação, que conhecem componentes eletrônicos básicos, montam circuitos simples, sabem como segurar um ferro de solda e desejam ir para um nível totalmente novo, mas adiam constantemente essa transição devido a dificuldades em dominar o novo material.

O curso é perfeito para aqueles que recentemente fizeram suas primeiras tentativas de aprender a programação de microcontroladores, mas estão prontos para desistir de tudo porque não funciona ou funciona, mas não conforme o necessário (é familiar?).

O curso será útil para quem já coleciona circuitos simples (ou talvez não) em microcontroladores, mas tem um entendimento insuficiente da essência de como o microcontrolador funciona e como ele interage com dispositivos externos.

2. Programação de microcontroladores na linguagem C

O curso é dedicado ao ensino da programação de microcontroladores em linguagem C. Uma característica distintiva do curso é o aprendizado de idiomas em um nível muito profundo. O treinamento ocorre no exemplo dos microcontroladores AVR.Mas, em princípio, é adequado para quem usa outros microcontroladores.

O curso foi desenvolvido para um ouvinte treinado. Ou seja, o curso não cobre os fundamentos básicos da ciência da computação, eletrônica e microcontroladores. Mas, para dominar o curso, você precisará de um conhecimento mínimo em programação de microcontroladores AVR em qualquer idioma. O conhecimento em eletrônica é desejável, mas não obrigatório.

O curso é ideal para quem acabou de começar a estudar programação de microcontroladores AVR na linguagem C e deseja aprofundar seus conhecimentos. Adequado para quem sabe programar microcontroladores em outros idiomas. E também adequado para programadores comuns que desejam aprofundar seus conhecimentos da linguagem C.

3. Criando dispositivos em microcontroladores na linguagem C

Este curso é para aqueles que não querem limitar seu desenvolvimento a exemplos simples ou prontos. O curso é perfeito para quem precisa criar dispositivos interessantes com um entendimento completo de como eles funcionam. O curso é adequado para aqueles que já estão familiarizados com a programação de microcontroladores em C e para aqueles que os programam há muito tempo.

O material do curso é focado principalmente na prática de uso. Os seguintes tópicos são considerados: identificação por radiofrequência, reprodução de som, troca de dados sem fio, trabalho com telas TFT coloridas, tela sensível ao toque, trabalho com o sistema de arquivos do cartão SD FAT.

4.Programação de telas NEXTION

As telas NEXTION são telas programáveis ​​com uma tela sensível ao toque e UART para criar uma variedade de interfaces na tela. Para a programação, é usado um ambiente de desenvolvimento muito conveniente e simples, que permite criar interfaces ainda muito complexas para vários componentes eletrônicos em apenas algumas noites! E todos os comandos são transmitidos via interface UART para o microcontrolador ou computador. O material do curso é compilado do simples ao complexo.

Este curso foi desenvolvido para aqueles que têm pelo menos um pouco de experiência em programação de microcontroladores ou arduino. O curso é perfeito para quem já tentou estudar monitoresNextion. Você aprenderá muitas informações novas do curso, mesmo que pense ter estudado bem a tela!