À propos des microcontrôleurs pour débutants - historique de la création, principaux types et différences

Contenu:

• L'histoire du développement des microcontrôleurs

• Types de microcontrôleurs

• Différences du microcontrôleur

• Formation à la programmation et à la création d'appareils sur microcontrôleurs

Informations générales sur le dispositif des microcontrôleurs et dates principales

Les microcontrôleurs font partie intégrante de la vie d'une personne moderne. Ils sont utilisés depuis les jouets pour enfants jusqu'aux systèmes de contrôle des processus. Grâce à l'utilisation de microcontrôleurs, les ingénieurs ont réussi à atteindre une vitesse de fabrication et une qualité de produit supérieures dans presque tous les domaines de la production.

Ce matériel est un aperçu des dates clés de l'histoire des microcontrôleurs. Ce n'est pas un guide technique, de nombreuses subtilités et points manquent.

Conditions préalables à l'émergence de systèmes à microprocesseurs et microcontrôleurs

Pour comprendre les raisons de l'apparition et du développement de la technologie des microprocesseurs, jetez un œil aux caractéristiques et fonctionnalités des premiers ordinateurs. ENIAC - le premier ordinateur, 1946. Poids - 30 tonnes, occupait toute la pièce ou 85 mètres cubes de volume dans l'espace. Grande dissipation de chaleur, consommation d'énergie, dysfonctionnements constants dus aux connecteurs de lampes électroniques. Les oxydes ont entraîné la disparition des contacts et la lampe a perdu le contact avec la carte. Maintenance continue requise.

La technologie informatique s'est développée et à la fin des années 60, il y en avait environ 30 000 dans le monde, y compris des ordinateurs universels et des mini-ordinateurs. Les mini de l'époque étaient de la taille d'un placard.

Soit dit en passant, en 1969, le prototype de l'Internet - ARPANET (English Advanced Research Projects Agency Network) a déjà été inventé.

En parallèle, les technologies des semi-conducteurs se développent - en 1907, travaux sur les détecteurs et l'électroluminescence des semi-conducteurs. Dans les années 40, diodes et transistors. Tout cela a conduit à l'avènement de la technologie intégrée. Robert Neuss En 1959, il a inventé un circuit intégré (ci-après dénommé IC ou MS).

Important:

Intel - a énormément contribué au développement des microcontrôleurs. Fondateurs: Robert Noyce, Gordon Moore et Andrew Grove. Elle a été fondée en 1968.

Jusqu'à un certain temps, l'entreprise a produit des dispositifs de mémoire. Le premier était le MS "3101" - 64 bits, Schottky - RAM statique bipolaire.

Ensuite, l'invention du "4004" - un microprocesseur avec 2300 transistors p / p dans sa composition, en termes de performances pas moins mauvaises que celles de l'ENIAC, mais plus petites qu'une paume. C'est-à-dire la taille du 4004e microprocesseur était de plusieurs ordres de grandeur plus petite.

Architecture, programmation, implémentation physique

L'architecte du premier microprocesseur est devenu - Ted hoffsystèmes de commande - Stan mazor. Federico Fagin - conçu le cristal. Mais au départ, Intel ne possédait pas tous les droits sur cette puce et, après avoir payé 60 000 $ à Busicom, a obtenu tous les droits. Bientôt, ce dernier a fait faillite.

Pour vulgariser et introduire de nouvelles technologies, Intel a mené une campagne publicitaire et éducative.

Par la suite, d'autres fabricants d'électronique ont annoncé la création de tels appareils.

C'est intéressant:

4004 - Puce p-MOS 4 bits.

L'étape suivante a été la sortie du processeur 8008 en 1972. Contrairement au modèle précédent, il ressemble plus à des modèles modernes. 8008 - 8 bits, possède une batterie, 6 registres à usage général, un pointeur de pile, 8 registres d'adresses, des commandes d'E / S.

Événement:

Et en 1973, la configuration de microprocesseur la plus réussie a été inventée, qui est toujours classique - c'est un «8080» 8 bits.

Six mois plus tard, Intel avait un concurrent sérieux - Motorola avec le processeur 6800, la technologie n-MOS, une structure à trois bus avec un bus d'adresse 16 bits. Un système d'interruption plus puissant, il a besoin de suffisamment de tension pour l'alimenter, et non de trois, comme le "8080".De plus, les équipes étaient plus simples et plus courtes.

Jusqu'à aujourd'hui, la confrontation entre les familles de microprocesseurs de ces fabricants demeure.

Accéléré la vitesse et étendu les capacités des microprocesseurs l'introduction de microprocesseurs 16 bits. Le premier d'entre eux était le 8086 d'Intel. Il a été utilisé chez IBM pour créer les premiers ordinateurs personnels.

Processeur «68000» - réponse 16 bits de Motorola, utilisé sur les ordinateurs ATARI et Apple

Les PC sont devenus populaires auprès d'un large public ZX Spectrum. Ils ont installé des processeurs "Z80", de Sinclair Research Ltd. L'une des principales raisons de sa popularité est que vous n'avez pas besoin d'acheter un moniteur, car le Spectrum, comme les consoles modernes, était connecté à un téléviseur et à un magnétophone ordinaire comme appareil pour enregistrer et stocker des programmes et des données.

Microcontrôleurs

Les micro-ordinateurs sont l'étape principale de l'application massive de l'automatisation informatique dans le domaine du contrôle. Étant donné que la tâche principale de l'automatisation est le contrôle et la régulation des paramètres, le terme «contrôleur» s'est fermement établi dans cet environnement.

Après la perestroïka, l'importation active de la technologie informatique a commencé, et le nom «micro-ordinateurs à puce unique» a été remplacé par le mot «microcontrôleur» (pour plus de détails sur la façon dont le microcontrôleur diffère du microprocesseur, voir ici - But et disposition des microcontrôleurs).

Et le premier brevet en URSS pour les micro-ordinateurs monopuce a été délivré en 1971 à M. Kochren et G. Boone, de Texas Instruments. Depuis lors, en plus du processeur, du silicium et des dispositifs supplémentaires ont également été placés sur le cristal de silicium.

La fin des années 70 est une nouvelle vague de concurrence entre Intel et Motorola. La raison en était deux présentations, à savoir dans 76 Intel a publié le i8048 et Motorola, seulement 78 - le mc6801, qui était compatible avec le microprocesseur mc6800 précédent.

Après 4 ans, en l'an 80, Intel publie populaire et toujours MK i8051. C'est la naissance d'une immense famille qui vit encore aujourd'hui. Les principaux fabricants mondiaux produisent des microcontrôleurs hautement modifiés sur cette architecture pour un large éventail de tâches.

Pour l'époque, il disposait de 128 000 transistors impensables. C'était quatre fois le montant du processeur i8086.

En 2017 et au cours de la dernière décennie, les types de microcontrôleurs suivants sont les plus courants:

• Microcontrôleurs PIC 8 bits de Microchip Technology et AVR d'Atmel;

• TI MSP430 16 bits;

• Microcontrôleurs 32 bits, architecture ARM. Il est vendu par les développeurs à diverses sociétés, sur la base desquelles de nombreux produits différents sont fabriqués.

En Union soviétique, la technologie ne s'est pas arrêtée. Les scientifiques ont non seulement copié les développements étrangers les plus réussis et les plus intéressants, mais se sont également engagés dans le développement de projets uniques. Ainsi, en 1979, le K1801BE1 a été développé à l'Institut de Recherche du TT, cette microarchitecture s'appelait "Electronique du SC" et comportait 16 bits.

Voir aussi: Types et disposition des microcontrôleurs AVR

Différences du microcontrôleur

Les microcontrôleurs peuvent être divisés selon les critères suivants:

• Capacité;

• Système de commandement;

• Architecture de mémoire.

La profondeur de bits est la longueur d'un mot traité par le contrôleur ou le processeur, plus il est grand, plus le microcontrôleur peut traiter rapidement de grandes quantités de données, mais cette approche n'est pas toujours vraie, des exigences individuelles sont présentées pour chaque tâche, à la fois en vitesse et dans la méthode de traitement, par exemple, l'utilisation d'un microprocesseur ARM 32 bits pour fonctionner dans des appareils simples qui fonctionnent avec des mots de 8 bits peut ne pas être justifiée à la fois par la commodité d'écrire un programme et des informations de traitement, et par le coût lui-même.

Cependant, selon les statistiques de 2017, le coût de ces contrôleurs est activement réduit, et si cela continue, il sera moins cher que les contrôleurs PIC les plus simples, s'il existe un ensemble de fonctions beaucoup plus important. Une seule chose n'est pas claire - il s'agit d'un mouvement marketing et d'une sous-estimation des prix, ou d'un réel progrès technologique.

La division se produit à:

• 8 bits

• 16 bits

• 32 bits

• 64 bits

Division par type de système de commandement:

• Architecture RISCou système de commande abrégé. Il est axé sur l'exécution rapide des commandes de base en 1, moins souvent 2 cycles machine, et dispose également d'un grand nombre de registres universels et d'un moyen plus long d'accéder à la mémoire permanente. Architectural pour les systèmes UNIX;

• Architecture du CISC, ou un système complet d'instructions, un travail direct avec la mémoire, un plus grand nombre d'instructions, un petit nombre de registres (orientés pour travailler avec la mémoire), la durée des instructions de 1 à 4 cycles machine est caractéristique. Un exemple est les processeurs Intel.

Division par type de mémoire:

• Architecture de Von Neumann - la caractéristique principale est la zone de mémoire commune pour les commandes et les données, lorsque vous travaillez avec une telle architecture à la suite d'une erreur de programmation, les données peuvent être écrites dans la zone de mémoire du programme et l'exécution ultérieure du programme deviendra impossible. Le transfert de données et l'extraction de commandes ne peuvent pas être effectués simultanément pour les mêmes raisons. Conçu en 1945.

• Architecture de Harvard - mémoire de données et mémoire de programme distinctes, utilisées dans le premier sur les ordinateurs de la famille Mark. Conçu en 1944.

Conclusions

Suite à l'introduction de systèmes à microprocesseur, la taille des appareils a diminué et la fonctionnalité a augmenté. Le choix de l'architecture, de la profondeur de bits, du système de commande, de la structure de la mémoire - affecte le coût final de l'appareil, car avec une seule production, la différence de prix peut ne pas être significative, mais avec la réplication, elle peut être plus que tangible.

E-book -Guide du débutant sur les microcontrôleurs AVR

Instruction étape par étape dans la programmation et la création de périphériques sur les microcontrôleurs AVR

Pour les ingénieurs en électronique spécialisés dans la conception de microcontrôleurs, le terme "démarrage rapide"". Il se réfère au cas où il est nécessaire de tester en peu de temps microcontrôleur et lui faire effectuer les tâches les plus simples.

L'objectif est de maîtriser la technologie de programmation et d'obtenir rapidement un résultat concret sans entrer dans les détails. Une présentation complète, les compétences et les capacités apparaîtront plus tard dans le processus.

Pour apprendre à travailler avec des microcontrôleurs en mode "démarrage rapide", pour apprendre à les programmer et à créer divers appareils électroniques intelligents utiles, vous pouvez facilement le faire en utilisant des cours de formation vidéo dans lesquels tous les points principaux sont présentés sur les étagères.

La méthodologie pour une étude rapide des principes de travail avec les microcontrôleurs est basée sur le fait qu'il suffit de maîtriser le microcircuit de base pour ensuite compiler en toute confiance des programmes pour ses autres variétés. Grâce à cela, les premières expériences de programmation de microcontrôleurs passent sans trop de difficultés. Après avoir acquis les connaissances de base, vous pouvez commencer à développer vos propres conceptions.

À l'heure actuelle, Maxim Selivanov a 4 cours sur la création d'appareils sur microcontrôleurs, construits sur le principe du simple au complexe.

1. Programmation de microcontrôleurs pour débutants

Le cours s'adresse à ceux qui connaissent déjà les bases de l'électronique et de la programmation, qui connaissent les composants électroniques de base, assemblent des circuits simples, savent comment tenir un fer à souder et veulent passer à un tout nouveau niveau, mais repousser constamment cette transition en raison de difficultés à maîtriser de nouveaux matériaux.

Le cours est parfait pour ceux qui ont récemment fait leurs premiers essais d'apprentissage de la programmation des microcontrôleurs, mais sont prêts à tout abandonner car cela ne fonctionne pas ou ne fonctionne pas, mais pas comme il le faut (est-ce familier?!).

Le cours sera utile à ceux qui collectent déjà des circuits simples (ou peut-être pas si) sur des microcontrôleurs, mais ont une mauvaise compréhension du fonctionnement du microcontrôleur et de la façon dont il interagit avec les périphériques externes.

2. Programmation des microcontrôleurs en langage C

Le cours est dédié à l'enseignement de la programmation des microcontrôleurs en langage C. Une caractéristique distinctive du cours est l'étude de la langue à un niveau très profond. La formation se déroule sur l'exemple des microcontrôleurs AVR.Mais, en principe, il convient à ceux qui utilisent d'autres microcontrôleurs.

Le cours est conçu pour un auditeur formé. Autrement dit, le cours ne couvre pas les fondements de base de l'informatique et de l'électronique et des microcontrôleurs. Mais, pour maîtriser le cours, vous aurez besoin de connaissances minimales sur la programmation des microcontrôleurs AVR dans n'importe quelle langue. Des connaissances en électronique sont souhaitables, mais pas obligatoires.

Le cours est idéal pour ceux qui viennent de commencer à étudier la programmation de microcontrôleurs AVR en langage C et qui souhaitent approfondir leurs connaissances. Convient bien à ceux qui savent programmer des microcontrôleurs dans d'autres langues. Et également adapté aux programmeurs ordinaires qui souhaitent approfondir leurs connaissances du langage C.

3. Création d'appareils sur microcontrôleurs en langage C

Ce cours s'adresse à ceux qui ne veulent pas limiter leur développement à des exemples simples ou prêts à l'emploi. Le cours est parfait pour ceux qui ont besoin de créer des appareils intéressants avec une compréhension complète de leur fonctionnement. Le cours est bien adapté pour ceux qui sont déjà familiarisés avec la programmation de microcontrôleurs en C et ceux qui les programment depuis longtemps.

Le matériel de cours est principalement axé sur la pratique de l'utilisation. Les sujets suivants sont pris en compte: identification par radiofréquence, reproduction du son, échange de données sans fil, travail avec les écrans TFT couleur, écran tactile, travail avec le système de fichiers de carte SD FAT.

4.Programmation des écrans NEXTION

Les écrans NEXTION sont des écrans programmables avec un écran tactile et UART pour créer une variété d'interfaces sur l'écran. Pour la programmation, un environnement de développement très pratique et simple est utilisé, ce qui vous permet de créer des interfaces même très complexes pour divers appareils électroniques en quelques soirées! Et toutes les commandes sont transmises via l'interface UART au microcontrôleur ou à l'ordinateur. Le matériel de cours est compilé de simple à complexe.

Ce cours est conçu pour ceux qui ont au moins un peu d'expérience en programmation de microcontrôleurs ou d'arduino. Le cours est parfait pour ceux qui ont déjà essayé d'étudier les écransNextion. Vous apprendrez beaucoup de nouvelles informations du cours, même si vous pensez avoir bien étudié l'affichage!