Par mikrokontrolieriem iesācējiem - radīšanas vēsture, galvenie veidi un atšķirības

Saturs:

• Mikrokontrolleru attīstības vēsture

• Mikrokontrolleru veidi

• Mikrokontrolleru atšķirības

• Apmācība par mikrokontrolleru programmēšanu un ierīču izveidi

Vispārīga informācija par mikrokontrolleru ierīci un galvenie datumi

Mikrokontrolleri ir neatņemama mūsdienu cilvēka dzīves sastāvdaļa. Tās tiek izmantotas, sākot no bērnu rotaļlietām, līdz procesa vadības sistēmām. Pateicoties mikrokontrolleru izmantojumam, inženieriem izdevās panākt lielāku ražošanas ātrumu un produktu kvalitāti gandrīz visās ražošanas jomās.

Šis materiāls ir pārskats par galvenajiem datumiem mikrokontrolleru vēsturē. Šī nav tehniska rokasgrāmata, trūkst daudz smalkumu un punktu.

Priekšnoteikumi mikroprocesoru un mikrokontrolleru sistēmu parādīšanās

Lai saprastu mikroprocesoru tehnoloģijas parādīšanās un attīstības iemeslus, apskatiet pirmo datoru īpašības un īpašības. ENIAC - pirmais dators, 1946. gads. Svars - 30 tonnas, kas aizņēma visu istabu vai 85 kubikmetri tilpuma telpā. Liela siltuma izkliede, enerģijas patēriņš, pastāvīgas darbības traucējumi elektronisko lampu savienotāju dēļ. Oksīdi noveda pie kontaktu pazušanas, un lukturis zaudēja kontaktu ar dēli. Nepieciešama pastāvīga apkope.

Izstrādāta datortehnoloģija, un līdz 60. gadu beigām pasaulē bija apmēram 30 tūkstoši, ieskaitot gan universālos datorus, gan minidatorus. Mini - tie laiki bija skapja lieluma.

Starp citu, 1969. gadā jau tika izgudrots interneta prototips - ARPANET (English Advanced Research Projects Agency Network).

Paralēli tika izstrādātas pusvadītāju tehnoloģijas - 1907. gadā darbs pie detektoriem un pusvadītāju elektroluminiscences. 1940. gados - diodes un tranzistori. Tas viss noveda pie integrētas tehnoloģijas parādīšanās. Roberts Neuss 1959. gadā viņš izgudroja integrālo shēmu (turpmāk sauktu par IC vai MS).

Svarīgi:

Intel - sniedza milzīgu ieguldījumu mikrokontrolleru attīstībā. Dibinātāji: Roberts Noyce, Gordon Moore un Andrew Grove. Tā tika dibināta 1968. gadā.

Līdz noteiktam laikam uzņēmums ražoja atmiņas ierīces. Pirmais bija MS “3101” - 64 biti, Schottky - bipolārā statiskā RAM.

Nākamais bija "4004" izgudrojums - mikroprocesors ar 2300 p / p tranzistoriem tā sastāvā, veiktspējas ziņā ne sliktāks par ENIAC, bet mazāks par plaukstu. T. i. 4004. mikroprocesora izmērs bija par daudzām kārtām mazāks.

Arhitektūra, programmēšana, fiziskā realizācija

Pirmā mikroprocesora arhitekts kļuva - Teds hofsvadības sistēmas - Stens mazors. Federiko Fagins - izstrādāja kristālu. Bet sākotnēji Intel nepiederēja visas tiesības uz šo mikroshēmu, un, samaksājot Busicom USD 60 000, viņš ieguva visas tiesības. Drīz pēdējais bankrotēja.

Lai popularizētu un ieviestu jaunas tehnoloģijas, Intel vadīja gan reklāmas, gan izglītojošu kampaņu.

Pēc tam citi elektronikas ražotāji paziņoja par šādu ierīču izveidi.

Tas ir interesanti:

4004 - 4 bitu, p-MOS mikroshēma.

Nākamais solis bija procesora 8008 izlaišana 1972. gadā. Atšķirībā no iepriekšējā modeļa, tas vairāk līdzinās mūsdienu modeļiem. 8008 - 8 bitu, tai ir akumulators, 6 vispārējas nozīmes reģistri, steka rādītājs, 8 adrešu reģistri, I / O komandas.

Notikums:

Un 1973. gadā tika izgudrota visveiksmīgākā mikroprocesoru konfigurācija, kas joprojām ir klasiska - tā ir 8 bitu “8080”.

Pēc sešiem mēnešiem Intel bija nopietns konkurents - Motorola ar 6800 procesoru, n-MOS tehnoloģiju, trīs kopņu struktūru ar 16 bitu adreses kopni. Jaudīgāka pārtraukumu sistēma, tai nepieciešams pietiekami daudz sprieguma, lai to piegādātu, nevis trīs, piemēram, "8080".Turklāt komandas bija vienkāršākas un īsākas.

Līdz mūsdienām joprojām pastāv konfrontācija starp šo ražotāju mikroprocesoru ģimenēm.

Paātrināja ātrumu un paplašināja mikroprocesoru iespējas, ieviešot 16 bitu mikroprocesorus. Pirmais no tiem bija Intel 8086. Tas tika izmantots IBM, lai izveidotu pirmos personālos datorus.

“68000” procesors - Motorola 16 bitu atbilde, ko izmanto ATARI un Apple datoros

Personālie datori ir kļuvuši populāri plašai auditorijai ZX spektrs. Viņi uzstādīja procesorus "Z80" no Sinclair Research Ltd. Viens no galvenajiem popularitātes iemesliem ir tas, ka jums nav jāpērk monitors, jo Spectrum, tāpat kā mūsdienu konsoles, bija savienots ar televizoru, un parasts magnetofons kā ierīce programmu un datu ierakstīšanai un glabāšanai.

Mikrokontrolleri

Mikrodatori ir galvenais solis datoru automatizācijas masveida piemērošanā vadības jomā. Tā kā automatizācijas galvenais uzdevums ir parametru kontrole un regulēšana, termins “kontrolieris” šajā vidē ir nostiprinājies.

Pēc perestroikas sākās aktīvs datortehnoloģiju imports, un nosaukums “vienas mikroshēmas mikrodatori” tika aizstāts ar vārdu “mikrokontrollers” (sīkāku informāciju par to, kā mikrokontrollers atšķiras no mikroprocesora, skatiet šeit - Mikrokontrolleru mērķis un izvietojums).

Un pirmais PSRS patents vienas mikroshēmas datoriem tika izdots 1971. gadā M. Kochren un G. Boone no Texas Instruments. Kopš tā laika papildus procesoram uz silīcija kristāla tika ievietots arī silīcijs un papildu ierīces.

Septiņdesmito gadu beigas ir jauns konkurences vilnis starp Intel un Motorola. Iemesls tam bija divas prezentācijas, proti, 76. gadā Intel izlaida i8048, bet Motorola tikai 78 - mc6801, kas bija savietojams ar iepriekšējo mc6800 mikroprocesoru.

Pēc 4 gadiem, līdz 80. gadam, Intel izlaiž populāros un joprojām MK i8051. Tā bija milzīgas ģimenes dzimšana, kas dzīvo līdz šai dienai. Pasaules vadošie ražotāji, izmantojot šo arhitektūru, ražo ļoti modificētus mikrokontrollerus plašam uzdevumu lokam.

Savā laikā tam bija neiedomājami 128 000 tranzistoru. Tas bija četras reizes lielāks nekā i8086 procesorā.

2017. gadā un pēdējā desmitgadē visbiežāk sastopami šādi mikrokontrolleru veidi:

• 8 bitu PIC mikrokontrolleri no Microchip Technology un AVR no Atmel;

• 16 bitu TI MSP430;

• 32 bitu mikrokontrolleri, ARM arhitektūra. Izstrādātāji to pārdod dažādiem uzņēmumiem, pamatojoties uz kuriem tiek ražots daudz dažādu produktu.

Padomju Savienībā tehnoloģija nekustējās. Zinātnieki ne tikai kopēja veiksmīgākos un interesantākos ārvalstu notikumus, bet arī iesaistījās unikālu projektu izstrādē. Tādējādi līdz 1979. gadam TT Pētniecības institūtā tika izstrādāts K1801BE1, šo mikroarhitektūru sauca par "SC elektroniku", un tajā bija 16 biti.

Skatīt arī: AVR mikrokontrolleru veidi un izvietojums

Mikrokontrolleru atšķirības

Mikrokontrolleri var iedalīt pēc šādiem kritērijiem:

• Kapacitāte;

• Komandu sistēma;

• Atmiņas arhitektūra.

Bīta dziļums ir viena vārda garums, kuru apstrādā kontrolieris vai procesors, jo lielāks tas ir, jo ātrāk mikrokontrollers var apstrādāt lielu datu daudzumu, taču šī pieeja ne vienmēr ir patiesa, katram uzdevumam tiek izvirzītas individuālas prasības gan ātrumā, gan, piemēram, apstrādes metodē. 32 bitu ARM mikroprocesora izmantošanu darbam vienkāršās ierīcēs, kas darbojas ar 8 bitu vārdiem, var nebūt pamatots gan ar programmas rakstīšanas un informācijas apstrādes ērtumu, gan ar pašām izmaksām.

Tomēr saskaņā ar statistiku par 2017. gadu šādu kontrolieru izmaksas aktīvi samazinās, un, ja tas turpināsies šādi, tad, ja ir daudz lielāks funkciju kopums, tas būs lētāk nekā vienkāršākie PIC kontrolieri. Nav skaidrs tikai viens - tas ir mārketinga solis un cenu nepietiekams novērtējums vai reāls tehnoloģiskais progress.

Sadalīšana notiek:

• 8 bitu

• 16 bitu

• 32 bitu

• 64 bitu

Sadalījums pēc vadības sistēmas veida:

• RISC arhitektūravai saīsināta komandu sistēma. Tas ir vērsts uz pamata komandu ātru izpildi 1, retāk 2 mašīnu ciklos, kā arī tam ir liels skaits universālo reģistru un garāks veids, kā piekļūt pastāvīgajai atmiņai. UNIX sistēmu arhitektūras;

• CISC arhitektūra, vai pilnīga instrukciju sistēma, tiešs darbs ar atmiņu, lielāks instrukciju skaits, neliels reģistru skaits (orientēts darbam ar atmiņu), instrukciju ilgums no 1 līdz 4 mašīnas cikliem. Kā piemēru var minēt Intel procesorus.

Sadalījums pēc atmiņas veida:

• Von Neumann arhitektūra - galvenā iezīme ir kopējais komandu un datu atmiņas laukums, strādājot ar šādu arhitektūru programmētāja kļūdas rezultātā, datus var ierakstīt programmas atmiņas apgabalā un turpmāka programmas izpilde kļūs neiespējama. To pašu iemeslu dēļ datu pārsūtīšanu un komandu atgūšanu nevar veikt vienlaikus. Projektēts 1945. gadā.

• Hārvarda arhitektūra - atsevišķa datu atmiņa un programmu atmiņa, ko pirmo reizi izmanto Marku ģimenes datoros. Projektēts 1944. gadā.

Secinājumi

Ieviešot mikroprocesoru sistēmas, samazinājās ierīču izmērs un palielinājās to funkcionalitāte. Arhitektūras, bitu dziļuma, komandu sistēmas, atmiņas struktūras izvēle ietekmē ierīces galīgās izmaksas, jo ar vienu produkciju cenu atšķirība var nebūt ievērojama, bet ar atkārtošanu tā var būt vairāk nekā taustāma.

E-grāmata -Iesācēja rokasgrāmata AVR mikrokontrolleriem

Soli pa solim instrukcijas par AVR mikrokontrolleru programmēšanu un izveidošanu

Elektronikas inženieriem, kas specializējas mikrokontrolleru ierīču projektēšanā, termins “ātrais sākums”". Tas attiecas uz gadījumu, kad ir nepieciešams veikt pārbaudi īsā laikā mikrokontrolieris un liek viņam veikt visvienkāršākos uzdevumus.

Mērķis ir apgūt programmēšanas tehnoloģiju un ātri iegūt konkrētu rezultātu, neiedziļinoties detaļās. Pilna prezentācija, prasmes un iemaņas parādīsies vēlāk šajā procesā.

Lai iemācītos strādāt ar mikrokontrolleriem režīmā "ātrs sākums", iemācītos tos programmēt un izveidot dažādas noderīgas viedās elektroniskās ierīces, to var viegli izdarīt, izmantojot apmācības video kursus, kuros visi galvenie punkti ir izvietoti plauktos.

Darbības ar mikrokontrolleriem principu ātras izpētes metodika ir balstīta uz to, ka ir pietiekami apgūt pamata mikroshēmu, lai pēc tam pārliecinoši izveidotu programmas citām tās šķirnēm. Pateicoties tam, pirmie eksperimenti ar mikrokontrolleru programmēšanu iziet bez lielām grūtībām. Apgūstot pamatzināšanas, jūs varat sākt veidot savus dizainus.

Pašlaik Maksimam Selivanovam ir 4 kursi par ierīču izveidi mikrokontrolleros, kas veidoti pēc principa no vienkārša līdz sarežģītam.

1. Mikrokontrolleru programmēšana iesācējiem

Kurss ir paredzēts tiem, kuri jau pārzina elektronikas un programmēšanas pamatus, kuri zina pamata elektroniskos komponentus, saliek vienkāršas shēmas, prot noturēt lodāmuri un vēlas pāriet uz pilnīgi jaunu līmeni, bet pastāvīgi atliek šo pāreju, ņemot vērā grūtības apgūt jaunu materiālu.

Kurss ir lieliski piemērots tiem, kas tikai nesen ir izdarījuši pirmos mēģinājumus apgūt mikrokontrolleru programmēšanu, bet ir gatavi atteikties no visa, jo tas nedarbojas vai nedarbojas, bet ne tā, kā vajag (vai tas ir pazīstams ?!).

Kurss būs noderīgs tiem, kas jau savāc vienkāršas (vai varbūt ne tik) shēmas mikrokontrolleros, bet viņiem ir slikta izpratne par mikrokontrollera darbības būtību un mijiedarbību ar ārējām ierīcēm.

2. Mikrokontrolleru programmēšana C valodā

Kurss ir paredzēts mikrokontrolieru programmēšanas mācīšanai C valodā. Kursa atšķirīga iezīme ir valodas apguve ļoti dziļā līmenī. Apmācība notiek pēc AVR mikrokontrolleru piemēra.Bet principā tas ir piemērots tiem, kuri izmanto citus mikrokontrollerus.

Kurss ir paredzēts apmācītam klausītājam. Tas ir, kurss neaptver datorzinātnes un elektronikas pamatus un mikrokontrollerus. Bet, lai apgūtu kursu, jums būs vajadzīgas minimālas zināšanas par AVR mikrokontrolleru programmēšanu jebkurā valodā. Zināšanas par elektroniku ir vēlamas, bet nav vajadzīgas.

Kurss ir ideāli piemērots tiem, kas tikko sākuši studēt AVR mikrokontrolleru programmēšanu C valodā un vēlas padziļināt zināšanas. Labi piemērots tiem, kas zina, kā programmēt mikrokontrollerus citās valodās. Un piemērots arī parastajiem programmētājiem, kuri vēlas padziļināt zināšanas C valodā.

3. Ierīču izveidošana mikrokontrolleros C valodā

Šis kurss ir paredzēts tiem, kuri nevēlas ierobežot savu attīstību ar vienkāršiem vai gataviem piemēriem. Kurss ir lieliski piemērots tiem, kuriem jāizveido interesantas ierīces ar pilnīgu izpratni par to, kā viņi strādā. Kurss ir labi piemērots tiem, kuri jau pārzina C mikrokontrolleru programmēšanu, un tiem, kuri tos ilgi programmē.

Kursa materiāls galvenokārt ir vērsts uz lietošanas praksi. Tiek apskatītas šādas tēmas: radiofrekvences identifikācija, skaņas reproducēšana, bezvadu datu apmaiņa, darbs ar krāsainiem TFT displejiem, skārienekrāns, darbs ar FAT SD karšu failu sistēmu.

4.Programmēšana NEXTION

NEXTION displeji ir programmējami displeji ar skārienekrānu un UART, lai ekrānā izveidotu dažādas saskarnes. Programmēšanai tiek izmantota ļoti ērta un vienkārša izstrādes vide, kas ļauj pāris vakaros izveidot pat ļoti sarežģītas saskarnes dažādām elektronikām! Un visas komandas caur UART saskarni tiek pārsūtītas uz mikrokontrolleri vai datoru. Kursa materiāls ir sastādīts no vienkārša uz sarežģītu.

Šis kurss ir paredzēts tiem, kam ir vismaz neliela pieredze mikrokontrolleru vai arduino programmēšanā. Kurss ir lieliski piemērots tiem, kas jau ir mēģinājuši studēt displejusNextion. No kursa jūs uzzināsit daudz jaunas informācijas, pat ja domājat, ka esat labi izpētījis displeju!