За микроконтролерите за начинаещи - история на създаването, основни типове и разлики

Съдържание:

• Историята на развитието на микроконтролерите

• Видове микроконтролери

• Разлики в микроконтролерите

• Обучение за програмиране и създаване на устройства на микроконтролери

Обща информация за устройството на микроконтролерите и основните дати

Микроконтролерите са неразделна част от живота на съвременния човек. Те се използват от детските играчки за обработка на системи за управление. Благодарение на използването на микроконтролери, инженерите успяха да постигнат по-голяма скорост на производство и качество на продукта в почти всички области на производството.

Този материал е преглед на ключовите дати в историята на микроконтролерите. Това не е техническо ръководство, липсват много тънкости и точки.

Предпоставки за появата на микропроцесорни и микроконтролерни системи

За да разберете причините за появата и развитието на микропроцесорната технология, разгледайте характеристиките и характеристиките на първите компютри. ENIAC - първият компютър, 1946г. Тегло - 30 тона, заема цялото помещение или 85 кубически метра обем в пространството. Голямо разсейване на топлината, консумация на енергия, постоянни неизправности поради електронните съединители на лампите. Оксидите доведоха до изчезването на контактите и лампата загуби контакт с дъската. Необходима текуща поддръжка.

Компютърните технологии се развиват и до края на 60-те години в света има около 30 хиляди, включително универсални компютри и мини-компютри. Мини по онова време бяха с размер на килер.

Между другото, през 1969 г. прототипът на Интернет - ARPANET (английска мрежа за напреднали научноизследователски проекти) вече е изобретен.

Успоредно с това се развиват полупроводникови технологии - през 1907 г. работят върху детектори и електролуминесценция на полупроводници. През 40-те години диоди и транзистори. Всичко това доведе до появата на интегрирана технология. Робърт Нойс През 1959 г. той изобретява интегрална схема (наричана по-долу IC или MS).

Важно е да се:

Intel - направи огромен принос за развитието на микроконтролери. Основатели: Робърт Нойс, Гордън Мур и Андрю Гроув. Основана е през 1968г.

До определено време компанията произвежда устройства за памет. Първият беше MS “3101” - 64 бита, Schottky - биполярна статична RAM.

Следващото беше изобретението на „4004” - микропроцесор с 2300 p / p транзистори в състава си, не по-лоши в изпълнение от ENIAC, но по-малък от длан. Т.е. размерът на 4004-ия микропроцесор беше с много порядки по-малък.

Архитектура, програмиране, физическо изпълнение

Архитектът на първия микропроцесор стана - Тед Хофкомандни системи - Стан мазор. Федерико Фагин - проектира кристала. Но първоначално Intel не притежаваше всички права върху този чип и след като плати 60 000 долара на Busicom, получи пълни права. Скоро последният фалира.

За да популяризира и въведе нови технологии, Intel проведе както рекламна, така и образователна кампания.

Впоследствие други производители на електроника обявиха създаването на такива устройства.

Това е интересно:

4004 - 4-битов, p-MOS чип.

Следващата стъпка беше излизането на процесора 8008 през 1972г. За разлика от предишния модел, той прилича повече на съвременните модели. 8008 - 8 битов, има батерия, 6 регистри с общо предназначение, показалец на стека, 8 адресни регистри, I / O команди.

събитие:

И през 1973 г. е изобретена най-успешната микропроцесорна конфигурация, която все още е класическа - това е 8-битов „8080”.

Шест месеца по-късно Intel има сериозен конкурент - Motorola с процесор 6800, n-MOS технология, три-шинна структура с 16-битова адресна шина. По-мощна система за прекъсване, тя се нуждае от достатъчно напрежение, за да я захранва, а не три, като "8080".Освен това отборите бяха по-прости и по-къси.

До днес остава конфронтацията между семействата на микропроцесорите на тези производители.

Ускори скоростта и разшири възможностите на микропроцесорите с въвеждането на 16-битови микропроцесори. Първият от тях беше 8086 на Intel. Използва се в IBM за създаване на първите персонални компютри.

“68000” процесор - 16-битов отговор от Motorola, използван на компютри ATARI и Apple

Компютрите са станали популярни за широката аудитория ZX спектър, Те инсталираха процесори "Z80", от Sinclair Research Ltd. Една от основните причини за неговата популярност е, че не е необходимо да купувате монитор, тъй като Spectrum, подобно на съвременните конзоли, беше свързан към телевизора, и редовен магнетофон като устройство за запис и съхранение на програми и данни.

микроконтролери

Микрокомпютрите са основната стъпка в масовото приложение на компютърната автоматизация в областта на контрола. Тъй като основната задача в автоматизацията е контролът и регулирането на параметрите, терминът „контролер” се утвърди в тази среда.

След перестройката започва активното импортиране на компютърни технологии и името „едночипови микрокомпютри“ е заменено с думата „Микроконтролер“ (за повече подробности за това как микроконтролерът се различава от микропроцесора, вижте тук - Предназначение и подреждане на микроконтролери).

А първият патент в СССР за едночипови микрокомпютри е издаден през 1971 г. на М. Кохрен и Г. Буун, от Texas Instruments. Оттогава в допълнение към процесора, върху силициевия кристал са поставени и силиций и допълнителни устройства.

Краят на седемдесетте години е нова вълна на конкуренция между Intel и Motorola. Причината за това бяха две презентации, а именно през 76 Intel пусна i8048, а Motorola - само 78 - mc6801, който беше съвместим с по-ранния микропроцесор mc6800.

След 4 години, до 80-та година, Intel пуска популярни и неподвижни MK i8051, Това беше раждането на огромно семейство, което живее и до днес. Водещите световни производители произвеждат силно модифицирани микроконтролери на тази архитектура за широк спектър от задачи.

За времето си имаше немислими 128 000 транзистора. Това е четири пъти повече от количеството в процесора i8086.

През 2017 г. и последното десетилетие най-често се срещат следните видове микроконтролери:

• 8-битови PIC микроконтролери от Microchip Technology и AVR от Atmel;

• 16-битов TI MSP430;

• 32-битови микроконтролери, ARM архитектура. Тя се продава от разработчици на различни компании, на базата на които се произвеждат много различни продукти.

В Съветския съюз технологиите не стояха на място. Учените не само копираха най-успешните и интересни чуждестранни разработки, но и се заеха с разработването на уникални проекти. Така до 1979 г. K1801BE1 е разработен в Научноизследователския институт на TT, тази микроархитектура се нарича „Електроника на SC“ и има 16 бита.

Вижте също: Видове и разположение на AVR микроконтролери

Разлики в микроконтролерите

Микроконтролерите могат да бъдат разделени според следните критерии:

• Bit;

• Командна система;

• Архитектура на паметта.

Дълбочината на бита е дължината на една дума, обработена от контролера или процесора, колкото по-голяма е, толкова по-бърз микроконтролерът може да обработва големи количества данни, но този подход не винаги е верен, за всяка задача се поставят индивидуални изисквания, както в скоростта, така и в метода на обработка, например. използването на 32-битов ARM микропроцесор за работа в прости устройства, които работят с 8 битови думи, може да не е оправдано както от удобството за писане на програма и обработка на информация, така и от самите разходи.

Според статистиката за 2017 г. обаче, разходите за такива контролери активно намаляват и ако продължава така, ще бъде по-евтино от най-простите PIC контролери, ако има много по-голям набор от функции. Само едно нещо не е ясно - това е маркетингов ход и подценяване на цените или реален технологичен прогрес.

Разделянето става при:

• 8-битов;

• 16-битов;

• 32-битов;

• 64-битова версия.

Разделение по тип командна система:

• RISC архитектураили съкратена командна система. Той е фокусиран върху бързото изпълнение на основни команди в 1, по-рядко 2 машинни цикъла, а също така има голям брой универсални регистри и по-дълъг начин за достъп до постоянна памет. Архитектурна за UNIX системи;

• CISC архитектураили пълна система от инструкции, директна работа с памет, по-голям брой инструкции, малък брой регистри (ориентирани да работят с памет), продължителността на инструкциите от 1 до 4 машинни цикъла са характерни. Пример са процесорите на Intel.

Разделение по тип памет:

• Фон Нойман Архитектура - основната характеристика е общата област на паметта за команди и данни, когато работите с такава архитектура в резултат на грешка на програмиста, данните могат да бъдат записани в областта на програмната памет и по-нататъшното изпълнение на програмата ще стане невъзможно. Прехвърляне на данни и извличане на команди не могат да се извършват едновременно по същите причини. Проектиран през 1945г.

• Харвардска архитектура - отделна памет за данни и памет на програмата, използвани в първия на компютри семейство Марк. Проектиран през 1944г.

данни

В резултат на въвеждането на микропроцесорни системи размерът на устройствата намалява и функционалността се увеличава. Изборът на архитектура, битова дълбочина, командна система, структура на паметта - влияе върху крайната цена на устройството, тъй като при еднократна продукция разликата в цената може да не е значителна, но с репликация може да бъде повече от осезаема.

Електронна книга -Ръководство за начинаещи за AVR микроконтролери

Стъпка по стъпка инструкция за програмиране и създаване на устройства на AVR микроконтролери

За електронни инженери, специализирани в проектирането на микроконтролери, терминът "бърз старт"", Той се отнася до случая, когато е необходимо да се тества за кратко време микроконтролер и да го накара да изпълнява най-простите задачи.

Целта е да овладеете технологията за програмиране и да получите бърз конкретен резултат, без да навлизате в подробности. Пълното представяне, умения и способности ще се появят по-късно в процеса.

За да научите как да работите с микроконтролери в режим "бърз старт", да се научите как да ги програмирате и създавате различни полезни умни електронни устройства, можете лесно да направите с помощта на учебни видео курсове, в които всички основни точки са изложени на рафтовете.

Методиката за бързо проучване на принципите на работа с микроконтролери се основава на факта, че е достатъчно да се овладее основната микросхема, за да може след това уверено да компилира програми за другите си разновидности. Благодарение на това първите експерименти с програмирането на микроконтролери преминават без особени затруднения. След като сте получили основни знания, можете да започнете да разработвате свои собствени дизайни.

В момента Максим Селиванов има 4 курса за създаване на устройства на микроконтролери, изградени на принципа от прости до сложни.

1. Програмиране на микроконтролери за начинаещи

Курсът е за тези, които вече са запознати с основите на електрониката и програмирането, които познават основни електронни компоненти, сглобяват прости схеми, знаят как да държат поялник и искат да преминат на съвсем ново ниво, но постоянно отлагат този преход поради трудности при овладяването на нов материал.

Курсът е идеален за онези, които наскоро направиха първите си опити да научат програмиране на микроконтролери, но са готови да се откажат от всичко, защото не работи или работи, но не както трябва (познато ли е ?!).

Курсът ще бъде полезен за тези, които вече събират прости (или може би не толкова) схеми на микроконтролери, но имат слабо разбиране за това как работи микроконтролерът и как той взаимодейства с външни устройства.

2. Програмиране на микроконтролери на език C

Курсът е посветен на преподаването на програмирането на микроконтролери на C език. Отличителна черта на курса е изучаването на езика на много дълбоко ниво. Обучението се провежда по примера на AVR микроконтролерите.Но по принцип е подходящ за тези, които използват други микроконтролери.

Курсът е предназначен за обучен слушател. Тоест курсът не покрива основните основи на компютърните науки и електрониката и микроконтролерите. Но, за да овладеете курса, ще ви трябват минимални знания за програмиране на AVR микроконтролери на всеки език. Познанията в електрониката са желателни, но не се изискват.

Курсът е идеален за тези, които току-що са започнали да учат програмиране на AVR микроконтролери на C език и искат да задълбочат знанията си. Добре подходящ за тези, които знаят как да програмират микроконтролери на други езици. И също така подходящ за обикновени програмисти, които искат да задълбочат знанията си за езика на С.

3. Създаване на устройства на микроконтролери на език C

Този курс е за тези, които не искат да ограничават развитието си до прости или готови примери. Курсът е идеален за тези, които трябва да създадат интересни устройства с пълно разбиране за това как работят. Курсът е много подходящ за тези, които вече са запознати с програмирането на микроконтролери в C и тези, които ги програмират отдавна.

Материалът на курса е фокусиран предимно върху практиката на употреба. Разглеждат се следните теми: радиочестотна идентификация, възпроизвеждане на звук, безжична обмяна на данни, работа с цветни TFT дисплеи, тъчскрийн, работа с файловата система FAT SD карта.

4.Програмиране на дисплея NEXTION

NEXTION дисплеите са програмируеми дисплеи с тъчскрийн и UART за създаване на различни интерфейси на екрана. За програмиране се използва много удобна и проста среда за разработка, която ви позволява да създавате дори много сложни интерфейси за различни електроники само за няколко вечери! И всички команди се предават чрез UART интерфейса към микроконтролера или компютъра. Материалът за курса е съставен от прости до сложни.

Този курс е предназначен за тези, които имат поне малко опит в програмирането на микроконтролери или ардуино. Курсът е идеален за тези, които вече са се опитали да учат дисплеиNextion, Ще научите много нова информация от курса, дори и да мислите, че сте изучили добре дисплея!