Om mikrokontrollere for nybegynnere - opprettelseshistorikk, hovedtyper og forskjeller

Innhold:

• Historien om utviklingen av mikrokontrollere

• Typer mikrokontrollere

• Mikrokontrollforskjeller

• Opplæring i programmering og oppretting av enheter på mikrokontrollere

Generell informasjon om enheten til mikrokontrollere og hoveddatoer

Mikrokontrollere er en integrert del av livet til en moderne person. De brukes fra barneleker til prosessstyringssystemer. Takket være bruken av mikrokontrollere klarte ingeniører å oppnå større produksjonshastighet og produktkvalitet i nesten alle produksjonsområder.

Dette materialet er en oversikt over viktige datoer i historien til mikrokontrollere. Dette er ikke en teknisk guide, mange finesser og poeng mangler.

Forutsetninger for fremvekst av mikroprosessor- og mikrokontrollersystemer

For å forstå årsakene til utseendet og utviklingen av mikroprosessorteknologi, ta en titt på egenskapene og funksjonene til de første datamaskinene. ENIAC - den første datamaskinen, 1946. Vekt - 30 tonn, okkuperte hele rommet eller 85 kubikkmeter volum i rommet. Stor varmeavledning, strømforbruk, konstante funksjonsfeil på grunn av elektroniske lampekontakter. Oksider førte til at kontakter forsvant og lampen mistet kontakten med brettet. Påkrevd løpende vedlikehold.

Datateknologi utviklet og på slutten av 60-tallet var det rundt 30 tusen av dem i verden, inkludert både universelle datamaskiner og minidatamaskiner. Datoens mini var på størrelse med et skap.

Forresten, i 1969 var prototypen til Internett - ARPANET (English Advanced Research Projects Agency Network) allerede oppfunnet.

Parallelt utviklet halvlederteknologier - i 1907, arbeid med detektorer og elektroluminescens av halvledere. På 1940-tallet, dioder og transistorer. Alt dette førte til fremkomsten av integrert teknologi. Robert Neuss i 1959 oppfant han en integrert krets (heretter kalt IC eller MS).

Det er viktig å:

Intel - ga et enormt bidrag til utviklingen av mikrokontrollere. Gründerne: Robert Noyce, Gordon Moore og Andrew Grove. Det ble grunnlagt i 1968.

Inntil en viss tid produserte selskapet minneenheter. Den første var MS “3101” - 64 biter, Schottky - bipolar statisk RAM.

Den neste var oppfinnelsen av “4004” - en mikroprosessor med 2300 p / p transistorer i sin sammensetning, ikke dårligere i ytelse enn ENIAC, men mindre enn en håndflate. dvs. størrelsen på den 4004. mikroprosessoren var mange størrelsesordrer mindre.

Arkitektur, programmering, fysisk implementering

Arkitekten til den første mikroprosessoren ble - Ted hoffkommandosystemer - Stan mazor. Federico Fagin - designet krystallen. Men til å begynne med eier ikke Intel alle rettighetene til denne brikken, og etter å ha betalt $ 60 000 dollar til Busicom, fikk de fulle rettigheter. Snart gikk sistnevnte konkurs.

For å popularisere og introdusere nye teknologier, gjennomførte Intel både en reklame og en pedagogisk kampanje.

Deretter kunngjorde andre elektronikkprodusenter opprettelsen av slike enheter.

Dette er interessant:

4004 - 4-biters, p-MOS-brikke.

Neste trinn var utgivelsen av 8008-prosessoren i 1972. I motsetning til forrige modell, er det mer som moderne modeller. 8008 - 8 bit, har et batteri, 6 generelle registre, en pekepeker, 8 adresseregistre, I / O-kommandoer.

hendelse:

Og i 1973 ble den mest vellykkede mikroprosessorkonfigurasjonen oppfunnet, som fremdeles er klassisk - det er en 8-bits “8080”.

Seks måneder senere hadde Intel en seriøs konkurrent - Motorola med 6800 prosessor, n-MOS-teknologi, en trebussstruktur med en 16-biters adressebuss. Et kraftigere avbruddssystem, det trenger nok spenning til å forsyne det, og ikke tre, som "8080".I tillegg var lagene enklere og kortere.

Fram til i dag er konfrontasjonen mellom familiene til mikroprosessorene til disse produsentene fortsatt.

Akselererte hastigheten og utvidet mulighetene til mikroprosessorer introduksjonen av 16-biters mikroprosessorer. Den første av disse var Intels 8086. Den ble brukt hos IBM for å lage de første personlige datamaskiner.

“68000” prosessor - 16 bit svar fra Motorola, brukt i ATARI- og Apple-datamaskiner

PC-er har blitt populære for et bredt publikum ZX Spektrum. De installerte prosessorer "Z80", fra Sinclair Research Ltd. En av hovedårsakene til populariteten er at du ikke trenger å kjøpe en skjerm, fordi Spectrum, som moderne konsoller, var koblet til en TV, og en vanlig båndopptaker som en enhet for opptak og lagring av programmer og data.

mikrokontrollere

Mikrodatamaskiner er hovedtrinnet i masseanvendelsen av datamaskinautomatisering innen kontrollområdet. Siden hovedoppgaven innen automatisering er kontroll og regulering av parametere, har begrepet “controller” blitt fast i dette miljøet.

Etter perestroika begynte aktiv import av datateknologi, og navnet "single-chip micro-computers" ble erstattet av ordet "Microcontroller" (for mer informasjon om hvordan mikrokontrolleren skiller seg fra mikroprosessoren, se her - Formål og arrangement av mikrokontrollere).

Og den første patenten i USSR for enkeltbrikke-mikrodatamaskiner ble utstedt i 1971 til M. Kochren og G. Boone, fra Texas Instruments. Siden den gang, i tillegg til prosessoren, ble også silisium og tilleggsenheter plassert på silisiumkrystallen.

Slutten av syttitallet er en ny bølge av konkurranse mellom Intel og Motorola. Årsaken til dette var to presentasjoner, nemlig i 76 ga Intel ut i8048, og Motorola, bare 78 - mc6801, som var kompatibel med den tidligere mikroprosessoren mc6800.

Etter 4 år, innen år 80, slipper Intel populært og fortsatt MK i8051. Det var fødselen til en enorm familie som lever til i dag. Verdens ledende produsenter produserer meget modifiserte mikrokontrollere på denne arkitekturen for et bredt spekter av oppgaver.

For sin tid hadde den utenkelige 128 000 transistorer. Dette var fire ganger så mye som i i8086-prosessoren.

I 2017 og det siste tiåret er følgende typer mikrokontrollere vanligst:

• 8-bit PIC-mikrokontrollere fra Microchip Technology og AVR fra Atmel;

• 16-bit TI MSP430;

• 32-bit mikrokontrollere, ARM-arkitektur. Det selges av utviklere til forskjellige selskaper, på grunnlag av hvor mange forskjellige produkter blir produsert.

I Sovjetunionen sto ikke teknologien stille. Forskere kopierte ikke bare den mest vellykkede og interessante utenlandske utviklingen, men også engasjert i utviklingen av unike prosjekter. I 1979 ble K1801BE1 utviklet ved Research Institute of TT, denne mikroarkitekturen ble kalt "Electronics of the SC" og hadde 16 biter.

Se også: Typer og arrangement av AVR-mikrokontrollere

Mikrokontrollforskjeller

Mikrokontrollere kan deles i henhold til følgende kriterier:

• bit;

• Kommandosystem;

• Hukommelsesarkitektur.

Bitdybde er lengden på ett ord behandlet av kontrolleren eller prosessoren, jo større det er, jo raskere kan mikrokontrolleren behandle store datamengder, men denne tilnærmingen er ikke alltid sant, det stilles individuelle krav for hver oppgave, både i hastighet og i behandlingsmetoden, for eksempel bruken av en 32-bit ARM-mikroprosessor til å fungere i enkle enheter som fungerer med 8-biters ord, kan ikke rettferdiggjøres både av bekvemmeligheten av å skrive et program og behandle informasjon, og kostnadene i seg selv.

I følge statistikk for 2017 synker imidlertid kostnadene for slike kontrollere aktivt, og hvis det fortsetter slik, vil det være billigere enn de enkleste PIC-kontrollerne, hvis det er et mye større sett med funksjoner. Bare en ting er ikke klart - dette er et markedsføringstrekk og en underdrivelse av prisen, eller virkelig teknologisk fremgang.

Inndelingen skjer på:

• 8-bit;

• 16-bit;

• 32-bit;

• 64-bit.

Oppdeling etter type kommandosystem:

• RISC-arkitektur, eller forkortet kommandosystem. Det er fokusert på rask utføring av grunnleggende kommandoer i 1, sjeldnere 2 maskinsykluser, og har også et stort antall universelle registre, og en lengre måte å få tilgang til permanent minne. Arkitektonisk for UNIX-systemer;

• CISC-arkitektur, eller et komplett system med instruksjoner, direkte arbeid med minne, et større antall instruksjoner, et lite antall registre (orientert for å jobbe med minne), varigheten av instruksjonene fra 1 til 4 maskinsykluser er karakteristiske. Et eksempel er Intel-prosessorer.

Oppdeling etter type minne:

• Von Neumann Arkitektur - Hovedfunksjonen er det vanlige minneområdet for kommandoer og data, når du arbeider med en slik arkitektur som et resultat av en programmeringsfeil, kan data skrives til programminnet og videre utførelse av programmet vil bli umulig. Dataoverføring og henting av kommandoer kan ikke utføres samtidig av samme grunner. Designet i 1945.

• Harvard-arkitektur - separat dataminne og programminne, brukt i det første på Mark-familie-datamaskiner. Designet i 1944.

funn

Som et resultat av introduksjonen av mikroprosessorsystemer, reduserte enhetens størrelse, og funksjonaliteten økte. Valg av arkitektur, bitdybde, kommandosystem, minnestruktur - påvirker de endelige kostnadene for enheten, siden prisforskjellen med en enkelt produksjon kanskje ikke er betydelig, men med replikering kan den være mer enn konkret.

E-bok -Nybegynnerguide for AVR-mikrokontrollere

Trinn-for-trinn-instruksjon i programmering og oppretting av enheter på AVR-mikrokontrollere

For elektroniske ingeniører som spesialiserer seg på design av mikrokontrollenheter, er begrepet "hurtigstart"". Den viser til saken når det er nødvendig å teste på kort tid mikrokontroller og få ham til å utføre de enkleste oppgavene.

Målet er å mestre programmeringsteknologien og raskt få et spesifikt resultat uten å gå inn på detaljer. Full presentasjon, ferdigheter og evner vises senere i prosessen.

For å mestre arbeidet med mikrokontrollere i "hurtigstart" -modus, for å lære hvordan du programmerer dem og lage forskjellige nyttige smarte elektroniske enheter, kan det enkelt gjøres ved å bruke opplæringsvideokurs der alle hovedpunktene er lagt ut i hyllene.

Metodikken for en rask studie av prinsippene for å jobbe med mikrokontrollere er basert på det faktum at det er nok å mestre det grunnleggende mikrokretsløpet for deretter å trygt sammenstille programmer for de andre variantene. Takket være dette passerer de første eksperimentene om programmering av mikrokontrollere uten store problemer. Etter å ha fått grunnleggende kunnskap, kan du begynne å utvikle dine egne design.

For øyeblikket har Maxim Selivanov 4 kurs for å lage enheter på mikrokontrollere, bygd på prinsippet fra enkel til kompleks.

1. Mikrokontrollerprogrammering for nybegynnere

Kurset er for de som allerede er kjent med det grunnleggende innen elektronikk og programmering, som kjenner de grunnleggende elektroniske komponentene, monterer enkle kretsløp, vet hvordan man holder et loddejern og vil gå til et helt nytt nivå, men stadig utsetter denne overgangen på grunn av vanskeligheter med å mestre nytt materiale.

Kurset er perfekt for de som nylig har gjort sine første forsøk på å lære programmering av mikrokontroller, men er klare til å gi opp alt fordi det ikke fungerer eller fungerer, men ikke som det trenger (er det kjent ?!).

Kurset vil være nyttig for de som allerede samler enkle (eller kanskje ikke så) kretsløp på mikrokontrollere, men har en dårlig forståelse av essensen av hvordan mikrokontrolleren fungerer og hvordan den samspiller med eksterne enheter.

2. Programmering av mikrokontrollere på språk C

Kurset er dedikert til å undervise i programmering av mikrokontrollere på C-språk. Et særtrekk ved kurset er studiet av språket på et veldig dypt nivå. Opplæring foregår på eksempelet til AVR-mikrokontrollere.Men i prinsippet er det egnet for de som bruker andre mikrokontrollere.

Kurset er designet for en trent lytter. Det vil si at kurset ikke dekker de grunnleggende fundamentene for informatikk og elektronikk og mikrokontrollere. Men for å mestre kurset trenger du minimal kunnskap om programmering av AVR-mikrokontrollere på alle språk. Elektronikkunnskap er ønskelig, men ikke påkrevd.

Kurset er ideelt for de som nettopp har begynt å studere programmering av AVR-mikrokontrollere på C-språk og ønsker å utdype kunnskapen. Velegnet for de som vet hvordan man programmerer mikrokontrollere på andre språk. Og passer også for vanlige programmerere som ønsker å utdype kunnskapen om C-språket.

3. Opprette enheter på mikrokontrollere på språk C

Dette kurset er for deg som ikke vil begrense utviklingen til enkle eller ferdige eksempler. Kurset er perfekt for deg som trenger å lage interessante enheter med full forståelse av hvordan de fungerer. Kurset passer godt for de som allerede er kjent med å programmere mikrokontrollere i C, og de som har programmert dem i lang tid.

Kursmaterialet er først og fremst fokusert på bruken. Følgende emner blir vurdert: radiofrekvensidentifikasjon, lydgjengivelse, trådløs datautveksling, arbeid med TFT-farger, berøringsskjerm, arbeid med filsystemet FAT SD-kort.

4.Programmering av NEXTION vises

NEXTION-skjermer er programmerbare skjermer med berøringsskjerm og UART for å lage en rekke grensesnitt på skjermen. For programmering brukes et veldig praktisk og enkelt utviklingsmiljø, som lar deg lage til og med veldig komplekse grensesnitt for forskjellige elektronikk på bare et par kvelder! Og alle kommandoene overføres via UART-grensesnittet til mikrokontrolleren eller datamaskinen. Kursmaterialet er satt sammen fra enkelt til komplekst.

Dette kurset er designet for de som har minst litt erfaring med å programmere mikrokontrollere eller arduino. Kurset er perfekt for de som allerede har prøvd å studere skjermerNextion. Du lærer mye ny informasjon fra kurset, selv om du tror du har studert skjermen godt!