Om mikrokontrollere til begyndere - oprettelseshistorie, hovedtyper og forskelle

Indhold:

• Historien om udviklingen af ​​mikrokontrollere

• Typer af mikrokontrollere

• Forskelle i mikrokontroller

• Træning i programmering og oprettelse af enheder på mikrokontrollere

Generelle oplysninger om enheden til mikrokontrollere og hoveddatoer

Mikrokontrollere er en integreret del af en moderne persons liv. De bruges fra børns legetøj til processtyringssystemer. Takket være brugen af ​​mikrokontrollere lykkedes det ingeniørerne at opnå større produktionshastighed og produktkvalitet inden for næsten alle produktionsområder.

Dette materiale er en oversigt over nøgledatoer i mikrokontrollernes historie. Dette er ikke en teknisk guide, der mangler mange subtiliteter og point.

Forudsætninger for fremkomst af mikroprocessor- og mikrokontrollersystemer

For at forstå årsagerne til udseendet og udviklingen af ​​mikroprocessorteknologi skal du tage et kig på de første computers egenskaber og funktioner. ENIAC - den første computer, 1946. Vægt - 30 ton, besatte hele rummet eller 85 kubikmeter volumen i rummet. Stor varmeafledning, strømforbrug, konstante funktionsfejl på grund af elektroniske lampekoblinger. Oxider førte til forsvinden af ​​kontakter, og lampen mistede kontakten med brættet. Krævet løbende vedligeholdelse.

Computerteknologi udviklet, og i slutningen af ​​60'erne var der omkring 30 tusinde i verden, inklusive både universelle computere og minidatamaskiner. Den tid mini var af størrelsen på et skab.

I 1969 var prototypen af ​​Internettet - ARPANET (English Advanced Research Projects Agency Network) allerede opfundet.

Parallelt udviklede halvlederteknologier sig - i 1907 arbejde med detektorer og elektroluminescens af halvledere. I 1940'erne, dioder og transistorer. Alt dette førte til fremkomsten af ​​integreret teknologi. Robert Neuss I 1959 opfandt han et integreret kredsløb (i det følgende benævnt IC eller MS).

Det er vigtigt at:

Intel - gav et enormt bidrag til udviklingen af ​​mikrokontrollere. Grundlæggere: Robert Noyce, Gordon Moore og Andrew Grove. Det blev grundlagt i 1968.

Indtil et vist tidspunkt producerede virksomheden hukommelsesenheder. Den første var MS “3101” - 64 bit, Schottky - bipolær statisk RAM.

Den næste var opfindelsen af ​​“4004” - en mikroprocessor med 2300 p / p transistorer i sin sammensætning, ikke dårligere i ydelse end ENIAC, men mindre end en håndflade. dvs. størrelsen på den 4004. mikroprocessor var mange størrelsesordrer mindre.

Arkitektur, programmering, fysisk implementering

Arkitekten for den første mikroprocessor blev - Ted hoffkommandosystemer - Stan mazor. Federico Fagin - designet krystallen. Men oprindeligt ejede Intel ikke alle rettighederne til denne chip, og efter at have betalt $ 60.000 til Busicom, fik de fulde rettigheder. Sidstnævnte gik konkurs.

For at popularisere og introducere nye teknologier gennemførte Intel både en reklame og en pædagogisk kampagne.

Efterfølgende annoncerede andre elektronikproducenter oprettelsen af ​​sådanne enheder.

Dette er interessant:

4004 - 4-bit p-MOS-chip.

Det næste trin var frigivelsen af ​​8008-processoren i 1972. I modsætning til den tidligere model ligner det mere moderne modeller. 8008 - 8 bit, har et batteri, 6 generelle registre, en stakpeger, 8 adresseregistre, I / O-kommandoer.

begivenhed:

Og i 1973 blev den mest succesrige mikroprocessorkonfiguration opfundet, hvilket stadig er klassisk - det er en 8-bit “8080”.

Seks måneder senere havde Intel en seriøs konkurrent - Motorola med 6800-processor, n-MOS-teknologi, en trebussstruktur med en 16-bit adressebus. Et mere kraftfuldt afbrydelsessystem, det har brug for nok spænding til at levere det, og ikke tre, som "8080".Derudover var holdene enklere og kortere.

Indtil i dag forbliver konfrontationen mellem disse fabrikanters mikroprocessorers familier.

Accelererede hastigheden og udvidede kapaciteten hos mikroprocessorer introduktionen af ​​16-bit mikroprocessorer. Den første af disse var Intels 8086. Det blev brugt hos IBM til at oprette de første personlige computere.

“68000” processor - 16 bit svar fra Motorola, brugt på ATARI og Apple computere

PC'er er blevet populære for et bredt publikum ZX Spektrum. De installerede processorer "Z80" fra Sinclair Research Ltd. En af hovedårsagerne til dens popularitet er, at du ikke behøver at købe en skærm, fordi Spectrum, ligesom moderne konsoller, var forbundet til et tv og en almindelig båndoptager som en enhed til optagelse og lagring af programmer og data.

mikrocontrollere

Mikrocomputere er det vigtigste trin i masseapplikationen af ​​computerautomation inden for kontrolområdet. Da hovedopgaven inden for automatisering er styring og regulering af parametre, er udtrykket “controller” blevet fast etableret i dette miljø.

Efter perestroika begyndte aktiv import af computerteknologi, og navnet "single-chip mikro-computere" blev erstattet af ordet "Microcontroller" (for flere detaljer om, hvordan mikrokontrolleren adskiller sig fra mikroprocessoren, se her - Formål og arrangement af mikrokontrollere).

Og det første patent i USSR for single-chip mikro-computere blev udstedt i 1971 til M. Kochren og G. Boone, fra Texas Instruments. Siden da blev silicium og yderligere enheder ud over processoren også placeret på siliciumkrystallen.

Slutningen af ​​halvfjerdserne er en ny bølge af konkurrence mellem Intel og Motorola. Årsagen til dette var to præsentationer, nemlig i 76 frigav Intel i8048, og Motorola, kun 78 - mc6801, som var kompatibel med den tidligere mikroprocessor mc6800.

Efter 4 år, i år 80, frigiver Intel populært og stadig MK i8051. Det var fødslen af ​​en enorm familie, der lever indtil i dag. Verdens førende producenter producerer meget modificerede mikrokontrollere på denne arkitektur til en lang række opgaver.

For sin tid havde den tænkelige 128.000 transistorer. Dette var fire gange så meget som i i8086-processoren.

I 2017 og det sidste årti er følgende typer mikrokontrollere mest almindelige:

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

• 16-bit TI MSP430;

• 32-bit mikrokontrollere, ARM-arkitektur. Det sælges af udviklere til forskellige virksomheder, på grundlag af hvilket der produceres en masse forskellige produkter.

I Sovjetunionen stod teknologi ikke stille. Forskere kopierede ikke kun den mest succesrige og interessante udenlandske udvikling, men også engagerede sig i udviklingen af ​​unikke projekter. I 1979 blev K1801BE1 således udviklet ved Research Institute of TT, denne mikroarkitektur blev kaldt "Electronics of the SC" og havde 16 bit.

Se også: Typer og arrangement af AVR-mikrokontrollere

Forskelle i mikrokontroller

Mikrokontrollere kan opdeles efter følgende kriterier:

• Bit;

• Kommandosystem;

• Hukommelsesarkitektur.

Bitdybde er længden på et ord, der behandles af controller eller processor, jo større det er, jo hurtigere kan mikrokontrolleren behandle store mængder data, men denne fremgangsmåde er ikke altid sand, der stilles individuelle krav til hver opgave, både i hastighed og i behandlingsmetoden, f.eks. brugen af ​​en 32-bit ARM-mikroprocessor til at arbejde i enkle enheder, der fungerer med 8 bit-ord, er muligvis ikke berettiget både af bekvemmeligheden ved at skrive et program og behandle oplysninger og selve omkostningerne.

Ifølge statistikker for 2017 falder omkostningerne til sådanne controllere imidlertid aktivt, og hvis det fortsætter sådan, vil det være billigere end de enkleste PIC-controllere, hvis der er et meget større sæt funktioner. Kun en ting er ikke klart - dette er et markedsføringsbevægelse og en underdrivelse af priser eller reel teknologisk fremgang.

Opdelingen sker på:

• 8-bit;

• 16-bit;

• 32-bit;

• 64-bit.

Opdeling efter kommandosystemtype:

• RISC-arkitektur, eller forkortet kommandosystem. Det er fokuseret på hurtig udførelse af basiske kommandoer i 1, sjældnere 2 maskincyklusser, og har også et stort antal universelle registre og en længere måde at få adgang til permanent hukommelse. Arkitektonisk til UNIX-systemer;

• CISC-arkitektur, eller et komplet instruktionssystem, direkte arbejde med hukommelse, et større antal instruktioner, et lille antal registre (orienteret til at arbejde med hukommelse), varigheden af ​​instruktioner fra 1 til 4 maskincykler er karakteristiske. Et eksempel er Intel-processorer.

Opdeling efter hukommelsestype:

• Von Neumann Arkitektur - Hovedfunktionen er det fælles hukommelsesområde for kommandoer og data, når man arbejder med en sådan arkitektur som et resultat af en programmeringsfejl, kan data skrives til programhukommelsesområdet og yderligere programudførelse bliver umulig. Dataoverførsel og hentning af kommandoer kan ikke udføres samtidig af samme grunde. Designet i 1945.

• Harvard-arkitektur - separat datahukommelse og programhukommelse, der bruges i den første på Mark-familiecomputere. Designet i 1944.

fund

Som et resultat af introduktionen af ​​mikroprocessorsystemer faldt enhedens størrelse, og funktionaliteten steg. Valg af arkitektur, bitdybde, kommandosystem, hukommelsesstruktur - påvirker enhedens endelige omkostninger, da med en enkelt produktion er prisforskellen muligvis ikke betydelig, men med replikering kan den være mere end håndgribelig.

E-bog -Begyndervejledning til AVR-mikrokontrollere

Trin-for-trin instruktion i programmering og oprettelse af enheder på AVR-mikrokontrollere

For elektroniske ingeniører, der er specialiseret i design af mikrokontrollerenheder, betyder udtrykket "hurtig start"". Det henviser til sagen, når det er nødvendigt at teste på kort tid mikrocontroller og få ham til at udføre de enkleste opgaver.

Målet er at mestre programmeringsteknologien og få et konkret resultat hurtigt uden at gå i detaljer. Fuld præsentation, færdigheder og evner vises senere i processen.

For at lære at arbejde med mikrokontrollere i "hurtigstart" -tilstanden, at lære, hvordan man programmerer dem og skabe forskellige nyttige, elektroniske enheder, kan det let udføres ved hjælp af træningvideokurser, hvor alle hovedpunkterne er lagt på hylderne.

Metodikken til en hurtig undersøgelse af principperne i at arbejde med mikrokontrollere er baseret på det faktum, at det er nok at mestre den basale mikrokredsløb for derefter at trygt lave programmer til dens andre sorter. Takket være dette passerer de første eksperimenter med programmering af mikrokontrollere uden meget besvær. Når du har fået grundlæggende viden, kan du begynde at udvikle dine egne designs.

I øjeblikket har Maxim Selivanov 4 kurser om oprettelse af enheder på mikrokontrollere, bygget på princippet fra enkel til kompleks.

1. Mikrocontroller-programmering for begyndere

Kurset er for dem, der allerede er bekendt med det grundlæggende inden for elektronik og programmering, der kender grundlæggende elektroniske komponenter, samler enkle kredsløb, ved, hvordan man holder et loddejern og vil gå til et helt nyt niveau, men konstant udsætter denne overgang på grund af vanskeligheder med at mestre nyt materiale.

Kurset er perfekt til dem, der netop har foretaget deres første forsøg på at lære mikrocontroller-programmering, men er klar til at opgive alt, fordi det ikke fungerer eller fungerer, men ikke som det skal (er det velkendt ?!).

Kurset vil være nyttigt for dem, der allerede indsamler enkle (eller måske ikke så) kredsløb på mikrokontrollere, men har en dårlig forståelse af essensen af, hvordan mikrokontrolleren fungerer, og hvordan den interagerer med eksterne enheder.

2. Programmering af mikrokontrollere på sprog C

Kurset er dedikeret til at undervise i programmering af mikrokontrollere på C-sprog. Et karakteristisk træk ved kurset er studiet af sproget på et meget dybt niveau. Træning finder sted på eksemplet med AVR-mikrokontrollere.Men i princippet er det velegnet til dem, der bruger andre mikrokontrollere.

Kurset er designet til en trænet lytter. Det vil sige, at kurset ikke dækker de grundlæggende fundament for datalogi og elektronik og mikrokontrollere. Men for at mestre kurset har du brug for minimal viden om programmering af AVR-mikrokontrollere på ethvert sprog. Elektronikviden er ønskelig, men ikke påkrævet.

Kurset er ideelt for dem, der netop er begyndt at studere programmering af AVR-mikrokontrollere på C-sprog og ønsker at uddybe deres viden. Velegnet til dem, der ved, hvordan man programmerer mikrokontrollere på andre sprog. Og også velegnet til almindelige programmerere, der ønsker at uddybe deres viden om C-sproget.

3. Oprettelse af enheder på mikrokontrollere på sprog C

Dette kursus er for dem, der ikke ønsker at begrænse sig til enkle eller færdige eksempler i deres udvikling. Kurset er perfekt til dem, der har brug for at skabe interessante enheder med fuld forståelse af, hvordan de fungerer. Kurset er velegnet til dem, der allerede kender programmering af mikrokontrollere på C-sproget, og dem, der har programmeret dem i lang tid.

Kursusmaterialet er primært fokuseret på brug af praksis. Følgende emner overvejes: identifikation af radiofrekvens, lydgengivelse, trådløs dataudveksling, arbejde med farve TFT-skærme, berøringsskærm, arbejde med FAT SD-kortfilsystemet.

4.Programmering af NEXTION vises

NEXTION-skærme er programmerbare skærme med en berøringsskærm og UART for at skabe en række grænseflader på skærmen. Til programmering bruges et meget praktisk og enkelt udviklingsmiljø, som giver dig mulighed for at skabe endda meget komplekse grænseflader til forskellige elektronik på bare et par aftener! Og alle kommandoer overføres via UART-interface til mikrokontrolleren eller computeren. Kursematerialet er sammensat fra enkel til kompleks.

Dette kursus er designet til dem, der mindst har lidt erfaring med programmering af mikrokontrollere eller arduino. Kurset er perfekt til dem, der allerede har forsøgt at studere skærmeNextion. Du lærer meget ny information fra kurset, selvom du tror, ​​du har studeret skærmen godt!