O mikrokontroléroch pre začiatočníkov - história tvorby, hlavné typy a rozdiely

obsah:

• História vývoja mikrokontrolérov

• Druhy mikrokontrolérov

• Rozdiely mikrokontroléra

• Školenie v programovaní a tvorbe zariadení na mikrokontroléroch

Všeobecné informácie o zariadení mikrokontrolérov a hlavných dátumoch

Mikrokontroléry sú neoddeliteľnou súčasťou života moderného človeka. Používajú sa od hračiek pre deti na riadenie procesov. Vďaka použitiu mikrokontrolérov sa inžinierom podarilo dosiahnuť vyššiu rýchlosť výroby a kvalitu výrobkov takmer vo všetkých oblastiach výroby.

Tento materiál predstavuje prehľad kľúčových dátumov v histórii mikrokontrolérov. Nejde o technickú príručku, chýba veľa jemností a bodov.

Predpoklady vzniku mikroprocesorov a mikrokontrolérov

Aby ste pochopili dôvody vzniku a vývoja mikroprocesorovej technológie, pozrite sa na vlastnosti a vlastnosti prvých počítačov. ENIAC - prvý počítač, 1946. Hmotnosť - 30 ton, obsadil celú miestnosť alebo 85 kubických metrov objemu vo vesmíre. Veľké odvádzanie tepla, spotreba energie, neustále poruchy z dôvodu elektronických konektorov žiaroviek. Oxidy viedli k vymiznutiu kontaktov a lampa stratila kontakt s doskou. Vyžaduje sa priebežná údržba.

Vyvinula sa počítačová technológia a do konca 60. rokov ich bolo na svete asi 30 tisíc, vrátane univerzálnych počítačov a minipočítačov. Najmenšími v tom čase bola veľkosť skrine.

Mimochodom, v roku 1969 už bol vynájdený prototyp internetu - ARPANET (anglická sieť agentúry pre pokročilé výskumné projekty).

Paralelne sa vyvíjali polovodičové technológie - v roku 1907 práca na detektoroch a elektroluminiscencii polovodičov. V 40. rokoch 20. storočia diódy a tranzistory. To všetko viedlo k príchodu integrovaných technológií. Robert Neuss V roku 1959 vynašiel integrovaný obvod (ďalej len IC alebo MS).

Je dôležité, aby sa:

Spoločnosť Intel výrazne prispela k rozvoju mikrokontrolérov. Zakladatelia: Robert Noyce, Gordon Moore a Andrew Grove. Bola založená v roku 1968.

Až do určitej doby spoločnosť vyrábala pamäťové zariadenia. Prvým bol MS „3101“ - 64 bitov, Schottky - bipolárna statická RAM.

Ďalším bol vynález „4004“ - mikroprocesor s 2300 p / p tranzistorov vo svojom zložení, nie horší výkon ako ENIAC, ale menší ako dlaň. tj veľkosť 4004. mikroprocesora bola o mnoho rádov menšia.

Architektúra, programovanie, fyzická implementácia

Architektom prvého mikroprocesora sa stal - Ted hoffriadiace systémy - Stan Mazor. Federico Fagin - navrhnutý kryštál. Ale spočiatku Intel nevlastnil všetky práva na tento čip a po zaplatení 60 000 dolárov spoločnosti Busicom získal plné práva. Čoskoro zbankrotoval.

S cieľom popularizovať a zaviesť nové technológie spoločnosť Intel uskutočnila reklamnú aj vzdelávaciu kampaň.

Následne iní výrobcovia elektroniky oznámili vytvorenie takýchto zariadení.

To je zaujímavé:

4004 - 4-bitový čip p-MOS.

Ďalším krokom bolo vydanie procesora 8008 v roku 1972. Na rozdiel od predchádzajúceho modelu je skôr ako moderné modely. 8008 - 8 bit, má batériu, 6 univerzálnych registrov, ukazovateľ zásobníka, 8 registrov adries, I / O príkazy.

udalosť:

A v roku 1973 bola vynájdená najúspešnejšia konfigurácia mikroprocesorov, ktorá je stále klasická - jedná sa o 8-bitový „8080“.

O šesť mesiacov neskôr mal spoločnosť Intel vážneho konkurenta - spoločnosť Motorola s procesorom 6800, technológiou n-MOS, štruktúrou troch zberníc so 16-bitovou adresovou zbernicou. Výkonnejší systém prerušenia vyžaduje dostatočné napätie na jeho napájanie, a nie tri, napríklad „8080“.Tímy boli navyše jednoduchšie a kratšie.

Dodnes pretrváva konfrontácia medzi rodinami mikroprocesorov týchto výrobcov.

Zrýchlenie rýchlosti a rozšírenie schopností mikroprocesorov o zavedenie 16-bitových mikroprocesorov. Prvým z nich bol procesor Intel 8086. V IBM sa použil na vytvorenie prvých osobných počítačov.

Procesor „68000“ - 16-bitová odozva od spoločnosti Motorola, používaná na počítačoch ATARI a Apple

Počítače sa stali populárnymi pre široké publikum Spektrum ZX, Nainštalovali procesory „Z80“ od spoločnosti Sinclair Research Ltd. Jedným z hlavných dôvodov jeho popularity je, že nemusíte kupovať monitor, pretože spektrum, rovnako ako moderné konzoly, bolo pripojené k televízoru a bežný magnetofón ako zariadenie na nahrávanie a ukladanie programov a údajov.

mikroprocesory

Mikropočítače sú hlavným krokom pri hromadnej aplikácii automatizácie počítačov v oblasti riadenia. Pretože hlavnou úlohou v automatizácii je riadenie a regulácia parametrov, pojem „regulátor“ sa v tomto prostredí stal pevným.

Po perestrojke sa začal aktívny dovoz výpočtovej techniky a názov „jednočipové mikropočítače“ bol nahradený slovom „mikrokontrolér“ (ďalšie podrobnosti o tom, ako sa mikrokontrolér líši od mikroprocesora, pozri tu - Účel a usporiadanie mikrokontrolérov).

Prvý patent v ZSSR pre jednočipové mikropočítače bol v roku 1971 vydaný M. Kochrenovi a G. Booneovi z Texas Instruments. Odvtedy sa na kremíkový kryštál umiestnili okrem procesora aj kremík a ďalšie zariadenia.

Koncom sedemdesiatych rokov je nová vlna konkurencie medzi spoločnosťami Intel a Motorola. Dôvodom boli dve prezentácie, konkrétne v roku 76 spoločnosť Intel vydala i8048 a Motorola iba 78 - mc6801, ktorý bol kompatibilný s predchádzajúcim mikroprocesorom mc6800.

Po 4 rokoch, do 80. rokov, spoločnosť Intel vydala populárne a stále MK i8051, Do dnešného dňa žije zrod obrovskej rodiny. Poprední svetoví výrobcovia vyrábajú v tejto architektúre vysoko modifikované mikrokontroléry pre celý rad úloh.

Vo svojej dobe mal nemysliteľné 128 000 tranzistorov. To bolo štvornásobné množstvo v procesore i8086.

V roku 2017 a poslednom desaťročí sú najbežnejšie tieto typy mikrokontrolérov:

• 8-bitové mikrokontroléry PIC od Microchip Technology a AVR od Atmel;

• 16-bit TI MSP430;

• 32-bitové mikrokontroléry, architektúra ARM. Vývojári ich predávajú rôznym spoločnostiam, na základe ktorých sa vyrába veľa rôznych produktov.

V Sovietskom zväze technológia nestála. Vedci skopírovali nielen najúspešnejší a najzaujímavejší zahraničný vývoj, ale zaoberali sa aj vývojom jedinečných projektov. Do roku 1979 bol K1801BE1 vyvinutý vo Výskumnom ústave TT, táto mikroarchitektúra sa volala „Elektronika SC“ a mala 16 bitov.

Pozri tiež: Druhy a usporiadanie mikrokontrolérov AVR

Rozdiely mikrokontroléra

Mikrokontroléry možno rozdeliť podľa nasledujúcich kritérií:

• bit;

• Veliaci systém;

• Architektúra pamäte.

Bitová hĺbka je dĺžka jedného slova spracovaného kontrolórom alebo procesorom, čím je väčšia, tým rýchlejšie mikrokontrolér dokáže spracovať veľké množstvo údajov, ale tento prístup nie je vždy pravdivý. Pre každú úlohu sú stanovené individuálne požiadavky, a to tak v rýchlosti, ako aj v spôsobe spracovania, napríklad, použitie 32-bitového mikroprocesora ARM na prácu v jednoduchých zariadeniach, ktoré pracujú s 8-bitovými slovami, nemusí byť opodstatnené z hľadiska pohodlia pri písaní programu a informácií o spracovaní a samotných nákladov.

Podľa štatistík za rok 2017 sa však náklady na tieto regulátory aktívne znižujú, a ak to tak bude aj naďalej, bude to lacnejšie ako najjednoduchšie PIC regulátory, ak bude k dispozícii oveľa väčšia sada funkcií. Jediná vec nie je jasná - ide o marketingový krok a podcenenie cien alebo skutočný technologický pokrok.

K rozdeleniu dôjde na:

• 8 bitov;

• 16 bitov;

• 32 bitov;

• 64-bit.

Rozdelenie podľa typu príkazového systému:

• Architektúra RISCalebo skrátený príkazový systém. Zameriava sa na rýchle vykonanie základných príkazov v 1, menej často 2 strojových cykloch a má tiež veľké množstvo univerzálnych registrov a dlhší spôsob prístupu k permanentnej pamäti. Architektonické systémy pre systémy UNIX;

• Architektúra CISCalebo kompletný systém inštrukcií, priama práca s pamäťou, väčší počet inštrukcií, malý počet registrov (orientovaných na prácu s pamäťou), je charakteristická doba trvania pokynov od 1 do 4 strojových cyklov. Príkladom sú procesory Intel.

Rozdelenie podľa typu pamäte:

• Von Neumann Architecture - hlavnou črtou je spoločná pamäťová oblasť pre príkazy a dáta, pri práci s takou architektúrou v dôsledku chyby programátora môžu byť dáta zapisované do programovej pamäťovej oblasti a ďalšie vykonávanie programu nebude možné. Z rovnakých dôvodov nie je možné súčasne vykonávať prenos údajov a získavanie príkazov. Navrhnuté v roku 1945.

• Harvardská architektúra - samostatná dátová pamäť a programová pamäť, použitá v prvých počítačoch rodiny Mark. Navrhnuté v roku 1944.

zistenie

V dôsledku zavedenia mikroprocesorových systémov sa zmenšila veľkosť zariadení a zvýšila sa funkčnosť. Výber architektúry, bitovej hĺbky, systému príkazov, štruktúry pamäte - ovplyvňuje konečné náklady na zariadenie, pretože pri jednej produkcii nemusí byť rozdiel v cene významný, ale pri replikácii môže byť viac ako hmatateľný.

E-kniha -Príručka pre začiatočníkov k mikrokontrolérom AVR

Podrobné pokyny na programovanie a vytváranie zariadení na mikrokontroléroch AVR

Pre elektronických inžinierov, ktorí sa špecializujú na navrhovanie mikrokontrolérov, sa používa termín „rýchly štart“.", Vzťahuje sa na prípad, keď je potrebné testovať v krátkom čase mikroradič a prinútiť ho, aby vykonával najjednoduchšie úlohy.

Cieľom je, bez podrobností, zvládnuť programovacie technológie a rýchlo dosiahnuť konkrétny výsledok. Kompletná prezentácia, zručnosti a schopnosti sa objavia neskôr v tomto procese.

Aby ste zvládli prácu s mikrokontrolérmi v režime "rýchleho spustenia", naučte sa, ako ich programovať a vytvárať rôzne užitočné inteligentné elektronické zariadenia, sa dajú ľahko vykonať pomocou školiacich video kurzov, v ktorých sú všetky hlavné body umiestnené na policiach.

Metodika rýchlej štúdie zásad práce s mikrokontrolérmi je založená na skutočnosti, že postačuje na zvládnutie základného mikroobvodu, aby bolo možné s istotou zostaviť programy pre ďalšie odrody. Vďaka tomu prechádzajú prvé experimenty s programovaním mikrokontrolérov bez problémov. Po získaní základných vedomostí môžete začať vyvíjať vlastné návrhy.

V súčasnosti má Maxim Selivanov 4 kurzy zamerané na vytváranie zariadení na mikrokontroléroch, ktoré sú postavené na princípe od jednoduchých po komplexné.

1. Programovanie mikrokontrolérov pre začiatočníkov

Kurz je určený pre tých, ktorí sú už oboznámení so základmi elektroniky a programovania, ktorí ovládajú základné elektronické komponenty, zostavujú jednoduché obvody, vedia, ako držať spájku a chcú ísť na úplne novú úroveň, ale tento prechod neustále odkladajú kvôli ťažkostiam so zvládnutím nového materiálu.

Kurz je ideálny pre tých, ktorí sa nedávno pokúsili naučiť programovanie mikrokontrolérov, ale sú pripravení vzdať sa všetkého, pretože to nefunguje alebo nefunguje, ale nie je to potrebné (je to známe?!).

Kurz bude užitočný pre tých, ktorí už zbierajú jednoduché (alebo možno nie) obvody na mikrokontroléroch, ale majú nedostatočné pochopenie podstaty toho, ako mikrokontrolér funguje a ako interaguje s externými zariadeniami.

2. Programovanie mikrokontrolérov v jazyku C

Kurz je zameraný na výučbu programovania mikrokontrolérov v jazyku C. Charakteristickou črtou kurzu je štúdium jazyka na veľmi vysokej úrovni. Výcvik prebieha na príklade mikrokontrolérov AVR.V zásade je však vhodný pre tých, ktorí používajú iné mikrokontroléry.

Kurz je určený pre vyškoleného poslucháča. To znamená, že kurz sa nevzťahuje na základné základy počítačovej vedy a elektroniky a mikrokontroléry. Na zvládnutie kurzu však budete potrebovať minimálne znalosti o programovaní mikrokontrolérov AVR v akomkoľvek jazyku. Znalosť elektroniky je žiaduca, ale nevyžaduje sa.

Kurz je ideálny pre tých, ktorí práve začali študovať programovanie mikrokontrolérov AVR v jazyku C a chcú si prehĺbiť svoje znalosti. Dobre sa hodí pre tých, ktorí vedia, ako programovať mikrokontroléry v iných jazykoch. Je vhodný aj pre bežných programátorov, ktorí chcú prehĺbiť svoje znalosti jazyka C.

3. Vytváranie zariadení na mikrokontroléroch v jazyku C

Tento kurz je určený pre tých, ktorí nechcú obmedziť svoj rozvoj na jednoduché alebo hotové príklady. Kurz je ideálny pre tých, ktorí potrebujú vytvárať zaujímavé zariadenia s úplným porozumením toho, ako fungujú. Kurz je vhodný pre tých, ktorí už sú oboznámení s programovaním mikrokontrolérov v jazyku C a pre tých, ktorí ich dlhodobo programujú.

Materiál kurzu je primárne zameraný na prax používania. Uvažuje sa o nasledujúcich témach: rádiofrekvenčná identifikácia, reprodukcia zvuku, bezdrôtová výmena údajov, práca s farebnými TFT displejmi, dotyková obrazovka, práca so súborovým systémom kariet FAT SD.

4. Zobrazí sa programovanie NEXTION

Displeje NEXTION sú programovateľné displeje s dotykovou obrazovkou a UART na vytváranie rôznych rozhraní na obrazovke. Na programovanie sa používa veľmi pohodlné a jednoduché vývojové prostredie, ktoré vám umožní vytvoriť aj veľmi zložité rozhrania pre rôzne elektroniky za pár večerov! A všetky príkazy sa prenášajú cez rozhranie UART do mikrokontroléra alebo počítača. Materiál kurzu je zostavený od jednoduchých po komplexné.

Tento kurz je určený pre tých, ktorí majú aspoň malé skúsenosti s programovaním mikrokontrolérov alebo arduino. Kurz je ideálny pre tých, ktorí sa už pokúsili študovať displejeNextion, Z kurzu sa dozviete veľa nových informácií, aj keď si myslíte, že ste si displej dobre prečítali!