A kezdő mikrokontrollerekről - a létrehozás története, fő típusai és különbségei

Tartalom:

• A mikrokontrollerek fejlesztésének története

• A mikrovezérlők típusai

• Mikrokontroller különbségek

• Képzés a mikrokontrollerek programozásához és eszközök készítéséhez

Általános információk a mikrokontrollerek eszközéről és a főbb dátumok

A mikrokontrollerek a modern ember életének szerves részét képezik. A gyermekek játékától kezdve a folyamatirányítási rendszerekig használják őket. A mikrovezérlőknek köszönhetően a mérnököknek sikerült nagyobb gyártási sebességet és termékminőséget elérni szinte a termelés minden területén.

Ez az anyag a mikrokontrollerek történetének legfontosabb dátumainak áttekintése. Ez nem egy műszaki útmutató, sok finomság és pont hiányzik.

A mikroprocesszor és mikrovezérlő rendszerek kialakulásának előfeltételei

A mikroprocesszor-technológia megjelenésének és fejlődésének oka megértése érdekében vessen egy pillantást az első számítógépek jellemzőire és jellemzőire. ENIAC - az első számítógép, 1946. Súly - 30 tonna, az egész helyiséget elfoglalták, vagy 85 köbméter térfogat a térben. Nagy hőelvezetés, energiafogyasztás, állandó működési zavarok az elektronikus lámpacsatlakozók miatt. Az oxidok az érintkezők eltűnéséhez vezettek, és a lámpa elvesztette az érintkezést a táblával. Szükséges folyamatos karbantartás.

A számítógépes technológia kifejlesztett, és a 60-as évek végére a világon mintegy 30 ezer volt, beleértve az univerzális számítógépeket és a mini számítógépeket is. A korabeli mini szekrények méretűek voltak.

By the way, 1969-ben már felfedezték az Internet prototípusát - az ARPANET-et (angol Advanced Research Projects Agency Network).

Ezzel párhuzamosan fejlesztettek ki félvezető technológiákat - 1907-ben a detektorokon és a félvezetők elektrolumineszcenciáján dolgoztak. Az 1940-es években diódák és tranzisztorok. Mindez az integrált technológia megjelenéséhez vezetett. Robert Neuss 1959-ben kitalált egy integrált áramkört (a továbbiakban: IC vagy MS).

Fontos:

Intel - óriási hozzájárulást nyújtott a mikrovezérlők fejlesztéséhez. Alapítók: Robert Noyce, Gordon Moore és Andrew Grove. 1968-ban alapították.

Egy bizonyos időig a vállalat memóriaeszközöket gyártott. Az első az MS “3101” - 64 bit, Schottky - bipoláris statikus RAM.

A következő volt a „4004” találmány feltalálása - egy mikroprocesszor összetételében 2300 p / p tranzisztorral, teljesítményében nem rosszabb, mint az ENIAC-nél, de kisebb, mint egy tenyér. Ie a 4004. mikroprocesszor mérete sokkal nagyságrenddel kisebb volt.

Építészet, programozás, fizikai megvalósítás

Az első mikroprocesszor építészévé vált - Ted hoffparancsnoki rendszerek - Stan mazor. Federico Fagin - megtervezte a kristályt. De kezdetben az Intel nem rendelkezik a chipre vonatkozó összes joggal, és miután 60 000 dollárt fizetett a Busicomnak, teljes jogokat kapott. Az utóbbi hamarosan csődbe ment.

Az új technológiák népszerűsítése és bevezetése érdekében az Intel reklám- és oktatási kampányt szervezett.

Ezt követően más elektronikai gyártók bejelentették ilyen eszközök létrehozását.

Ez érdekes:

4004 - 4 bites, p-MOS chip.

A következő lépés a 8008 processzor kiadása volt 1972-ben. Az előző modelltől eltérően, inkább a modern modellekhez hasonlít. 8008 - 8 bites, rendelkezik akkumulátorral, 6 általános célú regiszterrel, veremmutatóval, 8 címregiszterrel, I / O parancsokkal.

esemény:

És 1973-ban találták ki a legsikeresebb mikroprocesszor-konfigurációt, amely továbbra is klasszikus - 8 bites “8080”.

Hat hónappal később az Intelnek komoly versenytársa volt - a Motorola a 6800 processzorral, n-MOS technológiával, egy hárombuszos struktúrával és 16 bites címbussal. Egy erőteljesebb megszakító rendszer, ahhoz elég feszültségre van szüksége, és nem három, mint például a "8080".Ezen felül a csapatok egyszerűbbek és rövidebbek voltak.

A mai napig fennáll a konfrontáció ezen gyártók mikroprocesszoros családjai között.

Felgyorsította a sebességet és kibővítette a mikroprocesszorok képességeit 16 bites mikroprocesszorok bevezetésével. Az első ilyen volt az Intel 8086-as. Az IBM-ben használták az első személyi számítógépek létrehozásához.

„68000” processzor - 16 bites válasz a Motorola-tól, ATARI és Apple számítógépeken

A számítógépek széles közönség körében népszerűvé váltak ZX Spectrum. Telepítették a "Z80" processzort, a Sinclair Research Ltd.-től. Népszerűségének egyik fő oka, hogy nem kell monitorot vásárolnia, mivel a Spectrum, mint a modern konzolok, a TV-hez volt csatlakoztatva, és a szokásos magnó, mint eszköz a programok és adatok rögzítésére és tárolására.

mikrokontroller

A mikro-számítógépek a számítógépes automatizálás tömeges alkalmazásának fő lépése a vezérlés területén. Mivel az automatizálás fő feladata a paraméterek vezérlése és szabályozása, ezért a „vezérlő” kifejezés szilárdan beépült ebben a környezetben.

A perestroika után megkezdődött a számítógépes technológia aktív behozatala, és az „egycsipés mikro-számítógépek” nevet a „mikrovezérlő” szó váltotta fel (a mikrovezérlő és a mikroprocesszor közötti különbség részletekért lásd itt - A mikrovezérlők célja és elrendezése).

És az első szabadalmat a Szovjetunióban az egycsipés mikrokomputerek számára 1971-ben adták ki M. Kochrennek és G. Boone-nak, a Texas Instruments-től. Azóta a processzoron kívül szilíciumot és további eszközöket is helyeztek a szilikonkristályra.

A hetvenes évek vége az Intel és a Motorola közötti új versenyhullám. Ennek oka két bemutató volt: nevezetesen, az 76-ban az Intel kiadta az i8048-at, a Motorola pedig csak a 78-ban - az mc6801, amely kompatibilis volt a korábbi mc6800 mikroprocesszorral.

4 év után, a 80-as évre, az Intel kiadja a népszerű és még mindig megjelenő kiadásokat MK i8051. Ez egy hatalmas család születése, amely a mai napig él. A világ vezető gyártói erősen módosított mikrokontrollereket gyártanak ezen az architektúrán sokféle feladathoz.

Korában elképzelhetetlen 128 000 tranzisztor volt. Ez négyszer annyi volt, mint az i8086 processzorban.

2017-ben és az elmúlt évtizedben a következő típusú mikrokontrollerek voltak a leggyakoribbak:

• 8 bites PIC mikrovezérlők a Microchip Technology-tól és AVR az Atmel-től;

• 16 bites TI MSP430;

• 32 bites mikrovezérlők, ARM architektúra. A fejlesztők különféle vállalatoknak adják el, amelyek alapján sok különböző terméket gyártanak.

A Szovjetunióban a technológia nem állt helyben. A tudósok nem csak a legsikeresebb és legérdekesebb külföldi fejlesztéseket másolták, hanem egyedi projektek kidolgozásával is foglalkoztak. Így 1979-re a K1801BE1-et kifejlesztették a TT Kutatóintézetében, ezt a mikroarchitektúrát "SC elektronika" -nak hívták, és 16 bittel rendelkezik.

Lásd még: Az AVR mikrovezérlők típusai és elrendezése

Mikrokontroller különbségek

A mikrovezérlőket a következő kritériumok szerint lehet felosztani:

• bit;

• Parancsrendszer;

• Memória architektúra.

A bitmélység a vezérlő vagy a processzor által feldolgozott egy szó hossza, minél nagyobb, annál gyorsabban képes a mikrokontroller nagy mennyiségű adatot feldolgozni, de ez a megközelítés nem mindig igaz, minden feladatra egyedi követelményeket támasztanak, mind a sebesség, mind a feldolgozási módszer esetében, a 32 bites ARM mikroprocesszor használata egyszerű eszközökben, amelyek 8 bites szavakkal működnek, nem igazolható mind a programírás és az információk feldolgozása kényelmességével, mind pedig a költségekkel.

A 2017. évi statisztikák szerint azonban az ilyen vezérlők költségeit aktívan csökkenteni kell, és ha ez folytatódik, akkor olcsóbb lesz, mint a legegyszerűbb PIC vezérlőknek, ha sokkal nagyobb a funkciók halmaza. Csak egy dolog nem világos - ez egy marketing lépés és az árak alábecsülése, vagy a valódi technológiai fejlődés.

A felosztás a következő helyen történik:

• 8-bit;

• 16-bit;

• 32-bit;

• 64-bit.

Osztás a parancsnoki rendszer típusa szerint:

• RISC architektúra, vagy rövidített parancsrendszer. Az alapparancsok gyors végrehajtására összpontosít 1, ritkábban 2 gépi ciklusban, nagyszámú univerzális regiszterrel rendelkezik, és hosszabb utat kínál az állandó memória eléréséhez. UNIX rendszerek építészeti;

• CISC architektúra, vagy egy teljes utasításrendszer, közvetlen munka a memóriával, nagyobb utasítások száma, kis számú regiszter (a memóriával való munka irányába mutat), az utasítások időtartama 1-4 gépi ciklusra jellemző. Példa erre az Intel processzorok.

Osztás memória típusa szerint:

• Von Neumann építészet - a fő jellemző a parancsok és adatok közös memóriaterülete, amikor egy ilyen architektúrával programozói hiba következtében dolgoznak, az adatok írhatók a programmemória területére, és a program további végrehajtása lehetetlenné válik. Az adatátvitel és a parancsok lehívása ugyanazon okok miatt nem hajtható végre egyszerre. 1945-ben tervezték.

• Harvardi építészet - külön adatmemória és programmemória, amelyeket az elsőként a Mark család számítógépén használtak. 1944-ben tervezték.

megállapítások

A mikroprocesszoros rendszerek bevezetésének eredményeként az eszközök mérete csökkent, és a funkcionalitás növekedett. Az architektúra, a bitmélység, a parancsrendszer és a memóriaszerkezet megválasztása befolyásolja az eszköz végleges költségét, mivel egyetlen gyártással az árkülönbség nem feltétlenül jelentős, de a replikációval több mint kézzelfogható.

E-könyv -Kezdő útmutató az AVR mikrovezérlőkhöz

Lépésről lépésre az eszközök programozása és létrehozása az AVR mikrovezérlőken

A mikrovezérlő eszközök tervezésére szakosodott elektronikus mérnökök esetében a "gyors indítás" kifejezés". Arra az esetre utal, amikor rövid időn belül tesztelni kell mikrokontroller és rávenni a legegyszerűbb feladatok végrehajtására.

A cél az, hogy elsajátítsák a programozási technológiát, és gyorsan megszerezzék a konkrét eredményt, anélkül, hogy részletekbe mennének. A teljes prezentáció, készségek és képességek később megjelennek a folyamatban.

A mikrovezérlőkkel való gyors működés módjának megtanulása, valamint a programozásuk és a különféle hasznos intelligens elektronikus eszközök létrehozása megtanulható olyan oktató videó tanfolyamok segítségével, amelyekben az összes fő pont a polcon található.

A mikrovezérlőkkel végzett munka gyors tanulmányozásának módszere azon a tényen alapul, hogy elegendő az alapvető mikroáramkör elsajátítása ahhoz, hogy magabiztos programokat készítsen más fajtáira. Ennek köszönhetően a mikrokontrollerek programozásának első kísérletei nagy nehézségek nélkül mennek keresztül. Az alapismeretek megszerzése után elkezdheti kidolgozni saját terveit.

Jelenleg Maxim Selivanov 4 tanfolyamot tart az eszközök létrehozásáról a mikrokontrollerekön, az egyszerű és összetett alapelvre építve.

1. Mikrovezérlő programozás kezdőknek

A tanfolyam azoknak szól, akik már ismerik az elektronika és a programozás alapjait, akik ismerik az alapvető elektronikus alkatrészeket, összekapcsolják az egyszerű áramköreket, tudják, hogyan kell tartani a forrasztópárat, és egy teljesen új szintre akarnak lépni, de ezt az átmenetet az új anyag elsajátításának nehézségei miatt folyamatosan elhalasztják.

A tanfolyam tökéletes azok számára, akik a közelmúltban tették meg a mikrovezérlő programozásának első tanulási kísérleteit, de hajlandóak lemondani mindentől, mert nem működik vagy nem működik, de nem az, amire szüksége van (ismerős ?!).

A tanfolyam hasznos lesz azok számára, akik már összegyűjtik az egyszerű (vagy talán nem így is) áramköröket a mikrokontrollereken, de alig tudják megérteni a mikrovezérlő működésének lényegét, és hogyan működik együtt a külső eszközökkel.

2. A mikrovezérlők programozása a C nyelven

A tanfolyam célja a mikrovezérlők programozásának C nyelvű tanítása. A tanfolyam megkülönböztető eleme a nyelv nagyon mély szintű tanulása. Az oktatásra az AVR mikrokontrollerek példáján kerül sor.De elvileg alkalmas azok számára, akik más mikrovezérlőket használnak.

A tanfolyamot képzett hallgató számára tervezték. Vagyis a tanfolyam nem foglalja magában a számítástechnika és az elektronika, valamint a mikrovezérlők alapjait. A kurzus elsajátításához azonban minimális ismeretekre van szükség az AVR mikrovezérlők bármilyen nyelvű programozásáról. Kívánatos az elektronika ismerete, de nem szükséges.

A tanfolyam ideális azok számára, akik csak most kezdték el tanulmányozni az AVR mikrovezérlők programozását C nyelven, és el akarják mélyíteni tudásukat. Nagyon alkalmas azok számára, akik tudják, hogyan kell programozni a mikrovezérlőket más nyelveken. Alkalmas azoknak a hétköznapi programozóknak is, akik el akarják mélyíteni a C nyelv ismereteit.

3. Eszközök létrehozása a mikrokontrollerekhez a C nyelven

Ez a tanfolyam azoknak szól, akik nem akarják korlátozni fejlesztésüket egyszerű vagy kész példákra. A tanfolyam tökéletes azok számára, akiknek érdekes eszközöket kell létrehozniuk, amelyek teljes megértésével működnek. A tanfolyam jól alkalmazható azok számára, akik már ismerik a C mikrovezérlők programozását, és azok számára, akik már régóta programozzák őket.

A tananyag elsősorban a felhasználás gyakorlatára összpontosít. A következő témákat vesszük figyelembe: rádiófrekvencia-azonosítás, hangvisszaadás, vezeték nélküli adatcsere, munka színes TFT-kijelzőkkel, érintőképernyő, munka a FAT SD-kártya fájlrendszerrel.

4. A NEXTION képernyő programozása

A NEXTION képernyők programozható képernyők, érintőképernyővel és UART-tal, hogy a képernyőn különféle interfészeket hozzanak létre. A programozáshoz egy nagyon kényelmes és egyszerű fejlesztési környezetet használunk, amely lehetővé teszi, hogy még nagyon összetett interfészeket hozzon létre a különféle elektronikai készülékek számára, csupán néhány este! Az összes parancsot az UART interfészen keresztül továbbítják a mikrovezérlőhöz vagy a számítógéphez. A tantárgy összeállítása egyszerűtől összetettig.

Ez a tanfolyam azok számára készült, akik legalább kevés tapasztalattal rendelkeznek a mikrovezérlők vagy az arduino programozásában. A tanfolyam tökéletes azok számára, akik már megpróbálták tanulni a kijelzőketNextion. Sok új információt fog megtanulni a kurzusról, még akkor is, ha úgy gondolja, hogy jól megismerte a kijelzőt!