Quant a microcontroladors per a principiants: historial de creació, principals tipus i diferències

Contingut:

• La història del desenvolupament de microcontroladors

• Tipus de microcontroladors

• Diferències de microcontrolador

• Formació en programació i creació de dispositius en microcontroladors

Informació general sobre el dispositiu de microcontroladors i dates principals

Els microcontroladors són part integrant de la vida d’una persona moderna. S’utilitzen des de joguines infantils fins a sistemes de control de processos. Gràcies a l’ús de microcontroladors, els enginyers van aconseguir assolir una major velocitat de fabricació i qualitat del producte a gairebé totes les àrees de producció.

Aquest material és una visió general de les dates clau de la història de microcontroladors. No es tracta d’una guia tècnica, falten moltes subtileses i punts.

Prerequisits per a l'aparició de sistemes de microprocessador i microcontrolador

Per comprendre els motius de l’aparició i desenvolupament de la tecnologia de microprocessador, mireu les característiques i característiques dels primers ordinadors. ENIAC: el primer ordinador, 1946. Pes: 30 tones, ocupava tota la sala o 85 metres cúbics de volum. Grans dissipació de calor, consum d’energia, desperfectes constants a causa dels connectors electrònics de la làmpada. Els òxids van provocar la desaparició dels contactes i la làmpada va perdre el contacte amb la placa. Manteniment obligatori.

La tecnologia informàtica es va desenvolupar i a finals dels anys 60 hi havia al voltant de 30 mil d'ells al món, incloent-hi tant ordinadors universals com miniordinadors. Els mini d’aquella època eren de la mida d’un armari.

Per cert, el 1969 ja es va inventar el prototip d'Internet - ARPANET (anglès Advanced Research Projects Project Network Agency).

En paral·lel, es van desenvolupar tecnologies de semiconductors: el 1907 treballen detectors i electroluminescència de semiconductors. Als anys quaranta, díodes i transistors. Tot això va suposar l’arribada de la tecnologia integrada. Robert Neuss El 1959, va inventar un circuit integrat (en endavant IC o MS).

Important:

Intel - va contribuir enormement al desenvolupament de microcontroladors. Fundadors: Robert Noyce, Gordon Moore i Andrew Grove. Va ser fundada el 1968.

Fins a un cert temps, l'empresa va produir dispositius de memòria. El primer va ser el MS "3101" - 64 bits, Schottky - RAM estàtica bipolar.

El següent va ser la invenció del "4004": un microprocessador amb 2300 p / p de transistors en la seva composició, no pitjor en el rendiment que ENIAC, però més petit que un palmell. I.e. la mida del microprocessador 4004 era menor de molts ordres.

Arquitectura, programació, implementació física

L'arquitecte del primer microprocessador es va convertir en Ted Hoffsistemes d'ordres - Stan mazor. Federico Fagin - Va dissenyar el cristall. Però inicialment, Intel no tenia tots els drets sobre aquest xip i, havent pagat 60.000 dòlars a Busicom, va obtenir drets complets. Aviat, aquest últim va fer fallida.

Per popularitzar i introduir noves tecnologies, Intel va realitzar una campanya publicitària i educativa.

Posteriorment, altres fabricants d’electrònica van anunciar la creació d’aquests dispositius.

Això és interessant:

4004: xip de 4 bits, p-MOS.

El següent pas va ser el llançament del processador 8008 el 1972. A diferència del model anterior, s’assembla més als models moderns. 8008 - 8 bits, té una bateria, 6 registres de propòsit general, un punter de pila, 8 registres d'adreces, ordres d'E / S.

Esdeveniment:

I el 1973, es va inventar la configuració de microprocessador amb més èxit, que encara és clàssic: és un "8080" de 8 bits.

Sis mesos després, Intel tenia un seriós competidor: Motorola amb el processador 6800, tecnologia n-MOS, una estructura de tres busos amb un bus d'adreces de 16 bits. Un sistema d’interrupció més potent, necessita tensió suficient per subministrar-lo, i no tres, com el "8080".A més, els equips eren més senzills i curts.

Fins avui, continua la confrontació entre les famílies de microprocessadors d’aquests fabricants.

Va accelerar la velocitat i va ampliar les capacitats dels microprocessadors amb la introducció de microprocessadors de 16 bits. El primer d'ells va ser el 8086 d'Intel. Es va utilitzar a IBM per crear els primers ordinadors personals.

Processador “68000”: resposta de 16 bits de Motorola, utilitzada en equips ATARI i Apple

Els ordinadors s’han popularitzat per a una àmplia audiència Espectre ZX. Van instal·lar processadors "Z80", de Sinclair Research Ltd. Un dels principals motius de la seva popularitat és que no cal comprar un monitor, perquè l’Espectre, com les consoles modernes, estava connectat a un televisor i una gravadora de cinta regular com a dispositiu per enregistrar i emmagatzemar programes i dades.

Microcontroladors

Els microordinadors són el principal pas en l’aplicació massiva de l’automatització informàtica en el camp del control. Com que la principal tasca en automatització és el control i la regulació de paràmetres, el terme “controlador” s’ha consolidat fermament en aquest entorn.

Després de la perestroika, va començar la importació activa de tecnologia informàtica i el nom de "micro-ordinadors d'un sol xip" va ser substituït amb la paraula "Microcontrolador" (per a més detalls sobre la diferència del microcontrolador del microprocessador, vegeu aquí - Finalitat i ordenació de microcontroladors).

I la primera patent de l’URSS per a microordinadors d’un sol xip es va emetre el 1971 a M. Kochren i G. Boone, de Texas Instruments. Des de llavors, a més del processador, també es van col·locar silici i dispositius addicionals al cristall de silici.

La fi dels anys setanta és una nova onada de competència entre Intel i Motorola. El motiu d'això va ser dues presentacions, a saber, el 76, Intel va llançar l'i8048, i Motorola, només 78, el mc6801, que era compatible amb el microprocessador anterior mc6800.

4 anys després, per l'any 80, Intel llança popular i encara MK i8051. Va ser el naixement d’una immensa família que viu fins als nostres dies. Els principals fabricants mundials produeixen microcontroladors altament modificats en aquesta arquitectura per a un ampli ventall de tasques.

Per la seva època, tenia un impensable 128.000 transistors. Es va suposar quatre vegades la quantitat del processador i8086.

El 2017 i l’última dècada, són més comuns els següents tipus de microcontroladors:

• Microcontroladors PIC de 8 bits de Microchip Technology i AVR d’Atmel;

• 16 bits TI MSP430;

• Microcontroladors de 32 bits, arquitectura ARM. És venut per desenvolupadors a diverses empreses, sobre la base dels quals es produeixen molts productes diferents.

A la Unió Soviètica, la tecnologia no es va quedar parada. Els científics no només van copiar els desenvolupaments estrangers més reeixits i interessants, sinó que també es van dedicar al desenvolupament de projectes únics. Així, el 1979, el K1801BE1 es va desenvolupar a l'Institut de Recerca de TT, aquesta microarquitectura es va anomenar "Electrònica de la SC" i tenia 16 bits.

Vegeu també Tipus i ordenació de microcontroladors AVR

Diferències de microcontrolador

Els microcontroladors es poden dividir segons els criteris següents:

• Capacitat;

• Sistema de comandaments;

• Arquitectura de la memòria.

La profunditat de bits és la longitud d’una paraula processada pel controlador o processador, com més gran és, més ràpid el microcontrolador pot processar grans quantitats de dades, però aquest enfocament no sempre és cert, es presenten requisits individuals per a cada tasca, tant en velocitat com en el mètode de processament, per exemple, l’ús d’un microprocessador ARM de 32 bits per treballar en dispositius senzills que funcionin amb paraules de 8 bits pot no estar justificat tant per la comoditat d’escriure un programa i processar informació, com pel cost propi.

Tanmateix, segons les estadístiques del 2017, el cost d’aquests controladors està disminuint activament, i si continua així, serà més barat que els controladors PIC més senzills, si hi ha un conjunt de funcions molt més gran. Només una cosa no està clara: es tracta d’una evolució de màrqueting i una subestimació dels preus o del progrés tecnològic real.

La divisió es produeix a:

• 8-bit

• 16-bit

• 32 bits

• De 64 bits

Divisió per tipus de sistema de comandaments:

• Arquitectura RISC, o sistema de comandes abreujats. Es centra en la ràpida execució d’ordres bàsiques en 1, menys sovint 2 cicles de màquines, i també té un gran nombre de registres universals i una manera més llarga d’accedir a la memòria permanent. Arquitectònic per a sistemes UNIX;

• Arquitectura CISC, o un sistema complet d’instruccions, treball directe amb memòria, un nombre més gran d’instruccions, un nombre reduït de registres (orientats a funcionar amb memòria), la durada de les instruccions d’1 a 4 cicles de màquines és característica. Un exemple són els processadors Intel.

Divisió per tipus de memòria:

• Von Neumann Architecture - la característica principal és l’àrea de memòria comuna per a ordres i dades, quan es treballa amb una arquitectura com a resultat d’un error del programador, es poden escriure dades a l’àrea de memòria del programa i es farà impossible l’execució del programa. La transferència de dades i la recuperació de comandes no es poden realitzar simultàniament pels mateixos motius. Dissenyat el 1945.

• Arquitectura de Harvard - memòria de dades i programa de memòria separats, utilitzats en els primers ordinadors de la família Mark. Dissenyat el 1944.

Conclusions

Com a resultat de la introducció de sistemes de microprocessador, la mida dels dispositius va disminuir i la funcionalitat va augmentar. L’elecció d’arquitectura, capacitat, sistema de comandaments, estructura de memòria - afecta el cost final del dispositiu, ja que amb una producció única la diferència de preu pot no ser significativa, però amb la replicació pot ser més que tangible.

Llibre electrònic -Guia de microcontroladors AVR per a principiants

Instrucció pas a pas en la programació i creació de dispositius en microcontroladors AVR

Per a enginyers electrònics especialitzats en el disseny de dispositius de microcontroladors, el terme "inici ràpid"". Es refereix al cas quan és necessari provar en poc temps microcontrolador i fer-lo realitzar les tasques més senzilles.

L’objectiu és, sense entrar en detalls, dominar la tecnologia de programació i obtenir ràpidament un resultat específic. La presentació completa, les habilitats i habilitats apareixeran més endavant en el procés.

Per aprendre a treballar amb microcontroladors en el mode "inici ràpid", per aprendre a programar-los i crear diversos dispositius electrònics intel·ligents útils, es pot fer fàcilment mitjançant cursos de formació de vídeo en els quals es disposen tots els punts principals als prestatges.

La metodologia per a un estudi ràpid dels principis de treball amb microcontroladors es basa en el fet que és suficient dominar el microcircuit bàsic per tal de fer programes confiats per a les altres varietats. Gràcies a això, els primers experiments sobre microcontroladors de programació passen sense gaires dificultats. Després d’haver obtingut coneixements bàsics, podeu començar a desenvolupar els vostres propis dissenys.

Actualment, Maxim Selivanov compta amb 4 cursos sobre creació de dispositius en microcontroladors, basats en el principi de simple a complex.

1. Programació de microcontroladors per a principiants

El curs s’adreça a aquells que ja coneixen els fonaments bàsics de l’electrònica i la programació, que coneixen els components electrònics bàsics, munten circuits senzills, saben sostenir una soldadura i volen anar a un nivell totalment nou, però posposen constantment aquesta transició a causa de dificultats per dominar el nou material.

El curs és perfecte per a aquells que acaben de fer els primers intents d’aprendre la programació de microcontroladors, però estan preparats per renunciar a tot perquè no funciona o funciona, però no com cal (és familiar ?!).

El curs serà útil per a aquells que ja recullin circuits senzills (o potser no) en microcontroladors, però tenen una mala comprensió de l’essència del funcionament del microcontrolador i de la seva interacció amb dispositius externs.

2. Programació de microcontroladors en llenguatge C

El curs està dedicat a l’ensenyament de la programació de microcontroladors en llenguatge C. Una característica distintiva del curs és l’estudi de la llengua a un nivell molt profund. La formació es fa amb l'exemple de microcontroladors AVR.Però, en principi, és adequat per a aquells que utilitzin altres microcontroladors.

El curs està dissenyat per a un oient format. És a dir, el curs no cobreix els fonaments bàsics en informàtica i electrònica i en els microcontroladors. Però, per dominar el curs, necessitareu uns coneixements mínims sobre la programació de microcontroladors AVR en qualsevol idioma. Els coneixements electrònics són desitjables, però no són necessaris.

El curs és ideal per a aquells que acaben de començar a estudiar la programació de microcontroladors AVR en llenguatge C i vulguin aprofundir en els seus coneixements. Molt indicat per a aquells que saben programar microcontroladors en altres idiomes. I també és adequat per a programadors habituals que vulguin aprofundir en el coneixement del llenguatge C.

3. Creació de dispositius en microcontroladors en llenguatge C

Aquest curs s’adreça a aquells que no volen limitar el seu desenvolupament a exemples senzills o preparats. El curs és perfecte per a aquells que necessiten crear dispositius interessants amb una comprensió completa del seu funcionament. El curs s’adapta bé a aquells que ja coneixen els programes de microcontroladors en C i els que els programen des de fa temps.

El material del curs es centra principalment en la pràctica d’ús. Es consideren els següents temes: identificació de freqüència de ràdio, reproducció de so, intercanvi de dades sense fils, treball amb pantalles TFT en color, pantalla tàctil, treball amb el sistema de fitxers de targetes SD FAT.

4.Programació de pantalles NEXTION

Les pantalles NEXTION són pantalles programables amb pantalla tàctil i UART per crear una varietat d’interfícies a la pantalla. Per a la programació, s’utilitza un entorn de desenvolupament molt convenient i senzill, que permet crear interfícies fins i tot molt complexes per a diversos electrònics en només un parell de tardes. I totes les ordres es transmeten a través de la interfície UART al microcontrolador o ordinador. El material del curs es recopila de senzill a complex.

Aquest curs està pensat per a aquells que tinguin almenys una mica d'experiència en programar microcontroladors o arduino. El curs és perfecte per a aquells que ja han intentat estudiar pantallesNexció. Aprendreu molta informació nova del curs, fins i tot si creieu que heu estudiat bé la pantalla!