אודות בקרי מיקרו למתחילים - היסטוריית יצירה, סוגים עיקריים והבדלים

תוכן:

• ההיסטוריה של התפתחות מיקרו-בקרים

• סוגי בקרי מיקרו

• הבדלי מיקרו-בקר

• הכשרה בתכנות ויצירת מכשירים במיקרו-בקרים

מידע כללי על המכשיר של בקרי מיקרו ותאריכים עיקריים

בקרי מיקרו הם חלק בלתי נפרד מחייו של אדם מודרני. הם משמשים מצעצועי ילדים וכלה במערכות בקרת תהליכים. הודות לשימוש במיקרו-בקרים, המהנדסים הצליחו להשיג מהירות ייצור גבוהה יותר ואיכות מוצר כמעט בכל תחומי הייצור.

חומר זה הוא סקירה של תאריכי המפתח בתולדות בקרי המיקרו. זה לא מדריך טכני, חסרות דקויות ונקודות רבות.

תנאים מוקדמים להופעת מערכות מיקרו-מעבדים ומיקרו-בקרים

כדי להבין את הסיבות להופעתן והתפתחותה של טכנולוגיית המעבד, התבונן במאפיינים והתכונות של המחשבים הראשונים. ENIAC - המחשב הראשון, 1946. משקל - 30 טון, תפס את כל החדר או 85 קוב נפח בחלל. פיזור חום גדול, צריכת חשמל, תקלות תמידיות בגלל מחברי מנורה אלקטרוניים. תחמוצות הובילו להיעלמות המגעים והמנורה איבדה קשר עם הלוח. תחזוקה שוטפת נדרשת.

טכנולוגיית המחשבים התפתחה ובסוף שנות ה -60 היו כ -30 אלף כאלה בעולם, כולל מחשבים אוניברסליים וגם מיני מחשבים. המיני-מיני באותה תקופה היו בגודל של ארון.

אגב, בשנת 1969 כבר הומצא אב-הטיפוס של האינטרנט - ARPANET (רשת סוכנויות פרוייקטים למחקר מתקדם באנגלית).

במקביל, טכנולוגיות מוליכים למחצה התפתחו - בשנת 1907, עובדים על גלאים ואלקטרולומינצנטיות של מוליכים למחצה. בשנות הארבעים, דיודות וטרנזיסטורים. כל זה הביא להופעתה של טכנולוגיה משולבת. רוברט ניוס בשנת 1959 הוא המציא מעגל משולב (להלן IC או MS).

חשוב:

אינטל - תרמה תרומה אדירה לפיתוח מיקרו-בקרים. המייסדים: רוברט נויס, גורדון מור ואנדרו גרוב. הוא נוסד בשנת 1968.

עד פרק זמן מסוים, החברה ייצרה מכשירי זיכרון. הראשון היה MS 3101 - 64 סיביות, שוטקי - RAM סטטי דו קוטבי.

הבא היה המצאת ה- "4004" - מעבד מיקרו עם טרנזיסטורים של 2300 p / p בהרכבו, לא ביצועים גרועים יותר מ- ENIAC, אך קטן מכף היד. כלומר גודל המיקרו-מעבד 4004 היה סדר גודל גדול יותר.

אדריכלות, תכנות, יישום פיזי

האדריכל של המעבד הראשון הפך - טד הוףמערכות פיקוד - סטן מזור. פדריקו פגין - עיצב את הקריסטל. אך בתחילה, אינטל לא הייתה בעלת כל הזכויות על השבב הזה, ואחרי ששילמה 60,000 דולר לבוסיקום, קיבלה זכויות מלאות. עד מהרה, האחרון פשט את הרגל.

כדי לפופולרי ולהציג טכנולוגיות חדשות, ניהלה אינטל הן קמפיין פרסומי והן קמפיין חינוכי.

לאחר מכן, יצרני אלקטרוניקה אחרים הודיעו על יצירת מכשירים כאלה.

זה מעניין:

4004 - שבב 4-סיביות, p-MOS.

השלב הבא היה שחרורו של מעבד 8008 בשנת 1972. בניגוד לדגם הקודם, הוא דומה יותר לדגמים מודרניים. 8008 - 8 סיביות, יש סוללה, 6 אוגרים למטרות כלליות, מצביע ערימה, 8 אוגרי כתובות, פקודות קלט / פלט.

אירוע:

ובשנת 1973 הומצאה תצורת המיקרו-מעבד המוצלחת ביותר, שהיא עדיין קלאסית - זהו "8080" של 8 סיביות.

כחצי שנה לאחר מכן הייתה לאינטל מתחרה רצינית - מוטורולה עם מעבד 6800, טכנולוגיית n-MOS, מבנה בן שלושה אוטובוסים עם אוטובוס כתובת 16 סיביות. מערכת הפרעות חזקה יותר, היא זקוקה למתח מספיק בכדי לספק אותה, ולא לשלושה, כמו "8080".בנוסף הקבוצות היו פשוטות וקצרות יותר.

עד היום, העימות בין משפחות המעבדים המיקרו של יצרנים אלה נותר.

האיצו את המהירות והרחיבו את יכולותיהם של מעבדי המיקרו את הצגת המעבדים המיקרו-סיביים. הראשון שבהם היה 8086 של אינטל. זה שימש ב- IBM ליצירת המחשבים האישיים הראשונים.

מעבד "68000" - תגובה של 16 סיביות ממוטורולה, המשמשת במחשבי ATARI ו- Apple

מחשבים אישיים הפכו פופולריים בקרב קהל רחב ספקטרום ZX. הם התקנו מעבדים "Z80", מ- Sinclair Research Ltd. אחת הסיבות העיקריות לפופולריות שלו היא שאינכם צריכים לקנות צג, מכיוון שהספקטרום, כמו קונסולות מודרניות, היה מחובר לטלוויזיה, ומקליט הקלטה רגיל כמכשיר להקלטה ואחסון של תוכניות ונתונים.

בקרי מיקרו

מחשבי מיקרו הם הצעד העיקרי ביישום המוני של אוטומציה ממוחשבת בתחום השליטה. מכיוון שהמשימה העיקרית באוטומציה היא שליטה ורגולציה של פרמטרים, המונח "בקר" התבסס היטב בסביבה זו.

לאחר הפרסטרויקה החל יבוא פעיל של טכנולוגיות מחשבים, והשם "מיקרו-מחשבים עם שבב יחיד" הוחלף על ידי המילה "בקר מיקרו" (לפרטים נוספים על אופן הבדל של המיקרו ממעבד המיקרו, ראה כאן - מטרה וסידור של מיקרו-בקרים).

והפטנט הראשון בברית המועצות למיקרו-מחשבים עם שבב יחיד הונפק בשנת 1971 ל- M. Kochren ו- G. Boone, מטקסס אינסטרומנטס. מאז, בנוסף למעבד, הונחו סיליקון והתקנים נוספים על גבי גביש הסיליקון.

סוף שנות השבעים הוא גל תחרות חדש בין אינטל למוטורולה. הסיבה לכך הייתה שתי מצגות, כלומר ב- 76 אינטל פרסמה את ה- i8048, ואת מוטורולה, רק 78 - ה- mc6801, שתואם את המיקרו-מעבד הקודם mc6800.

אחרי 4 שנים, עד 80, אינטל משחררת פופולריות ודוממות ח"כ i8051. זו הייתה לידתה של משפחה ענקית שחיה עד היום. היצרנים המובילים בעולם מייצרים בקרי מיקרו ששונו מאוד בארכיטקטורה זו עבור מגוון רחב של משימות.

לתקופתה היו לו 128,000 טרנזיסטורים בלתי נתפסים. זה היה פי ארבעה מהכמות במעבד i8086.

בשנת 2017 ובעשור האחרון, הסוגים הבאים של מיקרו-בקרים נפוצים ביותר:

• בקרי מיקרו-פיקסל 8 סיביות מטכנולוגיית Microchip ו- AVR מאתמל;

• 16-bit TI MSP430;

• בקרי מיקרו-ביט 32 סיביות, ארכיטקטורת ARM. זה נמכר על ידי מפתחים לחברות שונות, שעל בסיסם מיוצרים הרבה מוצרים שונים.

בברית המועצות הטכנולוגיה לא עמדה בשקט. מדענים לא רק העתיקו את ההתפתחויות הזרות המוצלחות והמעניינות ביותר, אלא גם עסקו בפיתוח פרויקטים ייחודיים. כך, עד 1979, ה- K1801BE1 פותח במכון המחקר של TT, מיקרו-ארכיטקטורה זו נקראה "אלקטרוניקה של ה- SC" והיו בה 16 סיביות.

ראה גם: סוגים וסידור מבקרי מיקרו AVR

הבדלי מיקרו-בקר

ניתן לחלק את בקרי המיקרו לפי הקריטריונים הבאים:

• קיבולת;

• מערכת פיקוד;

• ארכיטקטורת זיכרון.

עומק סיביות הוא אורך של מילה אחת שמעובדת על ידי הבקר או המעבד, ככל שהיא גדולה יותר, כך בקר המיקרו יכול לעבד כמויות גדולות של נתונים, אך גישה זו אינה תמיד נכונה, דרישות אינדיבידואליות מוצעות עבור כל משימה, הן במהירות והן בשיטת העיבוד, למשל, השימוש במעבד מיקרו-מעבד ARM 32 סיביות לעבודה במכשירים פשוטים הפועלים עם 8 מילות ביט עשוי לא להיות מוצדק הן על ידי הנוחות של כתיבת תוכנית ועיבוד מידע והן על ידי העלות עצמה.

עם זאת, על פי הסטטיסטיקה לשנת 2017, העלות של בקרים כאלה מופחתת באופן פעיל, ואם זה ימשיך להימשך, זה יהיה זול יותר מבקרי ה- PIC הפשוטים ביותר, אם יש מערך פונקציות גדול בהרבה. רק דבר אחד לא ברור - זה מהלך שיווקי והקפאת מחירים, או התקדמות טכנולוגית אמיתית.

החלוקה מתרחשת ב:

• 8 סיביות

• 16 סיביות

• 32 סיביות

• 64 סיביות

חלוקה לפי סוג מערכת פיקוד:

• אדריכלות RISC, או מערכת פקודה מקוצרת. הוא ממוקד בביצוע מהיר של פקודות בסיסיות ב -1, פחות פעמים בשני מחזורי מכונות, ויש לו גם מספר גדול של אוגרים אוניברסליים, ודרך ארוכה יותר לגישה לזיכרון קבוע. אדריכלי למערכות UNIX;

• ארכיטקטורת CISC, או מערכת הוראות מלאה, עבודה ישירה עם זיכרון, מספר גדול יותר של הוראות, מספר קטן של רישומים (מכוונים לעבודה עם זיכרון), משך ההוראות בין 1 ל -4 מחזורי מכונה הם אופייניים. דוגמה לכך היא מעבדי אינטל.

חלוקה לפי סוג זיכרון:

• אדריכלות פון נוימן - התכונה העיקרית היא אזור הזיכרון הנפוץ לפקודות ונתונים, כאשר עובדים עם ארכיטקטורה כזו כתוצאה משגיאת מתכנת, ניתן לכתוב נתונים לאזור זיכרון התוכנית וביצוע נוסף של התוכנית יהפוך לבלתי אפשרי. לא ניתן לבצע העברת נתונים ושליפת פקודות בו זמנית מאותן סיבות. עוצב בשנת 1945.

• אדריכלות הרווארד - זיכרון נתונים נפרד וזיכרון תוכנה, המשמשים בראשון במחשבים משפחתיים של מארק. עוצב בשנת 1944.

מסקנות

כתוצאה מהצגת מערכות מיקרו-מעבד, גודל המכשירים פחת והגדילה הפונקציונליות. בחירת הארכיטקטורה, עומק הסיביות, מערכת הפקודה, מבנה הזיכרון - משפיעה על העלות הסופית של המכשיר, מכיוון שעם ייצור יחיד ההבדל במחיר אולי לא משמעותי, אך עם שכפול זה יכול להיות יותר ממוחשי.

ספר אלקטרוני -מדריך למתחילים לבקרי מיקרו AVR

הוראות שלב אחר שלב בתכנות ויצירת התקנים במערכות מיקרו AVR

עבור מהנדסי אלקטרוניקה המתמחים בתכנון מכשירי מיקרו-בקר, המונח "התחלה מהירה"". זה מתייחס למקרה כאשר יש צורך לבצע בדיקה תוך זמן קצר בקר מיקרו ולגרום לו לבצע את המשימות הפשוטות ביותר.

המטרה היא לשלוט בטכנולוגיית התכנות ולקבל תוצאה קונקרטית במהירות מבלי להיכנס לפרטים. מצגת, כישורים ויכולות מלאים יופיעו בהמשך התהליך.

כדי ללמוד כיצד לעבוד עם בקרי מיקרו במצב "התחלה מהירה", ללמוד כיצד לתכנת אותם וליצור מכשירים אלקטרוניים חכמים ומועילים שונים ניתן לעשות זאת בקלות באמצעות קורסי וידאו להכשרה בהם כל הנקודות העיקריות מונחות על המדפים.

המתודולוגיה לבחינה מהירה של עקרונות העבודה עם בקרי מיקרו מבוססת על העובדה שמספיק לשלוט במעגל המיקרו הבסיסי כדי ליצור בבטחה תוכניות לזנים אחרים שלה. בזכות זה הניסויים הראשונים בתכנות בקרי מיקרו עוברים ללא קושי רב. לאחר השגת ידע בסיסי, תוכלו להתחיל לפתח עיצובים משלכם.

כרגע, למקסים סליבנוב 4 קורסים ליצירת מכשירים במיקרו-בקרים, הבנויים על העיקרון מהפשוט למורכב.

1. תכנות מיקרו-בקר למתחילים

הקורס מיועד למי שכבר מכיר את יסודות האלקטרוניקה והתכנות, המכיר את הרכיבים האלקטרוניים הבסיסיים, מרכיב מעגלים פשוטים, יודע להחזיק ברזל הלחץ ורוצה להגיע לרמה חדשה לגמרי, אך לדחות כל העת את המעבר הזה בגלל קשיים בשליטה על חומר חדש.

הקורס מתאים גם למי שעשה רק לאחרונה את ניסיונותיו הראשונים ללמוד תכנות מיקרו-בקר, אך מוכן לוותר על הכל מהעובדה ששום דבר לא עובד או עובד בשבילו, אך לא כפי שהוא צריך (הוא יודע ?!).

הקורס יועיל לאלה שכבר אוספים מעגלים פשוטים (או אולי לא כך) במיקרו-בקרים, אך הם מבינים בצורה לא טובה במהות אופן הפעולה של בקר-המיקרו וכיצד הוא מתקשר עם מכשירים חיצוניים.

2. תכנות בקרי מיקרו בשפה ג

הקורס מוקדש להוראת תכנות מיקרו-בקרים בשפת C. מאפיין ייחודי של הקורס הוא לימוד שפות ברמה עמוקה מאוד. ההדרכה מתקיימת בדוגמה של בקרי מיקרו AVR.אבל, באופן עקרוני, זה מתאים למי שמשתמש בקרי מיקרו אחרים.

הקורס מיועד למאזין מיומן. כלומר, הקורס אינו מכסה את היסודות הבסיסיים של מדעי המחשב ואלקטרוניקה ובקרי מיקרו. אך כדי להשתלט על הקורס תידרש ידע מינימלי בתכנות בקרי מיקרו AVR בכל שפה. ידע בתחום האלקטרוניקה רצוי, אך אינו נדרש.

הקורס אידיאלי למי שרק התחיל ללמוד בקרי מיקרו AVR בשפת C ורוצה להעמיק את הידע שלהם. מתאים היטב למי שיודע לתכנת בקרי מיקרו בשפות אחרות. ומתאים גם לתכנתים רגילים שרוצים להעמיק את הידע שלהם בשפת ה- C.

3. יצירת מכשירים במיקרו-בקרים בשפה ג

קורס זה מיועד לאלו שלא רוצים להגביל את התפתחותם לדוגמאות פשוטות או מוכנות. הקורס מושלם למי שצריך ליצור מכשירים מעניינים מתוך הבנה מלאה כיצד הוא עובד. הקורס מתאים היטב למי שכבר מכיר בקרי מיקרו בתכנות ב- C ולאלה שמתכנתים אותם כבר זמן רב.

חומר הקורס מתמקד בעיקר בתרגול השימוש. הנושאים הבאים נחשבים: זיהוי תדרים רדיו, שכפול קול, החלפת נתונים אלחוטית, עבודה עם תצוגות TFT צבעוניות, מסך מגע, עבודה עם מערכת הקבצים של כרטיס ה- FAT SD.

הצגת תכנות NEXTION

צגי NEXTION הם צגים הניתנים לתכנות עם מסך מגע ו- UART ליצירת מגוון ממשקים על המסך. לצורך תכנות משתמשים בסביבת פיתוח נוחה ופשוטה מאוד, המאפשרת ליצור ממשקים אפילו מורכבים מאוד לאלקטרוניקה שונות בכמה ערבים בלבד! וכל הפקודות מועברות דרך ממשק UART למיקרו-בקר או למחשב. חומר הקורס מורכב מהפשוט למורכב.

קורס זה מיועד למי שיש לו לפחות ניסיון מעט בתכנות בקרי מיקרו או ארדואינו. הקורס מושלם למי שכבר ניסה ללמוד תצוגותהמשך. תלמדו הרבה מידע חדש מהקורס, גם אם אתם חושבים שלמדתם היטב את התצוגה!