Giới thiệu về vi điều khiển cho người mới bắt đầu - lịch sử sáng tạo, các loại chính và sự khác biệt

Nội dung:

• Lịch sử phát triển của vi điều khiển

• Các loại vi điều khiển

• Sự khác biệt của vi điều khiển

• Đào tạo lập trình và tạo thiết bị trên vi điều khiển

Thông tin chung về thiết bị của vi điều khiển và ngày chính

Vi điều khiển là một phần không thể thiếu trong cuộc sống của một người hiện đại. Chúng được sử dụng từ đồ chơi trẻ em để xử lý các hệ thống kiểm soát. Nhờ sử dụng vi điều khiển, các kỹ sư quản lý để đạt được tốc độ sản xuất và chất lượng sản phẩm lớn hơn trong hầu hết các lĩnh vực sản xuất.

Tài liệu này là tổng quan về các ngày quan trọng trong lịch sử của vi điều khiển. Đây không phải là một hướng dẫn kỹ thuật, nhiều điểm tinh tế và điểm bị thiếu.

Điều kiện tiên quyết cho sự xuất hiện của hệ thống vi xử lý và vi điều khiển

Để hiểu lý do cho sự xuất hiện và phát triển của công nghệ vi xử lý, hãy xem các đặc điểm và tính năng của các máy tính đầu tiên. ENIAC - máy tính đầu tiên, 1946. Trọng lượng - 30 tấn, chiếm toàn bộ phòng hoặc 85 mét khối trong không gian. Tản nhiệt lớn, tiêu thụ điện năng, trục trặc liên tục do các đầu nối đèn điện tử. Ôxít dẫn đến sự biến mất của các tiếp điểm và đèn bị mất liên lạc với bảng. Yêu cầu bảo trì liên tục.

Công nghệ máy tính được phát triển và đến cuối thập niên 60, có khoảng 30 nghìn người trên thế giới, bao gồm cả máy tính phổ thông và máy tính mini. Những cái nhỏ thời đó là kích thước của một cái tủ quần áo.

Nhân tiện, vào năm 1969, nguyên mẫu của Internet - ARPANET (Mạng lưới Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Tiếng Anh) đã được phát minh.

Song song, các công nghệ bán dẫn được phát triển - vào năm 1907, hoạt động trên các máy dò và phát quang của chất bán dẫn. Trong những năm 1940, điốt và bóng bán dẫn. Tất cả điều này dẫn đến sự ra đời của công nghệ tích hợp. Robert Neuss Năm 1959, ông đã phát minh ra một mạch tích hợp (sau đây gọi là IC hoặc MS).

Quan trọng:

Intel - đã đóng góp rất lớn cho sự phát triển của vi điều khiển. Những người sáng lập: Robert Noyce, Gordon Moore và Andrew Grove. Nó được thành lập vào năm 1968.

Cho đến một thời điểm nhất định, công ty sản xuất các thiết bị bộ nhớ. Đầu tiên là MS dương 3101, - 64 bit, Schottky - RAM tĩnh lưỡng cực.

Tiếp theo là phát minh ra "4004" - một bộ vi xử lý với các bóng bán dẫn 2300 p / p trong thành phần của nó, về hiệu suất không thua kém ENIAC, nhưng nhỏ hơn một cây cọ. Tức là kích thước của bộ vi xử lý thứ 4004 nhỏ hơn nhiều bậc.

Kiến trúc, lập trình, thực hiện vật lý

Kiến trúc sư của bộ vi xử lý đầu tiên đã trở thành - Ted hoffhệ thống chỉ huy - Stan mazor. Federico Fagin - thiết kế pha lê. Nhưng ban đầu, Intel không sở hữu tất cả các quyền đối với con chip này và đã trả 60.000 đô la cho Busicom, có toàn quyền. Chẳng mấy chốc, sau này đã phá sản.

Để phổ biến và giới thiệu các công nghệ mới, Intel đã tiến hành cả một chiến dịch quảng cáo và giáo dục.

Sau đó, các nhà sản xuất điện tử khác đã công bố việc tạo ra các thiết bị như vậy.

Điều này thật thú vị:

4004 - chip 4-bit, p-MOS.

Bước tiếp theo là phát hành bộ xử lý 8008 vào năm 1972. Không giống như các mô hình trước đó, nó giống như các mô hình hiện đại. 8008 - 8 bit, có pin, 6 thanh ghi mục đích chung, con trỏ ngăn xếp, 8 thanh ghi địa chỉ, lệnh I / O.

Sự kiện:

Và vào năm 1973, cấu hình bộ vi xử lý thành công nhất đã được phát minh, vẫn còn cổ điển - đó là một phiên bản 880 bit 8080.

Sáu tháng sau, Intel có một đối thủ nặng ký - Motorola với bộ xử lý 6800, công nghệ n-MOS, cấu trúc ba bus với bus địa chỉ 16 bit. Một hệ thống ngắt mạnh hơn, nó cần đủ điện áp để cung cấp cho nó, chứ không phải ba, như "8080".Ngoài ra, các đội đơn giản hơn và ngắn hơn.

Cho đến hôm nay, cuộc đối đầu giữa các gia đình vi xử lý của các nhà sản xuất này vẫn còn.

Tăng tốc độ và mở rộng khả năng của bộ vi xử lý khi giới thiệu bộ vi xử lý 16 bit. Đầu tiên trong số này là 8086 của Intel. Nó được sử dụng tại IBM để tạo ra các máy tính cá nhân đầu tiên.

Bộ xử lý của 68 68 - Bộ phản hồi 16 bit của Motorola, được sử dụng trên máy tính ATARI và Apple

PC đã trở nên phổ biến cho nhiều đối tượng Phổ ZX. Họ đã cài đặt bộ xử lý "Z80", từ Sinclair Research Ltd. Một trong những lý do chính cho sự phổ biến của nó là bạn không cần mua màn hình, bởi vì Spectrum, giống như các máy chơi game hiện đại, được kết nối với TV và máy ghi âm thông thường như một thiết bị để ghi và lưu trữ chương trình và dữ liệu.

Vi điều khiển

Máy vi tính là bước chính trong ứng dụng đại chúng của tự động hóa máy tính trong lĩnh vực điều khiển. Vì nhiệm vụ chính trong tự động hóa là điều khiển và điều chỉnh các tham số, nên thuật ngữ điều khiển của bộ điều khiển đã được thiết lập vững chắc trong môi trường này.

Sau perestroika, việc nhập khẩu tích cực công nghệ máy tính đã bắt đầu và cái tên máy vi tính chip đơn chip đã được thay thế bằng từ từ Vi điều khiển vi điều khiển (để biết thêm chi tiết về cách vi điều khiển khác với bộ vi xử lý, xem tại đây - Mục đích và sự sắp xếp của vi điều khiển).

Và bằng sáng chế đầu tiên tại Liên Xô cho máy vi tính đơn chip đã được cấp cho năm 1971 cho M. Kochren và G. Boone, từ Texas Cụ. Kể từ đó, ngoài bộ xử lý, silicon và các thiết bị bổ sung cũng được đặt trên tinh thể silicon.

Kết thúc những năm bảy mươi là một làn sóng cạnh tranh mới giữa Intel và Motorola. Lý do cho điều này là hai bài thuyết trình, cụ thể là trong 76 Intel đã phát hành i8048 và Motorola, chỉ có 78 - mc6801, tương thích với bộ vi xử lý mc6800 trước đó.

Sau 4 năm, đến năm 80, Intel phát hành phổ biến và vẫn MK i8051. Đó là sự ra đời của một gia đình lớn sống đến ngày nay. Các nhà sản xuất hàng đầu thế giới sản xuất các bộ vi điều khiển được sửa đổi cao trên kiến ​​trúc này cho một loạt các nhiệm vụ.

Vào thời điểm đó, nó có 128.000 bóng bán dẫn không thể tưởng tượng được. Con số này gấp bốn lần số tiền trong bộ xử lý i8086.

Trong năm 2017 và thập kỷ qua, các loại vi điều khiển sau đây là phổ biến nhất:

• Bộ vi điều khiển PIC 8 bit từ Công nghệ Microchip và AVR từ Atmel;

• TI MSP430 16 bit;

• Vi điều khiển 32 bit, kiến ​​trúc ARM. Nó được bán bởi các nhà phát triển cho các công ty khác nhau, trên cơ sở đó rất nhiều sản phẩm khác nhau được sản xuất.

Ở Liên Xô, công nghệ không đứng yên. Các nhà khoa học không chỉ sao chép những phát triển nước ngoài thành công và thú vị nhất, mà còn tham gia vào việc phát triển các dự án độc đáo. Do đó, đến năm 1979, K1801BE1 được phát triển tại Viện nghiên cứu TT, kiến ​​trúc vi mô này được gọi là "Điện tử của SC" và có 16 bit.

Xem thêm: Các loại và sự sắp xếp của vi điều khiển AVR

Sự khác biệt của vi điều khiển

Vi điều khiển có thể được chia theo các tiêu chí sau:

• Năng lực;

• Hệ thống chỉ huy;

• Kiến trúc bộ nhớ.

Độ sâu bit là độ dài của một từ được xử lý bởi bộ điều khiển hoặc bộ xử lý, càng lớn, vi điều khiển có thể xử lý lượng dữ liệu lớn càng nhanh, nhưng cách tiếp cận này không phải lúc nào cũng đúng, các yêu cầu riêng được đưa ra cho từng tác vụ, cả về tốc độ và phương thức xử lý, ví dụ, việc sử dụng bộ vi xử lý ARM 32 bit để hoạt động trong các thiết bị đơn giản hoạt động với các từ 8 bit có thể không được chứng minh bằng cả sự tiện lợi của việc viết chương trình và xử lý thông tin và chi phí.

Tuy nhiên, theo thống kê năm 2017, chi phí của các bộ điều khiển như vậy đang tích cực giảm và nếu tiếp tục như vậy, nó sẽ rẻ hơn các bộ điều khiển PIC đơn giản nhất, nếu có một bộ chức năng lớn hơn nhiều. Chỉ có một điều không rõ ràng - đây là một động thái tiếp thị và sự đánh giá thấp về giá cả, hoặc tiến bộ công nghệ thực sự.

Sự phân chia xảy ra tại:

• 8 bit

• 16-bit

• 32-bit

• 64-bit

Phân chia theo loại hệ thống chỉ huy:

• Kiến trúc RISChoặc viết tắt hệ thống lệnh. Nó tập trung vào việc thực hiện nhanh chóng các lệnh cơ bản trong 1, ít thường xuyên hơn 2 chu kỳ máy và cũng có một số lượng lớn các thanh ghi phổ quát, và cách dài hơn để truy cập bộ nhớ vĩnh viễn. Kiến trúc cho các hệ thống UNIX;

• Kiến trúc CISChoặc hệ thống hướng dẫn hoàn chỉnh, làm việc trực tiếp với bộ nhớ, số lượng lệnh lớn hơn, số lượng thanh ghi nhỏ (định hướng để làm việc với bộ nhớ), thời lượng của hướng dẫn từ 1 đến 4 chu kỳ máy là đặc trưng. Một ví dụ là bộ xử lý Intel.

Phân chia theo loại bộ nhớ:

• Kiến trúc Von Neumann - tính năng chính là vùng nhớ chung cho các lệnh và dữ liệu, khi làm việc với kiến ​​trúc như vậy do lỗi lập trình viên, dữ liệu có thể được ghi vào vùng nhớ chương trình và việc thực hiện chương trình tiếp theo sẽ trở nên không thể. Truyền dữ liệu và tìm nạp lệnh không thể được thực hiện đồng thời vì những lý do tương tự. Được thiết kế vào năm 1945.

• Kiến trúc Harvard - bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình riêng biệt, được sử dụng trong lần đầu tiên trên máy tính gia đình Mark. Được thiết kế vào năm 1944.

Kết luận

Do sự ra đời của các hệ thống vi xử lý, kích thước của các thiết bị giảm và chức năng tăng lên. Sự lựa chọn về kiến ​​trúc, độ sâu bit, hệ thống chỉ huy, cấu trúc bộ nhớ - ảnh hưởng đến chi phí cuối cùng của thiết bị, vì với một sản xuất duy nhất, sự khác biệt về giá có thể không đáng kể, nhưng với sự sao chép thì nó có thể rõ ràng hơn.

Sách điện tử -Hướng dẫn cho người mới bắt đầu với Vi điều khiển AVR

Hướng dẫn từng bước trong lập trình và tạo thiết bị trên vi điều khiển AVR

Đối với các kỹ sư điện tử chuyên thiết kế các thiết bị vi điều khiển, thuật ngữ "khởi động nhanh"". Nó đề cập đến trường hợp cần thiết để kiểm tra trong một thời gian ngắn vi điều khiển và làm cho anh ta thực hiện các nhiệm vụ đơn giản nhất.

Mục tiêu là làm chủ công nghệ lập trình và có được kết quả cụ thể một cách nhanh chóng mà không đi sâu vào chi tiết. Trình bày đầy đủ, kỹ năng và khả năng sẽ xuất hiện sau trong quá trình.

Để tìm hiểu cách làm việc với vi điều khiển ở chế độ "khởi động nhanh", để tìm hiểu cách lập trình chúng và tạo các thiết bị điện tử thông minh hữu ích khác nhau có thể dễ dàng thực hiện bằng cách sử dụng các khóa học video đào tạo trong đó tất cả các điểm chính được đặt trên kệ.

Phương pháp nghiên cứu nhanh các nguyên tắc làm việc với vi điều khiển dựa trên thực tế là nó đủ để làm chủ vi mạch cơ bản để sau đó tự tin biên dịch các chương trình cho các giống khác của nó. Nhờ vậy, các thí nghiệm đầu tiên về vi điều khiển lập trình vượt qua mà không gặp nhiều khó khăn. Có được kiến ​​thức cơ bản, bạn có thể bắt đầu phát triển các thiết kế của riêng mình.

Hiện tại, Maxim Selivanov có 4 khóa học về tạo thiết bị trên vi điều khiển, được xây dựng theo nguyên tắc từ đơn giản đến phức tạp.

1. Lập trình vi điều khiển cho người mới bắt đầu

Khóa học dành cho những người đã quen thuộc với các kiến ​​thức cơ bản về điện tử và lập trình, những người biết các linh kiện điện tử cơ bản, lắp ráp các mạch đơn giản, biết cách hàn sắt và muốn lên một cấp độ hoàn toàn mới, nhưng liên tục hoãn quá trình chuyển đổi này do khó khăn trong việc làm chủ vật liệu mới.

Khóa học cũng phù hợp với những người vừa mới thực hiện những nỗ lực đầu tiên để nghiên cứu lập trình vi điều khiển, nhưng sẵn sàng từ bỏ mọi thứ từ thực tế là không có gì hoạt động hoặc làm việc cho anh ta, nhưng không phải như anh ta cần (anh ta biết không ?!).

Khóa học sẽ hữu ích cho những người đã thu thập các mạch đơn giản (hoặc có thể không phải như vậy) trên các bộ vi điều khiển, nhưng hiểu biết kém về cách thức vi điều khiển hoạt động và cách nó tương tác với các thiết bị bên ngoài.

2. Lập trình vi điều khiển bằng ngôn ngữ C

Khóa học được dành riêng để giảng dạy lập trình vi điều khiển bằng ngôn ngữ C. Một tính năng đặc biệt của khóa học là nghiên cứu ngôn ngữ ở mức độ rất sâu sắc. Đào tạo diễn ra trên ví dụ về vi điều khiển AVR.Nhưng, về nguyên tắc, nó phù hợp cho những người sử dụng các vi điều khiển khác.

Khóa học được thiết kế cho một người nghe được đào tạo. Đó là, khóa học không bao gồm các nền tảng cơ bản của khoa học máy tính và điện tử và vi điều khiển. Nhưng, để thành thạo khóa học, bạn sẽ cần kiến ​​thức tối thiểu về lập trình vi điều khiển AVR bằng bất kỳ ngôn ngữ nào. Kiến thức điện tử là mong muốn, nhưng không bắt buộc.

Khóa học lý tưởng cho những người mới bắt đầu học lập trình vi điều khiển AVR bằng ngôn ngữ C và muốn đào sâu kiến ​​thức. Rất thích hợp cho những người biết cách lập trình vi điều khiển bằng các ngôn ngữ khác. Và cũng thích hợp cho các lập trình viên bình thường muốn đào sâu kiến ​​thức về ngôn ngữ C.

3. Tạo thiết bị trên vi điều khiển bằng ngôn ngữ C

Khóa học này dành cho những người không muốn giới hạn sự phát triển của họ trong các ví dụ đơn giản hoặc sẵn sàng. Khóa học hoàn hảo cho những người cần tạo ra các thiết bị thú vị với sự hiểu biết đầy đủ về cách họ làm việc. Khóa học rất phù hợp cho những người đã quen thuộc với lập trình vi điều khiển trong C và những người đã lập trình chúng trong một thời gian dài.

Tài liệu khóa học chủ yếu tập trung vào thực hành sử dụng. Các chủ đề sau đây được xem xét: nhận dạng tần số radio, tái tạo âm thanh, trao đổi dữ liệu không dây, hoạt động với màn hình màu LCD, màn hình cảm ứng, hoạt động với hệ thống tệp thẻ SD SD.

4. Chương trình TIẾP THEO

Màn hình NEXTION là màn hình lập trình được với màn hình cảm ứng và UART để tạo ra nhiều giao diện trên màn hình. Để lập trình, một môi trường phát triển rất thuận tiện và đơn giản được sử dụng, cho phép bạn tạo các giao diện thậm chí rất phức tạp cho các thiết bị điện tử khác nhau chỉ trong một vài buổi tối! Và tất cả các lệnh được truyền qua giao diện UART đến vi điều khiển hoặc máy tính. Tài liệu khóa học được biên soạn từ đơn giản đến phức tạp.

Khóa học này được thiết kế cho những người có ít nhất một chút kinh nghiệm về lập trình vi điều khiển hoặc arduino. Khóa học này là hoàn hảo cho những người đã cố gắng nghiên cứu màn hìnhNextion. Bạn sẽ học được rất nhiều thông tin mới từ khóa học, ngay cả khi bạn nghĩ rằng bạn đã nghiên cứu kỹ về màn hình!