Contenido de referencia de MCU
Las referencias son referencias en el proceso de redacción de artículos u trabajos. Los siguientes son los materiales de referencia sobre microcontroladores que recopilé para usted. ¡Espero que le sean útiles!
La microcomputadora de un solo chip, también conocida como microcontrolador de un solo chip, no completa una determinada función lógica en un chip, sino que integra un sistema informático en un solo chip.
Referencias del MCU
[1] Chen. Editor en jefe Liu. Principios y aplicaciones del microcontrolador. Beijing: Instituto de Prensa Tecnológica de Beijing, 2007.
[2]Shen Meiming. Editor: Wen Dongchan. Programación en lenguaje ensamblador de PC. Beijing: Prensa de la Universidad de Tsinghua, 1994.
[3] Zhang et al. Manual de referencia rápida sobre tecnologías de hardware y software de microcomputadoras de uso común Beijing: Beijing Hope Computer Company, 1994.
Jiang et al. Principios y aplicaciones del control informático. Xi'an: Prensa de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de Xi'an, 1999.
Historia del desarrollo
El microcontrolador nació en 1971 y ha pasado por tres etapas: SCM, MCU y SoC. Los primeros microcontroladores SCM eran todos de 8 o 4 bits. El más exitoso es el 8051 de INTEL, y luego se desarrolló el sistema MCU de la serie MCS51 en 8051. Los sistemas de microcontroladores basados en este sistema todavía se utilizan ampliamente en la actualidad. A medida que aumentaron los requisitos en el campo del control industrial, surgieron microcontroladores de 16 bits, pero debido a su rendimiento de costos insatisfactorio, no se utilizaron ampliamente. Con el gran desarrollo de los productos electrónicos de consumo después de la década de 1990, la tecnología de los microcontroladores ha mejorado enormemente. Con la aplicación generalizada de la serie INTEL i960, especialmente la serie ARM posterior, los microcontroladores de 32 bits reemplazaron rápidamente el estado de gama alta de los microcontroladores de 16 bits y entraron en el mercado principal.
El rendimiento de los microcontroladores tradicionales de 8 bits también ha mejorado rápidamente, con capacidades de procesamiento aumentadas cientos de veces en comparación con la década de 1980. La frecuencia principal de los microcontroladores Soc de 32 bits de alta gama ha superado los 300 MHz. su rendimiento está alcanzando el de los microcontroladores dedicados del procesador de mediados de los años 1990, mientras que el precio de fábrica de los modelos ordinarios ha bajado a 1 dólar, y el modelo de gama más alta cuesta sólo 10 dólares.
Los sistemas de microcontroladores contemporáneos ya no se desarrollan y utilizan únicamente en entornos básicos. Un gran número de sistemas operativos integrados dedicados se utilizan ampliamente en todas las series de microcontroladores. En los microcontroladores de alta gama utilizados como procesamiento central en computadoras de mano y teléfonos móviles, incluso se pueden usar directamente sistemas operativos dedicados Windows y Linux.
Etapa principal
Primeros días
MCU es la etapa del microcontrolador, que busca principalmente la mejor arquitectura del sistema integrado de un solo chip. El éxito del "modelo de innovación" ha abierto un camino de desarrollo completamente diferente para los microcontroladores y los ordenadores de uso general. Intel ha hecho grandes contribuciones al desarrollo independiente de sistemas integrados.
Desarrollo a mediano plazo
MCU es la etapa de la unidad de microcontrolador. Su principal dirección de desarrollo técnico es expandir varios circuitos periféricos y circuitos de interfaz que cumplan con los requisitos de las aplicaciones integradas y resalten sus características. capacidad de control de la inteligencia. Todos los campos que involucra están relacionados con sistemas de objetos, por lo que la tarea de desarrollar MCU recae inevitablemente en los fabricantes de tecnología eléctrica y electrónica. Desde este punto de vista, la desaparición gradual de Intel del MCU también tiene sus factores objetivos. En el desarrollo de MCU, el fabricante más famoso es Philips.
Philips confía en sus enormes ventajas en aplicaciones integradas para desarrollar rápidamente MCS-51 desde una computadora de un solo chip hasta un microcontrolador. Por lo tanto, cuando revisamos el camino de desarrollo de los sistemas integrados, no olvidemos los logros históricos de Intel y Philips.
Tendencias contemporáneas
Un factor importante en el desarrollo independiente de los sistemas integrados SoC (sistemas en un chip) hasta la etapa MCU es buscar soluciones máximas para los sistemas de aplicaciones en chip. Por lo tanto, el desarrollo de microcontroladores dedicados forma naturalmente la tendencia de SoC. Con el desarrollo de la tecnología microelectrónica, el diseño de circuitos integrados y las herramientas EDA, el diseño de sistemas de aplicaciones de microcontroladores basados en SoC tendrá un gran desarrollo. Por lo tanto, la comprensión de los microcontroladores se puede ampliar desde los microcontroladores y los microcontroladores hasta los sistemas de aplicación de microcontroladores.
Desarrollo temprano
En 1971, Intel desarrolló el primer microprocesador de 4 bits del mundo; Hoff de Intel desarrolló con éxito el primer chip de microprocesador de 4 bits del mundo. Intel 4004 marcó el advenimiento de la primera generación. de los microprocesadores y el inicio de la era de los microprocesadores y las microcomputadoras. Por su invención del microprocesador, Hof fue catalogado como uno de los "siete científicos más influyentes desde la Segunda Guerra Mundial" por la revista The Economist.
En noviembre de 1971, Intel lanzó el sistema de microcomputadora MCS-4 (que incluye un chip ROM 4001, un chip RAM 4002, un chip de registro de desplazamiento 4003 y un microprocesador 4004), de los cuales 4004 (como se muestra a continuación) contienen 2300 transistores. La especificación de tamaño es 3.
En abril de 1972, Hoff y otros desarrollaron el primer microprocesador Intel 8008 de 8 bits. Debido a que el 8008 utiliza un microprocesador MOS de canal P, sigue siendo un microprocesador de primera generación.
En 1973 Intel desarrolló el microprocesador 8080 de 8 bits; en agosto de 1973, Hough y otros desarrollaron el microprocesador Intel 8080 de 8 bits, utilizando circuitos MOS de canal N en lugar de canal P, el segundo. Nació el microprocesador de nueva generación.
El chip 8080, con una frecuencia de 2 MHz, es 10 veces más rápido que el 8008 y puede acceder a 64 KB de memoria. Utiliza 6.000 transistores basados en tecnología de 6 micras y tiene una velocidad de procesamiento de 0,64 MIPS (millones de instrucciones por segundo).
En abril de 1975, MITS lanzó el primer Altair 8800 de uso general, con un precio de 375 dólares y con 1 KB de memoria. Esta fue la primera microcomputadora del mundo.
En 1976, Intel desarrolló la serie MCS-48 de microcontroladores de 8 bits, que también supuso el nacimiento del microcontrolador.
El microprocesador Z80 desarrollado por Zilog Company en 1976 es ampliamente utilizado en microcomputadoras y equipos de control automático industrial. En ese momento, Zilog, Motorola e Intel eran los tres pilares del campo de los microprocesadores.
A principios de la década de 1980, Intel lanzó la serie MCS-51 de microcontroladores de gama alta de 8 bits basados en la serie de microcontroladores MCS-48. La serie de microcontroladores MCS-51 se ha mejorado enormemente en términos de capacidad de RAM en el chip, funciones de puertos de E/S y expansión del sistema.
Contenido ampliado
Una breve discusión sobre los microcontroladores de automatización eléctrica
Resumen
Los cursos anteriores sobre microcontroladores centrados en el profesor eran demasiado completos y los estudiantes Estaban luchando por aprender, no podía aceptar muchos puntos de conocimiento en el proceso. Mediante la combinación de la reforma modular y basada en proyectos de este curso, el contenido y los recursos didácticos se organizan razonablemente, se reduce el umbral de entrada para principiantes y se guía a los estudiantes para que estén orientados a sus intereses, lo que mejora en gran medida la disposición de los estudiantes para adquirir activamente conocimiento y mejora significativamente la calidad del efecto de enseñanza de este curso.
Enseñanza modular; impulsada por proyectos; reforma educativa
El curso "Tecnología de microcomputadoras de un solo chip" es un curso obligatorio para estudiantes de informática electrónica en universidades de pregrado. Este curso es un curso integral profesional orientado a aplicaciones basado en tecnología electrónica, lenguajes de programación y conocimientos de teoría de la computación. Según las características anteriores, a menudo es difícil para los principiantes comprender correctamente los conocimientos teóricos de los microcontroladores, lo que provoca dificultades de aprendizaje para los principiantes. Pero después de años de experiencia docente, este tipo de curso es muy aplicable y práctico. La enseñanza basada en proyectos puede promover el interés de los estudiantes en el aprendizaje, y el diseño de enseñanza modular puede reducir el umbral de entrada para los principiantes. La combinación de los dos métodos de enseñanza mejoró significativamente el efecto didáctico del curso.
1. Método de enseñanza basado en proyectos de MCU
En el pasado, el modelo de enseñanza de MCU estaba centrado en el docente, y los profesores enseñaban principios teóricos y puntos de conocimiento paso a paso en clase de acuerdo con ello. a los libros de texto o al programa de estudios; la enseñanza en el aula es el centro y el aprendizaje de los estudiantes es pasivo. Debido a un conocimiento integral y teorías profundas, los estudiantes a menudo tienen poco interés en aprender, falta de oportunidades prácticas y el efecto de la enseñanza es generalmente insatisfactorio. El método de enseñanza impulsado por proyectos toma a los estudiantes como el cuerpo principal, a los docentes como líderes, toma la aplicación práctica como objetivo fundamental, construye un sistema de contenido de enseñanza en torno a proyectos específicos y completa las actividades docentes de un proyecto específico mediante la participación conjunta de los docentes. y estudiantes.
La atención se centra no en el resultado final, sino en el proceso de finalización del proyecto. Durante el proceso de enseñanza e implementación del proyecto, los estudiantes aprenden a pedido y practican de forma independiente. Durante la práctica del proyecto, los estudiantes comprenden conocimientos, dominan habilidades, aprenden a participar en actividades de práctica creativa participativa y desarrollan la capacidad de analizar y resolver problemas. La introducción del método de enseñanza del proyecto de microcontrolador rompe la organización de la enseñanza original. Los pasos de desarrollo del proyecto se utilizan como contenido de enseñanza y el contenido del curso se divide en pequeños proyectos, desde la introducción del proyecto hasta el análisis del proyecto, la descomposición de la tarea y luego. la explicación de los puntos de conocimiento y la aplicación de los puntos de conocimiento finales, intercale los puntos de conocimiento del microcontrolador en el plan de enseñanza original en el proceso de desarrollo del proyecto específico. Esto incluye una serie de actividades docentes, desde la construcción de plataformas blandas y duras hasta el desarrollo y finalización de proyectos, lo que permite a los estudiantes pasar del aprendizaje pasivo al aprendizaje activo. De acuerdo con este método, convertimos el contenido del conocimiento del sistema de enseñanza anterior en varios proyectos de ingeniería, y luego desarrollamos las tareas de estos proyectos de ingeniería y enseñamos al mismo tiempo, para que los estudiantes puedan realizar trabajos docentes con objetivos laborales específicos. Es propicio para estimular el entusiasmo de los estudiantes por el aprendizaje y la capacidad de innovación, y movilizar el entusiasmo de los estudiantes por el aprendizaje. Durante todo este proceso, los estudiantes pueden comprender bien los requisitos de conocimiento del curso. En el proceso de experimentar la exploración innovadora, también cultivan su capacidad para analizar y resolver problemas y su espíritu de trabajo en equipo.
2. Método de enseñanza del microcontrolador modular.
Cualquier sistema complejo está compuesto por circuitos de módulos funcionales con funciones básicas completas. Lo mismo ocurre con los sistemas de aplicaciones de microcontroladores, que generalmente constan de un sistema de CPU, un sistema de interrupción, un puerto de E/S, etc. Al mismo tiempo, cualquier sistema de circuito complejo se puede descomponer en múltiples circuitos modulares con una sola función. Siguiendo esta idea, también podemos comenzar con el circuito del módulo funcional del sistema microcontrolador. De acuerdo con las reglas cognitivas y los métodos de aprendizaje de los principios generales de los microcontroladores de los estudiantes, dividimos los módulos de enseñanza de microcontroladores en varias partes, cada parte tiene su propio módulo dedicado [3]. Como la parte de función del programa y la parte de hardware; en la parte de diseño del circuito de hardware, se lleva a cabo un diseño modular y cada módulo funcional del microcontrolador aparece en forma de un diagrama esquemático independiente. Dividimos el hardware del microcontrolador en módulo de teclado, módulo de visualización de tubo digital, módulo de control de sensor, módulo de conversión analógico a digital, módulo de visualización y módulo de comunicación según las funciones, como se muestra en la Figura 1. Cada módulo se conecta a la placa base del sistema a través de un conector reservado en la placa de pruebas y luego se ensambla en el sistema requerido mediante cables. Durante el proceso de enseñanza, es necesario recopilar continuamente varios circuitos de módulos de funciones de hardware, comprender sus principios de funcionamiento, características de rendimiento, funciones específicas y métodos de uso, descomponer el sistema en partes y establecer su propia biblioteca de módulos de hardware. Guíe a los estudiantes para que aprendan a recopilar y analizar circuitos de módulos funcionales en casos de diseño, artículos y libros relacionados de otras personas, y a enriquecer continuamente su propia biblioteca de circuitos de módulos funcionales. Con el tiempo, los estudiantes sentirán que su capacidad para diseñar sistemas de microcontroladores es cada vez más fuerte. Finalmente, en el proceso de descomposición de módulos, las funciones de cada módulo deben ser lo más específicas posible y las conexiones deben ser lo más simples posible para independizar los módulos y facilitar la enseñanza de los módulos reales.
3. Resumen
Las universidades universitarias de reciente creación están orientadas a la enseñanza orientada a la aplicación y tienen como objetivo cultivar talentos innovadores aplicados. Sobre esta base, las ideas de reforma docente de la "Tecnología de microcomputadoras de un solo chip" con la enseñanza impulsada por proyectos y la enseñanza modular como línea principal y la aplicación práctica como objetivo pueden permitir a los estudiantes progresar paso a paso en el proceso de modularización de proyectos. Este método de enseñanza rompe con el aburrido modo de predicación y permite a los estudiantes participar en el aprendizaje en un estado relajado en el entorno de trabajo de proyectos de diseño específicos. Se han mejorado significativamente la capacidad de pensamiento, la capacidad práctica, la capacidad de aprendizaje y la capacidad de trabajo en equipo. Los diversos módulos de sistemas de circuitos acumulados en el proceso de aprendizaje modular también promueven la construcción de una importante biblioteca de módulos para que los estudiantes practiquen la innovación científica y tecnológica y participen en la capacitación en innovación y emprendimiento de los estudiantes universitarios, estimulando la iniciativa y el sentido de logro de los estudiantes. El educador cultural francés Spange dijo una vez: El propósito último de la educación no es enseñar lo que ya existe, sino inducir la creatividad de las personas. La reforma docente de este curso avanza en esta dirección.
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