Программирование микроконтроллеров начинающим

Термин программирование микроконтроллеров обозначает процесс записи (программирования) информации в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микроконтроллера. Помимо программирования микроконтроллеров, в практике встречается программирование микросхем  памяти и программирование логических матриц.  Как правило, программирование микроконтроллеров и микросхем памяти производится при помощи специальных устройств – программаторов. Хороший программатор позволяет не только программировать (записывать), но и считывать информацию, а в ряде случаев, производить и другие действия (стирание, защита от чтения, защита от программирования и т.п.).

Используя различные признаки, все многообразие устройств со встроенным ПЗУ можно систематизировать следующим образом:

1.  

По функциональному назначению

1.1.   Микросхемы памяти;

1.2.   Микроконтроллеры с внутренним ПЗУ;

1.3.   Микросхемы программируемой логики (программируемые матрицы).

2.  

По возможности программирования

2.1.   Однократно программируемые — устройства допускающие единственный цикл программирования;

2.2.   Многократно программируемые (перепрограммируемые) — устройства допускающие множество циклов программирования (перепрограммирования). 

3.  

По допустимым способам программирования

3.1.   Микросхемы, программируемые в программаторе. Для осуществления необходимой операции, подобные микрocхемы вставляются в специальную колодку программатора, обеспечивающую электрический контакт со всеми выводами микрocхемы. Для реализации выбранного режима, программатор формирует в соответствии со спецификацией производителя необходимые последовательности сигналов, которые через колодку подаются на определенные выводы программируемого микроконтроллера (микрocхемы).

3.2.   Микрocхeмы, поддерживающие режим внутрисхемного программирования (“ISP mode”), и программируемые непосредственно в плате пользователя.
Подобные микрocхeмы предполагают выполнение необходимой операции (программирование, стирание, чтение, верификация и т.п.) непосредственно в плате пользователя. Все действия по программированию производятся с помощью внешнего программатора, определенным образом подключенного к плате пользователя. При этом плата пользователя должна быть разработана с учетом специфических требований данного режима.

3.3.   Микросхемы, поддерживающие режим внутреннего самопрограммирования. Подобные микрocхeмы допускают выполнение необходимой операции (запись, стирание, чтение, верификация и т.п.) непосредственно в устройстве пользователя, без использования какого либо программатора. При этом устройство пользователя должно быть разработано с учетом специфических требований данного режима.

Программирование микроконтроллера подразумевает заполнение внутренней памяти микроконтроллера нужной информацией. В зависимости от типа программируемого микроконтроллера, внутренняя память микроконтроллера обладает своей структурой и организацией. В общем случае, внутренняя память микроконтроллера это: память данных, память программ, регистры специального назначения (fuse — биты) — содержимое которых определяет режимы работы микроконтроллера и/или его периферии. Таким образом: программирование микроконтроллера — это заполнение каждой области памяти своей специфической информацией.

Каждый программируемый микроконтроллер обладает своим индивидуальным набором допустимых режимов:
программирование (запись), чтение, стирание, защита от чтения, защита от программирования и т.п.

Некоторые программируемые микроконтроллеры не имеют отдельного режима «стирание». Для них стирание прежней информации в памяти происходит в теневом режиме, при каждом новом цикле программирования микроконтроллера; 

Некоторые программируемые микроконтроллеры поддерживают различные режимы ограничения доступа. Выбор режима ограничения доступа производится при программировании микроконтроллера. В зависимости от выбранного режима, либо все ПЗУ микроконтроллера, либо его определенные части могут быть:

1. — защищены от возможности записи/дозаписи;
2. — защищены от возможности считывания содержимого извне. При попытке считать информацию, защищенный микроконтроллер будет выдавать либо «мусор», либо «все 0», либо «все 1».

Говоря о программируемых устройствах, можно считать общепринятой следующую систему мнемонических обозначений:

1. PROM (Programmable Read-Only Memory) — программируемая пользователем энергонезависимая память (ПЗУ).
2. EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) — перепрограммируемое ПЗУ. Стирание содержимого производится при помощи ультрафиолетовых лучей, после облучения подобное ПЗУ готово к новому циклу записи информации (программированию). Устаревший тип памяти.
3. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) — электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ. Память такого типа может стираться и заполняться данными многократно, от несколько десятков тысяч раз до миллиона.
4. FLASH (Flash Memory) — одна из технологических разновидностей энергонезависимой перезаписываемой памяти.
5. NVRAM (Non-volatile memory) — «неразрушающаяся» память, представляющая собой ОЗУ со встроенным источником электропитания. По своей функциональности для пользователя – аналогична традиционному ПЗУ.
6. PLD (Programmable Logic Device) — Программируемая логическая интегральная схема. (ПЛИС).
7. MCU (Microcontroller Unit) – микроконтроллер.

Программирование микроконтроллеров

Классификация и выбор микроконтроллеров

Организация памяти микроконтроллера

Порты ввода-вывода

Таймеры-счетчики

Прерывания

Аналого-цифровой преобразователь

Интерфейсы связи

• Последовательный интерфейс SPI
• Универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик USART

---

---

Микропроцессором называется программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управление им. Микропроцессор реализуется в виде большой (БИС) или сверхбольшой (СБИС) интегральной микросхемы. Микропроцессор выполняет роль процессора в цифровых системах различного назначения.

Главной особенностью микропроцессора является возможность программирования логики работы.

Микроконтроллер (MCU) – микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, может содержать ОЗУ и ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи. Использование одной микросхемы, вместо целого набора, как в случае обычных процессоров, применяемых в персональных компьютерах, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость устройств, построенных на базе микроконтроллеров.

Микропроцессорная система (МПС) представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств, главным образом микропроцессорных: микропроцессора и/или микроконтроллера.

Микропроцессорное устройство (МПУ) представляет собой функционально и конструктивно законченное изделие, состоящее из нескольких микросхем, в состав которых входит микропроцессор; оно предназначено для выполнения определенного набора функций: получение, обработка, передача, преобразование информации и управление.

Основные преимущества микропроцессорных систем по сравнению с цифровыми системами на «жесткой логике».

• Многофункциональность: большее количество функций может быть реализовано на одной элементной базе.
• Гибкость: возможность исправления и модификации программы микропроцессора для реализации различных режимов работы системы.
• Компактность: миниатюрные габариты микросхем и уменьшения их количества по сравнению с реализацией на «жесткой логике» позволяют уменьшить габариты устройств.
• Повышение помехоустойчивости: меньшее количество соединительных проводников способствует повышению надежности устройств.
• Производительность: возможность применения больших рабочих частот и более сложных алгоритмов обработки информации.
• Защита информации: возможность защитить программу микропроцессора от считывания позволяет защитить авторские права разработчиков.

Хотя микропроцессор является универсальным средством для цифровой обработки информации, однако отдельные области применения требуют реализации определенных специфических вариантов их структуры и архитектуры. Поэтому по функциональному признаку выделяются два класса: микропроцессоры общего назначения и специализированные микропроцессоры. Среди специализированных микропроцессоров наиболее широкое распространение получили микроконтроллеры, предназначенные для выполнения функций управления различными объектами, и цифровые сигнальные процессоры (DSP – Digital Signal Processor), которые ориентированы на реализацию процедур, обеспечивающих необходимое преобразование аналоговых сигналов, представленных в цифровой форме.

Неполный список периферии, которая может присутствовать в микроконтроллерах, включает в себя:

• различные интерфейсы ввода-вывода, такие как UART, I²C, SPI, CAN, USB, ETHERNET;
• аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи;
• компараторы;
• широтно-импульсные модуляторы;
• таймеры-счетчики;
• генератор тактовой частоты;
• контроллеры дисплеев и клавиатур;
• массивы встроенной флэш-памяти.

Идея размещения на одном кристалле микропроцессора и периферийных устройств принадлежит инженерам М. Кочрену и Г. Буну, сотрудникам Texas Instruments. Первым микроконтроллером был 4-х разрядный TMS1000 от Texas Instruments, который содержал ОЗУ (32 байта), ПЗУ (1 кбайт), часы и поддержку ввода-вывода. Выпущенный в 1972 году, он имел новую по тем временам возможность – добавление новых инструкций.

В 1976 году (через 5 лет после создания первого микропроцессора) на свет появился первый микроконтроллер фирмы Intel, получивший имя 8048. Помимо центрального процессора, на кристалле находились 1 килобайт памяти программ, 64 байта памяти данных, два восьмибитных таймера, генератор часов и 27 линий портов ввода-вывода. Микроконтроллеры семейства 8048 использовались в игровых консольных приставках Magnavox Odyssey, в клавиатурах первых IBM PC и в ряде других устройств.

На сегодняшний день среди крупных производителей микроконтроллеров следовало бы упомянуть Atmel, Microchip, ST Microelectronics, Texas Instruments, Freescale Semiconductor, NXP и др.

Что такое программируемый чип?

`;

М. МакГи

Дата последнего изменения: 15 ноября 2022 г.

Программируемый чип — это электронный компонент, содержащий ряд инструкций, которые выполняются каждый раз, когда чип функционирует. Некоторые из этих чипов имеют фиксированное программирование, а другие содержат перезаписываемый код. Эти чипы являются краеугольным камнем современной электроники; они присутствуют почти в каждом электронном устройстве. В большинстве случаев эти микросхемы передают информацию в центральную систему или преобразуют входные сигналы в командные операции.

Мужчина держит компьютер

Конструкция программируемого чипа очень похожа на любой другой микрочип. Ряд полупроводниковых устройств, связанных с внутренней схемой и электронными компонентами, соединен со слоем полупроводникового материала. Эти чипы сделаны в основном из пластика и кремния, а остальное составляют несколько различных металлов. Поскольку стоимость материала средней программируемой микросхемы чрезвычайно низка, они просты в производстве и могут быть легко включены в любое электронное устройство.

Этот чип содержит базовую программу, которая выполняется всякий раз, когда чип активен. Эта программа может преобразовывать один сигнал в другой, выводить часть данных с датчика или выполнять вычисления на основе ввода. Другими словами, программируемый чип может выполнять почти любую задачу, поставленную перед ним программистом. Эти чипы ограничены только размером программы и ограничениями подключенного устройства.

Для работы необходимо активировать программируемый чип. Некоторые чипы активны всякий раз, когда на них подается питание, а другие активируются только при необходимости. Основная работа чипа одинакова в любом случае. Они получают ввод, часто сигнал или небольшой фрагмент данных, а затем преобразуют этот ввод в новую форму и отправляют его дальше. Эти новые данные могут поступать в более крупную систему для обработки, пользовательский интерфейс или даже другой программируемый чип.

Одной из основных задач этих чипов является обработка пользовательского ввода.

Программируемый чип внутри электронного устройства будет считывать нажатие кнопки или аналогичный ввод и преобразовывать его в информацию для центрального процессора устройства. Аналогичным образом, эти микросхемы часто подключаются ко всевозможным датчикам в различных устройствах, от сотовых телефонов до автомобилей. Эти чипы берут информацию с датчика и преобразуют ее так же, как и с пользовательскими интерфейсами.

Хотя некоторые из этих микросхем работают полностью независимо от центральной системы, многие программируемые микросхемы подключаются к основному процессору. Этот центральный процессор намного сложнее, чем чипы, хотя работает очень похоже. Основная система берет всю несвязанную информацию, предоставленную микросхемами, и собирает ее в удобном для использования формате. Оттуда он может делать любое количество вещей в зависимости от его общей функции.

Вам также может понравиться

Рекомендуется

Как работают микрочипы для домашних животных? – Хуан

Через неделю после того, как пропала его любимая кошка Милашка Пай, убитый горем Терон отправился в приют в Бангоре, штат Мэн, в надежде найти нового лучшего друга, который поможет ему исцелиться.

Но когда Терон остановился, чтобы поближе рассмотреть одну из кошек в приюте, Терон был вне себя от радости, осознав, что это его Милашка.

«Это хорошая вещь», — написало Бангорское гуманное общество в социальных сетях о том, что стало свидетелем трогательного воссоединения. «Мы хотим воссоединить как можно больше животных с их владельцами, и для нас большая честь обеспечить их безопасность до тех пор, пока это не произойдет».

Но как бы мы ни любили смотреть историю о потерянном питомце , воссоединяющемся со своей хозяйкой , Терон и Милашка Пай были очень повезло. Терон оказался в приюте как раз в нужное время, чтобы найти своего пропавшего питомца, и шансы, что это произойдет, если ваш  питомец когда-нибудь пропадет, просто невелики.

Что должен был сделать Терон, так это микрочип  его любимого кота. Тогда приют мог бы связаться с ним, как только Милашка Пай попал под их опеку.

Если у вас есть домашнее животное, вы, вероятно, когда-нибудь задавались вопросом, как работают микрочипы для домашних животных? И что еще более важно, вам может быть интересно, нужен ли вашему питомцу микрочип. У нас есть ответы на все вопросы, необходимые для обеспечения безопасности ваших любимых питомцев. Читайте дальше, чтобы узнать больше.

Что такое микрочип?

Микрочип — это крошечное имплантируемое устройство, которое можно вводить под кожу вашего питомца. Обычно его втыкают в спину у основания шеи.

Микрочипы для животных размером с рисовое зернышко — настолько малы, что их можно вводить без анестезии. Обычно они поставляются предварительно загруженными в устройство типа шприца, которое ветеринар может использовать для введения чипа в правильное положение, очень похоже на то, как ваш питомец получает вакцину.

Микрочипы для домашних животных  – это устройства RFID, что означает «радиочастотная идентификация». Это та же технология, которая используется для изготовления сканируемого чипа внутри кредитной или дебетовой карты. Чипы RFID не имеют батарей, электричества и движущихся частей. При считывании они получают небольшое количество энергии от сканирующего устройства и используют эту мощность для передачи небольшого количества информации. В случае микрочипа вашего питомца передается электронный идентификационный номер.

Как работают микрочипы для домашних животных

Вот как микрочипы помогают шаг за шагом воссоединять потерянных питомцев с их владельцами.

Шаг 1: Вставка микрочипа

Ветеринар или ветеринарный техник вставят микрочип, который предварительно вставлен в устройство, похожее на шприц. Микрочип поставляется с уже запрограммированным идентификационным номером, который нельзя изменить.

Шаг 2: Регистрация микрочипа

Владелец чипированного питомца должен связаться с производителем микрочипа и предоставить свою контактную информацию для связи с идентификационным номером чипа.

Шаг 3: Сканирование микрочипа

Если питомец с микрочипом когда-нибудь пропадет, его можно доставить в ветеринарную клинику или приют для сканирования микрочипа. Используется специальный сканер, который обеспечивает достаточную мощность для чипа RFID, когда он проходит над ним, чтобы получить идентификационный номер домашнего животного и информацию о производителе микрочипа.

Шаг 4: Получение контактной информации владельца

Тот, кто сканировал микрочип, может связаться с производителем и сообщить идентификационный номер чипа. Производитель предоставит любую контактную информацию, которую он имеет в своей базе данных, связанную с этим идентификационным номером микрочипа. Если контактная информация актуальна, с владельцем можно связаться и сообщить, что его питомец найден.

Каковы плюсы и минусы микрочипов для домашних животных?

Если вам интересно, как работают микрочипы для домашних животных, скорее всего, вы планируете приобрести микрочип для своего питомца. Вот плюсы и минусы микрочипирования, которые каждый владелец домашнего животного должен учитывать, прежде чем сделать этот шаг.

Преимущества микрочипов для домашних животных

Некоторые преимущества микрочипов для домашних животных:

• Они неинвазивны. Введение микрочипа — простая и почти безболезненная процедура для вашего питомца.
• : Их никогда не нужно заряжать или заменять. После того, как микрочип вставлен, он предназначен для работы на протяжении всей жизни вашего питомца.

Недостатки микрочипов для домашних животных

С другой стороны, у микрочипов для домашних животных есть и недостатки. Это:

• Цены на чипирование могут варьироваться. Многие спасенные домашние животные из приютов поставляются с микрочипами, но владелец должен обновлять свою контактную информацию, что может раздражать и отнимать много времени. Некоторые производители микрочипов даже взимают высокую плату за изменение контактной информации в своих базах данных.
Микрочипы
• помогут вам воссоединиться с вашим потерянным питомцем только после того, как кто-то их найдет, и только если этот человек знает, что нужно отвезти их в ветеринарную клинику или приют для сканирования чипа.
• В редких случаях микрочипы могут мигрировать под кожу вашего питомца и стать недоступными для сканирования.

Часто задаваемые вопросы о микрочипах для домашних животных

Все еще есть вопросы о микрочипах для домашних животных? У нас есть ответы. Вот некоторые из наиболее часто задаваемых вопросов о том, как работают микрочипы для домашних животных, и многое другое.

Могу ли я запрограммировать микрочип, чтобы он содержал мою контактную информацию?

Нет. К сожалению, микрочипы производятся только с одной частью информации, содержащейся в них: их идентификационный номер. Иногда они также включают номер телефона компании, которая ведет базу данных идентификационных номеров.

Поскольку технология, используемая в микрочипе для домашних животных, не очень продвинута, вы не можете изменить информацию, запрограммированную в чипе. Вы можете изменить только информацию, связанную с идентификационным номером, и для этого вам нужно будет связаться с компанией, которая произвела чип.

Содержит ли микрочип для домашних животных устройство слежения?

Опять нет. Микрочипы отличаются от трекеров домашних животных . Они не излучают никакого отслеживаемого сигнала и не могут помочь вам определить местонахождение потерянного питомца, как это могут сделать GPS-трекер или Bluetooth-трекер . Микрочип работает пассивно, помогая воссоединить потерянных питомцев с их владельцами — он может помочь владельцу найти своего питомца, но только после того, как питомец был найден кем-то другим и взят для сканирования его микрочипа.

Может ли микрочип хранить важную медицинскую информацию моего питомца?

Любителям домашних животных становится еще страшнее, когда пропадают животные с важными медицинскими потребностями. Как мы уже говорили ранее в этой статье, микрочип хранит только один идентификационный номер, а не контактную информацию владельца и не медицинскую информацию о домашнем животном.

Однако некоторые компании, производящие микрочипы, разрешают вам включать важную медицинскую информацию вместе с вашей контактной информацией в свои реестры микрочипов. Вам нужно будет связаться с компанией по производству микрочипов вашего питомца, чтобы узнать, можно ли включить эту или любую другую информацию.

Действительно ли микрочип повышает вероятность воссоединения потерянного питомца со своим владельцем?

Абсолютно! В исследовании 2009 года, опубликованном в Журнале Американской ветеринарной медицинской ассоциации , было рассмотрено почти 8000 случаев пропажи животных, и было обнаружено, что: с микрочипами воссоединялись со своими владельцами в 52,2% случаев.

Потерянные кошки без микрочипов воссоединялись со своими владельцами только в 1,8 процентах случаев, но потерянные кошки с микрочипами возвращались их владельцам в 38,5 процентах случаев.

Является ли микрочип хорошей заменой идентификационным биркам и биркам бешенства?

Нет! Даже если у вашего питомца есть микрочип, который вы постоянно обновляете, у него все равно должна быть идентификационная бирка и бирки от бешенства. Для этого есть ряд причин:

• Если кто-то найдет вашего потерянного питомца, он может не знать, что должен взять его для сканирования микрочипа. В этом случае идентификационная бирка будет для них лучшим способом узнать, что это чей-то пропавший питомец, а не бездомный.
• Бирки против бешенства отображают важную медицинскую информацию, которая доказывает, что вашему питомцу сделана последняя прививка от бешенства. В некоторых местах закон требует, чтобы у домашних животных была бирка о бешенстве.
• Микрочипы всегда могут выйти из строя или сканеры не смогут их обнаружить. В этом случае наличие идентификационной метки обеспечивает еще один способ найти вас.

Могу ли я самостоятельно вставить микрочип для домашних животных?

Вставка микрочипа может показаться простым процессом — это как вакцина, верно? Неправильный. Чрезвычайно важно, чтобы микрочип был размещен в нужном месте, чтобы сканеры могли его обнаружить. Если он вставлен слишком глубоко, он может стать незаметным или вызвать проблемы со здоровьем у вашего питомца. Установка микрочипа — это работа, которую лучше доверить профессионалам.

Почему иногда не находят микросхемы?

Как мы уже упоминали, микрочипы предназначены для того, чтобы оставаться на месте и работать на протяжении всей жизни вашего питомца. Но, как и все в жизни, все может пойти не так. Микросхема всегда может выйти из строя. Он также может мигрировать в теле вашего питомца, перемещаясь в место, где его нельзя просканировать.