Шаг 4. Как выбрать нужный микроконтроллер.
Для создания робота нужно сделать правильный выбор микроконтроллера. Сначала нужно разобраться с понятием, что такое микроконтроллер и что он делает?
Микроконтроллер — это вычислительное устройство, способное выполнять программы (то есть последовательность инструкций).
Он часто упоминается как “мозг” или “центр управления” робота. Как правило, микроконтроллер отвечает за все вычисления, принятие решений и коммуникации.
Для того, чтобы взаимодействовать с внешним миром, микроконтроллер имеет ряд штырей или выводов для электрического распознавания сигнала. Так сигнал может быть включен на максимум (1/С) или минимум (0/выкл) с помощью инструкции программирования. Эти выводы также могут быть использованы для считывания электрических сигналов. Они поступают с датчиков или других приборов и определяют, являются сигналы высокими или низкими.
микроконтроллер для робота
Большинство современных микроконтроллеров может также измерять напряжение аналоговых сигналов. Это сигналы, которые могут иметь полный диапазон значений вместо двух четко определенных уровней. Происходит это с помощью аналогового цифрового преобразователя (АЦП). В результате микроконтроллер может присвоить сигналу числовое значение в виде аналогового напряжения.Это напряжение не является ни высоким, ни низким и, как правило, находится в диапазоне 0 — 10 вольт.
Что может делать микроконтроллер?
Хотя микроконтроллеры могут показаться довольно ограниченными, на первый взгляд, многие сложные действия можно выполнять, используя контакты высокого и низкого уровня сигнала для программирования алгоритма. Тем не менее создавать очень сложные алгоритмы, такие как интеллектуальное поведение или очень большие программы, может быть просто невозможно для микроконтроллера из-за ограниченных ресурсов и ограничения в скорости.
Например, для того, чтобы заставит мигать свет, можно запрограммировать повторяющуюся последовательность. Так микроконтроллер включает высокий уровень сигнала, ждет секунду, превращает его низкий, ждет еще секунду и сначала. Свет подключен к выходному контакту микроконтроллера и в циклической программе будет мигать бесконечно.
микроконтроллер со светодиодами
Аналогичным образом, микроконтроллеры могут быть использованы для контроля других электрических устройств. В первую очередь таких как приводы (при подключении к контроллеру двигателя), устройства хранения (например, карты SD), WiFi или bluetooth-интерфейсы и т. д. Как следствие этой невероятной универсальностью, микроконтроллеры можно найти в повседневной жизни.
Практически в каждом бытовом приборе или электронном устройстве используется, по крайней мере, один микроконтроллер. Хотя часто используется и несколько микроконтроллеров. Например, в телевизорах, стиральных машинах, пультах управления, телефонах, часах, СВЧ-печах и многих других устройствах.
В отличие от микропроцессоров (например, центральный процессор в персональных компьютерах), микроконтроллер не требует периферийных устройств. Таких как внешняя оперативная память или внешнее устройство хранения данных для работы. Это означает, что хотя микроконтроллер может быть менее мощным, чем их коллеги ПК. Почти всегда разработка схем и продуктов, основанных на микроконтроллерах значительно проще и дешевле.Потому что требуется очень мало дополнительных аппаратных компонентов.
Важно отметить, что микроконтроллер может выдавать только очень небольшое количество электрической энергии через свои выходные контакты. Это означает, что к микроконтроллеру не получиться подключить мощный электродвигатель, соленоид, большое освещение, или любую другую большую нагрузку напрямую. Попытка сделать это может вывести контроллер из строя.
Какие существуют более специализированные функции микроконтроллера?
Специальное оборудование, встроенное в микроконтроллеры позволяет этим устройствам сделать больше, чем обычный цифровой ввод/вывод, базовые расчеты и принятие решений. Многие микроконтроллеры с готовностью поддерживает наиболее популярные протоколы связи, такие как UART (RS232 или другой), SPI и I2C. Эта функция невероятно полезна при общении с другими устройствами, такими как компьютеры, датчики, или другие микроконтроллеры.
Хотя эти протоколы можно реализовать вручную, всегда лучше иметь выделенное встроенное оборудование, которое заботится о деталях. Это позволяет микроконтроллеру сосредоточиться на других задачах и обеспечивает чистоту программы.
rs232
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП), используются для преобразования аналоговых сигналов напряжения в цифровые. Там количество пропорционально величине напряжения, и это число может затем использоваться в программе микроконтроллера. Для того, чтобы выходное промежуточное количество энергии отличается от высокого и низкого, некоторые микроконтроллеры имеют возможность использовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Например, этот способ позволяет плавно изменять яркость свечения светодиода.
Наконец, в некоторые микроконтроллеры интегрирован стабилизатор напряжения. Это достаточно удобно, так как позволяет микроконтроллеру работает с широким диапазоном напряжения. Поэтому вам не требуется обеспечивать необходимые значения напряжений. Это также позволяет легко подключать различные датчики и другие устройства без дополнительного внешнего регулируемого источника питания.
Аналоговые или цифровые?
Какие нужно использовать входные и выходные сигналы зависит от поставленной задачи и условий. Например, если у вас стоит задача просто что-то включить или выключить, то вам достаточно чтобы сигнал на входном контакте микроконтроллера был цифровой.
Двоичное состояние переключателя 0 или 1. Высокий уровень сигнала может быть 5 вольт, а низкий 0. Если же вам нужно измерить, например, температуру, то нужен аналоговый входной сигнал. Далее АЦП на микроконтроллере интерпретирует напряжение и преобразует его в числовое значение.
Как программировать микроконтроллеры?
Программирование микроконтроллеров стало более простым благодаря использованию современных интегрированных сред разработки IDE с полнофункциональными библиотеками. Они легко охватывают все наиболее распространенные задачи и имеют много готовых примеров кода.
В настоящее время микроконтроллеры могут быть запрограммированы на различных языках высокого уровня. Это такие языки как C, C++, С#, Ява, Python, Basic и другие. Конечно, всегда можно написать программу на ассемблере. Хотя это для более продвинутых пользователей с особыми требованиями (с намеком на мазохизм). В этом смысле, любой должен быть в состоянии найти язык программирования, который лучше всего соответствуют его вкусу и предыдущему опыту программирования.
Программировать микроконтроллеры становится еще проще, так как производители создают графические среды программирования. Это пиктограммы, которые содержат в себе несколько строк кода. Пиктограммы соединяются друг с другом. В результате создается программа визуально простая, но содержащая в себе большое количество кода. Например, одно изображение может представлять управление двигателем. От пользователя требуется только разместить пиктограмму там, где необходимо и указать направление вращения и обороты.
среда программирования Lego Education EV3
Разработанные микроконтроллерные платы достаточно удобны в эксплуатации. И их проще использовать долгое время. Они также обеспечивают удобные питание от USB и интерфейсы программирования. Следовательно, есть возможность подключаются к любому современному компьютеру.
Почему не использовать стандартный компьютер?
Очевидно, что микроконтроллер очень похож на процессор компьютера. Если это так, почему бы просто не использовать компьютер для управления роботом? Итак, что выбрать настольный компьютер или микроконтроллер?
системный блок компьютера
По сути, в более продвинутых роботах, особенно тех, которые включают сложные вычисления и алгоритмы, микроконтроллер часто заменяются (или дополняются) стандартным компьютером. В настольном компьютере установлена материнская плата, процессор, оперативная память устройства (например, жесткий диск), видеокарта (встроенная или внешняя).
Дополнительно есть периферийные устройства, такие как монитор, клавиатура, мышь и т. д. Эти системы обычно дороже, физически больше, потребляют больше энергии. Основные отличия выделены в таблице ниже. Кроме этого они часто имеют больший функционал чем необходимо.
Как выбрать микроконтроллер правильно?
Если вы изучаете робототехнику, то вам понадобится микроконтроллер для любого робототехнического проекта. Для новичка, выбор правильного микроконтроллера может показаться сложной задачей. Особенно учитывая ассортимент, технические характеристики и области применения. Есть много различных микроконтроллеров доступны на рынке:
- Ардуино
- BasicATOM
- BasicX
- Lego EV3
- и многие другие
Для того чтобы правильно выбрать микроконтроллер задайте себе следующие вопросы:
Какой микроконтроллер самый популярный для моего приложения?
Конечно, создание роботов и электронных проектов в целом-это не конкурс популярности. Очень хорошо если микроконтроллер имеет большую поддержку сообщества. И успешно используется в похожих или даже одинаковых ситуациях. В результате это может значительно упростить этап проектирования. Таким образом, вы могли бы извлечь пользу из опыта других пользователей, как среди любителей, так и среди профессионалов.
Участники сообществ конструкторов роботов делятся друг с другом результатами, кодами, картинками, видео, и подробно рассказывают об успехах и даже неудачах. Все это является доступными материалами и возможностью получать советы от более опытных пользователей. Следовательно, может оказаться очень ценным.
Есть какие-то особенные требования у вашего робота?
Микроконтроллер должен быть способен выполнять все специальные действия вашего робота, чтобы функции исполнялись правильно. Некоторые особенности являются общими для всех микроконтроллеров (например, наличие цифровых входов и выходов, возможность выполнять простые математические действия, сравнение значений и принятие решений).
Возможно другим контроллерам требуется специфическое оборудование (например, АЦП, ШИМ, и коммуникационный протокол поддержки). Также требования к памяти и скорости, а также число выводов должны быть приняты во внимание.
Какие компоненты доступны для конкретного микроконтроллера?
Может быть ваш робот имеет специальные требования или необходим конкретный датчик или компонент. И это имеет решающее значение для вашего проекта. Следовательно выбор совместимого микроконтроллера, безусловно, очень важен.
Большинство датчиков и компонентов может взаимодействовать напрямую со многими микроконтроллерами. Хотя некоторые комплектующие предназначены для взаимодействия с конкретным микроконтроллером. Возможно они будут уникальными и несовместимыми другими типами микроконтроллеров.
Что нас ждет в будущем?
Цена на компьютеры резко идет вниз, и достижения в области технологии делают их меньше и эффективнее. В результате одноплатные компьютеры стали привлекательным вариантом для роботов. Они могут работать с полноценной операционной системой (Windows и Linux являются наиболее распространенными).
Дополнительно компьютеры могут подключаться к внешним устройствам, таким как USB-устройства, жидкокристаллические дисплеи и т. д. В отличие от своих предков, эти одноплатные компьютеры, как правило, значительно меньше потребляют электроэнергии.
Основные критерии выбора
Для того чтобы выбрать микроконтроллер составим список нужных нам критериев:
- Стоимость микроконтроллера должна быть низкой
- Он должен быть простым в использовании и хорошо поддерживаться
- Важно наличие доступной документации
- Он должен программироваться в графической среде
- Он должен быть популярен и иметь активное сообщество пользователей
- Так как наш робот будет использовать два двигателя и различные датчики, то микроконтроллеру понадобится как минимум два порта для управления двигателями и несколько портов для подключения датчиков. Также должна быть возможность для расширения количества подключаемых устройств в будущем.
Этим критериям соответствует модуль EV3 из набора Lego Mindstorms EV3.
Какие МК PIC сейчас наиболее популярны?
Начал свою микроконтроллерную жизнь я с PIC16F84A. В двухтысячных. Потом забросил все это дело.. А пару лет назад вернулся в электронику, но уже на AVR. Потом ARM. А теперь снова стало интересно чего там у PIC нового с тех пор вышло.
Какие сейчас наиболее популярные серии, модели? Кто чем пользуется?
Какие программы сейчас наиболее востребованы?
Скажите, какие программы сейчас наиболее востребованы? Утилиты, автоматизация бизнеса, что-то ещё.
Сделаем сообща CRM!?-они сейчас очень популярны
Сейчас очень популярны системы управления контактами и проектами — давайте сделаем подобную систему.
Какие технологии популярны в Java EE?
Здравствуйте, программисты. Давненько пишу на джаве, но не имел опыта с j2ee. Вычитал там всякое.
Какие доработки 1С: ERP популярны?
Хочу поставить себе задачу в 1С: ERP, при выполнении которой могу научиться чему новому. Хочется.
Сообщение от Skof
Я в последнее время использую в основном PIC16F873A, PIC16F876A, PIC16F877A. Все, что мне нужно, — в них есть, отличаются меж собой только корпусом (количеством портов) и размером памяти. Программы переносятся между ними почти без переделок.
Из более мелких — обычно PIC16F628A. Решающий довод — наличие в них USORT, что для меня обычно важно. А так из мелочей хороши еще PIC12F629, PIC12F675, PIC16F636, PIC16F676.
Есть много сейчас и более современных, но они у нас или слишком дорогие (по 10-15 баксов), или вовсе отсутствуют в продаже, а заказывать — много мороки и тоже в конечном итоге — дорого, если штучно.
А вообще же — обычно подбираю контроллер под задачу, отдавая предпочтение тем, что у меня уже имеются. И не признаю для себя высказываемую тут некоторыми мысль, что все непременно надо делать на STM32 — мол, они дешевые и "крутые".
Есть у меня такой жизненный принцип — "Разумная достаточность". Никогда не поставлю 32 битник туда, где хватает и 8.
И предпочитаю оптимизировать свои программы, а не тупо совать везде обьекты, Линуха и NET (якобы проще).
Сообщение от SWK
Сообщение от Skof
пардон, какая связь тут?
я понимаю доводы про корпуса, унификацию линейки, цену, доступность, потребление. но кол-во бит?!
в stm мне лично нравится, что можно начать с простых 100-ок, например, которые уже по 30 рублей продаются, практически,
а потом шагать в сторону более дорогих, для удовлетворения требований по памяти и периферии. код при этом менять практически
не нужно. из периферии особенный интерес представляет usb. 105-ые можно через usb прошивать, например.
для людей, которые девайсами пользуются и не обременены всякой фигней типа переходника uart-rs232, это очень удобно.
discovery тоже хороши.
при всех прочих с пиками мне работать больше понравилось чем с АВР .. Почитал Евсеева и Катцена у ПИК мне архитектура и структура больше понравилась )
Хотя буду переползать на стм 32.. мощи больше ) и цена меньше )
З.Ы. мои слова не в коем случае не воспринимать как последнюю инстанцию.. чего у меня опыта .. два простейших девайса на PIC и AVR. так что это лишь мое ИМХО.
Сообщение от dymo2611
А вам всегда нужны именно рекордные показатели? Если вашей задаче, например, достаточно всего 20-50 тысяч операций в секунду и штук 5 портов, пару таймеров, и преобладают битовые и байтовые операции, вы все равно непременно будете ставить корпус под сотню ног, с быстродействием в десятки миллионов 32-битных операций, и иметь секс с изготовлением под него платы, и изучением его начинки, 95 % которой все равно не используете? Даже если он будет и совсем дешевый.
Это в вас пока еще играет детский максимализм. Типа — "А у него палка больше, чем у меня! — Пойду, себе еще больше выломаю!".
Со временем, по мере накопления опыта, обычно это проходит. Можно и меньшей палкой больно бить, и иногда даже удобнее.
Правда, доходит не до всех. Особо ленивым всегда всего мало.
Сообщение от SWK
Сообщение от dymo2611
А вам всегда нужны именно рекордные показатели?
Правда, доходит не до всех. Особо ленивым всегда всего мало.
Я Вас узнал, как человека весьма консервативных взглядов. Да, у Вас свой проверенный инструментарий, которым Вы можете решить 99.99% интересующих Вас задач. Другие Вас, возможно, и не интересуют.
на dsPIC33FJ128GP708 у меня реализован модуль 80х20 мм с сканом 40 пьезорезистивных полумостов (давление) 200 раз в секунду с калибровкой. И я рад, что у этого 16-тибитника есть DMA и задачи сканирования и отсылки можно красиво параллелить. И что там 16-битный умножитель/делитель.
Безусловно, какой-нибудь фрик почёл бы за честь сделать это на 8-битном АВРе. Но это никому не нужно.
Именно сейчас мне надо вбить 3 х 512 квадратных полиномов + расчёт сорока функций Гаусса по наименьшим квадратам "несколько" раз в секунду. Пока только раз в секунду, но надеюсь не предел. К этому всему очень желателен hi-speed USB, т.к. прибор (спектрометер) на full-speed не запрограммирован вообще. И не желателен Линух и вообще системы с внешней памятью для программы, откуда её можно стырить, если не, встав на уши, складировать её там в зашифрованном виде.
PIC32 получается в 22 раза медленнее в расчётах, чем STM32F4хх. Проверенно в эксперименте. То есть при прочих равных PIC32 выдавал бы результат раз в 22 секунды. Вот и разница.
6 лучших плат микроконтроллеров для всех уровней
Микроконтроллеры в основном следуют аналогичным конструкциям. Они имеют ограниченную встроенную память, работают с низким энергопотреблением и оснащены набором выводов ввода-вывода общего назначения (GPIO), которые обычно программируются через кабель USB.
Есть так много досок на выбор, что может быть трудно выбрать идеальную для вас. Новички имеют совершенно другой опыт работы с оборудованием, чем люди, которые раньше могли программировать или работать с электроникой.
Независимо от того, на каком уровне вы находитесь, один из этих микроконтроллеров должен хорошо работать для вас.
Программы для Windows, мобильные приложения, игры — ВСЁ БЕСПЛАТНО, в нашем закрытом телеграмм канале — Подписывайтесь:)
1. Лучший микроконтроллер для начинающих
Arduino Uno R3
Если у вас есть интерес к микроконтроллерам, вы почти наверняка слышали об Arduino. Они популяризировали хобби-оборудование с открытым исходным кодом со своим набором плат для разработки и независимой средой разработки (IDE) для их кодирования.
Arduino Uno R3 — это стандартный Arduino, который можно найти в большинстве стартовых комплектов, и он самый простой в использовании. Если проблема в бюджете, обратите внимание, что Arduino — это оборудование с открытым исходным кодом. Поэтому копии дизайна полностью легальны. Если вы ищете клоны Arduino, вы найдете много по гораздо более низкой цене, чем официальные доски Arduino.
Makeblock mBot Robot Kit
Makeblock mBot Robot Kit
Купить сейчас на Amazon $ 69,99
Подожди, это не похоже на плату микроконтроллера!
Ну, у mBot Robot Kit в качестве мозга есть микроконтроллер. Его дизайн делает его идеальным для обучения детей робототехнике без необходимости иметь дело со сложным кодом. Визуальный код блока, собранный в приложении Blocky, передается на плату через Bluetooth, чтобы повлиять на поведение робота.
Вы можете купить микроконтроллер отдельно от набора роботов, но почему бы вам? Роботы самые лучшие!
Этот комплект охватывает все, от создания роботов до основ программирования. Для представления микроконтроллеров молодой аудитории нет ничего лучше!
3. Лучший микроконтроллер для программистов
STM32 F3 Discovery
STMicroelectronics STM32 F3 Discovery
STMicroelectronics STM32 F3 Discovery
Купить сейчас на Amazon $ 20,94
Плата STM32 F3 Discovery представляет собой микроконтроллер на основе ARM Cortex-M4 для экспериментов со всеми аспектами аппаратного программирования. Плата оснащена встроенным детектором движения, трехосным гироскопом, датчиком линейного ускорения и датчиком магнитного поля.
Есть также восемь светодиодов в круглом расположении. Обратите внимание, что эта плата требует отдельного адаптера FTDI для связи с компьютерами через USB. Если вы не уверены, что это такое, то мы использовали его в нашем собственном руководстве по Arduino для связи с чипом ATMega328P.
Обучение программированию F3 Discovery является более глубоким процессом, чем многие другие микроконтроллеры. К счастью, есть библиотеки, которые делают этот процесс более доступным, и многие учебные пособия начинаются с основ. Наряду с использованием языка программирования C ++, доска является предметом Книги Открытий; руководство по началу работы по внедрению языка программирования Rust.
4. Лучший микроконтроллер для носимых
Adafruit Gemma M0
Adafruit Gemma M0
Благодаря тому, что микроконтроллеры сочетают в себе расширенный контроль над светодиодами и другими компонентами с небольшими форм-факторами и низкими требованиями к мощности, неудивительно, что они проявляются в дизайне костюмов и косплее. Плата Gemma M0 от Adafruit представляет собой микроконтроллер размером с монету, идеально подходящий для подключения светодиодов или других компонентов с помощью проводящей резьбы. Кроме того, вы можете использовать встроенный светодиод RGB DotStar.
Чип ATSAMD21E18 (попробуйте сказать, что спешите) — это шаг вперед по сравнению с обычными встроенными контроллерами для микроконтроллеров этого типа. В то время как вы можете использовать стандартный Arduino типа C ++, плата поставляется с предустановленной CircuitPython для программирования на Python и собственным USB-соединением, которого обычно нет на других платах этого типа.
5. Лучший микроконтроллер для питания
Teensy 3.2
Для необработанной мощности в крошечном форм-факторе линейка Teensy 3.2 считается лучшей. 32-разрядный микропроцессор ARM Cortex запускает кольца практически на любой другой плате. Помимо скорости, Teensy имеет аудиоинтеграцию I2C и несколько высококачественных аналого-цифровых преобразователей (АЦП).
Каждый вывод на Teensy настраивается как прерывание, и платы работают с 64 КБ ОЗУ и 256 КБ флеш-памяти. Все это совместимо с Arduino IDE с использованием библиотеки Teensyduino, и, если вам недостаточно 28 выводов Teensy 3.2, 48-контактные разъемы Teensy 3.5 и 3.6 доступны на веб-сайте PJRC.
Mbed LPC1768 Совет по развитию
Mbed LPC1768 Совет по развитию
Купить сейчас на Amazon $ 145,15
Делать следующий шаг от хобби-микроконтроллеров больше похоже на скачок. Промышленное использование встроенного оборудования может быть гораздо более сложным и иметь гораздо более высокую стоимость входа как на уровне оборудования, так и на уровне программного обеспечения.
Хорошим примером платы прямо на границе между потребителем и промышленностью является Совет по развитию Mbed LPC1768. Эта доска — скачок в качестве и инструментах, и цена отражает это. Mbed предоставляет онлайн-IDE для оборудования и библиотеки для выполнения задач с помощью выводов GPIO и встроенных светодиодов.
Этот значительный скачок цены также отражает разницу в вариантах использования. Такие платы, как LPC1768, находят применение в стандартных отраслевых ситуациях, и использование платы для углубления ваших знаний может стать важной частью изучения встроенного программирования.
Маленькие Доски, Большие Планы
Этот список должен помочь вам принять обоснованное решение о том, какой микроконтроллер подходит именно вам. Это, однако, ни в коем случае не является исчерпывающим, и пропускает отличные платы, как Arduino, убивающий NodeMCU.
На какой бы плате вы ни остановились, микроконтроллеры — это идеальный способ сочетать электронику и кодирование. Любой из этих проектов для начинающих Arduino
15 отличных проектов Arduino для начинающих
15 отличных проектов Arduino для начинающих
Заинтересованы в Arduino, но не знаете, с чего начать? Вот некоторые из наших лучших проектов Arduino для начинающих!
Прочитайте больше
поможет вам справиться с обоими!
Кредит изображения: Ha4ipiri / Depositphotos
Узнайте больше о: Arduino, советы по покупке, электроника, Raspberry Pi.
Лучшие приставки IPTV в 2019 году
Программы для Windows, мобильные приложения, игры — ВСЁ БЕСПЛАТНО, в нашем закрытом телеграмм канале — Подписывайтесь:)
Анализ рынка микроконтроллеров. Прошлое и настоящее
Спустя пять лет после появления первого микропроцессора в 1976 году был создан первый микроконтроллер (МК). Это была микросхема 8048 фирмы Intel. Спроектированный в 1972 году четырехpазpядный TMS1000 от Texas Instruments, котоpый содеpжал ОЗУ (32 байт), ПЗУ (1 К), часы и поддеpжку ввода/вывода, благодаря своим характеристикам также мог считаться первым из микроконтроллеров. Кроме того, он имел возможность добавления новых инструкций.
Выпущенный в 1980 году микроконтроллер Intel 8051 — классический образец устройств данного класса. Этот 8‑битный чип стал первым из семейства микроконтроллеров, которое долго существовало и оставалось ведущим до недавнего времени.
В Минске, Киеве, Воронеже, Новосибирске изготавливали аналоги 8051, на которых вы росло целое поколение отечественных разработчиков.
В 1983 году Texas Instruments выпустила цифровой сигнальный процессор TMS32010, который превосходил по параметрам конкурентов и стал родоначальником целой династии DSP.
Другими яркими представителями восьмиразрядных микроконтроллеров стали изделия компаний Motorola (68HC05, 68HC08, 68HC11) и микроконтроллеры фирмы Zilog, основанной бывшими сотрудниками Intel (Z8).
Глобальные перемены начались после появления PIC-контроллеров фирмы Microchip. Они очень быстро захватили значительную часть рынка микроконтроллеров благодаря своей неслыханно низкой стоимости. К тому же кристаллы от Microchip не уступали, а нередко и превосходили микроконтроллеры х51 по производительности и не требовали дорогостоящего программатора.
В 1993 году на базе классического микроконтроллерного ядра Intel 8051 был создан первый микроконтроллер Atmel. А в 1996‑м корпорация Atmel представила свое семейство чипов на новом прогрессивном ядре AVR — это стало революционным событием, перевернувшим весь мир микроконтроллеров. Более продуманная архитектура AVR, быстродействие, превосходящее контроллеры Microchip, привлекательная ценовая политика — все это вызывало интерес многих разработчиков.
В 1999 году замечательное семейство 16‑разрядных микроконтроллеров MSP430 компании Texas Instruments вышло на рынок. Инженеры компании вдохновились ставшей сегодня уже легендарной системой команд и архитектурой компьютера PDP‑11 компании DEC при разработке микроконтроллеров.
В том же году образовалась компания Cygnal, которая позже совершила настоящий прорыв, оснастив микроконтроллеры усовершенствованным ядром CIP‑51. Модернизированное ядро CIP‑51 выполняло70% инструкций за один или два машинных цикла, и вообще не имело инструкций, выполняющихся более чем за восемь машинных циклов. В микроконтроллерах со стандартной архитектурой 8051 все инструкции, за исключением MUL и DIV, выполнялись за 12 или 24 машинных цикла.
Восьмиразрядные микроконтроллеры STM8 были выпущены в 2008 году. Они мало потребляли и имели высокую производительность, были недороги и обладали широким модельным рядом.
Чуть раньше, в 2004 году, Acorn разработали 32‑разрядное процессорное ядро ARM Cortex-M3, и компания STMicroelectronics стала одной из первых, кто вывел на рынок семейство микроконтроллеров на этом ядре, получивших название STM32. Начиналось все не так и давно — в 2007 году, с появления двух семейств Performance Line (STM32F103) и Access Line (STM32F101).
Не все компании выдержали конкурентную борьбу на рынке. В конце 2003 года Motorola решила окончательно порвать с производством полупроводников, и оставшаяся часть SPS в 2004 году была выделена в компанию Freescale Semicomductor. В 2006‑м уже сама Freescale Semiconductor была куплена консорциумом, возглавляемым Blackstone Group LP, что на тот момент стало крупнейшим частным приобретением технологической компании и вошло в десятку самых громких сделок в мире. В марте 2015 года компания NXP Semiconductors объявила о приобретении компании Freescale Semiconductor. Объединение NXP и Freescale в единую компанию создало четвертого по величине производителя процессоров и другой сложной микроэлектроники на планете, с общей стоимостью активов в $40 млрд. В следующем году, в январе 2016‑го, фирма Microchip покупает Atmel за $3,56 млрд. В декабре 2003 года компания Silicon Labs поглощает Cygnal Integrated Products. В декабре 2009 года IXYS Corporation купила Zilog, а в августе 2017‑го IXYS Corporation была приобретена Littelfuse Inc в обмен на $750 млн наличными и акциями.
Как все эти новые продуктовые семейства, приобретения и слияния отразились на российском рынке?
В конце 2010 года, судя по статистике запросов на eFind.ru, в России лидеры рынка по микроконтроллерам распределялись, как показано в таблице 1. 
Необходимо уточнить, что в таблице указывается доля конкретного производителя среди всех запросов, посвященных микроконтроллерам. Не денег, не единиц, а именно поисковых запросов через поисковую систему. По отношению к Silicon Labs и Freescale могут быть неточности, но лидерство Atmel и Microchip в 2010 году не может подвергаться сомнению. Запросы по микроконтроллерам разной разрядности показаны в таблице 2.
2014–2017 годы. Борьба обостряется
Сейчас микроконтроллеры, чье производство сокращается или срок службы которых заканчивается, изготавливаются по технологии с 0,5‑мкм проектными нормами, ≪зрелые≫ микросхемы МК — по 250‑ или 180‑нм технологии, относительно новые изделия — по 130‑ и 90‑нм процессам, новейшие МК — с 65‑ и 55‑нм нормами.
Проектные нормы разрабатываемых контроллеров составляют 40 нм и менее. При этом с ростом потребности в микросхемах с меньшими размерами элементов более старые технологии отмирают из-за относительно больших затрат на производство. Несмотря на это, на рынке микроконтроллеров можно найти широкий ассортимент для разных задач. Но требования разработчиков встраиваемых систем к компонентам постоянно возрастают. Соответственно, на рынке непрерывно появляются новые МК, технические параметры которых постоянно совершенствуются благодаря развитию инновационных технологий. Например, важной тенденцией 2014 года стала интеграция в микросхему МК беспроводного устройства или модуля.
К 2014‑му борьба между 8‑ и 16‑разрядными микроконтроллерами усилилась. В опубликованном аналитической компанией Gartner рейтинге поставщиков 8‑разрядных МК на мировой рынок 2014 года отмечено, что Microchip Technology вновь заняла первое место после того, как в 2010 году ее потеснила компания Renesas Electronics, образованная в результате слияния деловой активности в области микроконтроллеров и микропроцессоров трех японских полупроводниковых гигантов — NEC, Hitachi и Mitsubishi.
В июле 2015 года Microchip снова подтвердила свое право на лидерство на рынке 8‑разрядных МК, выпустив два новых семейства PIC МК: PIC16F18877 и PIC16F1579 с усовершенствованной инновационной независящей от ядра периферией (Core-Independent Peripherals, CIPs) и ≪разумными≫ аналоговыми блоками, благодаря которым но‑ вые микросхемы по функциональности превосходят традиционные 8‑разрядные МК.
В то же время новое семейство 8‑разрядных МК для сверхэнергоэффективных, малогабаритных приложений IoT в феврале 2015 года выпустила и компания Silicon Labs.
Компания Silicon Labs, основанная в 1996 году выходцами из компании Cirrus Logic, ворвалась на мировой и российский рынок за счет поглощения сторонних компаний, развития собственных технологий и максимальной русскоязычной поддержки, которая осуществлялась вплоть до перевода даташитов на русский язык — этого не делала ни одна другая компания. Ее доля в запросах на 2012 год стабильно составляла около 4%, что было большим достижением для столь молодой компании.
Рынок с 32‑разрядными микроконтроллерами тоже не стоял на месте. В 2015 году компания Texas Instruments выпустила новое семейство микроконтроллеров MSP432 [1], которое продолжает традицию ультранизкого энергопотребления микроконтроллеров MSP430 [2] и добавляет новые вычислительные возможности за счет архитектуры ARM Cortex-M4F.
Но несмотря на новинки 8‑разрядных микроконтроллеров, преимущества 32‑разрядных были очевидны для многих изделий, где требовались значительные вычислительные ресурсы. Конечно, борьба за рынок между 32‑ и 8‑разрядными микроконтроллерами далека от завершения. Баланс между ними еще не найден. Разработчики осознали, что такие сложные приборы, как 32‑разрядные микроконтроллеры, предоставляют нужные вычислительные ресурсы, богатую периферию и простой доступ к всевозможным средствам проектирования и библиотекам. Поскольку 8‑разрядные МК последних поколений предоставляют ядру процессора многие быстродействующие периферийные устройства, они становятся привлекательными для применения в разнообразных встраиваемых проектах. И конечно, сегодня существуют приложения, где размеры и набор функций 8‑разрядных МК обусловливают их выбор в противовес 32‑разрядным.
Согласно отчету исследовательской компании Gartner за 2015 год, объемы продаж 8‑и 32‑битных устройств в долларовом выражении были примерно равны и составляли $6 млрд. С учетом разницы средних цен, эти цифры говорят о том, что в 2015 году на один встраиваемый 32‑битный микроконтроллер приходилось три 8‑битных.
В 2016 году на рынке микроконтроллеров зафиксировано падение выручки на 6% на фоне сократившихся поставок этих компонентов. Однако после того как складские запасы микроконтроллеров вернулись к нормальному уровню, производители электроники резко увеличили закупки МК в 2017 году. В результате поставки микроконтроллеров подскочили на 22%, а выручка на рынке увеличилась с $15 млрд до $16,8 млрд.
Средняя цена продажи (ASP) микроконтроллеров в 2017 году опустилась до наименьшего в истории значения и в 2018 году продолжила снижаться. В IC Insights полагают, что в 2019–2022 годах цены на МК будут падать, но уже не так быстро, как в прошлом. Ежегодное снижение в среднем составит 3,5%, тогда как с 2012 по 2017 год цены падали в среднем на 5,8%, а в период 1997–2017 годов микроконтроллеры дешевели в среднем на 6,3% в год.
Согласно оценке IC Insights, в 2019 году ожидается рост продаж еще на 9%, до $20,4 млрд. Прогноз IC Insights на ближайшие пять лет предусматривает, что объем рынка в деньгах будет в среднем увеличиваться на 7,2% и к 2022 году достигнет $23,9 млрд. Рост в штучном выражении ожидается на уровне 11,1%. К концу рассматриваемого периода поставки микроконтроллеров достигнут примерно 43,8 млрд единиц.
2018 год. Россия
Снова обратимся к поисковой системе eFind.ru. На конец 2018 года в России лидеры рынка по микроконтроллерам распределялись, как показано в таблице 3.
В списках популярных производителей микроконтроллеров Microchip/Atmel продолжают оставаться на первом месте, но их совместная доля, приведенная в таблице 3, неизменно снижается.
Доля STMicroelectronics за счет самого раннего старта продаж ARM Cortex-M3 продолжает увеличиваться. Автор статьи участвовал в первых закупках именно ARM Cortex от STMicroelectronics, тогда компания-дистрибьютор опередила ближайших конкурентов примерно на полгода. Спустя много лет компания остается лидером продаж по Cortex-ХХ, что говорит о важности вовремя распознать новинку и начать компанию по продвижению.
В таблице 4 сравнивается запрашиваемость микроконтроллеров, различающихся типом ядра. Текущие изменения:
- огромное падение доли запросов по AVR;
- сильно выросли все доли ARM Cortex. В сумме с 12,4 до 28,4%;
- доля PIC за все время наблюдений (с 2010 года [3]) упала с 15 до 11%;
- ядра ARM7 и ARM9 выпали из топ‑10.
Эти данные — запросы в системе поиска, которые отражают текущее состояние или будущие проекты. Следуя тенденции, можно предположить, что доля ядра ARM Cortex в вариациях продолжит увеличиваться за счет ядра AVR. Удивительно, что надежное, качественное, но все же уже устаревшее ядро 8051 продолжает удерживать весомую долю в статистике. Возможно, часть инженеров продолжает по привычке оценивать использование ядра в текущих разработках, или большое влияние оказывает ремонтный рынок.
С 2016 года Таможенная служба публикует в открытом доступе информацию по товарному экспорту и импорту. Прежде всего, это делается для борьбы с серым рынком. В процессе закупки партий товара покупатели могут проверить достоверность декларации: в страну завезены диоды, а не металлический лом. Как побочный эффект этой борьбы, мы теперь можем самостоятельно оценивать доли рынка по разным продуктам.
По большей части микроконтроллеры ввозятся в Россию по таможенному коду 8542319010 (≪Схемы интегральные монолитные≫), по данному коду еще ввозится огромное количество кристаллов для смарт-картили сами карты. Поэтому анализ требует знания рынка, но после вычитания данных мы получаем результат, представленный в таблице 5. 
Четверо лидеров полностью совпадают со статистикой eFind. Небольшие различия в сумме объясняются лидерством Microchip/Atmel в 8‑разрядных, а STMicroelectronics — в 32‑разрядных микроконтроллерах. Microchip/Atmel в единицах, о чем говорит вес, продают в разы больше, но так как стоимость 8‑разрядных МК существенно меньше 32‑разрядных, разница в деньгах не столь существенная, как в поисковых запросах. Texas Instruments производит широкий круг цифровых сигнальных процессоров, которые тоже стоят значительно дороже 8‑разрядных МК.
Компания Infineon сильно выделяется, занимая пятое место в деньгах и последнее по запросам. Но большая часть продаж бренда приходится на одного дистрибьютора. Тут возможны два варианта: первый — несколько очень крупных проектов, второй — большая часть продаж Infineon приходится на схемы, не попадающие под определение микроконтроллеров, например смарт-карты.
В остальном данные поисковой системы и таможни совпадают.
Во время написания статьи появилась новость, что Texas Instruments решилась на мировую революцию, лишив статуса дистрибьютора всех, буквально всех, кроме Arrow. Тенденция к сокращению числа дистрибьюторов наблюдалась, особенно в полупроводниковом сегменте. У Altera, Xilinx и Analog Devices осталось по одному глобальному дистрибьютору. Но чтобы оставить одного и лишить всех региональных… В это даже трудно поверить. Что ж, тем интереснее будет отслеживать поисковые запросы и таможенный импорт по Texas Instruments, ведь у многих регионалов сместится точка приложения усилий. С другой стороны, что такое для Texas Instruments потеря пусть даже половины бизнеса в России на фоне возможного роста продаж в мире? Будущее покажет.