میکروکنترلر چیست و انواع آن کدام است؟

به منظور اتصال بخش های مختلف موجود در یک مدار الکتریکی، کنترل و مدیریت این قطعات از ابزاری تحت عنوان میکروکنترلر یا ریزپردازنده استفاده می شود. این قطعه های کوچک این توانایی را دارند تا مانند یک کامپیوتر ساده و کوچک فعالیت کرده و برنامه های از قبل طراحی شده موجود در آن را به بهترین شکل ممکن اجرا کنند. از آنجایی که اهمیت استفاده از این قطعات در سیستم ها و مدار های امروزی به شدت بالا رفته است، سعی کردیم در مطلبی تحت عنوان میکروکنترلر چیست و انواع آن کدام است، به تشریح و بررسی نکاتی در رابطه با این قطعات کاربردی بپردازیم. در دوره تابلو برق صنعتی به تمامی مطالب مربوط به الکترونیک صنعتی مسلط خواهید شد.

میکروکنترلر(microcontroller)چیست؟

می توان میکروکنترلر ها را نوعی کامپیوتر کوچک و یا یک چیپ الکترونیکی دانست که با قابلیت برنامه ریزی می تواند فرمان های از پیش تعیین شده در آن را به بهترین شکل ممکن به اجرا درآورد. میکروکنترلر در اصل یک مدارمجتمع IC است که از ۳ بخش اصلی به نام پردازنده، حافظه و ورودی و خروجی تشکیل شده است. عملا این قطعه مهم و حیاتی در مدار های هوشمند می تواند قطعات الکتریکی مختلفی را مورد استفاده قرار دهد و کد های وارد شده در آن را به اجرا در می آورد.
همه میکروکنترلر ها از بخش های مختلف و مشترکی ساخته شده اند که هر کدام از آنها در این قطعه یک نقش به خصوص را ایفا می کنند. کار کرد درست همه این قطعات در کنار هم برای فعالیت درست به شدت واجب و ضروری می باشد.

بعد از مطالعه اینکه “میکروکنترلر چیست”، جهت استفاده صحیح از این میکروکنترلرها، باید با انواع میکروکنترلر و کاربردهای آنها به خوبی آشنا شوید.

اجزای تشکیل دهنده میکروکنترلر

از اجزای تشکیل دهنده میکروکنترلر می توان به پردازشگر، حافظه ذخیره سازی، ورودی ها و خروجی ها، تایمر، مبدل آنالوگ به دیجیتال و بالعکس اشاره کرد که هر کدام از این بخش ها وظیفه بخصوصی را در آن برعهده دارند.

پردازشگر: پردازشگر یا همان CPU بکار رفته در آن عملا حکم مغز متفکر این قطعه را برعهده دارد و در این قطعه به پردازش داده ها می پردازد. به منظور استخراج داده ها، پردازش محاسبات و انجام دادن وظایفی که از قبل به آن سپرده شده است به وجود این سی پی یو احتیاج خواهد بود. حافظه ذخیره سازی نیز از اصلی ترین اجزای تشکیل دهنده میکروکنترلر به حساب می آید. دو نوع حافظه در میکروکنترلرها وجود دارد, یکی RAM و دیگری ROM می باشد.

داده هایی که قرار است در آینده مورد پردازش قرار دهد و عملا همه برنامه های موجود در یک میکروکنترلر در این دو حافظه ذخیره سازی می شود. عملکرد درست و صحیح پردازشگر به میزان زیادی به این قطعه و بخش از میکروکنترلر وابسته است و عملا پردازشگر از داده های موجود در حافظه برای پردازش استفاده می کند.

ورودی و خروجی ها : ورودی و خروجی ها یا اصطلاحا همان پورت های دستگاه راه ارتباطی بین میکروکنترلر و سایر تجهیزات را برقرار می کنند. البته از سمت دیگر از این درگاه ها برای برنامه نویسی و برنامه ریزی آن ها نیز استفاده می شود.

تایمر یا شمارنده: ابزارها، تجهیزات و وسایل جانبی بسیاری وجود دارند که برای برقراری ارتباط بین آنها و میکروکنترلر بایستی از این پورت ها استفاده نمود. تایمر یا شمارنده قطعه ایست که به منظور تولید نوسانات، اندازه گیری میزان فرکانس ها و ساخت پالس در میکروکنترلر از آن استفاده می شود.

این قطعه به صورت کلی مسئولیت برقراری نظم، به موقع انجام شدن فرامین و به طور کلی انجام عملیات زمانبندی و شمارش را برعهده دارد.

ADC و DCA: ADC و DCA یا همان مبدل آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ، پارامتری در میکروکنترلر است که مسئولیت تبدیل کمیت ها و واحدها را در قطعه برعهده دارد. میکروکنترلر نمی تواند به سادگی از کمیت ها و واحدهایی که ما به صورت روتین از آن استفاده می کنیم، استفاده کند. به همین سبب وجود این آنالوگ ها عاملی است تا کمیت های آنالوگ و پیوسته به سادگی هرچه تمام تر به کمیت های دیجیتال تبدیل شود. در این شرایط است که این قطعه می توان به پردازش داده ها در کسری از ثانیه بپردازد.

واحدهای ارتباطی: واحدهای ارتباطی در میکروکنتلرها، ارتباط بین میکروپردازنده و سایر دستگاه ها را برقرار می کنند و از پروتکل هایی به نام UART(ارتباط سریال)، SPI(ارتباط سریال با سرعت بالا) و I2C( ارتباط با دستگاه های چندمنظوره) تشکیل شده است.

کریستال یا اسیلاتور داخلی: اسیلاتور داخلی در اصل یک منبع ساعت(CLOCK) ایجاد کرده که زمان بندی عملیات را در میکروپردازنده تنظیم می کند.

واحد وقفه(Interrupt): واحد وقفه به میکروپردازنده اجازه می دهد تا سریعا به تغییرات ورودی و یا تکمیل تایمر عکس العمل نشان دهد و هیچ وقفه ای در حین عملیات نداشته باشد.

پورت توسعه و اتصال: وظیفه این پورت های اتصال، اتصال microcontroller به دستگاه ها و مدارات خارجی است. پورت های اتصال دو نوع هستند: پورت اتصال آنالوگ و پورت اتصال دیجیتال.

انواع میکروکنترلرها

به طور کلی می توان بیان داشت که میکروکنترلرها اجزای مشترکی دارند و مسئولیت های ثابتی در مدار بر عهده دارند.

به همین سبب با وجود اینکه امروزه شاهد انواع مختلفی از آنها در بازار هستیم، اما می توان گفت همگی آنها از مکانیسم و فرایند ثابتی برای پردازش داده ها و تولید خروجی استفاده می کنند. ما در این قسمت قصد داریم تا انواع میکروکنترلرها را بر اساس معماری پردازنده، بیت محور بودن، حافظه برنامه ریزی، بر اساس سازنده و در نهایت بر حسب کاربرد تقسیم بندی کرده و به تشریح آنها بپردازیم:

انواع میکروکنترلر بر اساس بیت میکروکنترلر، AVR و PIC

معیارهای انتتخاب میکروکنترلر

برای انتخاب یک میکروکنترلر می تواند پارامترهای زیر را مورد توجه قرار داد:

کاربرد میکروکنترلر

همانطور که قبل تر هم اشاره کردیم، این قطعات که یکی از اصلی ترین اجزای فن آوری و تکنولوژی هستند، نقش بسیار مهمی را در سیستم های الکترونیکی ایفا می کنند، امروزه به سادگی قابل برنامه ریزی هستند و در دل دستگاه های برقی مختلف وجود داشته و به آنها قابلیت های ویژه ای را می افزایند. کار میکروکنترلر این است که هوشمندسازی دستگاه ها و قطعات را با قابلیت برنامه ریزی خود انجام دهد.

از جمله رایج ترین این دستگاه هایی که در ساخت آنها از microcontroller استفاده می شود می توان به سیستم های روشنایی، سیستم های دما و آتش، کنترل فرمان و غیره اشاره نمود. در تمامی این سیستم ها، از میکروکنترلرها به نقش ها و شکل های مختلفی استفاده می شود.

این اقدامات شامل ذخیره سازی داده ها، محاسبه داده ها، نمایش اطلاعات خروجی از دستگاه و اندازه گیری می شود. کارایی زیاد این قطعات به گستردگی استفاده از آنها به شدت کمک کرده است. به طوری که امروزه شاهد آن هستیم که مهندسان برای کنترل یک LED کوچک تا سیستم موتور خودرو، منازل هوشمند، تاچ گوشی های همراه، تجهیزات پزشکی و بسیاری دیگر از مشاغل، حرفه ها و قطعات از میکروکنترلرها استفاده می کنند.

همچنین می توان از میکروکنترلرها در دستگاه های کنترل صنعتی، اندازه گیری وسایل زندگی همانند سیستم اندازه گیری دستی و اندازه گیری اجسام چرخشی استفاده کرد.

عملکرد میکروکنترلر

عملکرد کنترل کننده به گونه ای است که بتواند با دریافت ورودی، پردازش اطلاعات و ارائه خروجی وظایف خود را به خوبی انجام دهد. عملکرد میکروکنترلرها در چندین مرحله انجام می شود. در این قسمت، به توضیح عملکرد میکروکنترلرها به صورت گام به گام می پردازیم:

تفاوت ریزپردازنده میکروکنترلر و میکرروپروسسور

در اینجا به تفاوت میکروکنترلر و میکرروپروسسور می پردازیم:

جمع بندی

یکی از اصلی ترین قطعات و تجهیزاتی که در مدارهای امروزی به منظور هوشمند سازی و مدیریت بهتر مدارها استفاده می شود، میکروکنترلرها هستند.

این قطعات حساس و کوچک، به سهولت کار و افزایش کیفیت خروجی از تجهیزات تا میزان زیادی کمک کرده اند. سعی کردیم در طی این مطلب به بررسی و تشریح کارکرد میکروکنترلرها و انواع آنها بپردازیم و شما را تا حد امکان با قطعات بکار رفته در آنها آشنا کنیم.

پیش بینی می شود که در سال های آینده با پیشرفتی که در ساخت این قطعات به وجود می آید، این قطعات کوچک بتوانند از پس بسیاری دیگر از کارها نیز به خوبی بر بیایند. ممنون که در فنون برق همراه ما بودید.