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 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 و انواع آن 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 چیست؟

می توان میکروکنترلر ها را نوعی کامپیوتر کوچک دانست که با قابلیت برنامه ریزی می تواند فرمان های از پیش تعیین شده در آن را به بهترین شکل ممکن به اجرا درآورد. 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.

 

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 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 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.

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 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.

انواع میکروکنترلر

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.

 

به طور کلی می توان انواع میکروکنترلر ها را تحت عنوان AVR، ARM، x-mega، PIC و ۸۰۵۱ دانست. در بین همه این انواع میکروکنترلرها، دو مدل AVR و ARM جزو محبوب ترین و البته پر استفاده ترین آنها به حساب می آیند.

اکثر قطعات موجود در بازار نیز از این دو مدل می باشد، اما بایستی توجه داشته باشید که استفاده از میکروکنترلر AVR نسبت به ARM محبوبیت بیشتری دارد.

در کنار موضوع محبوبیت، استفاده از این مدل نیز، از لحاظ قیمتی و صرفه اقتصادی نیز ارزش خرید بالایی دارد. به علاوه این مورد دسترسی به این مدل نیز در بازار ساده تر می باشد. AVR قطعه ایست که توسط کمپانی بزرگ Atmel ساخته می شود.

در ساخت و تولید آنها از معماری های RISK و CISK استفاده می شود که این عوامل همگی در کنار هم، دست به دست هم داده اند تا از هر لحاظ به ارزش خرید این microcontroller ها افزوده شود.

کاربرد میکروکنترلر

همانطور که قبل تر هم اشاره کردیم،این قابلیت را به دستگاه بکار رفته در آن می دهد که قابل برنامه ریزی باشد عملا وظیفه هوشمند سازی این دستگاه ها و قطعات را برعهده دارد.

این قطعات که امروزه به سادگی قابل برنامه ریزی هستند، کامپیوتر های کوچکی هستند که در دل دستگاه های برقی مختلف وجود داشته و به آنها قابلیت های ویژه ای را می افزاید.

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.

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.