به کارگیری میکروکنترلرها از جمله بهترین اختراعات بشر برای ساده سازی کارها بوده است، برای استفاده از این سیستم در مدارهای الکترونیکی ابتدا لازم است بدانیم که میکروکنترلر چیست ؟
در دنیای صفر و یکی پیش رو این میکروکنترلرها هستند که مهمترین نقش را ایفا میکنند. شما هم با دنیای شیرین آنها برخورد داشته اید؟
با دنبال کردن این آموزش و آموزش های بعدی ما به دنیای الکترونیک دیجیتال پا بگذارید.
۱- آشنایی با میکروکنترلرها
۱-۱- آشنایی با ساختار IC ها
برای آن که بدانیم میکروکنترلر چیست، ابتدا از شناخت کلی و مختصری از مدارات مجتمع شروع میکنیم.
برخی از انواع IC ها از چیدمان چندین ترانزیستور (حتی در مواردی در مقیاس چندین میلیون) ساخته شده اند و در کاربردهای بسیار متنوعی، کار را برای طراح مدارات بسیار راحت می کنند.
دسته ای دیگر از IC ها برپایه ی گیت های AND و OR ساخته شده اند و با اتصال چندین گیت در درون آن ها عملیات گسترده ای اجرا می شود.
از پیشرفته تر شدن ICهای گیت دار، ICهایی با عنوان پروسسور (processor) ساخته شدند که عملیات متنوع ریاضیاتی انجام میدهند، این ICها قادر به انجام عملیات جمع، ضرب و تقسیم هستند، حتی در مدلهای جدید به عملیات پیچیده تری دست میزنند.
۱-۲- اصطلاح سایز بیتی یک میکروپروسسور یا میکروکنترلر
این اصطلاح به اینکه هر میکروپروسسور یا میکروکنترلر عملیات ریاضی اش را روی چند بیت از داده انجام می دهد، مربوط است. مثلا وقتی میگوییم میکروکنترلرهای نوع AVR از مدل 8 بیتی هستند، یعنی عملیات جمع و تفریق و ... را روی هر 8 بیت از داده همزمان انجام میدهند و در مقابل میکروکنترلر ARM که 32 بیتی است این عملیات را روی 32 بیت همزمان پیاده سازی میکند. همین نکته به خوبی بیانگر برتری سرعت عملیاتی ARM ها نسبت به AVR هاست. (میکروکنترلرهای ARM بیش از 4 برابر سرعت دارند، چون سرعت به صورت نمایی و غیرخطی بالا میرود)
۲- میکروکنترلر چیست؟
توجه داشته باشید که میکروپروسسور و میکروکنترلر مفاهیم متفاوتی هستند و نباید این دو را با یکدیگر اشتباه بگیریم.
۲-۱- آشنایی با میکروپروسسور
میکروپروسسورها مغز اصلی سیستم هستند که وظیفه آن ها محاسبات، اطلاع رسانی به سایر واحدها، جابه جایی اطلاعات و بیت ها است. یک میکروپروسسور برای انجام عملیاتش نیازمند حافظه است.
۲-۲- تفاوت میکروکنترلر ها و میکروپروسسور
میکروکنترلر یک واحد است که علاوه بر داشتن یک میکروپروسسور داخلی، اجزای جانبی (peripheral) نیز دارد. این اجزا شامل انواع حافظه، واحدهای ورودی/خروجی (I/O)، انواع مبدل ها و .... است. برای لمس بیشتر از این موضوع فرض کنید شما برای کامپیوتر خودتان یک CPU) central processor unit) خریده اید، این CPU به تنهایی کاربردی نخواهد داشت و نیازمند این است که حافظه، درایور CD، مادربورد، پورتهای ورودی/خروجی و سایر قطعات لازمه را تهیه کنید.
میکروکنترلر در واقع یک کامپیوتر All In One است که تمامی لوازم جانبی را در خودش دارد.
برندهای مختلف میکروکنترلرها و در هر برند انواع مختلفی که تولید میشوند همگی براساس تفاوت در این لوازم جانبی دسته بندی شده اند.
۳- آشنایی با میکروکنترلرها و اجزای درون آن ها
برای اینکه بدانیم میکروکنترلر چیست باید با برخی از لوازم جانبی داخل آنها اشنا شویم.
- نوسان ساز (Oscillator) : این قطعه برای ساخت پالس های مورد نیاز قلب میکروکنترلر استفاده میشود.
- مبدل های سیگنال آنالوگ به دیجیتال و برعکس (ADC / DAC)
- حافظه برنامه (Program Memory) با ظرفیت های مختلف.
- حافظه EEPROM : این مدل از حافظه براساس ساختار داخلی اش، اطلاعات را درون خودش ذخیره نگه داشته و دراثر قطع شدن منبع تعذیه، اطلاعات پاک نمی شوند. از این مدل حافظه برای اطلاعات اصلی و مهم استفاده می شود.
- حافظه RAM : برای ذخیره اطلاعات در حین عملیات و محاسبات استفاده میشود که در این حالت دیتا ذخیره کلی نشده و با قطع منبع تغذیه، پاک خواهد شد.
- واحد PWM : واحد تولید سیگنال پالس با عرض متغیر که برای راه اندازی موتورها خیلی کاربرد دارد.
- واحد ورودی/خروجی (I/O) .
- ارتباط با دنیای بیرون از طریق پروتکل های متفاوت ارتباط سریال
- تعدادی تقویت کننده عملیاتی (Op-amp)
- پورت های ارتباطی USB
- RTC) Real Time Clock)
- ارتباط صنعتی CAN
۳-۱- نکاتی درباره میکروکنترلرها
- قطعات و المانهای بسیار زیادی در مدلهای مختلف هر برند از میکروکنترلرها وجود دارد که هرکدام کاربرد مخصوص به خودش را دارد.
- میکروکنترلرهای ARM نبست به مدل های AVR جدیدتر هستند و به تبع اجزای داخلی جدید و پیچیده تری نیز خواهند داشت.
- امروزه تکنولوژی به سمت SOC) System On Chip) در حال پیشرفت است و دنیایی از ماژول های مختلف همگی روی یک برد کوچک جمع میشوند. ماژول هایی از مدلهای پیشرفته بلوتوث، Wi-Fi و غیره همگی در دنیای SOC سوار بر یک IC کوچک شده اند.
