آشنایی با میکرو کنترلر

دوستان و همراهان سخت افزار،در این مطلب شما را با میکروکنترلر ها آشنا خواهیم ساخت.میکروکنترلرها امروزه در بسیاری از سخت افزار و قطعات اطراف ما مورد استفاده هستند.از همین رو شناخت آنها خالی از لطف نیست.با ما همراه باشید.

ریزکنترلگر یا میکروکنترلر (Microcontroller) نوعی ریزپردازنده است که دارای حافظه دسترسی تصادفی (RAM) و حافظه فقط خواندنی (ROM)، تایمر، پورت‌های ورودی و خروجی (I/O) و درگاه ترتیبی (Serial Port پورت سریال) در درون خود تراشه بوده و می‌تواند به تنهایی بر روی ابزارهای دیگری کنترل اعمال کند. به عبارت دیگر یک میکرو کنترلر، مدار مجتمع کوچکی است که از یک CPU کوچک و اجزای دیگری نظیر نوسان ساز کریستالی، تایمر، درگاه‌های ورودی و خروجی آنالوگ و دیجیتال و حافظه تشکیل شده‌است.

در واقع یک ریزپردازنده در درون ریزکنترلگر قرار داده شده‌است که ریزکنترلگر با استفاده از آن می‌تواند محاسبات منطقی و حسابی را انجام دهد.  وجود RAM و ROM و پورت‌های I/O در میکرو کنترلرها آنها را یک انتخاب ایده ال برای کاربردهایی می‌کند که قیمت و فضا در آنها مهم است. در بسیاری از کاربردها مثل کنترل از راه دور تلویزیون نیازی به محاسبات سنگین در حد یک ۴۸۶ یا حتی ۸۰۸۶ وجود ندارد. در این گونه موارد و بسیاری دیگر از کاربردها فضای مورد استفاده توان مصرفی و قیمت هر واحد مهم تر از قدرت محاسبات است. در این گونه موارد اغلب لازم است تعدادی I/O خوانده شده و بیت‌های مشخصی را خاموش یا روشن کند. به همین دلیل این گونه پردازنده‌ها را (IBP(ITTY-BITTY PROCESSOR نیز می‌نامند.میکروکنترلرها عموما برای کاربردهای کوچک طراحی می‌شوند، بنابراین برخلاف ریزپردازنده‌ها در این جا مهمترین مسائل، سادگی و مصرف کم توان است.

برخی از وسایل که از میکرو کنترلر استفاده می‌کنند: تلفن، موبایل، سیستم، ایمنی، دربازکن گاراژ، دستگاه فاکس، کامپیوتر شخصی PC، پخش کننده های ویدوئی، دوربین ویدئویی، لپ تاپ، سیستم‌های تهویه، سرعت سنج،مادربرد و بسیاری از سخت افزارهای دیگر. یک ریزکنترل کننده از سخت‌افزارهایی مانند پردازنده، RAM، ROM و یک سری پایانه ( یا پورت یا درگاه) تشکیل شده‌است.  از سوی دیگر، از آنجا که این قطعات در اکثر حالات برای مقاصد کنترلی استفاده می‌شوند، نیاز به برقراری ارتباط با دستگاه تحت کنترل خود را دارند. اما از آنجا که اکثر سیگنال‌های لازم برای این منظور سیگنالهای آنالوگ هستند، باید ابتدا این سیگنال‌ها به صورت دودویی تبدیل شوند تا برای پردازنده قابل درک باشند. این کار توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال صورت می‌گیرد. همچنین در برخی از میکروکنترلرها مبدل دیجیتال به آنالوگی هم وجود دارد که امکان فرمان دادن میکروکنترلر به دستگاه‌های با ورودی آنالوگ را فراهم می‌کند.

از دیگر اجزای معمول و پرکاربرد در میکروکنترلرها، تایمرها هستند. تایمرها عموما از یک شمارنده تشکیل می‌شوند که پس از تعداد مشخصی از شمارش، تولید یک وقفه می‌کنند که می‌تواند برای بررسی متوالی یک روال یا انجام متوالی یک کار مورد استفاده قرار گیرد.  بسیاری از میکروکنترلرها از واحدهای مدولاسیون عرض پالس نیز برخوردارند. این واحدها به خصوص در کاربردهای الکترونیک قدرت و کنترل موتور و نیز به عنوان مبدل دیجیتال به آنالوگ کاربرد دارند.

از مهم‌ترین و بزرگ‌ترین تولیدکنندگان میکرو کنترلرها می‌توان شرکت Atmel را نام برد که در حال حاضر سری ای‌وی‌آر و ۸۰۵۱ میکروکنترلرهای این شرکت در ایران بدلیل سهولت استفاده مورد توجه‌است.  برنامه ریزی میکروکنترلرهای AVR بیشتر با زبان C و با کامپایلر codevision، و یا با زبان بیسیک و توسط نرم‌افزار BASCOM انجام می‌شود. یکی دیگر از تولیدکنندگان بزرگ میکروکنترلرها شرکت Microchip است که میکروکنترلرهای این شرکت با نام‌های تجاری PIC و dsPIC نیز از محبوبیت زیادی برخوردار است.به طور کلی تولید کنندگان میکروکنترلر در جهان کم تعداد نیستند،اما تعداد محدودی از آنها مورد توجه هستند.بسیاری از کمپانی ها نیز تنها برای تولیدات خود میکروکنترلرهایی را تولید می کنند. شرکت‌های بزرگ دیگری نیز در زمینه تولید میکروکنترلر فعالیت می‌کنند که از آن جمله می‌توان بهTI، موتورولا و فیلیپس اشاره کرد.شرکت intel هم نقش بسیار مهمی در تولید میکروکنترلرهای خانواده ۸۰۵۱ داشت.البته اخیرا با قدرتنمایی میکروکنترلرهای آرم، این میکروکنترلرهای 32 بیتی و بیشتر با شدت بسیار زیادی در حال فراگیر شدن است و از رشد بسیار زیادی در بازار برخوردار است . میکروکنترلرهای آرم موجود در ایران اکثرا توسط سه شرکت ان‌ایکس‌پی، اتمل و ST تولید می شوند، که در این میان سهم میکروکنترلرهای ان‌ایکس‌پی و اتمل بیشتر است.

تفاوت میکرو کنترولر و میکرو پروسسور

میکرو کنترولر و میکروپروسسور تقریبا از یک شاخه تکنولوژیک وساختاری هستند اما در اجزای وابسته، با هم تفاوت های عمده دارند در میکرو پروسسورها فقط واحد پردازش به صورت مجزا به صورت یک ای سی وجود دارد که رم و رام و حتی ثبات ها در ای سی های مجزا به میکروپروسسور وصل و تشکیل یک میکرو کامپیوتر را می دهند اما در میکرو کنترلر تمام واحد های یک کامپیوتر از جمله رم و رام و ثبات ها در درون یک ای سی به صورت فشرده به نام میکرو کنترولر وجود دارد که معمولا در دستگاه های تجاری برای کاهش قیمت دستگاه مانند تلویزیون و ماکروویو و غیره استفاده می شود.