میکروکنترلر چیست؟

میکروکنترلر یا ریز کنترل گر یک تراشه IC است که برای کنترل دستگاه‌های دیگر برنامه ریزی شده است. دلیل نامگذاری این تراشه به میکروکنترلر سایز و اندازه‌ی آن، کنترل دستگاه‌ها و ماشین آلات است. از آنجایی که این تراشه در درون وسایل و ماشین‌های مختلف مثل ماشین لباسشویی، تلفن همراه، خودرو و … قرار دارد به آن کنترلر توکار هم گفته می‌شود. میکروکنترلر دارای RAM، ROM و پورت‌های ورودی یا خروجی است.

در این مقاله از مقالات آموزش طراحی میکروکنترلرهای ARM به بررسی این تراشه به صورت کامل و معرفی روش کار و انواع آن خواهیم پرداخت.

اولین میکرکنترلر جهان 

اولین میکرکنترلر جهان، TMS 1000 بود که در سال 1971 توسعه یافت و در سال 1974 به صورت تجاری منتشر شد. دو مهندس به نام گری بون و مایکل کوکران آن را توسعه دادند. این یک کامپیوتر کوچک در یک IC است. آنها در انواع 8 و 32 بیت تولید می‌شوند که هر کدام خصوصیات و ویژگی‌های خاص خود را دارند.

میکروکنترلر چگونه کار می‌کند؟ کاربردمیکروکنترلر

اگر چه میکروکنترلرهای زیادی وجود دارد و حتی برنامه‌های بیشتری برای ساخت مدل‌های جدید آن نوشته شده است، اما اکثر آنها دارای فناوری و تجهیزات مشترک هستند. بنابراین اگر بتوانیم روش ساخت و کار با یکی از آنها را یاد بگیریم، می‌توانیم با انواع دیگر آن کار کنیم.

میکروکنترلرها دستگاه‌های دارای عملکرد بسیار سریع البته کندتر از کامپیوترها هستند، بنابراین هر دستورالعمل در میکروکنترلر با سرعت بسیار سریع اجرا می‌شود. عملکرد آن در زیر آمده است:

هنگامی که منبع تغذیه روشن می‌شود، نوسانگر کوارتز توسط Control Logic Register فعال می‌شود. در چند میلی ثانیه‌ی اول، در حالی که دستگاه در حال آماده سازی است، خازن انگل شارژ می‌شود.

هنگامی که سطح ولتاژ به حداکثر توان خود می‌رسد و فرکانس نوسانگر کوارتز پایدار می‌شود، فرایند نوشتن بیت در تابع‌های رجیستر شده آغاز می شود. همه چیز با توجه به ساعت نوسانگر اتفاق می‌افتد و تمام قطعات الکترونیکی شروع به کار می‌کند. همه‌ی این اتفاقات تنها چند نانو ثانیه زمان می‌برد.

شمارنده برنامه ثباتی یا PC حافظه برنامه را به آدرس صفر می‌فرستد. بعد آدرس دستورالعمل به رمزگشایی کننده‌ی عملکردها فرستاده می‌شود تا رمزگشایی شده و سپس اجرا شود. پس از اجرای یک دستورالعمل، آدرس شمارنده برنامه ثباتی به 1 افزایش می‌یابد و بنابراین آدرس دستورالعمل بعدی را به رمزگشایی کننده دستورالعمل‌ها ارسال کرده و دستورالعمل‌های بعدی را اجرا می‌کند.

انواع میکروکنترلر

میکروکنترلرها انواع گوناگونی دارند. میکروکنترلرهای arm، میکروکنترلرهای AVR، میکروکنترلر atx mega، میکروکنترلرهای plc، میکروکنترلرهای 8051 و غیره بخشی از انواع میکروکنترلر می باشد.

میکروکنترلرها را می توان بر اساس معیارهای مختلفی دسته بندی کرد، از جمله:

1. معماری:

• هاروارد: در این نوع میکروکنترلرها، حافظه برنامه و حافظه داده از فضای آدرس جداگانه ای استفاده می کنند. این امر باعث افزایش سرعت و کارایی پردازنده می شود.
• پرینستون: در این نوع میکروکنترلرها، حافظه برنامه و حافظه داده از یک فضای آدرس مشترک استفاده می کنند. این نوع میکروکنترلرها به طور کلی ارزان تر و ساده تر هستند.

2. مجموعه دستورالعمل:

• RISC (کاهش مجموعه دستورالعمل): میکروکنترلرهای RISC دارای مجموعه دستورالعمل های ساده و کارآمد هستند که باعث افزایش سرعت و کارایی پردازنده می شود.
• CISC (مجموعه دستورالعمل های پیچیده): میکروکنترلرهای CISC دارای مجموعه دستورالعمل های پیچیده تری هستند که قابلیت های بیشتری را ارائه می دهند، اما ممکن است کندتر باشند.

3. اندازه کلمه:

• 8 بیتی: میکروکنترلرهای 8 بیتی ساده ترین و ارزان ترین نوع میکروکنترلر هستند. آنها برای کاربردهای ساده مانند کنترل لوازم خانگی و اسباب بازی ها مناسب هستند.
• 16 بیتی: میکروکنترلرهای 16 بیتی قدرتمندتر از میکروکنترلرهای 8 بیتی هستند و می توانند برای کاربردهای پیچیده تری مانند کنترل موتور و پردازش سیگنال استفاده شوند.
• 32 بیتی: میکروکنترلرهای 32 بیتی قدرتمندترین نوع میکروکنترلر هستند و می توانند برای کاربردهای بسیار پیچیده مانند پردازش تصویر و کنترل ربات استفاده شوند.

4. سازنده:

• Microchip: یکی از محبوب ترین سازندگان میکروکنترلر در جهان است. آنها طیف گسترده ای از میکروکنترلرها را برای کاربردهای مختلف ارائه می دهند.
• Atmel: یکی دیگر از سازندگان محبوب میکروکنترلر است. آنها به دلیل میکروکنترلرهای AVR خود که به دلیل قیمت پایین و کاربری آسان شناخته شده اند، مشهور هستند.
• Texas Instruments: یکی از بزرگترین شرکت های نیمه هادی در جهان است. آنها طیف گسترده ای از میکروکنترلرها را برای کاربردهای مختلف ارائه می دهند.

کاربرد میکروکنترولر

میکروکنترلرها کاربردهای بسیار گسترده ای در زندگی روزمره ما دارند. از یخچال و فریزر و ماشین لباسشویی گرفته تا خودرو و تلفن همراه، در بسیاری از لوازم و دستگاه های اطرافمان از آنها استفاده می شود.

برخی از کاربردهای مهم میکروکنترلرها عبارتند از:

• کنترل لوازم خانگی
• ابزارهای اداری
• لوازم جانبی کامپیوتر
• خودروها
• ابزارهای پزشکی
• اسباب بازی ها
• صنعت
• سیستم های امنیتی
• لوازم ورزشی

میکروکنترلرها نقش مهمی در زندگی روزمره ما ایفا می کنند و با پیشرفت تکنولوژی، کاربردهای آنها نیز گسترده تر خواهد شد.

میکروپروسسور چیست؟

میکروپروسسور یک پردازنده درون یک یا چند مدار مجتمع است که مانند میکروکنترلر ها RAM، ROM و سایر لوازم جانبی را ندارد. آنها به مدارهای خارجی لوازم جانبی وابسته هستند تا کار کنند. اما میکروپروسسورها برای برای کارهای پیچیده مانند توسعه نرم افزار‌ها، باز‌ ها و برنامه های کاربردی دیگر که نیاز به حافظه‌ی بالا دارند و در آن ورودی و خروجی تعریف نشده است، ساخته شده‌اند.

 تفاوت میکروکنترلر و میکروپروسسور چیست؟

1. تفاوت اصلی در هر دوی آنها وجود تجهیزات جانبی خارجی متفاوت در هر کدام است. به این صورت که در میکروکنترلرها RAM، ROM و EEPROM تعبیه می‌کنند در حالی که در ساخت میکروپروسسورها از مدارهای خارجی استفاده می‌کنند.

2. در حالی که که همه‌ی وسایل جانبی میکروکنترلر به صورت واحد در این تراشه به کار رفته و  فشرده شده است، اما در میکروپروسسور این وسایل جانبی بزرگ هستند.

3. برای اینکه ساخت میکروکنترلر‌ها ارزان‌تر تمام شود در ساخت آنها از فناوری اکسید فلز نیمه هادی مکمل استفاده شده است. علاوه بر این، برنامه های ساخته شده با میکروکنترلرها ارزان تر هستند، زیرا آنها نیاز به اجزای کوچکتر خارجی دارند، در حالی که هزینه های کلی سیستم های ساخته شده با میکروپروسسور ها به دلیل استفاده از تعداد زیادی از اجزا و لوازم جانبی خارجی مورد نیاز برای همچنین سیستم‌هایی بالا است.

4. سرعت پردازش میکروکنترلرها حدود 8 مگاهرتز تا 50 مگاهرتز است، اما سرعت پردازش میکروپروسسورها بالاتر از 1 گیگاهرتز است، بنابراین عملکرد و کارکرد آنها بسیار سریع‌تر از میکروکنترلرها است.

5. میکروکنترلرها جمع و جور هستند، بنابراین استفاده از آنها برای محصولات و تجهیزات کوچک مناسب‌تر و کارآمدتر است. در حالی که میکروپروسسورها بزرگ هستند و برای محصولات و تجهیزات بزرگتر به کار می‌روند

6. کارکرد و عملکرد میکروکنترلرها محدود و ساده است. در حالی که کارکرد و عملکرد میکروپروسسورها به طور کلی پیچیده‌تر هستند. مانند توسعه نرم افزار، توسعه بازی، وب سایت، اسناد و غیره، بنابراین نیاز به حافظه و سرعت بیشتری دارند، به همین دلیل است که ROM، RAM خارجی با آن استفاده می‌شود.

7. میکروکنترلرها بر اساس مدل هاروارد ساخته شده‌اند که حافظه برنامه و حافظه دیتا در آنها جداگانه هستند در حالی که میکروپروسسورها بر پایه مدل فون نویمان است که برنامه و داده‌ها در همان حافظه ذخیره می‌شود، ساخته شده‌اند.

منبع: circuitdigest

منبع: wikiforu

مقاله ای که خواندید از دسته مقالات آموزش میکروکنترلر از وبلاگ فنی برق بود. در صورتی که تمایل دارید آموزش طراحی میکروکنترلر  را به صورت کامل فرا گیرید می توانید در دوره آموزش طراحی میکروکنترلر avr آموزشگاه فنی برق شرکت کنید.