ساختار میکروکنترلر و انواع این قطعه موضوعی است که به بررسی بیشتر آن در این مقاله می‌پردازیم. میکروکنترلر (Microcontroller Unit) یک نوع مدار مجتمع است که برای اجرای وظایفی خاص در سیستم‌های صنعتی تعبیه می‌شود. این وسیله یک قطعه کاربردی در تمام دستگاه‌هایی است که به صورت روزمره ما با آن سر و کار داریم. ساده‌ترین و روزمره‌ترین نوع وسایل که ما از آن استفاده می‌کنیم ماشین لباسشویی، کنترل تلوزیون، ماشین‌های اداری و … است.
میکروکنترلر چیست؟
در جهان اولین بار در سال 1974 میکروکنترلری با عنوان TMS 1000 روانه بازار گردید. و به مرور از مهم‌ترین قطعات الکتریکی به حساب آمد. میکروکنترلر از دو بخش تشکیل شده میکرو به معنای خیلی کوچک، که بعنوان یک واحد اندازه‌گیری یونانی است و کنترلر به معنی کنترل کننده معنی می‌گردد.
این قطعه اطلاعات ورودی را جمع‌آوری میکند و با پردازش آنها عملیات خاصی را روی آن انجام می‌دهد و در نهایت خروجی را به ما منتقل میکند. به دلیل ساختاری که این قطعه دارد، میکروکنترلر را بعنوان یک رایانه کوچک که شامل پردازنده، حافظه کوچک و لوازم جانبی قابل برنامه‌ریزی است در نظر می‌گیرند.
ساختار میکروکنترلرها از CPU (واحد پردازش مرکزی)، حافظه RAM، حافظه ROM، تایمر، پورت‌های ورودی و خروجی، مبدل دیجیتال و آنالوگ و رابط کاربری سری تشکیل شده. موضوع مهمی که در دستگاه‌های مجهز به این قطعه باید رعایت گردد این است که میکروکنترلر باید نیازهای کم مصرف داشته باشند زیرا بسیاری از دستگاه‌هایی که کنترل می‌کنند با باتری فعال هستند.
شاید برایتان سوال شده باشد که چرا میکروکنترلر از اهمیت بالایی برخوردار است؟ در پاسخ به این سوال ابتدا به امکانات موجود در این قطعه می‌پردازیم:
- دارا بودن حافظه موقت خواندنی و نوشتی RAM
- واحد پردازش مرکزی CPU
- حافظه خواندنی ROM
- وجود پورت‌های ورودی و خروجی I/O Ports
- وجود شمارنده و تایمر
- مبدل آنالوگ به دیجیتال و برعکس
- رابط کاربری سریال
- کنترل کننده وقفه یا Interrupt Controls
شرکت‌های مختلفی از جمله NXP Semiconductor، Texas-instruments، Atmel و … از برندهای معروف جهانی هستند که مجموعه ایران کامپو به غیر از ارایه میکروکنترلر از این کمپانی‌ها قطعات دیگری مثل دیود زنر، ترانزیستور و … را به فروش می‌رساند.
هر یک از این اجزای داخلی که در بالا نام برده شد وظیفه‌ایی دارند که به شرح ذیل می‌باشد:
حافظه RAM و ROM
ذخیره داده‌ها و اطلاعات در ساختار میکروکنترلر به عهده حافظه است. حافظه یک تراشه است و به شکل‌های مختلفی دیده می‌شود مثل RAM، ROM، EPROM، EEPROM و …
CPU
مرکز کنترل یک میکروکنترلر هسته آن است. هسته پردازنده داده‌هایی است که به قطعه منتقل می‌شود.
پورت‌های ورودی و خروجی
بسته به نوع میکروکنترلر تعداد پورت‌های آن هم متفاوت است. هر میکروکنترلر درای تعدادی از این پورت‌ها است. نوع دیگری پورت وجود دارد که به آن پورت سریال می‌گویند. پورت‌های سریال به نوعی رابطی هستند بین سریال میکروکنترلر با وسایل جانبی دیگر. به زبان ساده‌تر زمانی که اطلاعات به صورت همزمان بخواهند به داخل یا خارج یک بیت بوسیله یک بیت دیگر منتقل شود این مدل از پورت ارتباط سریالی را برقرار میکند.
مبدل آنالوگ به دیجیتال
اگر اطلاعات بخواهند از حالت آنالوگ به دیجیتال تبدیل شوند توسط سیستمی که به صورت توکار قرار گرفته انجام می‌پذیرد که نام آن ADC است و اگر حالت عکس آن بخواهد صورت گیرد به آن DAC می‌گویند.
تایمر و شمارنده
از قسمتهای مهم سیستم توکار جهت انجام فعالیت‌هایی مثل تولید پالس، شمارش آنها، تعدیل و … مورد نیاز قرار می‌گیرد.
کنترل وقفه
کنترل وقفه نوعی اعلان است که روند مداوم را قطع میکند و دستورالعمل‌هایی که بر اساس وظیفه تعریف شده توسط کنترل وقفه ارایه می‌دهد.
تفاوت میکروکنترلر و میکروپروسسور در چیست؟
میکروپروسسور یا ریز پردازنده که با نام MPU نیز شنیده می‌شود شبیه به میکروکنترلر بعنوان یک سیستم کامپیوتری یکپارچه عمل میکند. اما نسبت به یکدیگر تفاوتی‌هایی را دارند از جمله این تفاوت‌ها می‌توان به افزایش حافظه در RAM میکروپروسسور اشاره کرد.
در مدارهای الکترونیکی، MPU از یک IC مجزا بعنوان حافظه RAM استفاده میکند. این IC قابلیت تغییر دارد و در نتیجه این تغییر حافظه نیز می‌تواند افزایش یابد.
تفاوت بعدی بین این دو قطعه در نوع طراحی و راه اندازی سیستم‌های پیچیده است. ساختار هر میکروکنترلر به گونه‌ایی طراحی شده که تنها فقط برای یک هدف خاص قابلیت استفاده را دارد اما MPU توانایی استفاده در چندین نوع فعالیت را دارد.
دسته‌بندی میکروکنترلرها
به صورت کلی دسته‌بندی میکروکنترلرها بر 3 اساس صورت می‌گیرد:
- بر اساس بیت
- بر اساس حافظه
- بر اساس دستورالعمل
- بر اساس بیت میکروکنترلرها شامل 3 مدل 8، 16، 32 بیتی هستند که بر اساس نوع داده مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- هر میکروکنترلر دو نوع حافظه دارد، داخلی و خارجی. حافظه داخلی را با نام دیگری که حافظه جاسازی شده است، صدا میزنند.
- بر اساس دستورالعمل، پردازش میکروکنترلرها به دو صورت پیچیده و کاهش یافته تقسیم‌بندی می‌شود. دستورات پیچیده را CISC و دستورات کاهش یافته را Reduced Instruction Set Computers می‌نامند.
راهنمای خرید میکروکنترلر
1- اندازه بیت
اکثر میکروکنترلرها در بازه 8 تا 32 بیتی قرار دارند. نوع 8 بیتی عملیات منطقی را اجرا میکند در صورتی که عملیات اجرایی احتیاج به دقت بالاتری داشته باشد نوع 16 بیتی آن کارساز است. در وسایلی که کنترل آنها به صورت خودکار انجام می‌شود میکروکنترلر 32 بیتی استفاده می‌شود.
2- حافظه RAM
حافظه داخلی در میکروکنترلرها از 4B تا 4MB می‌تواند باشد. البته بنا به نوع قطعه حافظه داخلی آن نیز متفاوت است.
3- پین ورودی و خروجی
با توجه به نوع نیازی که در عملیات‌های اجرایی خود دارید میکروکنترلرهایی را می‌توانید انتخاب کنید که تعداد و اندازه پین‌های آن متناسب با نوع فعالیت شما باشد.
کاربرد میکروکنترلرها در صنعت
- لوازم خانگی
- اتومبیل
- دوربین
- مایکروویو
- ساعت زنگدار
- تهویه مطبوع
- ابزار اندازه‌گیری الکتریکی
- حسگر دما
- حسگر دود
- تشخیص حریق در آپارتمان
- دستگاه فشار خون
- تست قند خون
- سونوگرافی
- MRI
- و …
کلام پایانی
سعی کردیم در این مقاله شما را با ساختار میکروکنترلر و کاربرد آن در صنعت بیشتر آشنا سازیم. مجموعه ایران کامپو بعنوان یکی از وارد کنندگان قطعات صنعتی پرکاربرد آماده ارایه خدمت رسانی به شما عزیزان می‌باشد. همچنین می‌توانید سوالات خود را با کارشناسان مجموعه در میان بگذارید تا خریدی مطمئن و با کیفیت را داشته باشید.
پاسخ به دیدگاه