میکرو کنترلر چیست؟

میکرو کنترلر چیست؟

معرفی:

در این مطلب به مبحث میکرو کنترلر چیست؟ و چه کاربردی دارد ، میپردازیم. در قلمرو الکترونیک مدرن، میکروکنترلرها به عنوان قهرمانان گمنام ایستاده اند و بی سر و صدا عملکرد دستگاه های بی شماری را که روزانه با آن ها روبرو می شویم کنترل و نظارت میکنند. از لوازم خانگی گرفته تا ماشین‌آلات صنعتی پیشرفته، این تراشه‌های کوچک اما قدرتمند نقشی اساسی در اتوماتیک و خودکار کردن  وظایف، پردازش داده‌ها و فعال‌سازی اتصال  دارند. در این مقاله، سعی خواهیم کرد تا اسرار میکروکنترلرها را کشف کنیم، در مورد ماهیت آنها ، نحوه کار و کاربردهای متنوع آنها در صنایع با یکدیگر صحبت کنیم.

میکروکنترلر چیست؟

ماهیت اصلی  یک میکروکنترلر در واقع یک مدار مجتمع کوچک و یکپارچه (IC) است که شامل هسته پردازشگر، حافظه و تجهیزات جانبی مختلف ورودی/خروجی (I/O) میباشد که همگی در یک تراشه یا یک پکیج با سایزها و ابعاد متفاوت بسته بندی شده اند. برخلاف ریزپردازنده‌ها که برای عملکرد به اجزای پشتیبانی خارجی نیاز دارند، میکروکنترلرها سیستم‌های محاسباتی مستقلی هستند که آن‌ها را با توجه به ساختار و برنامه ریزی انجام شده ، ایده‌آل می‌سازد.

اجزای اصلی یک میکروکنترلر:

 

هسته پردازشگر:

مغز میکروکنترلر، مسئول اجرای دستورالعمل ها و انجام محاسبات است. هسته پردازنده می تواند از نظر پیچیدگی متفاوت باشد، از هسته های ساده 8 بیتی تا هسته های پیشرفته 32 بیتی با ویژگی ها و عملکرد پیشرفته تر.

حافظه:

میکروکنترلرها معمولاً شامل چندین نوع حافظه هستند، از جمله حافظه فقط خواندنی (ROM) برای ذخیره سیستم عامل یا کد برنامه، حافظه با دسترسی تصادفی (RAM) برای ذخیره سازی موقت داده ها، و حافظه غیر فرار برای ذخیره داده های پایدار یا تنظیمات اصلی سیستم یا مدار .

لوازم جانبی ورودی/خروجی:

این لوازم جانبی میکروکنترلر را قادر می سازد تا با دنیای بیرونی تعامل داشته باشد. آنها شامل پین های ورودی/خروجی دیجیتال (I/O) برای ارتباط با حسگرها، محرک ها و سایر دستگاه های دیجیتال، مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای تبدیل سیگنال های آنالوگ به داده های دیجیتال، تایمرها/ شمارنده ها برای تولید فواصل زمانی دقیق، و رابط های ارتباطی مانند UART، SPI و I2C برای ارتباط سریال با دستگاه های دیگر.

میکروکنترلر چگونه کار می کند؟

میکروکنترلرها با اجرای دستورالعمل های ذخیره شده در حافظه داخلی خود عمل می کنند. پردازنده دستورالعمل ها را از حافظه میخواند، آنها را رمزگشایی می کند و عملیات لازم را انجام می دهد. سیگنال‌های ورودی از سنسورها یا دستگاه‌های خارجی توسط تجهیزات جانبی ورودی/خروجی میکروکنترلر پردازش می‌شوند و سیگنال‌های خروجی برای کنترل محرک‌ها یا نمایش اطلاعات تولید می‌شوند. میکروکنترلر به طور مداوم  و بصورت لوپ (گردشی) عملیات فوق را اجرا و کنترل میکنند، به ورودی ها پاسخ می دهد و وظایف برنامه ریزی شده را به طور مستقل اجرا می کند.

کاربردهای میکروکنترلر:

لوازم الکترونیکی مصرفی:

میکروکنترلرها  در طیف وسیعی از دستگاه های الکترونیکی مصرفی، از جمله گوشی های هوشمند، تبلت ها، دوربین های دیجیتال، لوازم خانگی و کنسول های بازی استفاده میشوند . آنها رابط های کاربری را کنترل می کنند، مصرف انرژی را مدیریت می کنند و ویژگی هایی مانند صفحه نمایش لمسی، اتصال Wi-Fi و تشخیص صدا را در دستگاه هایی که تعبیه شده اند ،  فعال می کنند.

سیستم‌های خودرو:

در صنعت خودرو، میکروکنترلرها در واحدهای کنترل موتور (ECU)، سیستم‌های کیسه هوا، سیستم‌های ترمز ضد قفل (ABS)، سیستم‌های  ناوبری ، اطلاعاتی ، سرگرمی و سیستم‌های پیشرفته کمک راننده (ADAS) استفاده می‌شوند. آنها  کلیه پارامترهای موتور را کنترل می کنند و ارتباطات بین زیرسیستم های خودرو را  را با سایر بخش ها مدیریت می کنند.

اتوماسیون صنعتی:

میکروکنترلرها نقش مهمی در کاربردهای اتوماسیون صنعتی مانند کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC)، سیستم‌های کنترل موتور، سیستم‌های کنترل فرآیند و بازوهای روباتیک ایفا می‌کنند. آن‌ها حسگرها را کنترل می‌کنند، محرک‌ها را کنترل می‌کنند و توالی پیچیده عملیات را در فرآیندهای تولید و مونتاژ ، کنترل و هماهنگ می‌کنند.

دستگاه های اینترنت اشیا:

با ظهور اینترنت اشیا (IoT)، میکروکنترلرها برای اتصال دستگاه ها به اینترنت و امکان تبادل داده ها ضروری هستند. آنها دستگاه‌های خانه هوشمند، حسگرهای محیطی، فناوری پوشیدنی و سیستم‌های ردیابی را کنترل و هماهنگ نموده و امکان نظارت، کنترل و اتوماسیون از راه دور را فراهم می‌کنند.

دستگاه های پزشکی:

میکروکنترلرها در دستگاه های پزشکی مختلف از جمله سیستم های نظارت بر بیمار، پمپ های تزریق، پمپ های انسولین و تجهیزات تشخیصی استفاده می شوند. آنها علائم حیاتی را جمع آوری و پردازش می کنند، تحویل دارو را کنترل می کنند و به متخصصان مراقبت های بهداشتی بازخورد لازم را  ارائه می کنند.

سیستم های مخابراتی و فضایی:

میکروکنترلرها ستون فقرات سیستم های  مخابراتی و هوا فضا را تشکیل می دهند که سیستم های تخصصی هستند که برای وظایف یا برنامه های خاص طراحی شده اند.از آنها در سیستم های بسیار پیچیده برای کاربردهای هوافضا، دفاع، مخابرات و کنترل صنعتی استفاده می شوند.

مزایای میکروکنترلرها:

مقرون به صرفه بودن:

میکروکنترلرها راه حلی مقرون به صرفه برای برنامه های کاربردی تعبیه شده با اجزای فشرده و پک شده و هزینه های ساخت پایین ارائه می دهند.

اندازه جمع و جور:

میکروکنترلرها جمع و جور و سبک هستند و برای کاربردهایی با محدودیت فضا یا محدودیت اندازه مناسب هستند.

مصرف برق کم:

میکروکنترلرها حداقل انرژی را مصرف می‌کنند و برای دستگاه‌هایی که با باتری کار می‌کنند و نیاز به توان بهینه و کم انرژی دارند ، بسیار مفید و ایده آل هستند.

تطبیق پذیری:

میکروکنترلرها پلتفرم های همه کاره هستند، با طیف وسیعی از لوازم جانبی ورودی/خروجی که امکان کار با انواع مدارها و تجهیزات را دارند .

معرفی یک میکردکنترلر به عنوان نمونه:

در ادامه مطلب “میکرو کنترلر چیست؟ ” یک نمونه از میکرو کنترلر هایی که از خانواده AVR میباشد و  ما زیاد با آن سر و کار داریم و قلب اصلی بک برد آردوینو نیز هست ATMEDA328 میباشد را فهرست وار بحضور شما معرفی مینماییم :

• سری : ATmega328P
• دارای هسته 8 بیتی AVR
• ولتاژ کاری : 1.8 ولت تا 5.5 ولت
• سرعت: 20 Mhz
• حافظه: 32 kB
• پکیج : PDIP-28
• تعداد پین ها ورودی/خروجی : 23
• پروتکل های ارتباطی: I2C, SPI, UART/USART
• دمای کاری : -40 تا +85 درجه سانتیگراد