معرفی و انواع میکروکنترلر ها میکروکنترلر یک دستگاه الکترونیکی متعلق به خانواده میکرو کامپیوترها است. آنها با استفاده از فناوری VLSI بر روی یک تراشه تولید می شوند. امروزه میکروکنترلر هایی با طول کلمات مختلف در بازار موجود است که از 4 بیت، 8 بیت، 64 بیت تا 128 بیت متغیر است.

معرفی و انواع میکروکنترلر ها

آشنایی با میکروکنترلر:

معرفی و انواع میکروکنترلر ها میتواند اطلاعات شما را در رابطه با انواع آنها ارتقاع دهد.

یک میکروکنترلر از اجزایی مانند حافظه، تجهیزات جانبی و مهمتر از همه پردازنده تشکیل شده است. میکروکنترلر ها عمدتاً در دستگاه هایی استفاده می شوند که به درجاتی از کنترل توسط کاربر دستگاه نیاز دارند.

برنامه نویسی میکروکنترلر ها رد سال دهم رشته مکاترونیک به هنرجویان این رشته آموزش داده می شود.

ساختار اصلی یک میکروکنترلر شامل موارد زیر است:

مغز میکروکنترلر CPU نامیده می شود. CPU دستگاهی است که برای بازیابی داده ها، رمزگشایی آن و در نهایت انجام کار با موفقیت استفاده می شود. با کمک پردازنده، تمام اجزای میکروکنترلر در یک سیستم واحد ترکیب می شوند.

دستورالعمل بازیابی شده از حافظه قابل برنامه ریزی توسط پردازنده رمزگشایی می شود.

حافظه در یک میکروکنترلر، تراشه حافظه مانند یک ریزپردازنده کار می کند.

تراشه حافظه تمام برنامه ها و داده ها را ذخیره می کند.

میکروکنترلرها با مقدار مشخصی ROM یا RAM (EPROM، EEPROM و غیره) یا فلش مموری برای ذخیره کدهای منبع برنامه ساخته می شوند.
پورت های ورودی/خروجی عمدتاً برای برقراری ارتباط یا کنترل دستگاه های مختلف مانند چاپگر، ال سی دی، ال ای دی و غیره استفاده می شوند.

پورت های سریال – این پورت ها رابط های سریال بین میکروکنترلر و سایر تجهیزات جانبی مختلف مانند پورت موازی را فراهم می کنند.

مهندسی برق و الکترونیک، شاخه ای از مهندسی که با کاربرد عملی برق در تمام اشکال آن، از جمله در زمینه الکترونیک، سروکار دارد.

تایمرها میکروکنترلر ممکن است یک یا چند تایمر یا شمارنده در آن تعبیه شده باشد.

تایمرها و شمارنده ها تمامی عملیات شمارش و زمان بندی را در میکروکنترلر کنترل می کنند. تایمر برای شمارش پالس های خارجی استفاده می شود.

عملیات اصلی انجام شده توسط تایمرها عبارتند از تولید پالس، عملکرد ساعت، اندازه گیری فرکانس، مدولاسیون، نوسان و غیره.

ADC (مبدل آنالوگ به دیجیتال)

ADC برای تبدیل سیگنال های آنالوگ به دیجیتال استفاده می شود.

سیگنال های ورودی برای ADC باید آنالوگ باشند. تولید سیگنال دیجیتال را می توان برای کاربردهای دیجیتال مختلف (مثلاً دستگاه های اندازه گیری) استفاده کرد.

DAC (مبدل دیجیتال به آنالوگ)

این مبدل عملکردهای مخالف ADC را انجام می دهد. این دستگاه معمولا برای کنترل دستگاه های آنالوگ مانند موتورهای DC و … استفاده می شود.

کنترل تفسیر

این کنترلر برای کنترل تاخیری برنامه کاری استفاده می شود.

تفسیر می تواند داخلی یا خارجی باشد.

دسته بندی میکروکنترلر ها

میکروکنترلرها بر اساس حافظه، معماری، بیت ها و مجموعه دستورالعمل ها دسته بندی می شوند.

بیت ها:

میکروکنترلر 8 بیتی عملیات منطقی و حسابی را انجام می دهد. نمونه ای از میکروکنترلرهای 8 بیتی اینتل 8031/8051 است.

میکروکنترلر 32 بیتی عمدتاً در دستگاه های اتوماتیک مانند ماشین های اداری، دستگاه های پزشکی قابل کاشت و غیره استفاده می شود. برای انجام هر عملکرد منطقی یا حسابی به دستورالعمل های 32 بیتی نیاز است.

حافظه:

میکروکنترلر حافظه خارجی:

هنگامی که یک ساختار تعبیه شده با یک میکروکنترلر ساخته می شود که شامل تمام بلوک های عملکردی موجود در تراشه نمی شود، به آن میکروکنترلر حافظه خارجی می گویند. به عنوان مثال، میکروکنترلر 8031 ​​حافظه برنامه روی تراشه ندارد.

میکروکنترلر با حافظه داخلی:

هنگامی که یک ساختار تعبیه شده با یک میکروکنترلر ساخته می شود که شامل تمام بلوک های عملکردی است که روی تراشه وجود دارد، به آن میکروکنترلر حافظه جاسازی شده می گویند.

به عنوان مثال، میکروکنترلر 8051 دارای تمام حافظه های برنامه و داده، شمارنده ها و تایمرها، وقفه ها، پورت های ورودی/خروجی و در نتیجه یک میکروکنترلر حافظه یکپارچه است.

میکروکنترلر 8051:

پرکاربرد ترین مجموعه میکروکنترلرها متعلق به خانواده 8051 می باشد.میکروکنترلرهای 8051 همچنان انتخاب ایده آلی برای گروه بزرگی از علاقمندان و متخصصان می باشد.

در طول سال 8051، بشر شاهد خلاقانه ترین مجموعه میکروکنترلرها بود. میکروکنترلر اصلی 8051 در اصل توسط اینتل اختراع شد. دو عضو دیگر از این خانواده 8051عبارتند از:

8052

این میکروکنترلر دارای 3 تایمر و 256 بایت رم می باشد. بعلاوه تمامی ویژگی های میکروکنترلر سنتی 8051 را داراست.میکروکنترلر 8051 زیرمجموعه ای از میکروکنترلر 8052 می باشد.

8031

این میکروکنترلر ROM کمتری دارد با این تفاوت که تمامی عملکردهای میکروکنترلر سنتی 8051 را دارد.می توان یک رام خارجی 64K برای اجرا به تراشه آن اضافه کرد.

میکروکنترلر 8051 از 2 نوع حافظه مختلف مانند NV-RAM، UV-EPROM و Flash استفاده می کند.

معماری میکروکنترلر 8051:

میکروکنترلر 8051 یک میکروکنترلر 8 بیتی است که در سال 1981 توسط شرکت اینتل منتشر شد.

این در یک هدر DIP 40 پین موجود است.

دارای 4 کیلوبایت رام (فضای قابل برنامه ریزی روی تراشه) و 128 بایت رم داخلی است، در صورت تمایل می توان 64 کیلوبایت حافظه خارجی را با میکروکنترلر متصل کرد.

چهار پورت 8 بیتی موازی وجود دارد که به راحتی برنامه ریزی و آدرس دهی می شوند.

اسیلاتور کریستالی داخلی با فرکانس کریستالی 12 مگاهرتز در میکروکنترلر تعبیه شده است.

میکروکنترلر دارای یک پورت I/O سریال است که دارای 2 پین است. همچنین دارای دو تایمر 16 بیتی است.

این تایمرها می توانند به عنوان یک تایمر برای عملکرد داخلی و همچنین یک شمارنده برای عملکرد خارجی استفاده شوند.

میکروکنترلر PIC:

این دستگاه ها در میکروکنترلرهای 8 بیتی بسیار موفق بوده اند. دلیل اصلی این امر این است که فناوری میکرو چیپ به طور مداوم معماری دستگاه را به روز می کند و شامل بسیاری از میکروکنترلرهای جانبی ضروری برای پاسخگویی به نیازهای مشتریان است. میکروکنترلرهای PIC در میان علاقمندان و صنعت گران بسیار محبوب هستند. این تنها دلیل دسترسی گسترده، هزینه کم، پایگاه کاربر بزرگ و قابلیت برنامه نویسی ثابت است.

معماری میکروکنترلر PIC:

معماری پایه شامل میکروکنترلرهای PIC از خانواده PIC10F است، علاوه بر این، بخشی از خانواده PIC12 و PIC16 نیز گنجانده شده است.

این معماری برای گجت های باتری دار ایده آل است.

معماری میان‌رده – این عضو میان‌رده از خانواده‌های PIC12 و PIC16 ویژگی‌های معماری کلمه برنامه 14 بیتی را اضافه کرده است.

این دستگاه PIC16 مجهز به انواع لوازم جانبی آنالوگ، دیجیتال و سریال مانند مبدل های SPI، USART، I2C، USB، LCD و A/D می باشد.

میکروکنترلرهای میان رده PIC16 دارای سیستم تعلیق کنترلی در هشت سطح بار سخت افزاری هستند.

معماری با کارایی بالا شامل خانواده دستگاه PIC18 است.

دستگاه های PIC18 میکروکنترلرهایی با کارایی بالا با مبدل های A/D داخلی هستند.

همه میکروکنترلرهای PIC18 دارای معماری بسیار پیشرفته RISC هستند که از دستگاه های فلش پشتیبانی می کنند. PIC18 عملکرد پایه، 32 سطح بار عمیق و چندین وقفه داخلی و خارجی را بهبود بخشیده است.

میکروکنترلر AVR:

AVR Atmel یکی از محبوب ترین خانواده میکروکنترلرهای امروزی است.

میکروکنترلر AVR امکان کنترل دیجیتالی هر نوع تجهیزات الکتریکی، خودرویی، مکانیکی، صنعتی، دستگاه های مختلف، گجت های الکترونیکی و … را فراهم می کند که این میکروکنترلرها در IC های 8، 16 و 32 بیتی موجود می باشند.

بنابراین رایج ترین میکروکنترلرهای AVR عبارتند از: میکروکنترلرهای ATmega8، ATmega16، ATmega32 و ATmega328.

میکروکنترلر ARM:

ARM نام شرکت معماری ریزپردازنده است. او همچنین در کار صدور مجوز آنها به تولیدکنندگانی است که تراشه های واقعی را می سازند. در واقع ARM یک معماری RISC 32 بیتی واقعی است.

در ابتدا در سال 1980 توسط Acorn Computers Ltd توسعه یافت.

کاربرد میکروکنترلر در دستگاه های کنترل صنعتی:

لوازم صنعتی
دستگاه های کنترل فرآیند
کاربرد میکروکنترلر در دستگاه های اندازه گیری و اندازه گیری:
ولت متر
اندازه گیری اجسام در حال چرخش
شمارنده فعلی
سیستم های دوز دستی