میکروکنترلر یا همان ریزکنترل‌گر در واقع رایانه هایی هستند که با ابعاد و بعضا قدرت پردازش کمتر تولید می‌شوند. این قطعه کوچک متشکل از RAM, CPU, ROM و چندین ورودی و خروجی (I/O) میباشد. این قطعه را میتوان مشابه Soc فرض کرد باا این تفاوت که میکروکنترلر، ساختاری ساده‌تر دارد. قیمت پایین و قابلیت برنامه ریزی میکروکنترلر، باعث شده تا از آن در موقعیت و صنایع در سراسر جهان استفاده کنند. در ادامه با کاربرد، انواع و نحوه یادگیری میکروکنترلرها آشنا می‌شویم.
کاربرد میکروکنترلر
حوزه استفاده از ریزکنترل‌گر ها را نمیتوان محدود کرد. دانشجویان رشته مهندسی برق با گرایش الکترونیک، نیاز است تا با این مبحث مهم آشنایی کامل داشته باشند زیرا امروزه در تمام وسایل الکترونیکی از میکروکنترلر استفاده میشود.
میتوان گفت هروسیله ی الکترونیکی که اطراف شما وجود دارد، در آن از میکروکنترلر استفاده شده است. از تلفن همراهی که در دست شماست تا ماشین لباس‌شویی و تلویزیون و مودم درون همه و همه میکروکنترلر وجود دارد. این تنها کاربرد خانگی این وسیله کوچک است. در خط تولید کارخانه های نیز از وسیله استفاده شده است تا دقت و سرعت تولید محصولات افزایش یابد.
در حوزه های نظامی نیز برای ساخت پهپاد های پیشرفته وجود این قطعه ضروری است. در حوزه ارتباطات مودم ها، مسیریاب ها، بی‌سیم ها و … نیز از این پردازنده کوچک استفاده می‌کنند. اگر بخواهیم تمام کاربردهای میکروکنترلر را نام ببریم، این لیست انتها ندارد و به همین دلیل به موارد بالا اکتفا می‌کینم.
اجزای میکروکنترلر
یک میکروکنترلر از اجزای متفاوتی تشکیل شده است. در ادامه اجزای اصلی آن را بررسی میکنیم.
CPU
مغز متفکر یک میکروکنترلر، پردازنده آن است. جایی که کنترل و محاسبات کل سیستم در آن صورت می‌گیرد.
EEPROM
این بخش وظیفه حفظ و ذخیره سازی اطلاعات میکروکنترلر را برعهده دارد. معادل این قطعه در کامپیوتر ها، هارد است. برخلاف قطعه بعدی که با قطع برق اطلاعات حذف میشود، این قطعه اطلاعات را در نبود برق ذخیره می‌کند. برنامه موردنیاز میکروکنترلر در این حافظه ذخیره میشود.
RAM
رم وظیفه ذخیره سازی موقت اطلاعات را دارد. رم را میتوان پلی ببین EEPROM و CPU فرض کرد.
همانطور که گفتیم میکروکنترلرها از قطعات مختلف تشکیل شده است. سایر قطعات میکروکنترلرها را میتوان به موارد زیر تقسیم کرد:
- PWM
- Oscillator
- RTC
- CAN
- Watchdog
- SYSTICK
- ADC / DAC
- DMA Controller
انواع میکروکنترلر
در ایران میکروکنترلر AVR، کاربرد زیادی دارد. بعد از آن میتوان به سری ARM اشاره کرد که شاهد افزایش محبوبیت آن هستیم. پیش بینی میکنیم در آینده ای نه چندان دور میکروکنترلر ARM بتواند جایگزین AVR ها شود. لیست سایر میکروکنترلر های معروف:
- LPC
- STM
- PIC
- atx mega
- plc
- 8051 تولیدی توسط شرکت INTEL
در ادامه چند مورد را بررسی میکنیم.
پروگرم کردن چیست؟
قبل از اینکه در مورد انواع میکروکنترلر اطلاعات بیشتری بدانید، بهتر است با اصطلاح در این زمینه آشنا شوید.
برای برنامه ریزی میکروکنترلرها لازم است تا فرآیندی طی شود. به این فرآیند پروگرم کردن می‌گویند. همچنین دستگاهی با نام پروگرامر وجود دارد که واسطه بین کامپیوتر و میکروکنترلر قرار می‌گیرد تا برنامه ریزی انجام شود. نمونه ای از دستگاه پروگرامر را میتوانید در تصویر زیر مشاهده کنید.
بسته به نوع میکروکنترلر باید پروگرامر مناسبی را انتخاب کنید. به عنوان مثال پروگرام کردن میکروکنترلر AVR با روش های زیر امکان پذیر است:
- ZIF
- ISP
- JTAG
- BootLoader
در میکروکنترلرهای اولیه از زبان اسمبلی برای برنامه‌نویسی، این قطعه استفاده میشد. امروزه میکروکنترلرهای موجود در بازار از زبان‌های C، پایتون، جاوا اسکریپت و… پشتیبانی می‌کنند.
میکروکنترلر AVR
از آنجایی که سری AVR کاربرد بیشتری در این دارد، این مورد را بیشتر بررسی میکنیم. AVRها مبتی بر معماری Harvard و 8 بیتی هستند. شرکت Atmel از سازندگان سرشناس این سری است. این سری از میکروکنترلر نسب به میکروکنترلرهای PIC، 300 درصد سریعتر هستند و در عین حال انرژی کمتری نیز مصرف می‌کنند.
برای برنامه نویسی AVR در کشورما نرم افزار محبوب CodeVision استفاده میشود ولی نرم افزار رسم شرکت سازنده یعنی Atmel در سایر کشور ها رواج دارد. نرم افزار کد ویژن از زبان محبوب C پشتیبانی می‌کند. اولین میکروکنترلری که از حافظه فلش به عنوان حافظه برنامه استفاده کرد، AVR بود. میکروکنترلر AVR به سه دسته زیر تقسیم میشود:
- Tiny AVR: برای کاربردهای معمولی و ساده
- Mega AVR: قدرت پردازش متوسط
- Xmega AVR: کاربرد تجاری و قدرت پردازش بالا
میکروکنترلر ARM
به دلیل مصرف توان پایین این میکروکنترلر که به لطف معماری Risk محقق شده است، از ARM دردیوایس های قابل حمل مانند موبایل و تبلت ها استفاده میشود. البته فقط سری Cortex-A که قدرت پردازش بالایی دارد در موبایل ها استفاده میشود.
از دیگر مزایای این میکروکنترلر میتوان به قابلیت دیباگ به صورت سخت افزاری اشاره کرد. سه کامپایلر محبوب ARM، IAR، keil و winarm میباشد. آموزش میکروکنترلر ARM که شامل بیش از 5 ساعت ویدیو آموزشی است در سایت فرادرس، برای علاقمندان به این زمینه تهیه شده است.
CPU میکروکنترلرهای ARM که اکثرا 32 بیتی هستند با نام های زیر شناخته می‌شوند:
- ARM7TDMI
- ARM9E
- ARM11
- Cortex-M
- Cortex-R
- Cortex-A
میکروکنترلر PIC
کلمه PIC کوتاه شده Programmable Interface Controller به معنی کنترل کننده ارتباطی قابل برنامه‌ریزی است. این میکروکنترلر در سه مدل 8،16 و 32 بیتی تولید میشود. البته مدل های 32 بیتی تازه به بازار عرضه شده است. این تنوع بیتی باعث شده تا از این میکروکنترلر بیشتر در صنعت استفاده شود. مشابه AVR ها، از معماری هاروارد در PIC استفاده شده است.
برای پروگرام کردن نیز از برنامه MPLAB استفاده میشود. یادگیری برنامه ریزی میکروکنترلرهای PIC نسبت به سایر موارد راحتر است و شما میتوانید در مدت زمان کمتری به پروگرم کردن این قطعه مسلط شوید. برای صرفه جویی در مصرف انرژی، قابلیتی به نام sleep در این میکروکنترلر استفاده شده‌است.
یادگیری میکروکنترلر را از کجا شروع کنیم؟
در این مقاله سعی کردیم تا شما را با تعاریف مربوطه و انواع میکروکنترلر آشنا کنیم. اگر علاقه‌مند به الکترونیک هستید یا دانشجو این رشته هستید نیاز است تا فراتر از دانشگاه کار کنید تا به مبحث کاربردی و در عین حال جذاب میکروکنترلر آشنا شوید.
برای یادگیری باید در ابتدا با انواع میکروکنترلر آشنا شوید. سپس مبانی برنامه نویسی را فرا بگیرید. در مرحله یکی از زبان های برنامه نویسی که توسط میکروکنترلرها ساپورت میشود، فرا بگیرید. در نهایت تمرین و تکرار نیاز است. باتوجه به محبوبیت میکروکنترلرها، اگر در هرمرحله ای به مشکلی برخورد کردید انجمن و سایت های فارسی و انگلیسی زیادی وجود دارند که پاسخگوی مشکلات شما هستند.
برای یادگیری، پیشنهاد ما به شما سایت فرادرس است. سایتی که با فراهم سازی بیش 80 ساعت آموزش جامع و کاربردی در حوزه میکروکنترلرها، توانسته شما را از هرگونه پکیج دیگری بی‌نیاز کند. صفر تا صد هرآنچه که نیاز است در این زمینه بدانید در این سایت برایتان فراهم شده است. قیمت پایین، کیفیت بالا آموزش، استفاده از اساتید مجرب و با سابقه از مزایای سایت فرادرس است. با کلیک روی تصویر زیر میتوانید در این زمینه اطلاعات بیشتری کسب کنید.
ارسال یک دیدگاه