اولین میکرو کنترلر حدود ۴ دهه پیش در سال ۱۹۷۱ میلادی در شرکت اینتل طراحی و ساخته شد و با نام ۸۰۸۰ در اوایل سال ۱۹۸۰ روانه بازار گردید. بعد ها امتیاز ساخت میکرو کنترلر به شرکت های دیگری واگذار شد و در حال حاضر، شرکت های زیادی میکرو کنترلر های مختلفی را تولید می کنند. یک میکرو کنترلر، مدار مجتمع کوچکی است که از یک CPU کوچک و اجزای دیگری نظیر نوسان ساز کریستالی ، تایمر، درگاه‌های ورودی و خروجی آنالوگ، دیجیتال و حافظه تشکیل شده ‌است . میکروکنترلرها عموماً برای کاربردهای کوچک طراحی می‌شوند و در خانه هوشمند نیز کاربرد دارند. بنابراین برخلاف ریزپردازنده‌ها یکی از مهمترین دلایل انتخاب آنها ، سادگی و مصرف کم آنهاست .میکرو کنترلر یا ریز کنترلگر نوعی ریز پردازنده است که در درون تراشه خود دارای حافظه ی دسترسی تصادفی (RAM) و حافظه ی فقط خواندنی(ROM)، تایمر، پورت‌های ورودی و خروجی (I/O) و درگاه ترتیبی سریال پورت (Serial Port)  می‌باشد و به این جهت به تنهایی  می‌تواند بر روی ابزارهای دیگر کنترل داشته باشد .

میکرو کنترلر و اجزای تشکیل دهنده

در یک بررسی کلی می توان اجزای تشکیل دهنده میکرو کنترلر ها را به شرح زیر طبقه بندی نمود :

Cpu واحد پردازش
Alu واحد محاسبات
I /O ورودی ها و خروجی ها
Ram حافظه اصلی میکرو
Rom حافظه ای که برنامه روی آن ذخیره می گردد
Timer برای کنترل زمان ها

یک ریزکنترل کننده از سخت‌افزارهایی مانند پردازنده ، RAM، ROM و یک سری ( پایانه،پورت یا درگاه) تشکیل شده‌است. که این قطعات در بیشتر موارد برای مقاصدی استفاده می شوند که می خواهیم چیزی را کنترلی نموده ، بنابراین این قطعات نیاز به برقراری ارتباط با دستگاه تحت کنترل خود را دارند . اما از آنجا که اکثر سیگنال‌های لازم برای این منظور سیگنالهای آنالوگ هستند ، باید ابتدا این سیگنال‌ها به صورت دودویی تبدیل شوند تا برای پردازنده قابل درک گردند. این کار توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال صورت می‌گیرد . همچنین در برخی از میکرو کنترلر ها مبدل دیجیتال به آنالوگی هم وجود دارد که امکان فرمان دادن میکروکنترلر به دستگاه‌های با ورودی آنالوگ را فراهم می‌کند. از دیگر اجزای معمول و پرکاربرد در میکروکنترلرها، تایمرها هستند . تایمرها عموماً از یک شمارنده تشکیل می‌شوند که پس از تعداد مشخصی از شمارش ، تولید یک وقفه میکنند که می‌تواند برای بررسی متوالی یک روال یا انجام متوالی یک کار ، مورد استفاده قرار گیرد. در بیان دیگر می توان گفت که میکرو پروسسور در واقع یک IC  است که در داخل آن یک CPU برای پردازش اطلاعات قرار دارد.

تفاوت ریز کنترل گر و ریزپردازنده

میکرو کنترلر در خانه هوشمند

ریزکنترل‌گر (میکروکنترولر) و ریزپردازنده (میکروپروسسور) تقریباً از یک شاخه ی فنّاورانه (تکنولوژیک) و ساختاری هستند ، اما در اجزای وابسته ، با هم تفاوت‌های عمده دارند. با توجه به اینكه طراح می تواند روی مقدار RAM و ROM و پورتهای I/O اعمال نظر نماید ، این سیستم ها انعطاف پذیری بیشتری دارند و به آنها سیستمهای چند منظوره می گویند. میكروكنترلرها شامل یك CPU به همراه مقدار ثابتی از RAM ،      ROM  پورتهای I/O و تایمر هستند كه همگی این اجزا در یك تراشه جای داده شده اند و طراح سیستم نمی تواند یك حافظه  I/O یا تایمر را بدون گسترش لازم از بیرون اضافه كند ، بنابراین میكروكنترلرها انعطاف پذیری میكروپرسسورها را ندارند. در واقع زمانی از میکروپروسسور ها استفاده می شود که امکانات ، نیازها و ویژگی ها به طور کامل مشخص نیست به عنوان مثال در یک کامپیوتر رومیزی ، کاربر گاهی آهنگ گوش می دهد، گاهی بازی می کند، گاهی از نرم افزار های صفحه گسترده استفاده می کند، گاهی عکس را ویرایش می کند و… به دلیل اینکه روابط بین ورودی ها و خروجی ها با توجه به عملیاتی که کاربر در حال انجام آن است متغیر می باشد، مشخصا نمی توان از یک ماژول الکترونیکی با ورودی و خروجی های از پیش تعیین شده استفاده نمود. ماژول ها قطعات نسبتا فشرده ای هستند که بر پایه میکروکنترلرها که پیشتر از آنها صحبت شد، ساخته می شوند به عنوان مثال اگر بخواهیم مداری طراحی کنیم که از طریق ارتباط با بلوتوث عمل خاصی را انجام دهد، می توانیم از ماژول بلوتوث که قبلا ساخته شده در مدار خود بهره ببریم .

کاربرد میکرو کنترلر ها

میكروكنترلرها برای كاربردهایی كه در آنها مشكل قیمت و حجم سیستم وجود دارد , مناسب است زیرا اضافه كردن حافظه , پورت I/O تایمرها و مدار واسط لازم به میكرو پرسسور سبب افزایش قیمت وحجم سیستم می گردد. اما در میكرو كنترلر این مشكل وجود ندارد. میكرو كنترلر ها به طور گسترده ای در تولید سیستم های تك منظوره به كار می روند. منظور از سیستم تك منظوره سیستمی است كه از میكرو كنترلر یا میكرو پروسسور فقط برای یك كار استفاده می كند ، مانند پردازنده درون یك موس كه تنها به منظور یافتن مكان اشاره گر موس و ارسال آن به PC برنامه ریزی شده است . این سیستم ها در مقابل سیستم های چند منظوره قرار می گیرند . كه نمونه بارز آن یك PC است كه می تواند برای كاربردهای متعدد و گوناگونی همچون واژه پردازی ، بازی های ویدئویی ،  سرویس شبكه و … مورد استفاده قرار گیرد . این توانایی PC در اجرای كارهای گوناگون به دلیل وجود سیستم عاملی است كه نرم افزار كاربردی را در RAM باز می كند تا PC بتواند آن را اجرا كند . اما در یك سیستم تك منظوره تنها یك نرم افزار كاربردی موجود است كه معمولا درROM  نوشته می شود . چند نمونه از وسایلی كه در ساخت آنها از میكرو كنترلر ها استفاده شده است , عبارت اند از : كنترل از راه دور تلویزیون , تلفن , دوربین فیلمبرداری , فاكس , چاپگر , دستگاه فتوكپی ,سیستم های حفاظتی , دزدگیر و سیستم های كنترل صنعتی . به طور كلی می توان كاربرد میكرو كنترلر ها را در طراحی مدارهای كنترل و اتوماسیون خلاصه كرد .

میكرو كنترلرها به عنوان یك ابزارقدرتمند نزد مهندسان برق وكامپیوتر شناخته شده اند و با توجه به كاربرد روز افزون میكرو كنترلرها در صنعت , شركت های سازنده زیادی اقدام به تولید آنها می نمایند .

انواع میکرو کنترلر ها

انواع گوناگونی از میکرو کنترلر ها در بازار موجود است که همگی قابلیت برنامه ریزی دارند. میکرو کنترلر ها معمولا در برخی از ویژگی ها مانند معماری چند بیتی (۸،۱۶،۳۲ و حتی ۶۴ بیت) ، اندازه حافظه برنامه ریزی فلش ، اندازه حافظه رم ، تعداد ورودی / خروجی (I/O) ها ، نوع بسته بندی ، ولتاژ تغذیه و یا سرعت پردازنده با هم تفاوت دارند.

منابع

Elho.ir

میکروکنترولر ۸۰۵۱، نویسنده: محمد علی مزیدی