ما هو الميكروكونترولر؟

المتحكمات الدقيقة هي جزء لا يتجزأ من الأنظمة المدمجة. المتحكم الدقيق هو جهاز كمبيوتر رخيص الثمن وصغير الحجم على شريحة واحدة تشتمل على معالج وذاكرة صغيرة وأجهزة طرفية قابلة للبرمجة للإدخال والإخراج. من المفترض استخدامها في المنتجات والأجهزة التي يتم التحكم فيها تلقائيًا لأداء مهام محددة مسبقًا ومبرمجة مسبقًا. للحصول على فكرة أفضل عما هو في الواقع متحكم دقيق ؛ دعنا نرى مثالاً لمنتج يستخدم فيه متحكم دقيق. يستخدم مقياس الحرارة الرقمي الذي يعرض درجة الحرارة المحيطة متحكمًا دقيقًا متصل بجهاز استشعار درجة الحرارة ووحدة عرض (مثل LCD). يأخذ الميكروكونترولر هنا المدخلات من مستشعر درجة الحرارة في شكل خام ، ويعالجها ويعرضها على وحدة عرض LCD صغيرة في شكل يمكن قراءته من قبل الإنسان.وبالمثل ، يتم استخدام متحكمات دقيقة واحدة أو متعددة في العديد من الأجهزة الإلكترونية وفقًا لمتطلبات التطبيقات وتعقيدها.

أين يتم استخدامها؟

تُستخدم وحدات التحكم الدقيقة في الأنظمة المضمنة ، وهي في الأساس مجموعة متنوعة من المنتجات والأجهزة التي تجمع بين الأجهزة والبرامج ، وتم تطويرها لأداء وظائف معينة. يمكن أن تكون بعض الأمثلة على الأنظمة المدمجة التي تستخدم فيها وحدات التحكم الدقيقة - الغسالات وآلات البيع والميكروويف والكاميرات الرقمية والسيارات والمعدات الطبية والهواتف الذكية والساعات الذكية والروبوتات والأجهزة المنزلية المختلفة.

لماذا نستخدم ميكروكنترولر؟

تستخدم المتحكمات الدقيقة لتوظيف الأتمتة في التطبيقات المدمجة. السبب الرئيسي وراء الشعبية الهائلة للميكروكونترولر هو قدرتها على تقليل حجم وتكلفة المنتج أو التصميم ، مقارنة بالتصميم الذي تم إنشاؤه باستخدام معالج دقيق منفصل ، والذاكرة وأجهزة الإدخال / الإخراج.

نظرًا لأن وحدات التحكم الدقيقة تحتوي على ميزات مثل المعالجات الدقيقة المدمجة ، وذاكرة الوصول العشوائي ، وذاكرة القراءة فقط ، والواجهات التسلسلية ، والواجهات المتوازية ، والمحول التناظري إلى الرقمي (ADC) ، والمحول الرقمي إلى التناظري (DAC) وما إلى ذلك ، مما يجعل من السهل إنشاء تطبيقات حولها. بالإضافة إلى ذلك ، توفر بيئة برمجة وحدات التحكم الدقيقة إمكانيات واسعة للتحكم في الأنواع المختلفة من التطبيقات وفقًا لمتطلباتها.

ما هي أنواع الميكروكونترولر المختلفة؟

هناك مجموعة واسعة من وحدات التحكم الدقيقة المتوفرة في السوق. العديد من الشركات مثل Atmel و ARM و Microchip و Texas Instruments و Renesas و Freescale و NXP Semiconductors وغيرها تصنع أنواعًا مختلفة من وحدات التحكم الدقيقة مع أنواع مختلفة من الميزات. بالنظر إلى العديد من المعلمات مثل الذاكرة القابلة للبرمجة ، وحجم الفلاش ، والجهد الكهربائي ، ودبابيس الإدخال / الإخراج ، والسرعة ، وما إلى ذلك ، يمكن للمرء تحديد وحدة التحكم الدقيقة المناسبة لتطبيقها.

دعونا نلقي نظرة على هذه المعلمات وأنواع مختلفة من ميكروكنترولر وفقًا لهذه المعلمات.

ناقل البيانات (حجم البت):

عند التصنيف وفقًا لحجم البت ، تتراوح معظم وحدات التحكم الدقيقة من 8 بت إلى 32 بت (تتوفر أيضًا وحدات تحكم دقيقة بت أعلى). في متحكم 8 بت يتكون ناقل البيانات الخاص به من 8 خطوط بيانات ، بينما في متحكم 16 بت يتكون ناقل البيانات الخاص به من 16 خط بيانات وما إلى ذلك لمتحكمات دقيقة 32 بت وأعلى.

ذاكرة:

تحتاج الميكروكونترولر إلى ذاكرة (RAM ، ROM ، EPROM ، EEPROM ، ذاكرة فلاش ، إلخ) لتخزين البرامج والبيانات. بينما تحتوي بعض المتحكمات الدقيقة على شرائح ذاكرة داخلية بينما يتطلب البعض الآخر ذاكرة خارجية لتوصيلها. وتسمى هذه المتحكمات الدقيقة للذاكرة المضمنة ووحدات التحكم الدقيقة للذاكرة الخارجية على التوالي. يختلف حجم الذاكرة المدمجة أيضًا في أنواع مختلفة من ميكروكنترولر وعمومًا ستجد متحكمات بذاكرة من 4B إلى 4Mb.

عدد دبابيس الإدخال / الإخراج:

تختلف وحدات التحكم الدقيقة وفقًا لعدد أحجام أطراف الإدخال والإخراج. يمكن للمرء اختيار متحكم محدد حسب متطلبات التطبيق.

مجموعة التعليمات:

هناك نوعان من مجموعات التعليمات - RISC و CISC. يمكن أن يستخدم المتحكم الدقيق RISC (كمبيوتر مجموعة التعليمات المخفضة) أو CISC (كمبيوتر مجموعة التعليمات المعقدة). كما يوحي الاسم ، يقلل RISC من وقت العملية لتحديد دورة الساعة للتعليمات ؛ بينما يسمح CISC بتطبيق تعليمات واحدة كبديل للعديد من التعليمات.

هندسة الذاكرة:

هناك نوعان من الميكروكونترولر - ميكروكنترولر لهندسة ذاكرة هارفارد و ميكروكنترولر هندسة ذاكرة برينستون

فيما يلي بعض أدوات التحكم الدقيقة الشائعة بين الطلاب والهواة.

8051 سلسلة من ميكروكنترولر (8 بت)

متحكمات AVR من Atmel (ATtiny ، ATmega series)

ميكروكنترولر سلسلة PIC من Microchip

ميكروكنترولر من شركة Texas Instruments مثل MSP430

ميكروكنترولر ARM

ملامح ميكروكنترولر

تستخدم الميكروكونترولر في الأنظمة المدمجة لميزاتها المختلفة. كما هو مبين في الرسم التخطيطي أدناه لوحدة التحكم الدقيقة ، فهي تتألف من المعالج ودبابيس الإدخال / الإخراج والمنافذ التسلسلية وأجهزة ضبط الوقت و ADC و DAC والتحكم في المقاطعة.

المعالج أو وحدة المعالجة المركزية

المعالج هو دماغ المتحكم الدقيق. عندما يتم توفير المدخلات من خلال دبابيس الإدخال والتعليمات من خلال البرامج ، فإنها تعالج البيانات وفقًا لذلك وتقدم في دبابيس الإخراج.

ذاكرة

رقائق الذاكرة مدمجة في متحكم دقيق لتخزين جميع البرامج والبيانات. يمكن أن تكون هناك أنواع مختلفة من الذاكرة المدمجة في وحدات التحكم الدقيقة مثل RAM و ROM و EPROM و EEPROM وذاكرة فلاش وما إلى ذلك.

منافذ الإدخال والإخراج

كل متحكم يحتوي على منافذ إخراج الإدخال. اعتمادًا على أنواع وحدات التحكم الدقيقة ، قد يختلف عدد دبابيس إخراج الإدخال. يتم استخدامها للتفاعل مع أجهزة الإدخال والإخراج الخارجية مثل المستشعرات ووحدات العرض وما إلى ذلك.

منافذ تسلسلية

إنها تسهل الواجهة التسلسلية لوحدات التحكم الدقيقة مع الأجهزة الطرفية الأخرى. المنفذ التسلسلي هو واجهة اتصال تسلسلية يتم من خلالها نقل المعلومات للداخل أو الخارج واحدًا تلو الآخر في كل مرة.

ADC و DAC

تحتاج الأنظمة المضمنة أحيانًا إلى تحويل البيانات من رقمي إلى تناظري والعكس صحيح. لذلك تم دمج معظم وحدات التحكم الدقيقة مع ADC (المحول التناظري إلى الرقمي) و DAC (المحولات الرقمية إلى التناظرية) لإجراء التحويل المطلوب.

الموقتات

تعد المؤقتات والعدادات أجزاء مهمة من الأنظمة المدمجة إنها مطلوبة لعمليات مختلفة مثل توليد النبض ، عد النبضات الخارجية ، التعديل ، التذبذب ، إلخ.

مراقبة المقاطعة

يعد التحكم في المقاطعة أحد الميزات القوية لوحدات التحكم الدقيقة. إنه نوع من الإخطار الذي يقطع العملية الجارية ويرشد إلى أداء المهمة المحددة بواسطة التحكم في المقاطعة.

لتلخيص كل هذا ، فإن المتحكمات الدقيقة هي نوع من أجهزة الكمبيوتر الصغيرة المدمجة المصممة لأداء مهام محددة في الأنظمة المدمجة. مع مجموعة واسعة من الميزات ، فإن أهميتها واستخدامها واسعان ويمكن العثور عليها في المنتجات والأجهزة في جميع الصناعات.