ROBOTICS
کاربر فعال مهندسی رباتیک
يك ميكرو كنترلر چيست؟
ميكرو كنترولر در واقع يك كامپيوتر تك تراشه اي ارزانقيمت ميباشد . كامپيوتر تك تراشه اي بدين معني است كه كل سيستم كامپيوتر در داخل تراشه مدار مجتمع جاي داده شده است . نخستين ويژگي ميكروكنترلر قابليت ذخيره سازي و اجراي برنامه است ( كه مهمترين ويژگي آن به شمار ميرود) . ميكرو كنترلر داراي يك CPU (واحد پردازشگر مركزي ) ، حافظه RAM ، حافظه ROM ، خطوط I/O ، (خطوط ورودي و خروجي ) ، درگاهاي سريال و موازي و زمان سنج است و برخي اوقات نيز شامل ادوات جانبي نظير مبدل A/D (مبدل آنالوگ به ديجيتال ) و مبدل D/A (مبدل ديجيتال به آنالوگ ميباشد .
چرا از ميكروكنترلر استفاده ميشود ؟
همان گونه كه قبلا توضيح داده شد ميكروكنترلر ها ، كامپيوتر هاي ارزانقيمت هستند . قابليت ذخيره سازي و اجراي برنامه هاي منحصر به فرد ، موجب شده است تا ميكرو كنترلر ها بسيار انعطاف پذير شوند . به عنوان مثال شخص ميتواند ميكروكنترلر را به گونه اي برنامه ريزي كند كه بر اساس شرايط از پيش تعيين شده (وضعيت خطوط ورودي و خروجي )، تصميم گيري نمايد . قابليت انجام عمليات رياضي و منطقي موجب شده است تا ميكرو كنترلر بتواند عملكرد مدارهاي منطقي پيچيده و مدارهاي الكترونيكي را تقليد كند.
برنامه هاي ديگر ميتوانند موجب شوند كه ميكرو كنترلر مشابه يك مدار در شبكه عصبي و يا به صورت يك كنترل كننده با منطق فازي عمل كند . ميكروكنترلر ها وظيفه هوش مصنوعي را در دستگاهاي مربوط به "حسابهاي هوشمند " در فروشگاهها بر عهده دارند.
آينده الكترونيك مختص ميكرو كترلر ها ميباشند :
اگر به مجله هاي الكترونيكي كه در كشورمان و در ساير كشورها چاپ ميشوند توجه كنيد مقاله هايي را مشاهده خواهيد كرد كه در طراحي مدارهاي آنها به طور مستقيم و يا به صورت تركيبي از ميكروكنترلر ها استفاده شده است . ميكروكنترلر ها به دليل انعطاف پذيري زيادي كه دارند با صرف هزينه اندك ميتوانند قدرت زياد ، كنترل و انتخابهاي مختلفي را ارائه كنند . به همين دليل است كه مهندسين الكترونيك و افرادي كه علاقه مند به كارهاي الكترونيكي هستند برنامه ريزي ميكروكنترلر ها را فر ميگيرند تا از مزاياي ميكروكنترلر ها در مدارات خود بهره ببرند و سطح كيفي مدار خود را در حد بالايي حفظ كنند .
اگر دستگاهاي الكترونيكي خانگي را بررسي كنيد خواهيد ديد كه از ميكروكنترلر ها تقريبا در تمامي آنها استفاده شده . اين نيز دليل ديگري براي آشنايي با ميكروكنترلر هاست .
سير تكاملي ميكرو كنترلر ها :
اولين ميكزوكنترلر ها در اواسط دهه 1970 ساخته شدند . اين ميكروكنترلر ها در ابتدا پردازنده هاي ماشين حساب بودند كه داراي حافظه برنامه كوچكي از نوع Rom ، حافظه داده بسيار محدود از نوع RAM و تعدادي درگاه ورودي خروجي بودند.
با توسعه فناوري سيليكن ، ميكروكنترلرهاي 8 بيتي قويتري ساخته شدند در اين ميكرو كنترلرها علاوه بر بهينه شدن دستور العمل ها تايمر/ شمارنده روي تراشه ، امكانات وقفه و كنترل بهينه شده خطوط I/O نيز به آنها اضافه شده است.
خانواده 8051 در اوايل دهه 1980 توسط شركت اينتل معرفي گرديد و از آن زمان 8051 به عنوان يكي از محبوبترين ميكروكنترلر ها بوده و بسياري از شركت هاي ديگر نيز به توليد آن اقدام كردند . امكاناتي نظير مبدل آنالوگ به ديجيتال ، حجم نسبتا بزرگ از حافظه برنامه و حافظه داده ، مدولاتور عرض پالس (PWM) در خروجي ها و حافظه فلش كه امكان پاك كردن و برنامه ريزي مجدد آن توسط سيگنال هاي الكتريكي وجود دارد ،در آن تعبيه شده است .
با توجه به اهميت و گسترش روز افزون كاربردهاي ميكرو كنترلر ها و محدوديت هائي كه ميكرو كنترلر ها ي خانواده MCS51 ايجاد ميكرد . شركت Microchip نسل جديدي از ميكرو كنترلر ها با عنوان PIC به بازار عرضه كرد . با توجه به قابليت بسيار زياد اين ميكروكنترلرها ، به سرعت مورد استقبال قرار گرفت و تحول بزرگي در استفاده از ميكروكنترلر ها ايجاد كرد .
كلمه PIC سرنام كلمات Programmable Interface Controller ميباشد كه شركت Microchip Technology آن را به عنوان علامت تجاري بر گزيده و از آن براي مشخص كردن ميكرو كنترلر هاي خود استفاده ميكند.
ميكرو كنترولر در واقع يك كامپيوتر تك تراشه اي ارزانقيمت ميباشد . كامپيوتر تك تراشه اي بدين معني است كه كل سيستم كامپيوتر در داخل تراشه مدار مجتمع جاي داده شده است . نخستين ويژگي ميكروكنترلر قابليت ذخيره سازي و اجراي برنامه است ( كه مهمترين ويژگي آن به شمار ميرود) . ميكرو كنترلر داراي يك CPU (واحد پردازشگر مركزي ) ، حافظه RAM ، حافظه ROM ، خطوط I/O ، (خطوط ورودي و خروجي ) ، درگاهاي سريال و موازي و زمان سنج است و برخي اوقات نيز شامل ادوات جانبي نظير مبدل A/D (مبدل آنالوگ به ديجيتال ) و مبدل D/A (مبدل ديجيتال به آنالوگ ميباشد .
چرا از ميكروكنترلر استفاده ميشود ؟
همان گونه كه قبلا توضيح داده شد ميكروكنترلر ها ، كامپيوتر هاي ارزانقيمت هستند . قابليت ذخيره سازي و اجراي برنامه هاي منحصر به فرد ، موجب شده است تا ميكرو كنترلر ها بسيار انعطاف پذير شوند . به عنوان مثال شخص ميتواند ميكروكنترلر را به گونه اي برنامه ريزي كند كه بر اساس شرايط از پيش تعيين شده (وضعيت خطوط ورودي و خروجي )، تصميم گيري نمايد . قابليت انجام عمليات رياضي و منطقي موجب شده است تا ميكرو كنترلر بتواند عملكرد مدارهاي منطقي پيچيده و مدارهاي الكترونيكي را تقليد كند.
برنامه هاي ديگر ميتوانند موجب شوند كه ميكرو كنترلر مشابه يك مدار در شبكه عصبي و يا به صورت يك كنترل كننده با منطق فازي عمل كند . ميكروكنترلر ها وظيفه هوش مصنوعي را در دستگاهاي مربوط به "حسابهاي هوشمند " در فروشگاهها بر عهده دارند.
آينده الكترونيك مختص ميكرو كترلر ها ميباشند :
اگر به مجله هاي الكترونيكي كه در كشورمان و در ساير كشورها چاپ ميشوند توجه كنيد مقاله هايي را مشاهده خواهيد كرد كه در طراحي مدارهاي آنها به طور مستقيم و يا به صورت تركيبي از ميكروكنترلر ها استفاده شده است . ميكروكنترلر ها به دليل انعطاف پذيري زيادي كه دارند با صرف هزينه اندك ميتوانند قدرت زياد ، كنترل و انتخابهاي مختلفي را ارائه كنند . به همين دليل است كه مهندسين الكترونيك و افرادي كه علاقه مند به كارهاي الكترونيكي هستند برنامه ريزي ميكروكنترلر ها را فر ميگيرند تا از مزاياي ميكروكنترلر ها در مدارات خود بهره ببرند و سطح كيفي مدار خود را در حد بالايي حفظ كنند .
اگر دستگاهاي الكترونيكي خانگي را بررسي كنيد خواهيد ديد كه از ميكروكنترلر ها تقريبا در تمامي آنها استفاده شده . اين نيز دليل ديگري براي آشنايي با ميكروكنترلر هاست .
سير تكاملي ميكرو كنترلر ها :
اولين ميكزوكنترلر ها در اواسط دهه 1970 ساخته شدند . اين ميكروكنترلر ها در ابتدا پردازنده هاي ماشين حساب بودند كه داراي حافظه برنامه كوچكي از نوع Rom ، حافظه داده بسيار محدود از نوع RAM و تعدادي درگاه ورودي خروجي بودند.
با توسعه فناوري سيليكن ، ميكروكنترلرهاي 8 بيتي قويتري ساخته شدند در اين ميكرو كنترلرها علاوه بر بهينه شدن دستور العمل ها تايمر/ شمارنده روي تراشه ، امكانات وقفه و كنترل بهينه شده خطوط I/O نيز به آنها اضافه شده است.
خانواده 8051 در اوايل دهه 1980 توسط شركت اينتل معرفي گرديد و از آن زمان 8051 به عنوان يكي از محبوبترين ميكروكنترلر ها بوده و بسياري از شركت هاي ديگر نيز به توليد آن اقدام كردند . امكاناتي نظير مبدل آنالوگ به ديجيتال ، حجم نسبتا بزرگ از حافظه برنامه و حافظه داده ، مدولاتور عرض پالس (PWM) در خروجي ها و حافظه فلش كه امكان پاك كردن و برنامه ريزي مجدد آن توسط سيگنال هاي الكتريكي وجود دارد ،در آن تعبيه شده است .
با توجه به اهميت و گسترش روز افزون كاربردهاي ميكرو كنترلر ها و محدوديت هائي كه ميكرو كنترلر ها ي خانواده MCS51 ايجاد ميكرد . شركت Microchip نسل جديدي از ميكرو كنترلر ها با عنوان PIC به بازار عرضه كرد . با توجه به قابليت بسيار زياد اين ميكروكنترلرها ، به سرعت مورد استقبال قرار گرفت و تحول بزرگي در استفاده از ميكروكنترلر ها ايجاد كرد .
كلمه PIC سرنام كلمات Programmable Interface Controller ميباشد كه شركت Microchip Technology آن را به عنوان علامت تجاري بر گزيده و از آن براي مشخص كردن ميكرو كنترلر هاي خود استفاده ميكند.