میکروکنترلر چیست؟ انواع و کاربرد آن

آشنایی با میکروکنترلر

به زبان ساده می توان گفت میکروکنترلر ها یک نوع کامپیوتر جمع و جور یا مینی کامپیوتر هستند. این تجهیزات برای انجام کارهای خاصی در دورن سیستم های صنعتی طراحی شده اند. با توجه به ویژگی های منحصربفردی که میکرو کنترلر ها دارند اهمیت و کاربرد آن ها نیز طیف گسترده را شامل می شود. می توان آن ها را در تمام محصولات و دستگاه های صنعتی یافت. میکروکنترلر ها اجزای اصلی صنعت الکترونیک و قطعات الکترونیکی هستند. اما جهت کسب اطلاعات بیشتر پیرامون انواع میکروکنترلر ها و کاربرد های آنها در زمینه صنعت، با گروه صنعتی سپیانی همراه باشید.

مطالبی که با آن آشنا خواهید شد:

• میکروکنترلر چیست؟
• کاربردهای میکروکنترلر در صنعت؟
• اجزای اصلی میکروکنترلر ها؟
• انواع میکروکنترلر کدام اند؟
• میکروکنترلر PIC
• میکروکنترلر 8051
• میکروکنترلر AVR
• میکروکنترلر RENESAS
• تفاوت میکروکنترلر و میکروپروسسور

مطلب مرتبط: میکروپروسسور (ریزپردازنده) چیست؟

میکروکنترلر چیست؟

میکروکنترلر (MCU یا Microcontroller Unit) یک مدار مجتمع (IC) است که معمولاً برای یک برنامه خاص و اجرای وظایف خاصی در سیستم اتوماسیون صنعتی طراحی و تعبیه می شود. علاوه بر استفاده از آن در صنایع مختلف، همه دستگاه‌ ها و محصولاتی که وظیفه دارند در موقعیت ‌های خاص به‌ طور خودکار کنترل شوند نیز از میکروکنترلر بهره می برند. دستگاه هایی مانند ابزارهای برقی، وسایل برقی، سیستم‌ های کنترل موتور خودرو و رایانه ‌ها و… نمونه‌ های خوبی از کاربرد میکروکنترلرهستند.

اما جالب است بدانید طیف استفاده از میکروکنترلرها بسیار فراتر از این دستگاه ها و برنامه‌ ها می رود. میکروکنترلرها در مدل ‌ها و پایه‌ های مختلفی طراحی و تولید می شوند. پس با توجه به اتوماسیون سازی صنایع مختلف، نیاز به انواع میکروکنترلرها در تجهیزات و دستگاه ‌های خطوط تولید وجود دارد. تا علاوه بر کاهش در اندازه محصولات، هزینه راه اندازی اتوماسیون ها و محصولات تولید شده را به طور قابل توجه‌ ای کاهش دهد.

بطور کلی یک میکروکنترلر، اطلاعات ورودی را جمع آوری می کند. و آن ها را پردازش می کند و بر اساس اطلاعات جمع آوری شده عمل خاصی را انجام می دهد و به عنوان خروجی به ما می دهد.
نام Microcontroller از دو بخش تشکیل شده است که ویژگی های بارز این دسته از محصولات را بیان می کند. پیشوند micro به معنی کوچک بودن و اصطلاح controller به معنی کنترلگر است.  در اینجا به معنی توانایی انجام عملکرد های کنترلی است. این عملکرد کنترلی در نتیجه ترکیب یک پردازنده کوچک دیجیتال و حافظه دیجیتال با سخت افزار خاصی است که برای کمک به میکروکنترلر در تعامل با سایر اجزا طراحی شده است.

حتما بخوانید:

پی ال سی (PLC) چیست؟

معرفی انواع پی ال سی (PLC)

کاربرد های میکروکنترلر در صنعت الکترونیک چیست؟

عمده ترین کاربرد میکروکنترلر ها تعبیه شدن آن ها برای استفاده از اتوماسیون در برنامه های توکار است. همانطور که گفتیم دلیل اصلی محبوبیت بی نظیر میکروکنترلر ها در اتوماسیون صنعتی این است که می توانند در کاهش اندازه و هزینه محصول یا طرح ها، در مقایسه با طرحی که با استفاده از ریزپردازنده های جداگانه، حافظه و دستگاه های ورودی/خروجی ساخته می شود، بسیار موثر باشند. از میکروکنترلرها برای تکمیل هر کاری در رابطه با محرک ها، سنسورها، موتورها و لوازم خانگی و… می توان استفاده کرد.

میکروکنترلر ها را می توان در دستگاه های زیر بکار برد:

• تلفن همراه دستی
• گوشی های هوشمند
• اتومبیل ها
• لوازم خانگی
• دوربین ها
• سیستم تشخیص حریق منازل
• سیستم های هشدار امنیتی
• تجهیزات ایمنی مانند حسگر دما و حسگر دود
• ابزار های اندازه گیری الکترونیکی
• لوازم خانگی مانند ساعت زنگ دار
• مایکروفر
• ماشین لباسشویی
• تهویه مطبوع

همچنین کاربرد های گسترده ای در اتوماسیون صنعتی دارد. از جمله آن ها را می توان در تسمه نقاله، مرتب سازی، ربات های انتخاب و جاسازی و ابزار آلات دقیق و ابزار های اندازه گیری صنعتی (مانند دستگاه های تشخیص اشیا، دستگاه های جریان و ولت سنج)، بازرسی و مرتب سازی دستگاه ها، دستگاه های رادیویی ارتباطی، برنامه های کاربردی کنترل موتور و… یافت. کاربرد آن ها در تست و اندازه گیری نیز کشیده شده است. مانند دستگاه های پزشکی همچون:

• دستگاه فشار خون
• دستگاه تست قند خون
• دستگاه ام آر آی
• سی تی اسکن
• سونو گرافی
• اشعه ایکس
• و… .

حتما بخوانید:

ابزار دقیق چیست؟

رگولاتور چیست؟ کاربرد آن

اجزای میکروکنترلر چیست؟

دانستیم که هر وسیله الکتریکی که اطلاعات را ذخیره، اندازه گیری یا محاسبه کرده و نمایش دهد قطعا از یک میکروکنترلر تشکیل شده است. در زیر به شرح مهم ترین اجزای یک میکروکنترلر می پردازیم. میکروکنترلر ها شامل:

• پردازنده
• پورت های ورودی/خروجی
• تایمرها
• ADC
• پورت های سریال
• DAC
• و… است.

پردازنده اصلی ( CPU):

CPU ها مغز یک میکروکنترلر محسوب می شوند. وقتی اطلاعات ورودی از طریق پورت های ورودی وارد می شوند. و دستورالعمل هایی که قرار است روی آن اطلاعات انجام گیرد از طریق برنامه ها فراهم شوند، پردازنده وارد عمل می شود. و اطلاعات را بر اساس آن پردازش کرده و از طریق پورت های خروجی ارائه می دهد.

مموری یا حافظه:

وظیفه تراشه های حافظه، ذخیره تمام برنامه ها و داده ها و دستورالعمل ها در میکروکنترلر می باشد. بر اساس نوع میکروکنترلر ها انواع مختلفی از حافظه موجود است. مانند RAM، ROM، EPROM، EEPROM، حافظه Flash و… وجود دارد.

پورت های ورودی/خروجی:

همه میکروکنترلرها دارای پورت های خروجی/ورودی هستند. وظیفه آن ها برقراری ارتباط بین دستگاه های ورودی و خروجی خارجی مثل سنسور ها، نمایشگر ها و… است.

ADC و DAC:

گاها سیستم های توکار میگروکنترلی به تبدیل داده ها از دیجیتال به آنالوگ و بالعکس نیاز دارند. بنابراین بیشتر میکروکنترلر ها برای انجام تبدیل های مورد نیاز از ADC داخلی (مبدل آنالوگ به دیجیتال) و DAC (مبدل دیجیتال به آنالوگ) بهره مند شده اند.

تایمر ها:

تایمر ها و شمارنده ها از دیگر قسمت های مهم سیستم های میکروکنترلر توکار هستند. بعلاوه تایمر ها برای عملیات مختلفی مانند شمارش پالس های خارجی، تولید پالس، نوسان، تعدیل و… مورد استفاده قرار میگیرند.

حتما بخوانید:

تفاوت plc  و dcs چیست؟

سیستم کنترل توزیع شده (DCS) چیست؟

انواع میکروکنترلر کدام اند؟

میکروکنترلر ها را بر اساس ویژگی های مختلف آنها به چند دسته تقسیم می کنند که به شرح زیر است:

• انواع میکروکنترلر براساس بیت
• انواع میکروکنترلر براساس حافظه
• انواع میکروکنترلر براساس مجموعه دستورالعمل

1. انواع میکروکنترلر براساس بیت:

این دسته شامل انواع:

• میکروکنترلر 8 بیتی
• میکروکنترلر 16 بیتی
• میکروکنترلر 32 بیتی

2. انواع میکروکنترلر براساس حافظه:

این دسته شامل انواع:

• میکروکنترلر حافظه خارجی
• میکروکنترلر حافظه جاسازی شده

3. انواع میکروکنترلر براساس مجموعه دستورالعمل:

بر اساس پیکربندی مجموعه دستورالعمل های پردازش، میکروکنترلر ها بیشتر به دو دسته عمده تقسیم می شود:

• مجموعه دستورات پیچیده کامپیوتر (CISC)
• مجموعه دستورات کاهش یافته کامپیوتر (Reduced Instruction Set Computers(RISC))

دسته بندی دیگری نیز وجود دارد که انواع میکروکنترلر های رایج را معرفی می کند که لازم است درباره هر یک از آن ها کمی بیشتر بدانید پس با ما همراه باشید.

میکروکنترلر PIC

خانواده وسیعی از میکروکنترلر های pic در انواع 8 بیتی 16 بیتی و 32 بیتی توسط شرکت microchip برای کاربرد های مختلف طراحی و ساخته شده است. این خانواده روز به روز در حال توسعه یافتن است. همین تنوع و به روزرسانی باعث شده میکروکنترلر های pic ها محبوبیت بالایی در صنعت داشته باشند. این خانواده برای توسعه سیستم های الکترونیکی در وسایل نقلیه، دستگاه های پزشکی، رباتیک،ماشین های فروش خودکار، ماشین های اداری و دستگاه های مختلف دیگری طراحی و تعبیه شده اند و به فراوانی از آنان استفاده می شود.

می توان میکروکنترلر های pic ها را به راحتی با نرم افزار ها با استفاده از زبان Assembly ،Basic یا C برای انجام یک هدف خاص برنامه ریزی کرد. اکثر PIC ها در انواع 8 ، 16 و حتی 32 بیتی (که آخرین مدل های آن ها را می توان 32 بیتی یافت) موجود هستند. از مزایای میکروکنترلر PIC می توان به:

• هزینه کم
• مصرف برق کم
• سرعت بالا

اشاره کرد و تقریباً می توان در هر دستگاه الکترونیکی آن ها را یافت.

میکروکنترلر 8051

میکروکنترلر های 8051 رایج ترین و ارزان ترین میکروکنترلر های در بازار هستند. که توسط شرکت اینتل در سال 1981ساخته شده است. این میکروکنترلر بر اساس معماری CISC هاروارد برای ذخیره سازی برنامه و دستورالعمل ها از حافظه داده جداگانه ساخته شده است. در زیر بارزترین ویژگی های میکروکنترلرهای 8051 آمده است:

• یک میکروکنترلر 8 بیتی با 40 پینی DIP است.
• دارای رام 4 کیلوبایتی قابل برنامه ریزی روی تراشه است.
• برای ذخیره سازی موقت داده ها، از رم 128 بایتی روی تراشه استفاده می کند. اما می توان آن را با کمک حافظه خارجی تا 64 کیلوبایت نیز افزایش داد.
• همچنین ممکن است دارای ویژگی های خاص مختلفی دیگر مانند UART، ADC، Op-amp و غیره نیز باشد.
• برنامه نویسی 8051 با برنامه و زبان C نوشته می شود. البته برای درک میکروکنترلر برنامه به زبان اسمبلی تبدیل می شود.
• معمولاً از میکروکنترلر 8051 در پروژه های الکترونیکی برای اهداف یادگیری استفاده می شود.
• همچنین برای انجام وظایف خاص مانند سنجش دما، کنترل موتور، هشدارهای آتش، خودروها، برنامه های کاربردی حسگر نور و… استفاده می شود.

میکروکنترلر AVR

کلمه AVR مخفف Alf and Vegard’s RISC Processor است. AVR ها بر اساس معماری اصلاح شده هاروارد تولید می شوند و مانند 8051 فضای ذخیره سازی جداگانه ای برای برنامه ها و داده ها ارائه می دهد. AVR در نسبت به میکروکنترلر PIC و 8051 سرعت بسیار بالاتری دارد. به طور کلی میکروکنترلرهای AVR در خانواده های MegaAVR، TinyAVR، XMEGAAVR، AVR مخصوص وAVR ۳۲ بیتی موجود هستند.

رایج ترین میکروکنترلرهای AVR موجود در صنعت متعلق به خانواده MegaAVR است. که با اسامی ATmega16، ATmega32 و ATmega64 شناخته می شوند. تفاوت بین این میکروکنترلرهای نام برده فضای ذخیره سازی فلش آن هاست که 16 کیلوبایتی، 32 کیلوبایتی و 64 کیلوبایتی است. این ویژگی از آخرین شماره در نام آن ها مشخص است. از مزایای این سه میکروکنترلر MegaAVR می توان گفت سرعت بالا و هزینه کمی دارد. به همین دلیل از محبوب ترین AVR مورد استفاده در بین کارفرمایان است.

میکروکنترلر RENESAS

کلمه RENESAS مخفف Renaissance Semiconductor for Advanced Solutions است میکروپروسسورها و میکروکنترلرهای RENESAS دارای بهترین ویژگی های عملکردی هستند. انرژی کمی را مصرف می کنند. همچنین بسته بندی فشرده ای دارند. و علاوه بر این ها بسیار در دسترس است و بزرگترین محدوده ظرفیت حافظه و تعداد پین ها را دارد. از آن ها برای برنامه های مختلف و کنترل پیشرفته خودرو استفاده می شوند. خانواده میکروکنترلرهای RENESAS دارای اعضای RL78 و RX هستند. که RL78 به دلیل ویژگی مصرف انرژی کم، استفاده می شود در حالی که RX به دلیل عملکرد بالایش مشهور و محبوب است.

حتما بخوانید: مقایسه کنترلر های صنعتی IPC.PLC.PAC

تفاوت میکروکنترلر و میکروپروسسور چیست؟

گاهی اوقات افراد هنگام نام بردن از یک میکروکنترلر و اشاره به آن از اصطلاح میکروپروسسور (ریز پردازنده) یا MPU استفاده می کنند. اما این دو وسیله لزوما یکسان نیستند. میکروکنترلر ها و میکروپروسسور ها هر دو به عنوان سیستم های کامپیوتری کوچک و یکپارچه عمل می کنند. اما ممکن است اهداف متفاوتی داشته باشند.

مهم ترین تفاوت میکروکنترلر ها و میکروپروسسور ها، قابلیت افزایش حافظه (RAM) آن ها است. از آنجا که در مدار های الکترونیکی، میکروپروسسور ها از یک IC مجزا به عنوان حافظه ی در دسترس (RAM) استفاده می کنند. می توان با تغییر این IC ها حافظه در دسترس پردازنده را تغییر و افزایش داد. از دیگر تمایزات آنها میتوان به طراحی و راه اندازی سیستم های پیچیده اشاره کرد. که برای اهداف چند منظوره مورد استفاده قرار میگیرند. اما هر میکروکنترلر صرفا برای یک هدف خاص و کنترلی استفاده می شود. مثلا شما می توانید از یک کامپیوتر که از میکروپروسسور به عنوان CPU (هسته مرکزی) استفاده می کند، برای انجام چندین فعالیت های متفاوت استفاده کنید.

سخن آخر

گروه صنعتی سپیانی فعال در زمینه اتوماسیون صنعتی، اتوماسیون صنعتی زیمنس، اتوماسیون صنعتی plc، طراحی و راه اندازی خط تولید و… در خدمت شما است. تا با بهره گیری از تجارب تکنسین های ما در زمینه اتوماسیون صنعتی خط تولید خود را اتوماتیک کرده و باعث کاهش هزینه و در نتیجه سودمندی بیشتر شوید. جهت کسب اطلاعات بیشتر در زمینه اتوماسیون صنعتی با ما در تماس باشید.

همانطور که در این مقاله به سوالاتی همچون “میکروکنترلر چیست؟“، “کاربرد میکروکنترلر چیست؟“، “تفاوت میکروکنترلر و میکروپروسسور چیست؟” و… پاسخ دادیم. آماده ارائه مشاوره رایگان در زمینه تجهیزات صنعتی دیگر نیز هستیم. فقط کافی است فرم درخواست مشاوره رایگان را تکمیل نمایید تا در اسرع وقت با شما تماس بگیریم. همچنین جهت خرید میکروکنترلر و میکروپروسسور می توانید به سایت فروشگاهی ما مراجعه فرمایید.