ریزکنترل‌گر

تراشهٔ اینتل ۸۷۴۲، یک ریزکنترل‌کننده ۸ بیتی شامل پردازشگری ۱۲ مگاهرتزی، حافظه دسترسی تصادفی ۱۲۸ بایتی، ای‌پی‌رام ۲۰۴۸ بایتی و ورودی/خروجی

ریزکنترلگر یا میکروکنترلر (به انگلیسی: Microcontroller) نوعی ریزپردازنده است که دارای حافظهٔ دسترسی تصادفی (RAM) و حافظهٔ فقط خواندنی (ROM)، تایمر، پورت‌های ورودی و خروجی (I/O) و درگاه ترتیبی (Serial Port پورت سریال) در درون خود تراشه می‌باشد و می‌تواند به تنهایی بر روی ابزارهای دیگری کنترل اعمال کند. به عبارت دیگر 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 و دیجیتال و حافظه تشکیل شده‌است.

در واقع یک ریزپردازنده در درون ریزکنترلگر قرار داده شده‌است که ریزکنترلگر با استفاده از آن می‌تواند محاسبات منطقی و حسابی را انجام دهد.

وجود RAM و ROM و پورت‌های I/O در میکرو کنترلرها آن‌ها را یک انتخاب ایده ال برای کاربردهایی می‌کند که قیمت و فضا در آن‌ها مهم است. در بسیاری از کاربردها مثل کنترل از راه دور تلویزیون نیازی به محاسبات سنگین در حد یک ۴۸۶ یا حتی ۸۰۸۶ وجود ندارد. در این گونه موارد و بسیاری دیگر از کاربردها فضای مورد استفاده توان مصرفی و قیمت هر واحد مهم تر از قدرت محاسبات است. در این گونه موارد اغلب لازم است تعدادی I/O خوانده شده و بیت‌های مشخصی را خاموش یا روشن کند. به همین دلیل این گونه پردازنده‌ها را (IBP(ITTY-BITTY PROCESSOR نیز می‌نامند.

میکروکنترلرها عموماً برای کاربردهای کوچک طراحی می‌شوند، بنابراین برخلاف ریزپردازنده‌ها در این جا مهمترین مسائل، سادگی و مصرف کم توان است.

برخی از وسایل که از میکرو کنترلر استفاده می‌کنند: تلفن، موبایل، سیستم، ایمنی، دربازکن گاراژ، دستگاه فاکس، کامپیوتر شخصی PC، ویدئو، دوربین ویدئویی، چرخ خیاطی، سیستم‌های تهویه، سرعت سنج‌‌ وغیره...

اجزا

یک ریزکنترل‌کننده از سخت‌افزارهایی مانند پردازنده، RAM، ROM و یک سری پایانه (یا پورت یا درگاه) تشکیل شده‌است.

از سوی دیگر، از آنجا که این قطعات در اکثر حالات برای مقاصد کنترلی استفاده می‌شوند، 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 باشند. این کار توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال صورت می‌گیرد. همچنین در برخی از میکروکنترلرها 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.

بسیاری از میکروکنترلرها از واحدهای مدولاسیون عرض پالس نیز برخوردارند. این واحدها به خصوص در کاربردهای الکترونیک قدرت و کنترل موتور و نیز به عنوان مبدل دیجیتال به آنالوگ کاربرد دارند.

میکروکنترلرهای رایج

از مهم‌ترین و بزرگ‌ترین تولیدکنندگان میکرو کنترلرها می‌توان از شرکت اَتمِل (به انگلیسی: Atmel) نام برد که در حال حاضر سری ای‌وی‌آر و ۸۰۵۱ میکروکنترلرهای این شرکت در ایران به دلیل سهولت استفاده مورد توجه‌است.

برنامه‌ریزی میکروکنترلرهای AVR بیشتر با زبان C و با کامپایلر codevision، یا با زبان بیسیک و توسط نرم‌افزار BASCOM انجام می‌شود. یکی دیگر از تولیدکنندگان بزرگ میکروکنترلرها شرکت Microchip است که میکروکنترلرهای این شرکت با نام‌های تجاری PIC و dsPIC نیز از محبوبیت زیادی برخوردار است.

شرکت‌های بزرگ دیگری نیز در زمینه تولید میکروکنترلر فعالیت می‌کنند که از آن جمله می‌توان بهTI، موتورولا و فیلیپس اشاره کرد. شرکت intel هم نقش بسیار مهمی در تولید میکروکنترلرهای خانوادهٔ ۸۰۵۱ دارد.

البته اخیراً با قدرتنمایی میکروکنترلرهای آرم، این میکروکنترلرهای ۳۲ بیتی با شدت بسیار زیادی در حال فراگیر شدن است و از رشد بسیار زیادی در بازار برخوردار است. میکروکنترلرهای آرم موجود در ایران توسط سه شرکت ان‌ایکس‌پی، اتمل و ST تولید می‌شوند، که در این میان سهم میکروکنترلرهای ان‌ایکس‌پی و اتمل بیشتر است.

تفاوت ریزکنترل‌گر و ریزپردازنده

ریزکنترل‌گر (میکروکنترولر) و ریزپردازنده (میکروپروسسور) تقریباً از یک شاخهٔ فنّاورانه (تکنولوژیک) و ساختاری هستند، اما در اجزای وابسته، با هم تفاوت‌های عمده دارند. در ریزپردازنده‌ها فقط واحد پردازش به صورت مجزا به صورت یک ای‌سی وجود دارد که رم و رام و حتی ثبّات‌ها در ای‌سی‌های مجزا به ریزپردازنده وصل و تشکیل یک ریزرایانه می‌دهند، اما در ریزکنترل‌گر تمام واحدهای یک رایانه، از جمله رم و رام و ثبّات‌ها، در درون یک ای‌سی به صورت فشرده به نام ریزکنترل‌گر وجود دارد که معمولاً در دستگاه‌های تجاری برای کاهش قیمت دستگاه مانند تلویزیون و ماکروویو و غیره استفاده می‌شود.

میكروپرسسورها بر خلاف میكرو كنترلرها فاقد RAM و ROM و پورتهای I/O در درون خود تراشه هستند بنابراین برای اینكه بتوان سیستمی مبتنی بر میكروپرسسور را طراحی كنیم باید RAM و ROM و پورتهای I/O و تایمرها به آن اضافه شود. با توجه به اینكه طراح می‌تواند روی مقدار RAM و ROM و پورتهای I/O اعمال نظر نماید , این سیستم‌ها انعطاف‌پذیری بشتری دارند. و به آن‌ها سیستم‌های چند منظوره می گویند. میكروكنترلرها شامل یك CPU به همراه مقدار ثابتی از RAM , ROM , پورتهای I/O وتایمر 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 انعطاف‌پذیری میكروپرسسورها را ندارند.

كاربرد میكروكنترلرها

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 میكرپرسسور سبب افزایش قیمت وحجم سیستم می گردد. اما در میكروكنترلر این مشكل وجود ندارد. میكروكنترلرها به‌طور گستردهای در تولید سیستم‌های تك منظوره به كار می روند. منظور از سیستم تك منظوره سیستمی است كه از میكروكنترلر یا میكرپروسسور 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 برنامه‌ریزی شده‌است. این سیستم‌ها در مقابل سیستم‌های چند منظوره قرار می‌گیرند. كه نمونه بارز آن یك PC است كه می‌تواند برای كاربردهای متعدد و گوناگونی همچون واژه پردازی , بازی‌های 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 بار می كند تا PC بتواند آن را اجرا كند. اما در یك سیستم تك منظوره تنها یك نرم افزار كاربردی موجود است كه معمولاً درROM نوشته می‌شود. چند نمونه از وسایلی كه در ساخت آن‌ها از میكروكنترلرها استفاده شده‌است , عبارت اند از : كنترل از راه دور تلویزیون , تلفن , دوربین فیلمبرداری , فاكس , چاپگر , دستگاه فتوكپی ,سیستم‌های حفاظتی , دزد گیر و سیستم‌های كنترل صنعتی. به‌طور كلی می‌توان كاربرد میكروكنترلرها را در طراحی مدارهای كنترل و اتوما سیون خلاصه كرد .

پیوند به بیرون

• آموزش میکروکنترلر AVR
• پرسش و پاسخ‌های مرتبط با میکروکنترلر در پرسشکده
• مطالب آموزشی درباره میکروکنترلرها
• انجمن تخصصی میکروکنترلر و الکترونیک ایران
• پیاده‌سازی نرم‌افزاری ارتباطات سریال آسنکرون به روش بیت بنگ در میکروکنترلرها