میکروکنترلر ها

میکروکنترلر ها

مقدمه :

گر چه كامپیوترها تنها چند دهه است كه با ما همراهند .,با این حال تاثیرعمیق آنها بر زندگی ما با تاثیر تلفن , اتومبیل, و تلویزیون رقابت میكند. ما با انواع گوناگونی از كامپیوترها برخورد      می كنیم كه وظایفشان را زیركانه و به طرزی آرام, كارا و فروتنانه انجام می دهند و حتی حضور آنها اغلب احساس نمی شود.

ما كامپیوترها را به عنوان جز مركزی بسیاری از فرآورده های صنعتی و مصرفی از جمله در ماشینهای لباس شویی , ساعتهای اداری سیستم هوشیار, وسایل سرگرمی همچون اسباب بازی, تجهیزات صوتی, ماشینهای تایپ و فتوكپی و تجهیزات صنعتی مانند PLC, CLC و مته های فشاری می یابیم. در این مجموعه ها, كامپیوترها وظیفه كنترل را در ارتباط با دنیای واقعی برای روشن و خاموش كردن وسایل و نظارت بر وضعیت آنها انجام می دهند. میكروكنترلرها بر خلاف میكروكامپیوترها و ریز پردازنده ها, اغلب در چنین كاربردهایی یافت میشوند.

توان, ابعاد و پیچیدگی میكروكنترلرها با اعلام ساخت 8051 یعنی اولین عضو خانواده میكروكنترلرهای Mcs-51در سال 1980 توسط اینتل پیشرفت چشم گیری كرد. امروزه انواع گوناگونی از IC وجود دارند.

شكل صفحه بعد برای نشان دادن و روشن ساختن تفاوت بین میكروكنترلها و ریزپردازنده ها رسم شده است. در حالی كه ریزپردازنده یك CPU  ی تك تراشه ای است، میكروكنترلر در یك تراشه واحد شامل CPU و بسیاری از مدارات لازم برای یك سیستم میكروكامپیوتری كامل   می باشد. اجزای داخل خط چین در شكل زیر بخش كاملی از اغلب IC های میكروكنترلر       می باشند. علاوه بر CPU میكروكنترلرها شامل RAM,ROM یك رابط سریال، یك رابط موازی، تایمر و مدارات زمان بندی وقفه می باشند كه همگی در یك IC قرار دارند. البته مقدارRAM روی تراشه حتی به میزان آن در یك سیستم میكروكامپیوتری كوچك هم نمی رسد اما آن طور كه خواهیم دید این مساله محدودیتی ایجاد می كند زیرا كاربردهای میكروكنترلر بسیار متفاوت است.

یك ویژگی مهم میكروكنترلرها، سیستم وقفه موجود در داخل آنهاست. میكروكنترلرها به عنوان ابزارهای كنترل گرا اغلب برای پاسخ بی درنگ به محركهای خارجی (وقفه ها) مورد استفاده قرار می گیرند.

البته اغلب ریزپردازنده ها می توانند سیستم وقفه قدرتمند را به اجرا بگذارند. اما برای این كار معمولاً نیاز به اجرای خارجی دارند. مدارات روی تراشه یك میكروكنترلر شامل تمام مدارات مورد نیاز برای به كارگیری وقفه ها می باشد.

میكروكنترلها پردازنده هایی اختصاصی هستند. آنها به خودی خود در كامپیوترها به  كار      نمی روند، بلكه در فرآورده های صنعتی و وسایل مصرفی مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده كنندگان این فرآورده ها اغلب از وجود میكروكنترلها كاملاً بی اطلاع هستند. از دید آنها اجزای داخلی وجود دارند اما جزو جزئیات بی اهمیت طراحی به شمار می روند. برای مثال اجاق های مایكروویو، ترموستات های قابل برنامه ریزی، ترازوهای الكترونیكی و حتی خودروها را می توانید در نظر بگیرید. قسمت الكترونیكی هر یك از این فرآورده ها عموماً شامل ارتباط میكروكنترلر با كلیدهای فشاری، سوئیچ ها، وسایل هشدار دهنده و لامپ های روی یك تابلو   می باشد. در نتیجه به استثناء برخی امكانات اضافی، طرز استفاده آنها با فرآورده های الكترومكانیكی قبلی تفاوتی  نكرده است و میكروكنترلر آنها از دید استفاده كنندگان مخفی است.

برخلاف سیستم های كامپیوتری كه توسط قابلیت برنامه ریزی و دوباره برنامه ریزی شدن، باز شناخته می شوند، میكروكنترلر ها یك بار برای همیشه وبرای یك كار برنامه ریزی می شوند. این مقایسه به یك تفـاوت اسـاسی در معماری این دو  سیستم منجر می شود. سیستم های كامپیوتری نسبت RAM به ROM بالایی دارند و برنامه های كاربران در یك فضای نسبتاً بزرگ RAM اجرا می شود در حالی كه روال های ارتباط با سخت افزار در یك فضای كوچك ROM اجرا می گردد.

از طرف دیگر میكروكنترلرها نسبت ROM به RAM بالایی دارند، برنامه كنترلی آنها كه شاید نسبتاً بزرگ هم باشد در ROM ذخیره می شود، در حالی كه RAM فقط برای ذخیره موقت مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجا كه برنامه كنترلی برای همیشه در ROM ذخیره می شود در  مرتبه میان افزار قرار می گیرد، یعنی چیزی بین سخت افزار (مدارهای واقعی) و نرم افزار (برنامه  هایی در RAM كه هنگام خاموش شدن سیستم پاك می شوند).