أنواع المتحكمات الدقيقة وتطبيقاتها

المتحكم الدقيق عبارة عن شريحة واحدة ويشار إليها بـ μC أو uC. تقنية التصنيع المستخدمة لوحدة التحكم الخاصة بها هي VLSI. الاسم البديل للميكروكونترولر هو وحدة التحكم المدمجة. في الوقت الحالي ، هناك أنواع مختلفة من وحدات التحكم الدقيقة الموجودة في السوق مثل 4 بت و 8 بت و 64 بت و 128 بت. وهو عبارة عن كمبيوتر صغير مضغوط يستخدم للتحكم في وظائف النظام المضمنة في الروبوتات والآلات المكتبية والمركبات الآلية والأجهزة المنزلية والأدوات الإلكترونية الأخرى. المكونات المختلفة المستخدمة في الميكروكونترولر هي المعالج والأجهزة الطرفية والذاكرة. تُستخدم هذه بشكل أساسي في الأجهزة الإلكترونية المختلفة التي تتطلب قدرًا من التحكم يعطيه مشغل الجهاز. تتناول هذه المقالة نظرة عامة على أنواع المتحكمات الدقيقة وعملها.

ما هو المتحكم الدقيق؟

المتحكم الدقيق عبارة عن كمبيوتر صغير ومنخفض التكلفة ومستقل بذاته يمكن استخدامه كنظام مضمن. قد تستخدم بعض المتحكمات الدقيقة تعبيرات ذات أربع بتات وتعمل بترددات معدل الساعة ، والتي تشمل عادةً:

• معالج دقيق 8 أو 16 بت.
• قليل من ذاكرة الوصول العشوائي.
• روم قابل للبرمجة وذاكرة فلاش.
• إدخال / إخراج متوازي ومتسلسل.
• الموقتات ومولدات الإشارة.
• التناظرية إلى الرقمية والتحويل الرقمي إلى التناظرية

يجب أن تحتوي وحدات التحكم الدقيقة عادةً على متطلبات طاقة منخفضة نظرًا لأن العديد من الأجهزة التي تتحكم فيها تعمل بالبطاريات. تستخدم المتحكمات الدقيقة في العديد من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية ومحركات السيارات وملحقات الكمبيوتر ومعدات الاختبار أو القياس. وهي مناسبة تمامًا لتطبيقات البطارية طويلة الأمد. الجزء المهيمن من الميكروكونترولر المستخدمة في الوقت الحاضر يتم زرعه في أجهزة أخرى.

ميكروكنترولر تعمل

شريحة وحدة التحكم الدقيقة عبارة عن جهاز عالي السرعة ، ولكنها بطيئة مقارنة بجهاز الكمبيوتر. وبالتالي سيتم تنفيذ كل تعليمات داخل المتحكم بسرعة عالية. بمجرد تشغيل الإمداد ، سيتم تنشيط مذبذب الكوارتز من خلال سجل منطق التحكم. لبضع ثوان ، مع بدء الإعداد المبكر ، سيتم شحن مكثفات الطفيليات.

بمجرد أن يحقق مستوى الجهد أعلى قيمته ويتحول تردد المذبذب إلى عملية مستقرة لكتابة البتات عبر سجلات الوظائف الخاصة. كل شيء يحدث بناءً على CLK للمذبذب وستبدأ الإلكترونيات الكلية في العمل. كل هذا يستغرق بضع نانو ثانية.

تتمثل الوظيفة الرئيسية للمتحكم الدقيق في أنه يمكن اعتباره أنظمة قائمة بذاتها باستخدام ذاكرة المعالج. يمكن استخدام الأجهزة الطرفية مثل متحكم 8051. عندما يتم تضمين غالبية وحدات التحكم الدقيقة المستخدمة حاليًا في أنواع أخرى من الآلات مثل أجهزة الهاتف والسيارات وأنظمة الكمبيوتر الطرفية.

أساسيات أنواع المتحكمات الدقيقة

أي جهاز كهربائي يستخدم لتخزين وقياس وعرض المعلومات ، وإلا فإن المقاييس تتكون من شريحة فيه. يشتمل الهيكل الأساسي لوحدة التحكم الدقيقة على مكونات مختلفة.

وحدة المعالجة المركزية

يسمى الميكروكونترولر بجهاز وحدة المعالجة المركزية ، ويستخدم لنقل البيانات وفك تشفيرها ، وفي النهاية يكمل المهمة المخصصة بشكل فعال. باستخدام وحدة المعالجة المركزية ، يتم توصيل جميع مكونات الميكروكونترولر بنظام معين. التعليمات التي يتم جلبها من خلال الذاكرة القابلة للبرمجة يمكن فك تشفيرها من خلال وحدة المعالجة المركزية.

ذاكرة

في المتحكم الدقيق ، تعمل شريحة الذاكرة مثل المعالج الدقيق لأنها تخزن جميع البيانات وكذلك البرامج. تم تصميم وحدات التحكم الدقيقة مع قدر من ذاكرة الوصول العشوائي / ذاكرة القراءة فقط / ذاكرة فلاش لتخزين الكود المصدري للبرنامج.

منافذ الإدخال / الإخراج

بشكل أساسي ، تُستخدم هذه المنافذ للواجهة التي تدفع الأجهزة المختلفة مثل LEDs وشاشات LCD والطابعات وما إلى ذلك.

منافذ تسلسلية

تُستخدم المنافذ التسلسلية لتوفير واجهات تسلسلية بين وحدة التحكم الدقيقة بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من الأجهزة الطرفية الأخرى مثل المنفذ المتوازي.

الموقتات

يحتوي متحكم دقيق على مؤقتات أو عدادات أخرى. تستخدم هذه لإدارة جميع عمليات التوقيت والعد في متحكم دقيق. تتمثل الوظيفة الرئيسية للعداد في حساب النبضات الخارجية في حين أن العمليات التي يتم إجراؤها من خلال أجهزة ضبط الوقت هي وظائف الساعة ، وتوليد النبضات ، والتشكيلات ، وقياس التردد ، وعمل التذبذبات ، إلخ.

ADC (محول تناظري إلى رقمي)

ADC هو اختصار لمحول رقمي إلى تناظري. تتمثل الوظيفة الرئيسية لـ ADC في تغيير الإشارات من التناظرية إلى الرقمية. بالنسبة إلى ADC ، تكون إشارات الإدخال المطلوبة تناظرية ويتم استخدام إنتاج إشارة رقمية في تطبيقات رقمية مختلفة مثل أجهزة القياس

DAC (محول رقمي إلى تناظري)

اختصار DAC هو محول رقمي إلى تناظري ، يستخدم لأداء وظائف عكسية إلى ADC. بشكل عام ، يتم استخدام هذا الجهاز لإدارة الأجهزة التناظرية مثل محركات التيار المستمر وما إلى ذلك.

تفسير التحكم

يتم استخدام وحدة التحكم هذه لإعطاء تحكم مؤجل لبرنامج قيد التشغيل والتفسير إما داخلي أو خارجي.

كتلة وظيفية خاصة

تتضمن بعض المتحكمات الدقيقة الخاصة المصممة لأجهزة خاصة مثل الروبوتات وأنظمة الفضاء كتلة وظيفية خاصة. تحتوي هذه الكتلة على منافذ إضافية لتنفيذ بعض العمليات الخاصة.

كيف يتم تصنيف أنواع المتحكمات الدقيقة؟

تتميز وحدات التحكم الدقيقة بعرض الناقل ومجموعة التعليمات وبنية الذاكرة. لنفس العائلة ، قد تكون هناك أشكال مختلفة ذات مصادر مختلفة. ستصف هذه المقالة بعض الأنواع الأساسية لوحدات التحكم الدقيقة التي قد لا يعرفها المستخدمون الجدد.

يتم عرض أنواع الميكروكونترولر في الشكل ، وتتميز بتاتها وبنية الذاكرة والذاكرة / الأجهزة ومجموعة التعليمات. دعونا نناقشها بإيجاز.

أنواع الميكروكونترولر

أنواع المتحكمات الدقيقة حسب عدد البتات

وحدات البت في الميكروكونترولر هي 8 بت و 16 بت و 32 بت متحكم.

في 8 بت متحكم ، النقطة التي يكون فيها الناقل الداخلي 8 بت ثم يقوم ALU بالعمليات الحسابية والمنطقية. أمثلة المتحكمات الدقيقة 8 بت هي عائلات Intel 8031/8051 و PIC1x و Motorola MC68HC11.

ال 16 بت يقوم المتحكم الدقيق بأداء دقة وأداء أكبر مقارنةً بـ 8 بت. على سبيل المثال ، يمكن للميكروكونترولر 8 بت استخدام 8 بت فقط ، مما ينتج عنه نطاق نهائي من 0 × 00 - 0xFF (0-255) لكل دورة. في المقابل ، فإن المتحكمات الدقيقة ذات 16 بت مع عرض بيانات البت لديها نطاق من 0 × 0000 - 0xFFFF (0-65535) لكل دورة.

من المحتمل أن تكون القيمة القصوى لجهاز ضبط الوقت الأطول مفيدة في تطبيقات ودوائر معينة. يمكن أن تعمل تلقائيًا على رقمين 16 بت. بعض الأمثلة على ميكروكنترولر 16 بت هي وحدات MCU 16 بت ممتدة 8051XA و PIC2x و Intel 8096 و Motorola MC68HC12.

ال 32 بت يستخدم الميكروكونترولر تعليمات 32 بت لأداء العمليات الحسابية والمنطقية. يتم استخدامها في الأجهزة التي يتم التحكم فيها تلقائيًا بما في ذلك الأجهزة الطبية القابلة للزرع وأنظمة التحكم في المحرك والآلات المكتبية والأجهزة والأنواع الأخرى من الأنظمة المدمجة. بعض الأمثلة هي عائلة Intel / Atmel 251 ، PIC3x.

أنواع المتحكمات الدقيقة حسب أجهزة الذاكرة

تنقسم أجهزة الذاكرة إلى نوعين ، هما

• متحكم الذاكرة المدمجة
• متحكم الذاكرة الخارجية

متحكم ذاكرة مدمج : عندما يحتوي نظام مضمن على وحدة تحكم دقيقة تحتوي على جميع الكتل الوظيفية المتاحة على شريحة تسمى متحكمًا مدمجًا. على سبيل المثال ، 8051 التي تحتوي على ذاكرة البرنامج والبيانات ، ومنافذ الإدخال / الإخراج ، والاتصالات التسلسلية ، والعدادات والموقتات والمقاطعات على الشريحة هي متحكم مضمن.

متحكم الذاكرة الخارجية : عندما يحتوي نظام مضمن على وحدة تحكم دقيقة لا تحتوي على جميع الكتل الوظيفية المتوفرة على شريحة تسمى متحكم الذاكرة الخارجية. على سبيل المثال ، 8031 ​​ليس لديه ذاكرة برنامج على الرقاقة عبارة عن متحكم ذاكرة خارجي.

أنواع المتحكمات الدقيقة حسب التعليمات

CISC : CISC هو كمبيوتر مجموعة تعليمات معقدة. يسمح للمبرمج باستخدام تعليمات واحدة بدلاً من العديد من التعليمات الأبسط.

مخاطرة : RISC تعني كمبيوتر مجموعة التعليمات المخفضة ، وهذا النوع من مجموعات التعليمات يقلل من تصميم المعالجات الدقيقة لمعايير الصناعة. يسمح لكل تعليمات بالعمل على أي سجل أو استخدام أي وضع عنونة والوصول المتزامن للبرنامج والبيانات.

مثال على CISC و RISC

من المثال أعلاه ، تعمل أنظمة RISC على تقصير وقت التنفيذ عن طريق تقليل دورات الساعة لكل تعليمة ، وتقوم أنظمة CISC بتقصير وقت التنفيذ عن طريق تقليل عدد التعليمات لكل برنامج. يعطي RISC تنفيذًا أفضل من CISC.

أنواع المتحكمات الدقيقة حسب هندسة الذاكرة

بنية ذاكرة المتحكم الدقيق نوعان ، وهما:

• متحكم معماري لذاكرة هارفارد
• متحكم معماري لذاكرة برينستون

متحكم دقيق معمارية الذاكرة بجامعة هارفارد : النقطة التي تحتوي فيها وحدة متحكم دقيق على مساحة عنوان ذاكرة غير متشابهة للبرنامج وذاكرة البيانات ، يكون للمتحكم الدقيق بنية ذاكرة هارفارد في المعالج.

متحكم برينستون للهندسة المعمارية للذاكرة : النقطة التي يكون فيها للمتحكم الدقيق عنوان ذاكرة مشترك لذاكرة البرنامج وذاكرة البيانات ، يكون للمتحكم الدقيق بنية ذاكرة برينستون في المعالج.

أنواع المتحكمات الدقيقة

هناك أنواع مختلفة من وحدات التحكم الدقيقة مثل 8051 و PIC و AVR و ARM و

متحكم 8051

إنه متحكم دقيق 40 سنًا مع Vcc من 5V متصل بالدبوس 40 و Vss عند الدبوس 20 والذي يتم الاحتفاظ به 0V. وهناك منافذ إدخال وإخراج من P1.0 - P1.7 والتي تتمتع بخاصية الصرف المفتوح. يحتوي Port3 على ميزات إضافية. يحتوي Pin36 على حالة الصرف المفتوح وقد قام pin17 بسحب الترانزستور داخليًا داخل الميكروكونترولر.

عندما نطبق المنطق 1 في المنفذ 1 ، نحصل على المنطق 1 في المنفذ 21 والعكس صحيح. برمجة متحكم ميت معقد. في الأساس ، نكتب برنامجًا بلغة C يتم تحويله بعد ذلك إلى لغة الآلة التي يفهمها المتحكم الدقيق.

يتم توصيل دبوس RESET بـ pin9 ، متصل بمكثف. عندما يكون المفتاح في وضع التشغيل ، يبدأ المكثف في الشحن ويكون RST مرتفعًا. يؤدي تطبيق ارتفاع على دبوس إعادة التعيين إلى إعادة تعيين وحدة التحكم الدقيقة. إذا طبقنا منطق صفر على هذا الدبوس ، فسيبدأ البرنامج في التنفيذ من البداية.

هندسة الذاكرة 8051

ذاكرة 8051 مقسمة إلى جزئين. هم ذاكرة البرنامج وذاكرة البيانات. تقوم ذاكرة البرنامج بتخزين البرنامج الذي يتم تنفيذه بينما تقوم ذاكرة البيانات بتخزين البيانات والنتائج مؤقتًا. تم استخدام 8051 في عدد كبير من الأجهزة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى سهولة دمجه في الجهاز. تستخدم المتحكمات الدقيقة بشكل أساسي في إدارة الطاقة ، وشاشات اللمس ، والسيارات ، والأجهزة الطبية.

ذاكرة البرنامج 8051

و

ذاكرة بيانات 8051

وصف دبوس من متحكم 8051

دبوس 40: Vcc هو مصدر الطاقة الرئيسي لـ + 5V DC.

دبوس 20: Vss - يمثل اتصال الأرض (0 فولت).

دبابيس 32-39: يُعرف باسم المنفذ 0 (P0.0 إلى P0.7) للعمل كمنافذ I / O.

دبوس 31: يُستخدم Address Latch Enable (ALE) لفك تعدد إرسال إشارة بيانات العنوان للمنفذ 0.

دبوس 30: (EA) يتم استخدام مدخلات الوصول الخارجي لتمكين أو تعطيل واجهات الذاكرة الخارجية. إذا لم تكن هناك متطلبات ذاكرة خارجية ، فسيظل هذا الدبوس مرتفعًا دائمًا.

دبوس- 29: يتم استخدام Program Store Enable (PSEN) لقراءة الإشارات من ذاكرة البرنامج الخارجية.

دبابيس- 21-28: يُعرف باسم المنفذ 2 (P 2.0 إلى P 2.7) - بالإضافة إلى العمل كمنفذ I / O ، يتم مضاعفة إشارات ناقل عنوان الترتيب الأعلى مع هذا المنفذ شبه ثنائي الاتجاه.

الدبابيس 18 و 19: تستخدم لربط بلورة خارجية لتوفير ساعة النظام.

دبابيس 10 - 17: يخدم هذا المنفذ أيضًا بعض الوظائف الأخرى مثل المقاطعات ، وإدخال المؤقت ، وإشارات التحكم لواجهة الذاكرة الخارجية للقراءة والكتابة. هذا هو منفذ شبه ثنائي الاتجاه مع سحب داخلي.

دبوس 9: وهو عبارة عن دبوس RESET ، يستخدم لضبط المتحكمات الدقيقة 8051 على قيمها الأولية ، أثناء عمل الميكروكونترولر أو عند بدء التطبيق الأولي. يجب ضبط دبوس RESET عالياً لدورتين للماكينة.

دبابيس 1-8: هذا المنفذ لا يخدم أي وظائف أخرى. المنفذ 1 هو منفذ إدخال / إخراج شبه ثنائي الاتجاه.

رينيساس متحكم

Renesas هي أحدث عائلة متحكم في السيارات تقدم ميزات عالية الأداء مع استهلاك منخفض للطاقة بشكل استثنائي على نطاق واسع ومتعدد الاستخدامات من العناصر. يوفر هذا الميكروكونترولر أمانًا وظيفيًا غنيًا وخصائص أمان مضمنة مطلوبة لتطبيقات السيارات الجديدة والمتقدمة. يدعم الهيكل الأساسي لوحدة المعالجة المركزية ذات وحدة التحكم الدقيقة الموثوقية العالية ومتطلبات الأداء العالي.

الشكل الكامل للميكروكونترولر RENESAS هو 'Renaissance Semiconductor for Advanced Solutions'. توفر وحدات التحكم الدقيقة هذه أفضل أداء للمعالجات الدقيقة وكذلك وحدات التحكم الدقيقة للحصول على ميزات أداء جيدة جنبًا إلى جنب مع استخدام الطاقة المنخفض للغاية وكذلك التغليف الصلب.

يحتوي هذا المتحكم الدقيق على سعة ذاكرة ضخمة بالإضافة إلى pinout ، لذلك يتم استخدامه في تطبيقات مختلفة للتحكم في السيارات. أكثر عائلات وحدات التحكم الدقيقة شيوعًا هي RX و RL78 نظرًا لأدائها العالي. تشمل الميزات الرئيسية لـ RENESAS RL78 ، بالإضافة إلى ميكروكنترولر المستندة إلى عائلة RX ، ما يلي.

• البنية المستخدمة في هذا المتحكم الدقيق هي بنية CISC Harvard التي توفر أداءً عاليًا.
• يمكن الوصول إلى عائلة RL78 في ميكروكنترولر 8 بت و 16 بت بينما عائلة RX عبارة عن متحكم 32 بت.
• متحكم عائلة RL78 هو متحكم دقيق منخفض الطاقة بينما توفر عائلة RX كفاءة عالية بالإضافة إلى الأداء.
• يتوفر الميكروكونترولر RL78 Family من 20 دبوسًا إلى 128 دبوسًا بينما يمكن الحصول على عائلة RX في متحكم مكون من 48 سنًا إلى حزمة من 176 سنًا.
• بالنسبة للميكروكونترولر RL78 ، تتراوح ذاكرة الفلاش من 16 كيلو بايت إلى 512 كيلو بايت بينما ، بالنسبة لعائلة RX ، فهي 2 ميجا بايت.
• تتراوح ذاكرة الوصول العشوائي للميكروكونترولر لعائلة RX من 2 كيلو بايت إلى 128 كيلو بايت.
• يوفر الميكروكونترولر Renesas طاقة منخفضة ، وأداءً عاليًا ، وحزمًا متواضعة ، وأكبر نطاق من أحجام الذاكرة جنبًا إلى جنب مع خصائص الأجهزة الطرفية الغنية.

المتحكمات الدقيقة Renesas

• تقدم Renesas أكثر عائلات المتحكم الدقيق تنوعًا في العالم ، على سبيل المثال ، توفر عائلة RX الخاصة بنا العديد من أنواع الأجهزة مع متغيرات ذاكرة من 32K flash / 4K RAM إلى 8M flash / 512K RAM.
• تعد عائلة RX المكونة من وحدات تحكم دقيقة 32 بت وحدة تحكم متعددة الأغراض غنية بالميزات وذات أغراض عامة تغطي نطاقًا واسعًا من تطبيقات التحكم المضمنة مع اتصال عالي السرعة ومعالجة الإشارات الرقمية والتحكم في العاكس.
• تستخدم عائلة الميكروكونترولر RX بنية Harvard CISC محسنة 32 بت لتحقيق أداء عالٍ للغاية.

دبوس الوصف

يظهر ترتيب الدبوس لمتحكم Renesas الدقيق في الشكل:

Renesas ميكروكنترولر دبوس الرسم التخطيطي

وهو متحكم 20 دبوس. دبوس 9 هو Vss ، والدبوس الأرضي ، و Vdd ، دبوس مزود الطاقة. يوجد به ثلاثة أنواع مختلفة من المقاطعة ، وهي مقاطعة عادية ، ومقاطعة سريعة ، ومقاطعة عالية السرعة.

تخزن المقاطعات العادية السجلات المهمة على المكدس باستخدام تعليمات الدفع والانبثاق. يتم تخزين المقاطعات السريعة تلقائيًا عداد البرامج وكلمة حالة المعالج في سجلات النسخ الاحتياطي الخاصة ، لذلك يكون وقت الاستجابة أسرع. وتخصص المقاطعات عالية السرعة ما يصل إلى أربعة من السجلات العامة للاستخدام المخصص بواسطة المقاطعة لتوسيع السرعة بشكل أكبر.

يوفر هيكل الناقل الداخلي 5 حافلات داخلية لضمان عدم إبطاء معالجة البيانات. تحدث عمليات جلب التعليمات عبر ناقل عريض 64 بت ، وذلك بسبب الإرشادات متغيرة الطول المستخدمة في معماريات CISC.

ميزات وفوائد وحدات التحكم الدقيقة RX

• يتم تحقيق استهلاك منخفض للطاقة باستخدام تقنية متعددة النواة
• دعم تشغيل 5 فولت للتصميمات الصناعية والأجهزة
• قابلية التوسع من 48 إلى 145 سنًا ومن 32 كيلو بايت إلى 1 ميجا بايت ذاكرة فلاش ، مع 8 كيلو بايت من ذاكرة فلاش البيانات المضمنة
• ميزة أمان متكاملة
• مجموعة وظائف غنية متكاملة من 7 UART و I2C و 8 SPI والمقارنات و 12 بت ADC و 10 بت DAC و 24 بت ADC (RX21A) ، مما يقلل من تكلفة النظام من خلال دمج معظم الوظائف

تطبيق Renesas متحكم

• الأتمتة الصناعية
• تطبيقات الاتصال
• تطبيقات التحكم في المحركات
• الاختبار والقياس
• تطبيقات طبية

متحكمات AVR

تم تطوير متحكم AVR بواسطة Alf-Egil Bogen و Vegard Wollan من شركة Atmel Corporation. المتحكمات الدقيقة AVR هي بنية Harvard RISC معدلة بذاكرة منفصلة للبيانات والبرنامج وسرعة AVR عالية بالمقارنة مع 8051 و PIC. يرمز AVR إلى إلى lf-Egil Bogen و الخامس egard Wollan’s ر معالج ISC.

متحكم Atmel AVR

الفرق بين أجهزة تحكم 8051 و AVR

• 8051s عبارة عن وحدات تحكم 8 بت تعتمد على بنية CISC ، و AVRs هي وحدات تحكم 8 بت تعتمد على بنية RISC
• 8051 يستهلك طاقة أكثر من متحكم AVR
• في 8051 ، يمكننا البرمجة بسهولة من متحكم AVR
• سرعة AVR أكبر من 8051 متحكم

تصنيف وحدات تحكم AVR

يتم تصنيف وحدات التحكم الدقيقة AVR إلى ثلاثة أنواع:

• TinyAVR - ذاكرة أقل ، حجم صغير ، مناسبة فقط للتطبيقات الأبسط
• MegaAVR - هذه هي الأكثر شيوعًا التي تحتوي على كمية جيدة من الذاكرة (تصل إلى 256 كيلوبايت) ، وعدد أكبر من الأجهزة الطرفية المدمجة ، ومناسبة للتطبيقات المتوسطة إلى المعقدة
• XmegaAVR - يستخدم تجاريًا للتطبيقات المعقدة ، والتي تتطلب ذاكرة برنامج كبيرة وسرعة عالية

ميزات متحكم AVR

• 16 كيلو بايت من فلاش قابل للبرمجة داخل النظام
• 512B من ذاكرة EEPROM القابلة للبرمجة داخل النظام
• مؤقت 16 بت مع ميزات إضافية
• مذبذبات داخلية متعددة
• ذاكرة فلاش للتعليمات الداخلية قابلة للبرمجة تصل إلى 256 كيلو بايت
• قابل للبرمجة داخل النظام باستخدام ISP أو JTAG أو طرق الجهد العالي
• قسم رمز التمهيد الاختياري مع لقم قفل مستقل للحماية
• الأجهزة الطرفية التسلسلية المتزامنة / غير المتزامنة (UART / USART)
• ناقل الواجهة الطرفية التسلسلي (SPI)
• واجهة تسلسلية عالمية (USI) لنقل البيانات المتزامن ثنائي / ثلاثي الأسلاك
• مؤقت مراقب (WDT)
• أوضاع نوم متعددة موفرة للطاقة
• محولات 10 بت A / D ، مع تعدد إرسال يصل إلى 16 قناة
• يمكن ودعم وحدة تحكم USB
• الأجهزة ذات الجهد المنخفض تعمل حتى 1.8 فولت

هناك العديد من ميكروكنترولر عائلة AVR ، مثل ATmega8 و ATmega16 وما إلى ذلك. في هذه المقالة ، نناقش متحكم ATmega328. إن ATmega328 و ATmega8 عبارة عن دوائر متكاملة متوافقة مع الدبوس ولكنها وظيفية مختلفة. يحتوي ATmega328 على ذاكرة فلاش 32kB ، حيث يحتوي ATmega8 على 8kB. الاختلافات الأخرى هي SRAM و EEPROM الإضافيين ، إضافة مقاطعات تغيير الدبوس ، وأجهزة ضبط الوقت. بعض ميزات ATmega328 هي:

ميزات ATmega328

• متحكم AVR 28 سنًا
• برنامج فلاش بذاكرة 32 كيلو بايت
• ذاكرة بيانات EEPROM تبلغ 1 كيلو بايت
• ذاكرة بيانات SRAM 2 كيلو بايت
• منافذ الإدخال / الإخراج هي 23
• اثنين من أجهزة ضبط الوقت 8 بت
• محول A / D
• ست قنوات PWM
• USART يحمل في ثناياه عوامل
• مذبذب خارجي: حتى 20 ميجا هرتز

وصف الدبوس لـ ATmega328

يأتي في 28 دبوس DIP ، كما هو موضح في الشكل أدناه:

AVR ميكروكنترولر دبوس الرسم التخطيطي

Vcc: جهد العرض الرقمي.

GND: أرض.

المنفذ ب: المنفذ B هو منفذ إدخال / إخراج ثنائي الاتجاه 8 بت. يتم تحديد دبابيس المنفذ B بشكل ثلاثي عندما تصبح حالة إعادة التعيين نشطة أو واحدة ، حتى إذا كانت الساعة لا تعمل.

المنفذ C: المنفذ C هو منفذ إدخال / إخراج ثنائي الاتجاه 7 بت مع مقاومات سحب داخلية.

PC6 / إعادة تعيين

المنفذ D: إنه منفذ إدخال / إخراج ثنائي الاتجاه 8 بت مع مقاومات سحب داخلية. تتكون مخازن الإخراج للمنفذ D من خصائص محرك متماثل.

AVcc: AVcc هو دبوس جهد الإمداد لـ ADC.

عارف: AREF هو دبوس المرجع التناظري لـ ADC.

تطبيقات الميكروكونترولر AVR

هناك العديد من تطبيقات وحدات التحكم الدقيقة AVR التي يتم استخدامها في التشغيل الآلي للمنزل ، وشاشات اللمس ، والسيارات ، والأجهزة الطبية ، والدفاع.

متحكم الموافقة المسبقة عن علم

PIC هي وحدة تحكم في الواجهة الطرفية ، تم تطويرها بواسطة الإلكترونيات الدقيقة للأداة العامة ، في عام 1993. يتم التحكم فيها بواسطة البرنامج. يمكن برمجتها لإكمال العديد من المهام والتحكم في خط التوليد وغيرها الكثير. تجد المتحكمات الدقيقة PIC طريقها إلى تطبيقات جديدة مثل الهواتف الذكية وملحقات الصوت والأجهزة الطرفية لألعاب الفيديو والأجهزة الطبية المتقدمة.

هناك العديد من بلدان جزر المحيط الهادئ ، بدأت بـ PIC16F84 و PIC16C84. لكن هذه كانت صور فلاش PICs الوحيدة المعقولة التكلفة. أدخلت Microchip مؤخرًا شرائح فلاش بأنواع أكثر جاذبية ، مثل 16F628 و 16F877 و 18F452. يبلغ سعر 16F877 ضعف سعر الطراز القديم 16F84 ولكنه يحتوي على ثمانية أضعاف حجم الكود ، وذاكرة وصول عشوائي أكبر بكثير ، ودبابيس إدخال / إخراج أكثر بكثير ، ومحول UART ، ومحول A / D ، وغير ذلك الكثير.

متحكم الموافقة المسبقة عن علم

ميزات PIC16F877

تتضمن ميزات pic16f877 ما يلي.

• وحدة المعالجة المركزية RISC عالية الأداء
• ما يصل إلى 8K × 14 كلمة من ذاكرة برنامج FLASH
• 35 تعليمات (ترميز بطول ثابت - 14 بت)
• 368 × 8 ذاكرة بيانات ثابتة قائمة على ذاكرة الوصول العشوائي
• تصل إلى 256 × 8 بايت من ذاكرة بيانات EEPROM
• قدرة المقاطعة (حتى 14 مصدرًا)
• ثلاثة أنماط عنونة (مباشر ، غير مباشر ، نسبي)
• إعادة التشغيل (POR)
• ذاكرة العمارة بجامعة هارفارد
• وضع SLEEP الموفر للطاقة
• نطاق جهد تشغيل واسع: 2.0 فولت إلى 5.5 فولت
• بالوعة عالية / مصدر التيار: 25mA
• آلة قائمة على المجمع

الميزات المحيطية

3 مؤقت / عدادات (مقاسات مسبقة قابلة للبرمجة)

• Timer0 ، Timer2 هو مؤقت / عداد 8 بت مع 8 بت قبل الحجمي
• Timer1 هو 16 بت ، ويمكن زيادته أثناء النوم عبر الكريستال / الساعة الخارجية

وحدتا التقاط ، مقارنة ، وحدات PWM

• تسجل وظيفة التقاط الإدخال عدد Timer1 على انتقال دبوس
• ناتج وظيفة PWM عبارة عن موجة مربعة ذات فترة قابلة للبرمجة ودورة عمل.

محول تناظري رقمي 10 بت 8 قنوات

USART مع اكتشاف عنوان 9 بت

منفذ تسلسلي متزامن مع الوضع الرئيسي و I2C Master / Slave

منفذ الرقيق المتوازي 8 بت

الميزات التناظرية

• 10 بت ، حتى 8 قنوات محول تناظري إلى رقمي (A / D)
• إعادة تعيين براون التدريجي (بور)
• وحدة المقارنة التناظرية (يمكن الوصول خارجيًا إلى تعدد إرسال المدخلات القابلة للبرمجة من مدخلات الجهاز ومخرجات المقارنة)

وصف دبوس PIC16F877A

تمت مناقشة وصف دبوس PIC16F877A أدناه.

مزايا الموافقة المسبقة عن علم

• إنه تصميم RISC
• رمزها فعال للغاية ، مما يسمح بتشغيل الموافقة المسبقة عن علم مع ذاكرة برنامج أقل من منافسيها الأكبر
• إنها ساعة منخفضة التكلفة وعالية السرعة

دائرة تطبيق نموذجية PIC16F877A

تتكون الدائرة أدناه من مصباح يتم التحكم في تبديله باستخدام متحكم PIC. يتم توصيل المتحكم الدقيق ببلورة خارجية توفر مدخلات على مدار الساعة.

تطبيق ميكروكنترولر PIC16F877A

يتم توصيل PIC أيضًا بزر ضغط وعند الضغط على زر الضغط ، يرسل الميكروكونترولر وفقًا لذلك إشارة عالية إلى قاعدة الترانزستور ، وذلك لتشغيل الترانزستور وبالتالي توفير اتصال مناسب بالمرحل لتشغيله والسماح بمرور تيار التيار المتردد إلى المصباح وبالتالي يضيء المصباح. يتم عرض حالة العملية على شاشة LCD الموصولة بوحدة التحكم الدقيقة PIC.

متحكم MSP

متحكم مثل MSP430 هو متحكم 16 بت. مصطلح MSP هو اختصار 'معالج الإشارة المختلط'. تم أخذ عائلة وحدات التحكم الدقيقة هذه من شركة Texas Instruments وهي مصممة لأنظمة تبديد الطاقة منخفضة التكلفة ومنخفضة التكلفة. تشتمل وحدة التحكم هذه على ناقل بيانات 16 بت ، عنونة أوضاع 7 مع مجموعة تعليمات مخفضة ، مما يسمح باستخدام رمز برمجة أكثر كثافة وأقصر للأداء السريع.

هذا المتحكم الدقيق هو نوع واحد من الدوائر المتكاملة ، تستخدم لتنفيذ البرامج للتحكم في الأجهزة أو الأجهزة الأخرى. إنه نوع من الأجهزة الدقيقة ، يستخدم للتحكم في الأجهزة الأخرى. عادةً ما يمكن الحصول على ميزات هذا المتحكم الدقيق مع أنواع أخرى من وحدات التحكم الدقيقة.

• أكمل SoC مثل ADC ، LCD ، منافذ الإدخال / الإخراج ، ذاكرة الوصول العشوائي ، ROM ، UART ، مؤقت المراقبة ، المؤقت الأساسي ، إلخ.
• يستخدم بلورة خارجية واحدة ويستمد مذبذب FLL (حلقة مغلقة التردد) بشكل أساسي جميع CLKs الداخلية
• استخدام الطاقة منخفض مثل 4.2 nW فقط لكل تعليمات
• مولد ثابت للثوابت الأكثر استخدامًا مثل –1 ، 0 ، 1 ، 2 ، 4 ، 8
• السرعة العالية النموذجية هي 300 نانوثانية لكل تعليمات مثل 3.3 ميجاهرتز CLK
• أوضاع العنونة هي 11 حيث تُستخدم أوضاع العنونة السبعة لمعاملات المصدر وتستخدم أربعة أوضاع عنونة لمعامل الوجهة.
• بنية RISC مع 27 تعليمات أساسية

السعة في الوقت الحقيقي ممتلئة ومستقرة ، ويمكن الحصول على تردد CLK للنظام الاسمي بعد 6 ساعات فقط بمجرد استعادة MSP430 من وضع الطاقة المنخفضة. بالنسبة للكريستال الرئيسي ، لا داعي للانتظار لبدء الاستقرار والتذبذب.

تم دمج التعليمات الأساسية باستخدام ميزات خاصة لتسهيل البرنامج داخل متحكم MSP430 باستخدام المجمع بخلاف ذلك في لغة C لتوفير وظائف متميزة بالإضافة إلى المرونة. على سبيل المثال ، حتى باستخدام عدد تعليمات منخفض ، فإن المتحكم الدقيق قادر على اتباع مجموعة التعليمات بأكملها تقريبًا.

متحكم هيتاشي

متحكم هيتاشي ينتمي إلى عائلة H8. يتم استخدام اسم مثل H8 داخل عائلة كبيرة من وحدات التحكم الدقيقة ذات 8 بت و 16 بت و 32 بت. تم تطوير هذه المتحكمات الدقيقة من خلال تقنية Renesas. تأسست هذه التقنية في شركة هيتاشي لأشباه الموصلات في عام 1990.

متحكم موتورولا

متحكم موتورولا هو متحكم دقيق مدمج للغاية ، يستخدم في معالجة البيانات بأداء عالٍ. تستخدم وحدة هذا المتحكم الدقيق SIM (وحدة تكامل النظام) و TPU (وحدة معالجة الوقت) و QSM (الوحدة التسلسلية المدرجة في قائمة الانتظار).

مزايا أنواع المتحكمات الدقيقة

تشمل مزايا أنواع الميكروكونترولر ما يلي.

• جدير بالثقة
• قابلة لإعادة الاستخدام
• كفاءة الطاقة
• فعاله من حيث التكلفه
• قابلة لإعادة الاستخدام
• يتطلب وقتا أقل للعمل
• هذه مرنة وصغيرة جدًا
• بسبب تكاملها العالي ، يمكن تقليل حجمها وتكلفة النظام.
• يسهل ربط وحدة التحكم الدقيقة مع منافذ ROM و RAM و I / O الإضافية.
• يمكن تنفيذ العديد من المهام ، وبالتالي يمكن تقليل التأثير البشري.
• إنه سهل الاستخدام ، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها وصيانة النظام أمر بسيط.
• إنه يعمل مثل كمبيوتر صغير بدون أي أجزاء رقمية

عيوب أنواع المتحكمات الدقيقة

تشمل عيوب أنواع الميكروكونترولر ما يلي.

• تعقيد البرمجة
• الحساسية للكهرباء الساكنة
• لا يمكن التواصل مع الأجهزة عالية الطاقة.
• هيكلها أكثر تعقيدًا مقارنة بالمعالجات الدقيقة.
• بشكل عام ، يتم استخدامه في الأجهزة الدقيقة
• إنه يؤدي ببساطة لا غير مكتمل. من عمليات الإعدام في وقت واحد.
• يستخدم بشكل عام في المعدات الدقيقة
• لديها بنية أكثر تعقيدًا مقارنة بالمعالج الدقيق
• لا يمكن للمتحكم الدقيق الاتصال بجهاز طاقة أعلى مباشرة
• لم ينفذ سوى عدد محدود من عمليات الإعدام في وقت واحد

تطبيقات أنواع المتحكمات الدقيقة

تستخدم المتحكمات الدقيقة بشكل أساسي للأجهزة المدمجة ، على عكس المعالجات الدقيقة المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية بخلاف الأجهزة الأخرى. تستخدم هذه الأجهزة بشكل أساسي في الأجهزة المختلفة مثل الأجهزة الطبية القابلة للزرع ، والأدوات الكهربائية ، وأنظمة التحكم في المحرك في السيارات ، والآلات المستخدمة في المكاتب ، والأجهزة التي يتم التحكم فيها عن بُعد ، والألعاب ، وما إلى ذلك. وتشمل التطبيقات الرئيسية لأنواع وحدات التحكم الدقيقة ما يلي.

• السيارات
• أنظمة قياس يدوية
• هواتف نقالة
• أنظمة الكمبيوتر
• أجهزة الإنذار الأمنية
• الأجهزة
• متر الحالي
• الكاميرات
• الفرن الصغير
• أدوات القياس
• أجهزة التحكم في العمليات
• تستخدم في أجهزة القياس والقياس ، الفولتميتر ، قياس الأجسام الدوارة
• أجهزة التحكم
• أجهزة القياس الصناعية
• أجهزة القياس في الصناعات
• استشعار الضوء
• أجهزة السلامة
• أجهزة التحكم في العمليات
• أجهزة التحكم
• الكشف عن الحرائق
• استشعار درجة الحرارة
• هواتف نقالة
• جوالات السيارات
• غسالة ملابس
• الكاميرات
• أجهزة الإنذار الأمنية

وبالتالي ، هذا كل شيء عن لمحة عامة عن أنواع المتحكمات الدقيقة . هذه المتحكمات الدقيقة عبارة عن أجهزة كمبيوتر دقيقة أحادية الشريحة والتكنولوجيا المستخدمة لتصنيعها هي VLSI. تُعرف هذه أيضًا باسم وحدات التحكم المضمنة المتوفرة في 4 بت و 8 بت و 64 بت و 128 بت. تم تصميم هذه الشريحة للتحكم في وظائف النظام المضمنة المختلفة. إليك سؤال لك ، ما هو الفرق بين المعالج الدقيق والميكروكونترولر؟