میکروکنترلر چیست؟(میکرو کنترلر به زبان ساده برای بچه ها!)

حدود صد سال بعد در سال 1831 مایکل فارادی تئوری تولید جریان الکتریکی بوسیله ی تغییر میدان مغناطیسی رو ارائه کرد و چند سال بعد ژنراتورها ساخته شدند. از همین جا بود که بشر تصمیم گرفت الکترون ها رو به شکلهای مختلف تو مسیرهای مختلف (مدار) به گردش دربیاره و همش تقصیر فارادی بود !

تا اینجا هم تا پنجاه شصت سال همه چیز به خوبی و خوشی! پیش می رفت ولی در اواخر صده ی نوزدهم بود که یک روز آقای ادیسون لامپ خلا رو کشف کردند و دانش الکترونیک متولد شد. این اختراع مفید به سرعت منجر به ساخت تقویت کننده و فرستنده های رادیویی شد. بازهم تا چهل پنجاه سال مهندسان الکترونیک سرشون به لامپ های خلا گرم بود و برای خودشون با این لامپ ها انواع و اقسام مدارات آنالوگ و دیجیتال از آمپلی فایر صوتی گرفته تا ماشین حساب های بزرگ و کامپیوتر رو ساخته بودند. اولین کامپیوترشون انیاک (ENIAC) بود با 30.000 تا لامپ و به اندازه یک ساختمان چند طبقه که قدرتش از ماشین حساب های جیبی شما هم کمتر بود!

این دفعه یه اتفاقی افتاد که تقصیر آزمایشگاه های بل بود که نیمه هادی ها رو به جون هم انداخت و ترانزیستور و دیود و ترایاک و انواع المان های غیرخطی با تولد اولین المان فیزیک حالت جامد (ترانزیستور) اختراع شدند و دنیا برای مهندسان الکترونیک گلستان شد.
لامپ های داغ، شکننده، گران، پرمصرف، حجیم و کم انعطاف جاشون رو به یک سوگلی سه پایه دادند که نه تنها داغ نمی شد و نمی شکست، خیلی کم مصرف و جمع و جور بود. تولد این جانور سه پا اولین انقلاب الکترونیک لقب گرفت ولی انقلاب اول زیاد دوام نداشت چون 10-15 سال بعد از اون دومین انقلاب که اختراع مدار مجتمع (IC) بود صورت گرفت. مدارهایی که قبلا یک بار با لامپ طراحی شده بودند و یک بار با ترانزیستور باز طراحی شدند این بار روی یک تراشه ی سیلیکونی به صورت یک بسته بندی وارد بازار شدند.

توضیحی برای جمله ی آخر:
همه ی مدارهایی که با عناصر گسسته ساخته شده بودند بعد از اختراع IC به صورت مجتمع ساخته نشدند چون اولا سیستم های کاربردی آنقدر متنوعند که امکان تولید همه ی آن ها به صورت Package وجود ندارد و ثانیا گاهی ما نیاز به مداری داریم که فقط برای خودمان قابل استفاده است و بنابراین تا حد امکان مدارات مجتمع با کاربرد چند منظوره و به عنوان المان های اساسی تولید شدند و از آن ها در طراحی سیستم های مورد نیاز استفاده شد.

یه روز یه بابایی اومد گفت حالا که من برای طراحی یک سیستم باید از این همه المان استفاده کنم چقدر خوب می شد اگه یه المان داشتم که این سیستم رو توش جا می دادم!
خب با اینکه المان ها خیلی هاشون به صورت مجتمع و بسته تولید شده بودند ولی بازم این بابا حق داشت!! خب یه وقت می خواست یه مدار کنترلی طراحی کنه باید از چند ده جین المان استفاده می کرد. پس یه بابای دیگه حرفشو گوش کرد و یه المان براش ساخت که باهاش هرکاری که می خواست می تونست بکنه. اسم اون المان میکروکنترلر بود.

ولی میکروکنترلر خام بود باید بهش می گفت که ازش چی می خواد. این کار رو برنامه نویسی برای میکروکنترلر انجام داد و به این ترتیب بود که این المان انقدر محبوب شد که هنوز چیزی جانشین اش نشده و همچنان بعد از حل بسیاری از مسائل به دنبال مسائلی برای حل می گردد ...

تفاوت میکروپروسسور و میکروکنترلر:

میکروپرسسور یک پردازنده است و برای کار با آن، باید چیپ های حافظه و چیز های دیگری را به آن اضافه کرد این امکان به درد این میخورد که بر حسب کارمان حافظه مناسب و دیگر قطعات را مانند تایمرها و غیره به صورت بیشتری استفاده کنیم ولی مدار خیلی پیچیده میشود و از لحاظ هزینه هم هزینه بیشتر میشود به همین دلیل امروزه از میکروپرسسورها کمتر استفاده میشود اما این روزها میکرو کنترلر های جدید با حافظه های زیاد تعداد تایمر زیاد پورت های زیاد و تنوع بسیار زیاد آنها بر حسب این امکانات دست ما را باز گذاشته است تا دیگر میکروپرسسورها را فراموش کنیم.
بنابراین در اکثر سیستم ها از میکرو کنترلرها استفاده خواهیم کرد مگر سیستم هایی که نیاز به کنترل های پیچیده و قدرتهای بالا داشته باشد.

سیر تکاملی میکروکنترلر

اولین میكرو كنترلرها در اواسط دهه 1970 ساخته شدند. این میكرو كنترلرها در ابتدا پردازنده های ماشین حساب بودند كه دارای حافظه برنامه كوچكی از نوع ROM ، حافظه داده از نوع RAM و تعدادی درگاه ورودی/خروجی بودند.
با توسعه فناوری سیلیكون ، میكرو كنترلرهای 8 بیتی قویتری ساخته شدند. در این میكرو كنترلرها علاوه بر بهینه شدن دستورالعمل ها، تایمر/شمارنده روی تراشه، امكانات وقفه و كنترل بهینه شده خطوط I/O نیز به آنها اضافه شده است.
حافظه موجود بر روی تراشه هنوز هم محدود می باشد و در بسیاری موارد كافی نیست. یكی از پیشرفتهای قابل توجه در آن زمان، قابلیت استفاده از حافظه EPROM قابل پاك شدن با اشعه ماورا بنفش، روی تراشه بود. این قابلیت، زمان طراحی و پیاده سازی سخت افزار را بطور محسوسی كاهش داد و نیز برای اولین بار امكان استفاده از میكرو كنترلر ها را در كاربردهایی كه حجم تولید پایینی دارند، فراهم ساخت.
خانواده8051 در اوایل دهه 198۰ توسط شركت اینتل معرفی گردید. از آن زمان تاكنون 8051 یكی از محبوبترین میكرو كنترلرها بوده و بسیاری از شركتهای دیگر نیز به تولید آن اقدام كرده اند. در حال حاضر مدل های مختلفی از 8051 وجود دارد كه در بسیاری از آنها امكاناتی نظیر مبدل آنالوگ به دیجیتال حجم نسبتاً بزرگ از حافظه برنامه و حافظه داده، مدولاتور عرض پالس (PWM) در خروجیها و حافظه فلش (Flash) كه امكان پاك كردن و برنامه ریزی مجدد آن توسط سیگنالهای الكتریكی وجود دارد، تعبیه شده است.

میكرو كنترلرها اكنون به سمت 16 بیتی شدن در حركت هستند. میكرو كنترلر های 16 بیتی، پردازنده هایی با كارایی بالا (نظیر پردازش سیگنالهای دیجیتال ) می باشند كه در كنترل فرایندهای بلادرنگ و در مواردی كه حجم زیادی از عملیات محاسباتی مورد نیاز است، به كار برده می شوند. بسیاری از میكرو كنترلرهای 16 بیتی، امكاناتی نظیر حجم زیاد حافظه برنامه و حافظه داده، مبدل های آنالوگ به دیجیتال چند كانالی، تعداد زیادی درگاه I/O ، چندین درگاه سریال، عملكردهای بسیار سریع ریاضی و منطقی و مجموعه دستورالعمل های بسیار قدرتمند با قابلیت پردازش سیگنال را دارا می باشند .

نکته: تعدادی از میکروکنترلرهای خانواده ی 8051 که دارای حافظه ی Flash هستند برای پروگرام شدن نیازی به پروگرامر ندارند و از طریق پورت موازی (پرینتر) قابل پروگرام شدن هستند.

نظرات شما عزیزان: