میکروکنترلر

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین با صنعت ومدیریت_الکترونیک_میکروکنترلر

میکروکُنترولر Microcontroller)

نوعی ریزپردازنده است که دارای حافظهٔ دسترسی تصادفی (RAM) و حافظهٔ فقط‌خواندنی (ROM)، تایمر، پورت‌های ورودی و خروجی (I/O) و درگاه ترتیبی (Serial Port پورت سریال)، درون خود تراشه است، و می‌تواند به تنهایی ابزارهای دیگر را کنترل کند. به عبارت دیگر یک میکروکنترلر، مدار مجتمع کوچکی است که از یک CPU کوچک و اجزای دیگری مانند تایمر، درگاه‌های ورودی و خروجی آنالوگ و دیجیتال و حافظه تشکیل شده‌است

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

وجود RAM و ROM و پورت‌های I/O در میکروکنترلرها آن‌ها را یک انتخاب ایده ال برای کاربردهایی می‌کند که قیمت و اندازه 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 این‌جا مهم‌ترین مسائل، سادگی و مصرف کم‌ توان است.

اجزا

یک میکروکنترلر از بخش‌هایی مانند پردازنده، RAM، ROM و یک سری پایانه (پورت، درگاه) تشکیل شده‌است.

از سوی دیگر، از آنجا که میکروکنترلر معمولاً برای مقاصد کنترلی استفاده می‌شوند، نیاز به برقراری ارتباط با دستگاه تحت کنترل خود 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، یک وقفه تولید می‌کنند که می‌تواند برای انجام متوالی یک کار مورد استفاده قرار گیرد.

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

كاربرد میكروكنترلرها

میكروكنترلر برای كاربردهایی كه در آن‌ها قیمت و اندازه سیستم مهم است، مناسب است. زیرا اضافه كردن حافظه، پورت I/O تایمرها و مدار واسط لازم به میكرپروسسور سبب افزایش قیمت و اندازه سیستم می‌شود. میكروكنترلرها به‌طور گسترده‌ای در تولید سیستم‌های تك‌منظوره به كار می‌روند. منظور از سیستم تک‌منظوره سیستمی است كه از میكروكنترلر یا میكرپروسسور فقط برای یك كار استفاده می‌كند. 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 واژه‌پردازی، 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 تک‌منظوره تنها یك نرم‌افزار كاربردی موجود است كه معمولاً درROM نوشته می‌شود. چند نمونه ساده 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، دزدگیر و سیستم‌های كنترل صنعتی.

به‌طور كلی می‌توان كاربرد میكروكنترلرها را در طراحی مدارهای كنترل و اتوماسیون خلاصه كرد .

الکترونیک

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین با صنعت ومدیریت_الکترونیک

الکترونیک، دانشی‌ست که به موضوع عبور جریان الکتریکی از چیزهایی مانند نیمه‌رساناها، مقاومت‌ها، القاگرها و خازن‌ها و آثار آن می‌پردازد. الکترونیک همچنین شاخه‌ای از فیزیک است.

طراحی و ساخت مدارهای الکترونیکی برای حل مشکلات عملی، قسمتی از مباحث موجود در مهندسی الکترونیک را تشکیل می‌دهد.

الکترونیک از علم و تکنولوژی الکتریکی و الکترومکانیکی فاصله گرفته‌است، که با ژنراتور، توزیع، انتقال، ذخیره و تبدیل انرژی الکتریکی به سایر اشکال انرژی و برعکس، با استفاده از ابزاری چون سیم‌ها، موتورهای الکتریکی، باتری‌ها، کلیدها، رله‌ها، ترانسفورماتورها، مقاومت‌ها و سایر اجزای غیرفعال است. این تمایز از سال ۱۹۰۶ و با اختراع ترایود به وسیله لی دفارست آغاز شد که تقویت سیگنال‌های رادیویی و شنیداری ضعیف بدون ابزار غیر مکانیکی صورت گرفت. قبل از ۱۹۵۰ نام این رشته «تکنولوژی رادیویی» بود زیرا کاربرد اصلی آن در طراحی و تحلیل فرستنده‌ها و گیرنده‌های رادیویی و لامپ‌های خلأ بود.

هرچند در برخی موارد مطالعه اِلِمان‌های (قطعات) جدید نیمه‌رسانا و فناوری‌های نزدیک به آن شاخه‌ای از فیزیک (حالت جامد) در نظر گرفته می‌شود، این نوشتار بیشتر به مفاهیم مهندسی الکترونیک می‌پردازد.

مدارهای الکترونیکی

مدارهای الکترونیکی برای کارهای مختلفی استفاده می‌شوند. کاربردهای اصلی آنها عبارتند از:

  1. کنترل و پردازش داده‌ها
  2. تبدیل و توزیع توان الکتریکی
  3. اجرای عملیات خاص

هر کدام از این کاربردها با میدان الکترومغناطیسی و جریان الکتریکی سرو کار دارند. گرچه از انرژی الکتریکی در سال‌های انتهایی قرن ۱۹ برای انتقال پیام به وسیله تلگراف و تلفن استفاده می‌شد اما بیشتر پیشرفت‌های مربوط به علم الکترونیک پس از ساخت رادیو شکل گرفت. در یک نگاه ساده، یک سیستم الکترونیکی را می‌توان به سه بخش تقسیم کرد:

  • ورودی: حسگرهای الکترونیکی و مکانیکی (یا مبدل‌های انرژی). این تجهیزات سیگنال‌ها یا اطلاعات را از محیط خارج دریافت کرده و سپس آن‌ها را به جریان، ولتاژ (سیگنال‌های الکتریکی) تبدیل می‌کنند.
  • پردازنده سیگنال: این مدارها در واقع وظیفه پردازش، تفسیر و تبدیل سیگنال‌های ورودی برای استفاده از آن‌ها در کاربرد مناسب را بر عهده دارند. معمولاً در این بخش پردازش سیگنال‌ها بر عهده پردازنده سیگنال‌های دیجیتال است.
  • خروجی: فعال کننده‌ها یا دیگر تجهیزات (مانند مبدل‌های انرژی) که سیگنال‌های ولتاژ یا جریان را به صورت خروجی مناسب در خواهند آورد (مانند راه انداختن یک موتور یا پخش صدا از بلندگو).

برای مثال یک تلویزیون هر سه بخش بالا را دارد. ورودی تلویزیون سیگنال‌های پراکنده‌شده در هوا را دریافت‌ کرده (به وسیله آنتن) و آن‌ها را به ولتاژ و جریان مناسب برای کار دیگر بخش‌ها تبدیل می‌کند. پردازشگر سیگنال پس از دریافت داده‌ها از ورودی اطلاعات مورد نیاز مانند میزان روشنایی، رنگ و صدا را از آن استخراج می‌کند. در نهایت قسمت خروجی این اطلاعات را دوباره به صورت فیزیکی در خواهد آورد این کار به وسیله یک لامپ اشعه کاتدی (در مدل‌های قدیمی) یا نمایش‌گر ال‌سی‌دی برای نمایش تصویر و یک بلندگو برای پخش صدا انجام خواهد شد.

انواع مدارهای الکترونیکی

مدارهای الکترونیکی را می‌توان به دو گروه تقسیم کرد: آنالوگ و دیجیتال. یک دستگاه الکترونیکی ممکن است که از یک گروه یا ترکیبی از این دو گروه مداری تشکیل شده باشد.

اغلب دستگاه‌های الکترونیکی آنالوگ؛ مانند گیرنده‌های رادیویی، از ترکیبی از چند مدار ساخته شده‌اند. مدارهای آنالوگ با سطح ولتاژهای متنوع (و پیوسته‌ای) سر و کار دارند، بر خلاف مدارهای دیجیتال که تنها دو سطح ولتاژ در آن‌ها تعریف شده‌است.

مدار دیجیتال، از حضور حداقل یک قطعه دیجیتالی در کنار سایر قطعات ساخته می‌شود.

در این نوع، هسته اصلی مدار یک میکروپروسسور یا میکروکنترل‌ گر و یا یک IC است که با سیگنال های گسسته (یا همان دیجیتال) و پیوسته (یا همان آنالوگ) به صورت همزمان یا مجزا در ارتباط است.

مدارهای آنالوگ صرفا از قطعات غیر دیجیتالی مثل خازن و مقاومت و سلف و … تشکیل شده‌اند که فقط با سیگنال های آنالوگ کار می‌کنند.

منبع تغذیه یا باتری نقش پمپ محرک مدار را ایفا می‌کند که باعث می‌شود جریان از سمت با پتانسیل بیشتر در مدار جاری شده و با عبور از قطعه‌ها به پتانسیل کمتر برود.

جریان فقط در یک مدار بسته برقرار می‌شود و اگر در یک محل از مدار فاصله ای بیفتد جریان قطع خواهد شد.

به این حالت مدار باز (open circuit) گفته می‌شود.

اگر مدار را بدون حضور هیچ قطعه ای ببندیم و دو سر منبع ولتاژ را با یک سیم به‌هم وصل کنیم، در اثر این اتفاق و بنابر قانون اهم به دلیل صفر بودن مقاومت، جریان بینهایت از سیم گذشته و منبع تغذیه و سیم خواهند سوخت.

به این حالت از مدار اتصال کوتاه (Short Circuit) گفته می‌شود