I. مقدمه
میکروکنترلر ، به عنوان یک مؤلفه اصلی در فناوری الکترونیکی مدرن ، سابقه توسعه آن از نزدیک با پیشرفت فناوری الکترونیکی ارتباط نزدیکی دارد. از زمان تولد در اواسط {{0} s ، میکروکنترلرها ، با مزایای ادغام بالا ، کم هزینه و عملکرد بالا ، در بسیاری از زمینه ها مانند کنترل موتور ، خوانندگان/اسکنرهای بارکد ، الکترونیک مصرفی ، بازی مورد استفاده قرار گرفته اند. دستگاه ها ، تلفن ها ، HVAC ، امنیت ساختمان و کنترل دسترسی ، کنترل صنعتی و اتوماسیون و کالاهای سفید. در این مقاله ، تعریف ، اصل کار و شرایط کار میکروکنترلر با جزئیات معرفی خواهد شد.
ii. تعریف میکروکنترلر
میکروکنترلر ، به طور خلاصه به عنوان MCU (واحد میکروکنترلر) ، یک میکرو رایانه است که قسمت اصلی میکرو رایانه است که در یک میکرو رایانه تراشه واحد یکپارچه شده است. این واحد پردازش مرکزی (CPU) ، حافظه (ROM ، RAM) ، رابط های ورودی/خروجی (I/O) ، زمان بندی/پیشخوان و سیستم قطع و سایر اجزای اصلی را ادغام می کند و با اندازه کوچک آن ، مصرف کم مصرف مشخص می شود. و عملکرد پایدار ظهور میکروکنترلرها تا حد زیادی توسعه سیستم های تعبیه شده را ترویج کرده و امکان تحقق انواع دستگاه های هوشمند را فراهم می کند.
iii اصل کار میکروکنترلر
اصل کار میکروکنترلر عمدتاً مبتنی بر کار تعاونی اجزای داخلی آن است. به طور خاص ، اصل کار میکروکنترلر را می توان به شرح زیر خلاصه کرد:
واحد پردازش مرکزی (CPU):CPU قسمت اصلی میکروکنترلر ، مسئول اجرای دستورالعمل ها ، پردازش داده ها و الگوریتم های کنترل است. CPU عملیات خود را از طریق سیگنال های ساعت همگام می کند و عملیات مربوطه را مطابق با دستورالعمل تعیین شده در برنامه انجام می دهد.
حافظه:میکروکنترلرها حاوی انواع خاطرات داخلی از جمله حافظه برنامه (فلش یا EEPROM) و حافظه داده (RAM) هستند. از حافظه برنامه برای نگه داشتن کد برنامه استفاده می شود و از حافظه داده برای نگه داشتن داده های مورد استفاده در برنامه استفاده می شود. اندازه و نوع حافظه به مدل میکروکنترلر خاص بستگی دارد.
رابط های محیطی:انواع رابط های محیطی در میکروکنترلر یکپارچه شده اند ، از جمله ورودی ها و خروجی های هدف کلی (GPIO) ، ورودی ها و خروجی های آنالوگ (ADC ، DAC) ، رابط های ارتباطی (UARTS ، SPI ، I2CS) ، تایمرها و PWM. این رابط های محیطی میکروکنترلر را قادر می سازد داده ها را با دستگاه های خارجی تبادل و کنترل کند.
مکانیزم هندلیسم را قطع کنید:میکروکنترلر از یک مکانیسم وقفه پشتیبانی می کند که به موجب آن هنگام وقوع یک رویداد خارجی (به عنوان مثال ، یک کلید فشرده می شود ، پذیرش داده ها کامل است و غیره) ، میکروکنترلر اجرای برنامه فعلی را قطع می کند و به اجرای برنامه خدمات قطع مربوطه می پردازد. این مکانیسم میکروکنترلر را قادر می سازد تا در زمان واقعی به وقایع خارجی پاسخ دهد و در زمان واقعی و قابلیت اطمینان سیستم بهبود یابد.
در حین کار میکروکنترلر ، CPU ابتدا دستورالعمل حافظه برنامه را می خواند و دستورالعمل را اجرا می کند. اجرای دستورالعمل ممکن است شامل عملیاتی مانند خواندن داده ها ، پردازش ، ذخیره سازی و کنترل لوازم جانبی باشد. هنگامی که یک رویداد خارجی رخ می دهد ، میکروکنترلر تعیین می کند که آیا لازم است اجرای برنامه فعلی را با توجه به اولویت قطع قطع کند و برنامه خدمات مربوط به وقفه را اجرا کند. پس از اجرای برنامه خدمات قطع ، میکروکنترلر برای ادامه اجرای برنامه به نقطه اجرای برنامه اصلی باز خواهد گشت.
IV شرایط عملیاتی میکروکنترلر
برای اطمینان از عملکرد عادی و پایدار میکروکنترلر باید سه شرط اساسی زیر را برآورده کند:
منبع تغذیه:میکروکنترلر باید تحت منبع تغذیه خاصی کار کند. منبع تغذیه عملیاتی معمولاً توسط مدار منبع تغذیه تأمین می شود ، دامنه ولتاژ معمولاً 3 ~ 5 ولت است. برخی از میکروکنترلرها در حالت صرفه جویی در مصرف انرژی ، ولتاژ تأمین از بین نمی روند ، در غیر این صورت میکروکنترلر قادر به بیدار شدن نخواهد بود دوباره
بازنشانی مدار:از مدار تنظیم مجدد برای تولید سطح تنظیم مجدد میکروکنترلر استفاده می شود. لحظه ای که میکروکنترلر منبع تغذیه می شود ، مدار تنظیم مجدد سطح تنظیم مجدد را به میکروکنترلر برای تنظیم مجدد آن فراهم می کند. پس از تنظیم مجدد ، میکروکنترلر شروع به کار از حالت اولیه می کند.
مدار نوسان ساعت: مدار نوسان ساعت پایه و اساس عملکرد طبیعی میکروکنترلر است. عملیات مختلف میکروکنترلر (به عنوان مثال ، داده های فروشگاه/واکشی ، ذخیره سازی آنالوگ و غیره) توسط پالس های ساعت هدایت می شوند. فقط تحت عمل پالس ساعت می توان میکروکنترلر را به روشی منظم کار کرد.
V. نتیجه گیری
به عنوان یک مؤلفه اصلی در فناوری الکترونیکی مدرن ، تاریخچه توسعه میکروکنترلر با پیشرفت فناوری الکترونیکی ارتباط نزدیکی دارد. با معرفی دقیق تعریف آن ، اصل کار و شرایط کار ، می توانیم درک عمیق تری از موقعیت و نقش مهم میکروکنترلر در فناوری مدرن داشته باشیم. با پیشرفت مداوم فناوری و گسترش زمینه های کاربردی ، عملکرد و عملکرد میکروکنترلرها بهبود یافته و کامل می شود و نشاط جدید را به توسعه آینده علم و فناوری تزریق می کند.