پاورپوینت بررسی میکروکنترلر ها

نگاهی به تاریخچه میکروکنترلرها

         دههای 80 و90 را می توان دههای توسعه و پیشرفت میکروپروسسورها نامید.در سال 1971 میلادی شرکت intel  اولین نمونه کامل موفق از پردازشگرهای خود را با نام 8080 به بازار عرضه کرد . این تراشه به سرعت جایگاه مناسبی در در دانشگاهها و مراکز تحقیقات الکترونیکی بدست آورد . ورود این تراشه به صنعت ، مهندسان  را با یک مشکل مواجه کرد. از آنجا که این تراشه ها به طور خاص  برای قرار گرفتن در سیستمهای رایانه ای طراحی شده بودند .تمام توجه سازندگان آنها به بدست آوردن سرعتهای بالاتر در انجام محاسبات سنگین معطوف شده بود و به همین جهت ادوات جانبی لازم در کنترل فرایندهای صنعتی در آن کمتر لحاظ شده بود .علاوه بر این اغلب محاسباتی که در آن زمان در فرایندهای صنعتی انجام می گرفت محاسبات چندان سنگینی نبود و بسیاری از دستورالعملهایی که برای انجام محاسبات سنگین  در این تراشه لحاظ شده بود عملاً در صنعت چندان کاربردی نداشت .به این ترتیب توجه تولیدکنندگان پردازشگرها متوجه پردازشگری شد که در عین دارا بودن توان محاسباتی لازم در سیستمهای کنترل صنعتی ، از ادوات جانبی کافی برای عملیات کنترلی نیز برخوردار باشد .

با این نگرش شرکت intel  اولین میکروکنترلر خود را در سال 1976 و به نام 8748 (از خانواده mcs-48  ) با یک پردازشگر مرکزی ، حافظه EPROM با حجم 1Kbyte ، حافظه RAM  به حجم 64 بایت ، 27 پایه ورودی / خروجی و یک تایمر 8 بیتی ، که همگی در یک تراشه قرار داشتند ، به بازار عرضه کرد که به علت آمادگی بازار برای پذیرش این محصول ، به سرعت وارد کاربردهای صنعتی شد . چهار سال بعد شرکت intel  یکی از موفق ترین میکروکنترلرهای تولید شده تاکنون را با نام 8051 (از خانواده mcs-51 ) به بازار عرضه کرد .در این میکروکنترلر حافظه ROM  به حجم 4Kbyte  ، حافظه RAM  به حجم 128 بایت ، 32 پایه ورودی /خروجی ، یک پورت سریال و 2 تایمر 16 بیتی لحاظ شده بود. موفقیت این میکروکنترلربه حدی بود که علیرغم گذشت 20 سال از تولید آن هنوز هم اولین گزینه برای مهندسان کنترل سیستمهای صنعتی محسوب می شود .وجود دستورالعملهای ساده ونسبتاً کافی و ادوات جانبی مناسب را میتوان از دلایل موفقیت این میکرو کنترلر دانست .

اما پیشرفت های تکنولوژی در سالهای بعد نشان داد که حتی میکرو کنترلر 8051 هم در مواجهه با برخی کاربردهای کنترلی کمبودهایی از خود نشان می دهد . این میکروکنترلر یک میکروکنترلر 8 بیتی است ؛ به همین جهت برای انجام عملیات 16 بیتی نیاز به اجرای دستورالعمل های بیشتری دارد که همین موضوع منجر به طولانی ترشدن مدت انجام عملیات  گردیده و در کاربردهای بلادرنگ مشکل ایجاد می کند .از سوی دیگر علیرغم آنکه پیشرفت سیستمهای کنترل در خودروها زمینه را برای حضور میکروکنترلرها در  این عرصه نیز فراهم کرد ؛ اما میکرو کنترلر 8051 به دلیل ضعف ذکر شده و نیز کمبود ادوات جانبی مناسب نتوانست توانمندیهای بلادرنگ ومطمئن را از خود بروز دهد  
تلاش شرکت intel برای رفع این دو نقیصه سرانجام به میکروکنترلرهای 8096 و 80196 انجامید . در این دو میکرو کنترلر 16 بیتی ادوات جانبی بسیاری لحاظ شده بود  که هم طراحان را از قرار دادن سخت افزار اضافی برای تولید این ادوات بی نیاز می کرد و هم سرعت عملیات را افزایش می داد .  البته ورود 80196 به بازار باعث بیرون رفتن 8051 از عرصه نشد ؛ چرا که هنوز هم برای بسیاری از کاربردها ، تواناییهای 8051 کافی به نظر میرسد . در واقع در کاربردهایی که 8051 کافی باشد به دلیل صرفه اقتصادی این میکروکنترلر مناسبتر است ولی اگر ادوات جانبی بیشتری مورد نیاز باشد و نیز در کاربردهای بلادرنگ که در 8051 پاسخگو نباشد ، 80196 به کمک مهندسان می آید.تاکنون نزدیک به 14 نسخه از این میکروکنترلر با تواناییهای متفاوت برای کاربردهای مختلف طراحی و    به بازار عرضه شده اند .نام عمومی همه این نسخه ها 80c196XX است که دو حرف آخر آنها مشخص کننده نسخه میکروکنترلر است :

میکروکنترلر چیست ؟

به سیستم تک تراشه ای گفته میشود که دارای :  ریز پردازنده ،  حافظه برنامه ،  حافظه داده و یک سری ورود/خروجی (I/O) می باشد. به عبارت دیگر میکروکنترلر  یک کامپیوتر تک تراشه ای کوچک است به این معنی که کل سیستم کامپیوتر مانند CPU، RAM، ROM، خطوط(Input/Output) I/O،(Analog/Digital) A/D،(Digital/Analog) D/A، پورت های سریال و موازی، تایمر و ... داخل یک تراشه یا IC  (Integrated Circuit) جای داده شده است.         

میکروکنترلر ها قابلیت ذخیره سازی و اجرای برنامه را دارند و می توانند عملیات ریاضی و منطقی را نیز انجام دهند و همچنین در مورد وضعیت خطوط ورودی و خروجی تصمیم گیری نمایند.امروزه تراشه ها در بسیاری از لوازم و وسایل زندگی روزمره و حتی امنیتی کاربرد وسیعی یافته اند و علاوه بر آن در طراحی و اجرای پروژه ای تحقیقاتی و علمی از جمله رباتیک و کنترل استفاده می شوند.

تفاوت میکروپروسسورها و میکروکنترلرها

از نظر سخت افزاری هر میکرو کنترلر از یک CPU ، حافظه های RAM ,ROM  و ادوات جانبی ( نظیر ادوات سریال وموازی ، تایمرها، سرویس دهنده وقفه و ...)تشکیل شده که همگی در درون یک تراشه قرار گرفته اند . در حالی که یک میکروپروسسور صرفاً یک  CPU است و بسیاری از این قابلیت ها در آن لحاظ نشده و باید با بستن سخت افزار اضافی آنها را تولید کرد .

اما از جهت کاربرد میکروپروسسورها به منظور قرار گرفتن در قلب سیستمهای رایانه ای (میکروکامپیوترها) ساخته شده اند و قدرت آنها در این نوع سیستمها مشخص می شود . برعکس ، میکروکنترلرها برای طراحی های کنترلی  وبا اجزاء کم مناسب هستند .