كاربرد ميكروكنترلرها در وسايل الكترونيكي و كامپيوترها

برچسب ها : كاربرد ميكروكنترلرها در وسايل الكترونيكي و كامپيوترها , كاربرد ميكروكنترلرها در وسايل الكترونيكي و كامپيوترها

كاربرد ميكروكنترلرها در وسايل الكترونيكي و كامپيوترها

كاربرد ميكروكنترلرها در وسايل الكترونيكي و كامپيوترها

-1- مقدمه

گر چه كامپيوترها تنها چند دهه اي است كه با ما همراهند، با اين حال تأثير عميق آنها بر زندگي ما با تأثير تلفن ، اتومبيل و تلويزيون رقابت مي كند. همگي ما حضور آنها را احساس مي كنيم، چه برنامه نويسان كامپيوتر و چه دريافت كنندگان صورت حساب هاي ماهيانه كه توسط سيستم هاي كامپيوتري بزرگ چاپ شده و توسط پست تحويل داده مي شود. تصور ما از كامپيوتر معمولا داده پردازي است كه محاسبات عددي را بطور خستگي ناپذيري انجام مي دهد.

ما با انواع گوناگوني از كامپيوترها برخورد مي كنيم كه وظايفشان را زيركانه و بطرزي آرام، كارا و حتي فروتنانه انجام مي دهند و حتي حضور آنها اغلب احساس نمي شود. ما كامپيوترها را به عنوان جزء مركزي بسياري از فرآورده هاي صنعتي و مصرفي از جمله،‌در سوپرماركت ها داخل صندوق هاي پول و ترازوها؛ در خانه، در اجاق ها، ماشين هاي لباسشويي، ساعت هاي داراي سيستم خبردهنده و ترموستات ها؛ در وسايل سرگرمي همچون اسباب بازي ها، VCR ها، تجهيزات استريو و وسايل صوتي؛ در محل كار در ماشين هاي تايپ و فتوكپي؛ و در تجهيزات صنعتي مثل مته هاي فشاري و دستگاههاي حروفچيني نوري مي يابيم. در اين مجموعه ها كامپيوترها وظيفه «كنترل» را در ارتباط با “دنياي واقعي” ، براي روشن و خاموش كردن وسايل و نظارت بر وضعيت آنها انجام مي هند. ميكروكنترلرها (برخلاف ميكروكامپيوترها و ريزپردازنده ها ) اغلب در چنين كاربردهايي يافت مي شوند.

با وجود اين كه بيش از بيست سال از تولد ريزپردازنده نمي گذرد، تصور وسايل الكترونيكي و اسباب بازيهاي امروزي بدون آن كار مشكلي است. در 1971 شركت اينتل 8080 را به عنوان اولين ريزپردازنده موفق عرضه كرد. مدت كوتاهي پس از آن، موتورولا، RCA و سپس MOS Technology و zilog  انواع مشابهي را به ترتيب به نامهاي 6800 ، 1801 ، 6502 و Z80 عرضه كردند. گر چه اين مدارهاي مجتمع      IC) ها ) به خودي خود فايده چنداني نداشتند اما به عنوان بخشي از يك كامپيوتر تك بورد[1] (SBC) ، به جزء مركزي فرآورده هاي مفيدي براي آموزش طراحي با ريزپردازنده ها تبديل شدند.

از اين SBC ها كه بسرعت به آزمايشگاههاي طراحي در كالج ها،‌دانشگاهها و شركت هاي الكترونيك راه پيدا كردند مي توان براي نمونه از D2 موتورولا، KIM-1 ساخت MOS Technology و SDK-85 متعلق به شركت اينتل نام برد.

ميكروكنترلر قطعه اي شبيه به ريزپردازنده است. در 1976 اينتل 8748 را به عنوان اولين قطعه خانواده ميكروكنترلرهاي MCS-48^TM معرفي كرد. 8748 با 17000 ترانزيستور در يك مدار مجتمع ،‌شامل يك CPU ،‌1 كيلوبايت EPROM ، 27 پايه I/O و يك تايمر 8 بيتي بود. اين IC و ديگر اعضاي MCS-48^TM  كه پس از آن آمدند، خيلي زود به يك استاندارد صنعتي در كاربردهاي كنترل گرا تبديل شدند.

[1] - Single Board Computer

...

-6-1 ابزارهاي ذخيره سازي انبوه

ابزارهاي ذخيره سازي انبوه نيز مثل RAM ها و ROM هاي نيمه رسانا جزو نقش آفرينان عرصه تكنولوژي حافظه هستند كه بطور دائم در حال رشد و بهبود است. آنچنان كه از نام آنها بر مي آيد اين ابزارها مقادير متنابهي اطلاعات (برنامه يا داده) را نگهداري مي كنند و اين حجم از اطلاعات به هيچ وجه در RAM با “حافظه اصلي” نسبتاً كوچك كامپيوتر جا نمي گيرد. اين اطلاعات پيش از اينكه در دسترس قرار بگيرد بايد به داخل حافظه اصلي باز شود. دسته بندي ابزارهاي ذخيره سازي انبوه برطبق سادگي دستيابي به اطلاعات،‌آنها را به دو دسته تقسيم مي كند ابزارهاي آماده كار[1] و ابزارهاي بايگاني[2] در روش ذخيره سازي آماده كار كه معمولا روي نوارهاي مغناطيسي يا ديسك هاي مغناطيسي انجام مي شود. اگر چه ديسك هاي نوري مثل ROM- CDها[3] يا تكنولوژي WORM [4] كه بتازگي ظهور كرده اند، ممكن است سمت گيري روش ذخيره سازي بايگاني را به علت قابليت اطمينان، ظرفيت بالا و قيمت پايين خود تغيير دهند.[5]

2-6-1 ابزارهاي رابط با انسان

يگانگي انسان و ماشين توسط مجموعه اي از ابزارهاي رابط با انسان تحقق مي يابد كه متداول ترين آنها عبارتند از پايانه هاي نمايش تصوير (VDT) و چاپگرها. اگر چه چاپگرها ابزارهاي صرفاً خروجي هستند كه براي چاپ كردن اطلاعات به كار مي روند ولي VDT ها در واقع از دو وسيله تشكيل شده اند زيرا شامل يك صفحه كليد به عنوان ورودي و يك CRT[6] به عنوان خروجي مي باشند. يك رشتة‌ خاص در مهندسي به نام “ارگونوميك” يا “مهندسي فاكتورهاي انساني” به خاطر ضرورتي كه در طراحي اين ابزارهاي جابني با توجه به طبيعت انسان احساس مي شد،‌به وجود آمده است و هدف آن وفق دادن مشخصات انسان با ماشين هاي مورد استفاده او به شكلي مطمئن ، راحت و كارا مي باشد. در حقيقت تعداد شركت هايي كه اين دسته از ابزارهاي جانبي را توليد مي كنند بيشتر از شركت هاي توليد كننده كامپيوتر است. در هر سيستم كامپيوتري دست كم سه تا از اين ابزارها وجود دارد: صفحه كليد، CRT و چاپگر. از ديگر ابزارهاي رابط با انسان مي توان دستگيرة بازي [7] ، قلم نوري،‌ماوس، ميكروفن و بلندگو را نام برد.

3-6-1 ابزارهاي كنترل / نظارت

به كمك ابزارهاي كنترل / نظارت (و برخي نرم افزارها و رابط هاي الكترونيكي دقيق) كامپيوترها مي توانند كارهاي كنترلي زيادي را بي وقفه،‌بدون خستگي و بسيار فراتر از توانايي انسان انجام دهند.

كاربردهايي نظير كنترل حرارت يك ساختمان، محافظت از خانه، كنترل آسانسور، كنترل وسايل خانگي و حتي جوش دادن قطعات مختلف يك خودرو همگي با استفاده از اين ابزارها امكان پذير هستند.

ابزارهيا كنترل، ابزارهاي خروجي يا عمل كننده[8] هستند. آنها وقتي كه با يك ولتاژ يا جريان، تغذيه شوند مي توانند بر جهان پيرامون خود اثر بگذارند (مثل موتورها و رله ها) ابزارهاي نظارت، ابزارهاي ورودي يا حسگر[9] هستند كه با كميت هايي نظير حرارت،‌نور ، فشار، حركت و مانند آن، تحريك شده و آنها را به جريان يا ولتاژي كه توسط CPU خوانده مي شود تبديل مي كنند (مثل فتوترانزيستورها، ترميستورها و سوئيچ ها) ولتاژ يا جريان توسط مدارهاي واسطه، به يك دادة دودويي تبديل مي شود و يا برعكس و سپس نرم افزار، يك رابطة منطقي بين ورودي ها و خروجي ها برقرار ميك ند. سخت افزار و نرم افزار مورد نياز براي ارتباط اين ابزارها باميكروكنترلرها يكي از موضوعات عمدة اين كتاب مي باشد.

[1] - online

[2] - archival

[3] - Compact disk Read only Memory

[4] - Write Once Read Mostly

[5] - يك ROM - CD كه توان ذخيره سازي 550 مگابايت را دارد براي ذخيره كردن 32 جلد كتاب از دايره المعارف بريتانيكا كافي است.

[6] - cathode-ray tube

[7] - joystick

[8] - actuators

[9] - sensors

...

2 مروري بر خانواده MCS-51^TM

MCS-51^TM خانواده اي از ميكروكنترلرهاست كه توسط شركت اينتل به بازار عرضه شده است. ديگر توليدكنندگان IC نظير زيمنس، AMD ، فوجيستو و فيليپس به عنوان توليد كننده ثانويه ، IC هاي اين خانواده را تحت مجوز اينتل توليد مي كنند. هر ميكروكنترلر اين خانواده از امكاناتي مناسب با يك سري طراحي هاي مشخص برخوردار است.

در اين فصل معماري سخت افزار خانواده MCS-51^TM معرفي مي شود. برگه اطلاعات اينتل را براي ابزارهاي سط ورودي[1] (مثل 8051AH) در ضميمه ث مي توان يافت. براي جزئيات بيشتر،مثل مشخصات الكتريكي اين ابزارها بايد به اين ضميمه مراجعه كرد.

بسياري از مشخصات سخت افزاري با چند دستورالعمل توضيح داده شده اند. براي هر مثال شرح مختصري داده شده. همچنين براي خلاصه دستورالعمل هاي 8051 به ضميمه الف و براي تعريف هر دستورالعمل مي توانيد به ضميمه پ مراجعه كنيد.

8051 يك نوع IC نوعي و اولين عضو اين خانواده است كه بصورت تجاري مطرح شد خلاصه مشخصات اين IC از اين قرار است:

       qK4 بايت ROM

       q 128 بايت RAM

       q چهار درگاه I/O[2] (ورودي - خروجي) هشت بيتي

       q دو تايمر / شمارنده[3] 16 بيتي

       q رابط سريال[4]

       q K 64 بايت فضاي حافظه خارجي براي كد

       q K64 بايت فضاي حافظه خارجي براي داده

       q پردازنده بولي[5] (كه عمليات روي بيت ها را انجام مي دهد)

       q 210 مكان بيتي آدرس پذير[6]

       q انجام عمليات ضرب و تقسيم در 4 ميكروثانيه

ديگر اعضاي خانواده MCS-51^TM هر يك امكانات ديگري از قبيل ROM روي تراشه[7] ، RAM, EPROM روي تراشه و يا يك تايمر سوم را دارا هستند. در ضمن هر يك از انواع IC هاي اين خانواده يك نسخه مشابه با CMOS كم مصرف[8] نيز دارد .

عبارت 8051 از روي تسامح به كل خانواده ميكروكنترلرهاي MCS-51^TM اطلاق مي شود. هر گاه بحث روي IC خاصي از اين خانواده متمركز شود شماره قطعه مورد نظر ذكر خواهد شد.

[1] - entry-level devices

[2] - I/O port

[3] - timer/ counter

[4] - serial interface

[5] - Boolean processor

[6] - bit-addressable

[7] - On-chip ROM

[8] - low power CMOS

برچسب ها : كاربرد ميكروكنترلرها در وسايل الكترونيكي و كامپيوترها , كاربرد ميكروكنترلرها در وسايل الكترونيكي و كامپيوترها