تم العثور على متحكم في الأجهزة المختلفة ، بما في ذلك السيارة التي تقودها ، وجهاز الكمبيوتر الخاص بك ، وهاتفك الذكي ، وحتى آلة القهوة الخاصة بك. مع استمرار ارتفاع الطلب على تكنولوجيا المعلومات وجمع البيانات ، أصبح متحكمهم جزءًا لا يتجزأ من العالم الحديث. يلعب المتحكم دورًا أساسيًا في الثورة التكنولوجية التي شكلت العالم الحديث بشكل كبير.
متحكمها هي أجهزة صغيرة ومتعددة الاستخدامات وبأسعار معقولة يمكن تنفيذها وبرمجتها بنجاح ليس فقط من قبل المهندسين ذوي الخبرة ولكن أيضًا من قبل الطلاب والهوايات والمهنيين من مختلف المجالات. تطبيقات متحكم لا حصر لها ، مع أمثلة تتراوح من المعدات الطبية والإلكترونيات الاستهلاكية الراقية إلى أنظمة الفضاء والأجهزة الصناعية.
تهدف هذه المقالة إلى توفير المعرفة الأساسية حول موكئيات Microcontrolls التي يجب على الجميع معرفتها. لذا ، استمر في القراءة لتعزيز فهمك لهذه الأجهزة الرائعة!
ما هو متحكم؟
يعد متحكم ، يسمى أيضًا MCU ، دائرة متكاملة متعددة الاستخدامات (IC) تستخدم للتحكم في المكونات الأخرى لنظام إلكتروني. وهي مصممة لتنفيذ مهام معينة وتستخدم عادة لتطبيق معين. يتضمن متحكم قياسي معالجًا وذاكرة وإدخال/إخراج (I/O) المدمج في شريحة واحدة.
تعد الأجهزة وأنظمة التحكم في محرك السيارات وأدوات الطاقة وأجهزة الكمبيوتر أمثلة على المنتجات والأجهزة التي تحتاج إلى التحكم تلقائيًا في مواقف معينة. ومع ذلك ، تمتد تطبيقات متحكمها إلى ما هو أبعد من هذه الأمثلة ، والتي تشمل مجموعة واسعة من الصناعات والقطاعات.
في الأساس ، يكون متحكم Microcontroller مسؤولاً عن جمع الإدخال ومعالجة هذه المعلومات وإنشاء مخرجات محددة بناءً على المعلومات التي تم جمعها. عادةً ما تعمل متحكمها بسرعات منخفضة ، تتراوح من 1 ميجا هرتز إلى 200 ميجا هرتز ، ويجب تصميمها لاستهلاك طاقة أقل لأنها مضمنة في الأجهزة الأخرى التي قد يكون لها استهلاك قدر أكبر في المناطق المختلفة.
أنواع متحكم
الأنواع المشتركة من مواضع المتحكم هي:
- يُعرف Intel MCS-51 عادة باسم متحكم 8051.
- متحكم AVR
- وحدة تحكم الواجهة القابلة للبرمجة (الموافقة المسبقة عن علم)
قبل اختيار متحكم لمشروعك ، هناك العديد من العوامل التي تحتاج إلى وضعها في الاعتبار. بصرف النظر عن التكلفة ، من الأهمية بمكان النظر في أقصى سرعة أو ذاكرة الوصول العشوائي أو حجم تخزين ROM أو عدد أو أنواع دبابيس I/O المتوفرة على MCU واستهلاك الطاقة والقيود ودعم التطوير.
المكونات الأساسية لسيارات متحكم
يتضمن الهيكل الأساسي للونرولر مكونات مختلفة ، والمكونات الأساسية هي:
- وحدة المعالجة المركزية (وحدة المعالجة المركزية): غالبًا ما يشار إليه باسم "دماغ" الجهاز لأنه يلعب دورًا مهمًا في عمل متحكم. يعالج ويستجيب لمجموعة واسعة من الإرشادات التي توجه بشكل فعال عملية متحكم. يتضمن ذلك أداء عمليات الحساب المعقدة ، وإدارة تدفق البيانات ، وتوليد إشارات تحكم دقيقة بعد تعليمات المبرمج. باستخدام وحدة المعالجة المركزية ، يتم توصيل جميع مكونات متحكم microcontroller بنظام معين. علاوة على ذلك ، فإن وحدة المعالجة المركزية لديها القدرة على جلب التعليمات وفك تشفيرها تم جلبها من خلال الذاكرة القابلة للبرمجة.
- ذاكرة:يتم استخدام ذاكرة المتحكم الدقيقة لحفظ البيانات التي يتلقاها المعالج ، والتي يتم استخدامها بعد ذلك لتنفيذ التعليمات المبرمجة.
تم تصميم Microcontrollers مع قدرة ذاكرة RAM/ROM/فلاش معينة لتخزين رمز مصدر البرنامج. من المهم أن نلاحظ أنه يمكن تصنيف ذاكرة متحكم الدقيقة إلى نوعين متميزين:
- ذاكرة البرنامج هي المسؤولة عن تخزين المعلومات طويلة الأجل حول التعليمات التي تنفذها وحدة المعالجة المركزية. ذاكرة البرنامج غير متقلبة ، مما يعني أنه يحتفظ بالمعلومات دون مصدر طاقة. تتيح هذه الخاصية ذاكرة البرنامج للحفاظ على البيانات خلال فترة طويلة.
- تشير ذاكرة البيانات إلى الذاكرة المتقلبة (على سبيل المثال ، ذاكرة الوصول العشوائي) ، والتي تعمل كمساحة مؤقتة أثناء تنفيذ تعليمات عمليات الإعدام. تسمى ذاكرة البيانات متقلبة لأن البيانات تضيع عندما يفقد متحكم الطاقة الطاقة.
- i/o الأجهزة الطرفية: تشير الأجهزة الطرفية I/O ببساطة إلى المكونات التي تتفاعل مع المعالج والذاكرة. تعمل أجهزة الإدخال والإخراج هذه كواجهة بين المعالج والنظام الخارجي. تتلقى منافذ الإدخال المعلومات وتنقلها إلى المعالج كبيانات ثنائية. ثم يتلقى المعالج هذه البيانات ويرسل الإرشادات المطلوبة إلى إخراج الأجهزة ، والتي تنفذ المهام الخارجية إلى متحكم. على الرغم من أن وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والإدخال/الإخراج هي العناصر الأساسية للموكاج الدقيق ، إلا أن هناك العديد من المكونات الداعمة للموكاء الدقيق ، وهي: هي:
- التناظرية للمحول الرقمي (ADC): تقوم هذه الدائرة بتحويل الإشارات التناظرية إلى الإشارات الرقمية. يمكن أن يتواصل متحكمها مع أجهزة تماثلية خارجية ، مثل المستشعرات ، من خلال معالجها.
- المحول التناظري الرقمي (DAC) هو عكس ADC ، مما يتيح لمعالج متحكم من نقل إشاراته الصادرة إلى الأجهزة التماثلية الخارجية.
- حافلة النظام: يربط هذا السلك الضام جميع مكونات متحكم معًا.
- المنفذ التسلسلي: هذا منفذ I/O يمكّن الاتصال بين متحكم ومكونات خارجية. يعمل بشكل مشابه مع USB أو المنافذ المتوازية ولكنه يختلف في تبادل بت.
تطبيقات متحكم
يمتلك متحكمهم تطبيقات واسعة عبر صناعات وقطاعات متعددة ، بما في ذلك في المنزل والصناعة ، والتصنيع ، والإضاءة ، والروبوتات ، والسيارات ، والإضاءة ، والطاقة الذكية ، والأتمتة الصناعية ، والاتصالات ، والإنترنت.
يتمثل أحد تطبيقات التحكم الدقيقة الجديرة بالملاحظة في استخدامه كمعالج إشارة رقمي. في كثير من الأحيان ، تأتي الإشارات التماثلية المستلمة بدرجة معينة من الضوضاء ، والتي تشير إلى القيم غير المؤكدة التي لا يمكن ترجمتها بسهولة إلى قيم رقمية قياسية.
في مثل هذه الحالات ، يثبت متحكمات الدقيقة أنها لا تقدر بثمن لأنها توظف وظائف ADC و DAC لتحويل الإشارة التماثلية الصاخبة الواردة إلى إشارة رقمية ناعمة ودقيقة. من خلال الاستفادة من قوة المتحكمون ، يمكن للصناعات مواجهة التحديات التي تطرحها الإشارات التماثلية الصاخبة بفعالية ، مما يضمن معالجة بيانات دقيقة وموثوقة.
يتيح متحكمها من التشغيل السلس للأنظمة الكهروميكانيكية الموجودة في مختلف عناصر الراحة اليومية. تشمل هذه العناصر الأفران والأجهزة المحمولة والثلاجات والمحامصات وأجهزة التلفزيون وأنظمة ألعاب الفيديو وأنظمة سقي العشب. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام متحكمها على نطاق واسع في الآلات المكتبية مثل التصوير والماسحات الضوئية والطابعات وآلات الفاكس وأجهزة الصراف الآلي وأنظمة الأمان.
تعتبر متحكمات أكثر تطوراً حاسمة في مختلف المجالات ، مثل الطائرات والمركبات والمركبة الفضائية وأنظمة دعم الحياة والروبوتات. في المجال الطبي ، يمكن لمونترولرز تنظيم عمليات القلوب الاصطناعية والكلى والأعضاء الحيوية الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها تساهم بشكل كبير في الأداء السلس للأجهزة الاصطناعية. تعتبر موكئيات Microcontrolles مكونات أساسية تضمن تشغيل هذه التقنيات المتقدمة وموثوقيتها.