ไมโครคอนโทรลเลอร์พบได้ในอุปกรณ์ต่างๆ รวมถึงรถยนต์ที่คุณขับ คอมพิวเตอร์ของคุณ สมาร์ทโฟนของคุณ และแม้แต่เครื่องชงกาแฟของคุณ เมื่อความต้องการด้านเทคโนโลยีสารสนเทศและการเก็บข้อมูลยังคงเพิ่มขึ้น ไมโครคอนโทรลเลอร์จึงกลายเป็นส่วนสำคัญของโลกสมัยใหม่ ไมโครคอนโทรลเลอร์มีบทบาทพื้นฐานในปฏิวัติเทคโนโลยีที่ได้เปลี่ยนแปลงโลกสมัยใหม่อย่างมีนัยสำคัญ
ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กที่หลากหลายและราคาไม่แพง ซึ่งสามารถนำไปใช้และโปรแกรมได้สำเร็จไม่เพียงแต่โดยวิศวกรที่มีประสบการณ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงนักเรียน ผู้ที่ชื่นชอบ และมืออาชีพจากหลากหลายสาขาอีกด้วย การใช้งานไมโครคอนโทรลเลอร์มีไม่สิ้นสุด โดยมีตัวอย่างตั้งแต่เครื่องมือทางการแพทย์และอิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภคระดับสูง ไปจนถึงระบบอวกาศและอุปกรณ์อุตสาหกรรม
บทความนี้มีเป้าหมายเพื่อให้ความรู้ที่จำเป็นเกี่ยวกับไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ทุกคนควรรู้ ดังนั้นโปรดอ่านต่อเพื่อเพิ่มความเข้าใจของคุณเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่น่าทึ่งเหล่านี้!
ไมโครคอนโทรลเลอร์คืออะไร?
ไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า MCU เป็นวงจรรวม (IC) ที่มีความหลากหลายสูงซึ่งใช้ในการควบคุมส่วนประกอบอื่น ๆ ของระบบอิเล็กทรอนิกส์ พวกเขาถูกออกแบบมาเพื่อดำเนินการงานบางอย่างและมักใช้สำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ ไมโครคอนโทรลเลอร์มาตรฐานประกอบด้วยโปรเซสเซอร์ หน่วยความจำ และอุปกรณ์ต่อพ่วงการป้อนข้อมูล/การส่งออก (I/O) ที่รวมอยู่ในชิปเดียว
อุปกรณ์, ระบบควบคุมเครื่องยนต์รถยนต์, เครื่องมือไฟฟ้า, และคอมพิวเตอร์เป็นตัวอย่างของผลิตภัณฑ์และอุปกรณ์ที่ต้องการการควบคุมอัตโนมัติในบางสถานการณ์ อย่างไรก็ตาม การใช้งานของไมโครคอนโทรลเลอร์ขยายออกไปไกลกว่าตัวอย่างเหล่านี้ ครอบคลุมอุตสาหกรรมและภาคส่วนที่หลากหลาย
โดยพื้นฐานแล้ว ไมโครคอนโทรลเลอร์มีหน้าที่ในการรวบรวมข้อมูลนำเข้า ประมวลผลข้อมูลนี้ และสร้างผลลัพธ์เฉพาะตามข้อมูลที่รวบรวมได้ โดยทั่วไป ไมโครคอนโทรลเลอร์ทำงานที่ความเร็วต่ำ ตั้งแต่ 1MHz ถึง 200MHz และต้องออกแบบมาให้ใช้พลังงานน้อยลง เนื่องจากมันถูกฝังอยู่ในอุปกรณ์อื่นที่อาจมีการใช้พลังงานมากกว่าในด้านต่างๆ
ประเภทของไมโครคอนโทรลเลอร์
ประเภททั่วไปของไมโครคอนโทรลเลอร์คือ:
- Intel MCS-51 มักถูกเรียกว่าไมโครคอนโทรลเลอร์ 8051
- ไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR
- ตัวควบคุมอินเทอร์เฟซที่ตั้งโปรแกรมได้ (PIC)
ก่อนที่จะเลือกไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับโครงการของคุณ มีหลายปัจจัยที่คุณต้องคำนึงถึง นอกจากค่าใช้จ่ายแล้ว สิ่งสำคัญคือการพิจารณาความเร็วสูงสุด ขนาดการจัดเก็บ RAM หรือ ROM จำนวนหรือประเภทของขา I/O ที่มีอยู่บน MCU การใช้พลังงาน ข้อจำกัด และการสนับสนุนการพัฒนา
ส่วนประกอบหลักของไมโครคอนโทรลเลอร์
โครงสร้างพื้นฐานของไมโครคอนโทรลเลอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบที่แตกต่างกัน และส่วนประกอบหลักคือ:
- หน่วยประมวลผลกลาง (CPU): มักถูกเรียกว่าเป็น 'สมอง' ของอุปกรณ์ เนื่องจากมีบทบาทสำคัญในการทำงานของไมโครคอนโทรลเลอร์ มันประมวลผลและตอบสนองต่อคำสั่งที่หลากหลายซึ่งมีประสิทธิภาพในการกำกับการทำงานของไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งรวมถึงการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน การจัดการการไหลของข้อมูล และการสร้างสัญญาณควบคุมที่แม่นยำตามคำสั่งของโปรแกรมเมอร์ โดยการใช้ CPU ทุกส่วนประกอบของไมโครคอนโทรลเลอร์จะเชื่อมต่อกับระบบเฉพาะ นอกจากนี้ CPU ยังมีความสามารถในการดึงและถอดรหัสคำสั่งที่ดึงมาจากหน่วยความจำที่สามารถโปรแกรมได้
- Memory:หน่วยความจำของไมโครคอนโทรลเลอร์ใช้เพื่อบันทึกข้อมูลที่โปรเซสเซอร์ได้รับ ซึ่งจะถูกใช้ในการดำเนินการตามคำสั่งที่โปรแกรมไว้
ไมโครคอนโทรลเลอร์ถูกออกแบบมาพร้อมกับความจุ RAM/ROM/หน่วยความจำแฟลชที่แน่นอนเพื่อเก็บรหัสโปรแกรม แต่อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ต้องทราบคือหน่วยความจำของไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทที่แตกต่างกัน:
- หน่วยความจำโปรแกรมมีหน้าที่ในการเก็บข้อมูลระยะยาวเกี่ยวกับคำสั่งที่ CPU ประมวลผล หน่วยความจำโปรแกรมเป็นแบบไม่ลบหาย ซึ่งหมายความว่ามันสามารถเก็บข้อมูลได้โดยไม่ต้องมีแหล่งจ่ายไฟ คุณสมบัตินี้ทำให้หน่วยความจำโปรแกรมสามารถรักษาข้อมูลได้เป็นระยะเวลานาน
- หน่วยความจำข้อมูลหมายถึงหน่วยความจำชั่วคราว (เช่น RAM) ซึ่งทำหน้าที่เป็นที่เก็บข้อมูลชั่วคราวในระหว่างที่มีการดำเนินการคำสั่ง หน่วยความจำข้อมูลเรียกว่าชั่วคราวเพราะข้อมูลจะหายไปเมื่อไมโครคอนโทรลเลอร์สูญเสียพลังงาน
- อุปกรณ์ต่อพ่วง I/O: อุปกรณ์ I/O หมายถึงส่วนประกอบที่เชื่อมต่อกับโปรเซสเซอร์และหน่วยความจำ อุปกรณ์นำเข้าและส่งออกเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นอินเตอร์เฟซระหว่างโปรเซสเซอร์และระบบภายนอก พอร์ตนำเข้ารับข้อมูลและส่งต่อไปยังโปรเซสเซอร์ในรูปแบบข้อมูลไบนารี จากนั้นโปรเซสเซอร์จะรับข้อมูลนี้และส่งคำสั่งที่จำเป็นไปยังอุปกรณ์ส่งออก ซึ่งดำเนินการงานที่อยู่นอกไมโครคอนโทรลเลอร์ แม้ว่า CPU, หน่วยความจำ และอุปกรณ์ I/O จะเป็นองค์ประกอบหลักของไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่ยังมีส่วนประกอบสนับสนุนอื่น ๆ ของไมโครคอนโทรลเลอร์อีกมากมาย และพวกมันคือ:
- ตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC): วงจรนี้จะแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นสัญญาณดิจิตอล ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อนาล็อกภายนอก เช่น เซ็นเซอร์ ผ่านโปรเซสเซอร์ของมัน
- ตัวแปลงดิจิตอลเป็นอนาล็อก (DAC) เป็นการทำงานตรงข้ามกับ ADC ซึ่งช่วยให้โปรเซสเซอร์ของไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถส่งสัญญาณที่ออกไปยังอุปกรณ์อนาล็อกภายนอกได้
- ระบบบัส: สายเชื่อมนี้เชื่อมต่อส่วนประกอบทั้งหมดของไมโครคอนโทรลเลอร์เข้าด้วยกัน
- พอร์ตอนุกรม: นี่คือพอร์ต I/O ที่ช่วยให้การเชื่อมต่อระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และส่วนประกอบภายนอก มันทำงานคล้ายกับพอร์ต USB หรือพอร์ตขนาน แต่แตกต่างในเรื่องการแลกเปลี่ยนบิต
การใช้งานของไมโครคอนโทรลเลอร์
ไมโครคอนโทรลเลอร์มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในหลายอุตสาหกรรมและภาคส่วน รวมถึงในบ้านและอุตสาหกรรม การผลิต การให้แสงสว่าง หุ่นยนต์ ยานยนต์ การให้แสงสว่าง พลังงานอัจฉริยะ การอัตโนมัติในอุตสาหกรรม การสื่อสาร และอินเทอร์เน็ต
หนึ่งในแอปพลิเคชันไมโครคอนโทรลเลอร์ที่น่าจดจำเป็นพิเศษคือการใช้เป็นโปรเซสเซอร์สัญญาณดิจิทัล บ่อยครั้ง สัญญาณอนาล็อกที่ได้รับมาพร้อมกับระดับเสียงรบกวนบางอย่าง ซึ่งหมายถึงค่าที่ไม่แน่นอนที่ไม่สามารถแปลเป็นค่าดิจิทัลมาตรฐานได้อย่างง่ายดาย
ในกรณีเช่นนี้ ไมโครคอนโทรลเลอร์มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากพวกเขาใช้ฟังก์ชัน ADC และ DAC เพื่อแปลงสัญญาณอนาล็อกที่มีเสียงรบกวนเข้ามาเป็นสัญญาณดิจิทัลที่ราบรื่นและแม่นยำ โดยการใช้พลังของไมโครคอนโทรลเลอร์ อุตสาหกรรมสามารถจัดการกับความท้าทายที่เกิดจากสัญญาณอนาล็อกที่มีเสียงรบกวนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มั่นใจได้ว่าการประมวลผลข้อมูลมีความถูกต้องและเชื่อถือได้
ไมโครคอนโทรลเลอร์ช่วยให้การทำงานของระบบอิเล็กโทรกลศาสตร์ที่มีอยู่ในสินค้าสะดวกสบายในชีวิตประจำวันเป็นไปอย่างราบรื่น สินค้าเหล่านี้รวมถึงเตาอบ อุปกรณ์เคลื่อนที่ ตู้เย็น เครื่องปิ้งขนมปัง โทรทัศน์ ระบบวิดีโอเกม และระบบรดน้ำสนามหญ้า นอกจากนี้ ไมโครคอนโทรลเลอร์ยังถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องใช้สำนักงาน เช่น เครื่องถ่ายเอกสาร สแกนเนอร์ เครื่องพิมพ์ เครื่องแฟกซ์ ตู้เอทีเอ็ม และระบบรักษาความปลอดภัย
ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นมีความสำคัญในหลายด้าน เช่น เครื่องบิน ยานพาหนะ ยานอวกาศ ระบบการแพทย์และการสนับสนุนชีวิต และหุ่นยนต์ ในด้านการแพทย์ ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถควบคุมการทำงานของหัวใจเทียม ไต และอวัยวะสำคัญอื่นๆ นอกจากนี้ พวกเขายังมีส่วนสำคัญในการทำงานอย่างราบรื่นของอุปกรณ์เทียม ไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นส่วนประกอบที่จำเป็นที่ทำให้การทำงานและความน่าเชื่อถือของเทคโนโลยีขั้นสูงเหล่านี้เป็นไปอย่างราบรื่น