میکروکنترلر یک کامپیوتر بسیار کوچک است. از یک تراشه کوچک ساخته شده است. بسیاری از دستگاه های روزمره از میکروکنترلر استفاده می کنند. آنها بخشی از یک سیستم بزرگتر به نام سیستم تعبیه شده هستند. سیستم تعبیه شده زمانی است که یک کامپیوتر در یک دستگاه تعبیه شده است. این به دستگاه کمک می کند تا کار خود را انجام دهد. میکروکنترلرها در داخل وسایلی مانند اسباب بازی ها، ماشین لباسشویی ها و حتی چراغ های راهنمایی کمک های هوشمندی هستند.
این درس به شما یاد می دهد که میکروکنترلرها چیست و چگونه کار می کنند. ما در مورد قطعات آنها و نحوه استفاده از آنها در بسیاری از دستگاه هایی که هر روز می بینید آشنا خواهیم شد. کلماتی که ما استفاده می کنیم ساده هستند. جملات کوتاه هستند. این به شما کمک می کند تا ایده ها را به راحتی درک کنید.
یک میکروکنترلر مانند یک مغز کوچک برای ماشین ها است. این به دستگاه کمک می کند فکر کند و کار کند. در داخل میکروکنترلر، یک کامپیوتر کوچک وجود دارد. این کامپیوتر کارهای زیادی مانند شمارش، پیروی از دستورالعمل ها و تصمیم گیری را انجام می دهد.
یک میکروکنترلر را به عنوان یک مدیر کوچک در یک زمین بازی شلوغ در نظر بگیرید. مدیر به هر اسباب بازی می گوید که چه کاری انجام دهد. هنگامی که دکمه ای روی یک اسباب بازی فشار داده می شود، میکروکنترلر تصمیم می گیرد که چه صدایی ایجاد کند یا چه نوری را نشان دهد. به سرعت کار می کند تا مطمئن شود همه چیز در زمان مناسب اتفاق می افتد.
میکروکنترلرها خاص هستند زیرا فقط یک کار را انجام می دهند. آنها برای انجام بسیاری از وظایف مانند یک کامپیوتر کامل ساخته نشده اند. در عوض، آنها در یک چیز بسیار خوب هستند. به عنوان مثال، یک ماشین کنترل از راه دور دارای یک میکروکنترلر است که تعیین می کند چرخ ها با چه سرعتی حرکت کنند و به کدام سمت بچرخند.
یک میکروکنترلر قطعات کوچک زیادی دارد که با هم کار می کنند. هر قسمت کار خاص خود را دارد. در اینجا به برخی از بخش های مهم اشاره می شود:
همه این قطعات با هم کار می کنند تا میکروکنترلر را هوشمند کنند. آنها مطمئن می شوند که می تواند بفهمد چه کاری باید انجام دهد و سپس آن را به سرعت و به درستی انجام می دهد.
یک میکروکنترلر با پیروی از مجموعه ای از دستورالعمل ها کار می کند. این دستورالعمل ها توسط شخصی نوشته شده است که می داند چگونه برنامه نویسی کند. یک برنامه مانند دستور العملی است که به میکروکنترلر می گوید چه مراحلی را باید دنبال کند.
تصور کنید در حال پختن کلوچه هستید. شما یک دستور غذا را مرحله به مرحله دنبال می کنید. ابتدا مواد را با هم مخلوط می کنید. سپس آنها را به شکل کوکی فشار دهید. در نهایت آنها را در فر می پزید. یک میکروکنترلر دستور العمل خود را دنبال می کند. هر دستورالعمل را یکی یکی می خواند و سپس عمل صحیح را انجام می دهد.
در اینجا یک راه ساده برای درک آن وجود دارد:
این فرآیند بسیار سریع اتفاق می افتد. میکروکنترلر می تواند دستورالعمل های زیادی را در مدت زمان کوتاهی دنبال کند. این اطمینان حاصل می کند که دستگاه هر بار به درستی کار می کند.
گاهی اوقات، مهندسان حتی از یک فرمول ریاضی ساده برای توضیح سرعت عملکرد یک میکروکنترلر استفاده می کنند. به عنوان مثال، آنها می توانند بگویند سرعت میکروکنترلر به صورت زیر داده می شود:
\( \textrm{سرعت} = \textrm{نرخ ساعت} \)
این فرمول نشان می دهد که ساعت داخل میکروکنترلر به تنظیم سرعت عملیات آن کمک می کند.
سیستم تعبیه شده یک سیستم کامپیوتری ویژه است که در یک دستگاه بزرگتر ساخته شده است. میکروکنترلر بخش کلیدی یک سیستم تعبیه شده است. این اطمینان حاصل می کند که دستگاه همانطور که باید کار می کند. بسیاری از ماشین ها و دستگاه های اطراف ما نمونه هایی از سیستم های تعبیه شده هستند.
به عنوان مثال، ماشین لباسشویی دارای یک سیستم تعبیه شده است. هنگامی که ماشین لباسشویی را راه اندازی می کنید، میکروکنترلر یک سری مراحل را شروع می کند. جریان آب، چرخش درام و زمان چرخه شستشو را کنترل می کند. هر یک از این اقدامات توسط میکروکنترلر به دنبال مجموعه ای از دستورالعمل ها کنترل می شود.
سیستم های جاسازی شده در بسیاری از مکان ها یافت می شوند:
همه این دستگاه ها دارای یک میکروکنترلر هستند که کار ساده ای را انجام می دهد. میکروکنترلر چند دستورالعمل دریافت می کند و سپس مطمئن می شود که دستگاه به درستی و ایمن کار می کند.
حتی اگر میکروکنترلرها کوچک هستند، باید به آنها گفته شود که چه کاری انجام دهند. این کار با برنامه نویسی آنها انجام می شود. برنامه نویسی به معنای نوشتن مجموعه ای از دستورالعمل ها برای پیروی میکروکنترلر است.
دستورالعمل ها به میکروکنترلر می گویند که در صورت وقوع اتفاقی چگونه عمل کند. به عنوان مثال، اگر دکمه ای فشار داده شود، ممکن است میکروکنترلر نیاز به روشن کردن چراغ داشته باشد. دستورالعمل ها بسیار ساده و آسان هستند، درست مانند دستورالعمل های گام به گام در یک دستور غذا.
یک مهندس یا یک برنامه نویس این دستورالعمل ها را با استفاده از زبان کامپیوتر می نویسد. پس از نوشتن، برنامه به میکروکنترلر ارسال می شود. سپس میکروکنترلر این برنامه را می خواند و هر بار که از دستگاه استفاده می شود دستورالعمل ها را دنبال می کند.
فرآیند برنامه نویسی یک میکروکنترلر مانند دادن دستورات واضح به یک ربات مفید است. وقتی به دوستی می‌گویید که دقیقاً چه کاری برای کمک به شما در ساخت یک برج بلوک انجام دهد، دستورالعمل‌هایی را ارائه می‌دهید. میکروکنترلر نیز به همین صورت عمل می کند. هر دستور به آن می گوید که در مرحله بعد چه کاری انجام دهد.
میکروکنترلرها بسیار مهم هستند. آنها در بسیاری از چیزهایی هستند که ما هر روز استفاده می کنیم. بدون میکروکنترلر، زندگی ما بسیار متفاوت خواهد بود. در اینجا چند دلیل وجود دارد که چرا میکروکنترلرها خاص هستند:
به همین دلایل، میکروکنترلرها در اسباب‌بازی‌ها، لوازم خانگی و حتی در خودروهایی که ما را به مدرسه می‌برند، استفاده می‌شود. آنها به اندازه ای کوچک هستند که تقریباً در همه جا قرار می گیرند، اما سخت کار می کنند تا کارها به خوبی پیش برود.
اجازه دهید به چند نمونه روزمره نگاه کنیم که در آن میکروکنترلرها به ما کمک می کنند:
این مثال ها نشان می دهد که میکروکنترلرها بسیاری از کارها را آسان می کنند. آنها به اجرای روان و ایمن دستگاه های روزمره کمک می کنند.
میکروکنترلرها اغلب نیاز به صحبت با دستگاه های دیگر دارند. آنها این کار را با استفاده از آنچه ما پروتکل های ارتباطی می نامیم انجام می دهند. این بدان معناست که میکروکنترلرها از مجموعه قوانینی برای تبادل پیام پیروی می کنند.
تصور کنید دو کودک اسباب بازی های خود را به اشتراک می گذارند. آنها باید به یک زبان صحبت کنند تا به درستی به اشتراک بگذارند. میکروکنترلرها هم همین کار را می کنند. آنها از سیگنال های ساده برای پرسش و پاسخ استفاده می کنند. این به دستگاه ها کمک می کند مانند یک تیم با هم کار کنند.
به عنوان مثال، یک میکروکنترلر در یک ساعت دیجیتال ممکن است سیگنال هایی را برای نمایش اعداد ارسال کند. در یک اسباب بازی، یک میکروکنترلر ممکن است سیگنالی را برای به صدا درآوردن بوق هنگام فشار دادن یک دکمه ارسال کند. این پیام های ساده کلیدی برای تعاملی و سرگرم کننده کردن دستگاه ها هستند.
اگرچه ما در اینجا فعالیت های عملی انجام نمی دهیم، می توانید یک آزمایش ساده را تصور کنید. یک ماشین اسباب بازی با یک میکروکنترلر داخل آن را در نظر بگیرید. وقتی دکمه کنترل از راه دور را فشار می دهید، ماشین شروع به حرکت به جلو می کند. این به این دلیل است که میکروکنترلر دستورالعمل شما را دریافت می کند، آن را پردازش می کند و سپس به موتورها می گوید که کار کنند. این آزمایش به ما کمک می کند تا ببینیم چگونه یک کامپیوتر کوچک می تواند تفاوت بزرگی در اسباب بازی های روزمره ایجاد کند.
شما همچنین می توانید به فکر خانه خود باشید. هنگامی که یک ساعت دیجیتال را می بینید، به یاد داشته باشید که یک میکروکنترلر کوچک در داخل آن کار می کند. زمان را می خواند، تغییرات را پردازش می کند و نمایشگر را به روز می کند. این اقدام ساده جادوی میکروکنترلرها و سیستم های تعبیه شده را به شما نشان می دهد.
میکروکنترلرها فقط در اسباب بازی ها و وسایل آشپزخانه نیستند. آنها در بسیاری از نقاط جهان ما مهم هستند. در اینجا برخی از برنامه های کاربردی دنیای واقعی آورده شده است:
این برنامه ها نشان می دهد که میکروکنترلرها همه جا هستند. آنها به بسیاری از سیستم ها کمک می کنند تا در خانه ها، مدارس، بیمارستان ها و کارخانه های ما به راحتی کار کنند. آنها با کار بی سر و صدا در پس زمینه زندگی ما را بهتر می کنند.
میکروکنترلرها همچنان هوشمندتر و کوچکتر می شوند. با پیشرفت تکنولوژی، ما در حال یافتن راه های جدیدی برای استفاده از آنها هستیم. در آینده، میکروکنترلرها ممکن است در دستگاه‌های بیشتری پیدا شوند. آنها می توانند به بهبود خانه، حمل و نقل و حتی نحوه یادگیری ما کمک کنند.
میکروکنترلرهای جدید ممکن است حتی انرژی کمتری مصرف کنند. آنها می توانند سریعتر کار کنند و عملکرد بهتری داشته باشند. این بدان معنی است که اسباب بازی ها، ابزارها و دستگاه های هوشمند شما حتی هوشمندتر می شوند. مهندسان همیشه به دنبال راه های جدیدی برای بهبود این کامپیوترهای کوچک هستند. این آینده هیجان انگیز خلاقیت بیشتر و ماشین های مفیدتری را وارد زندگی ما می کند.
قبل از پایان، در اینجا چند نکته مهم در مورد میکروکنترلرها و سیستم های تعبیه شده وجود دارد:
در این درس آموختیم که میکروکنترلر یک کامپیوتر کوچک روی یک تراشه است. این بخش مهمی از یک سیستم تعبیه شده است. سیستم‌های تعبیه‌شده در بسیاری از وسایل روزمره مانند اسباب‌بازی‌ها، مایکروویوها، ماشین‌ها و وسایل خانگی یافت می‌شوند.
ما متوجه شدیم که میکروکنترلرها چندین بخش دارند. CPU مغز است، حافظه دستورالعمل ها را ذخیره می کند و پورت های ورودی/خروجی به برقراری ارتباط با سایر قسمت ها کمک می کند. ساعت زمان را پیگیری می کند تا همه این قسمت ها بتوانند با هم هماهنگ باشند.
ما همچنین بررسی کردیم که چگونه میکروکنترلرها مجموعه ای از دستورالعمل های برنامه نویسی را دنبال می کنند. این برنامه نویسی مانند دستور العملی است که مرحله به مرحله به میکروکنترلر می گوید که چه کاری انجام دهد. این فرآیند ساده باعث می شود دستگاه قابل اعتماد و ایمن باشد.
علاوه بر این، دیدیم که میکروکنترلرها با استفاده از سیگنال‌های ساده با دستگاه‌های دیگر ارتباط برقرار می‌کنند. آنها از قوانین خاصی برای اشتراک گذاری پیام ها پیروی می کنند. این به دستگاه ها اجازه می دهد تا مانند یک تیم عمل کنند و با هم کار کنند تا وظایف خود را تکمیل کنند.
برنامه های کاربردی دنیای واقعی نشان می دهد که میکروکنترلرها زندگی روزمره ما را بهبود می بخشند. آنها در اتومبیل ها وجود دارند و به کنترل موتور و ویژگی های ایمنی کمک می کنند. دستگاه های پزشکی و ماشین های صنعتی نیز به این کامپیوترهای کوچک متکی هستند. حتی وسایل خانه مانند ماشین لباسشویی و ساعت های دیجیتال با کمک میکروکنترلرها کار می کنند.
با نگاه به آینده، میکروکنترلرها همچنان بهتر خواهند شد. آنها سریعتر خواهند بود، انرژی کمتری مصرف می کنند و حتی در دستگاه های بیشتری یافت می شوند. این پیشرفت به ایجاد آینده ای با فناوری های هوشمندتر و تعاملی تر کمک خواهد کرد.
این درس به ما ایده روشنی از اینکه میکروکنترلرها چیست، چگونه کار می کنند و چرا مهم هستند به ما داده است. ما آموختیم که این رایانه های کوچک در قلب بسیاری از سیستم های تعبیه شده قرار دارند که دنیای ما را به کار می اندازند.
نکات کلیدی: میکروکنترلرها کامپیوترهای کوچک روی تراشه هستند. آنها بخشی از سیستم های تعبیه شده هستند که در دستگاه های روزمره یافت می شوند. آنها دارای قطعات مهمی مانند CPU، حافظه و پورت های ورودی/خروجی هستند. برنامه نویسی اقدامات آنها را هدایت می کند. آنها کمک می کنند تا ماشین ها، اسباب بازی ها و لوازم خانگی هوشمند و قابل اعتماد شوند. با ادامه پیشرفت این کامپیوترهای کوچک، آینده فرصت‌های هیجان‌انگیزتری را در اختیار دارد.
با درک میکروکنترلرها، می‌توانیم از نحوه عملکرد فناوری در زندگی روزمره خود قدردانی کنیم. این وسایل کوچک کمک‌های بزرگی هستند که دنیای ما را به مکانی بهتر، امن‌تر و جالب‌تر تبدیل می‌کنند.
