مقدمه‌ای بر میکروکنترلرها و کاربردهای آن‌ها

میکروکنترلرها نوعی کامپیوتر محدود و کوچک هستند که برنامه‌هایی را برای اجرا می‌گیرند و سپس خروجی‌های مناسبی را در اختیار مهندسین و تکنسین‌ها قرار می‌دهند. این کامپیوترهای محدود اطلاعات را در حافظه خود ذخیره می‌کنند و تمام قابلیت‌های یک کامپیوتر را ارائه می‌دهند. آموزش میکروکنترلر برای افرادی که با پروژه‌های الکترونیکی سروکار دارند بسیار ضروری است. میکروها همانند هر کامپیوتری دارای پردازنده (سی‌پی‌یو)، حافظه‌های موقت مانند رم و حافظه دائم در ابعاد کوچک‌تر هستند.

ارتباط میکروکنترلرها با برقراری ارتباط از طریق پایه‌ها بوده و جریان‌های الکتریکی و ولتاژهایی را روی پایه‌های خود به‌ عنوان ورودی دریافت می‌کنند. این قطعه‌ها بر اساس برنامه دریافتی خود ولتاژهای الکتریکی را روی پایه‌ها به شکل خروجی ایجاد کرده و بدین شکل می‌توانند دستگاه‌ها و مدارهای الکترونیکی را به شکل کاملی کنترل کنند. مدل‌های مختلف میکروکنترلرها از نظر امکانات و قدرت متفاوت هستند. در ادامه به بررسی آموزش مقدماتی میکروکنترلر avr و مراحل گام‌به‌گام برای برنامه‌نویسی پرداخته‌ایم؛ بنابراین تا انتها با ما همراه شوید.

ابزارها و نرم‌افزارهای مورد نیاز برای برنامه‌نویسی میکروکنترلرها

برنامه‌نویسی برای میکروکنترلرها با استفاده از کامپیوترها انجام شده و سپس برنامه به حافظه میکرو انتقال داده می‌شود. برای این کار لازم است نرم‌افزار کامپایلر مناسب و خاصی را به کار بگیرید تا برنامه تبدیل به زبان قابل فهم ماشین شود. به طور کل هر کامپایلر ویژه برنامه‌نویسی برای نوع خاصی از میکروها ساخته شده و لازم است افراد آموزش میکروکنترلر را با استفاده از این نرم‌افزارها تمرین کنند و یاد بگیرند؛ به‌ عنوان مثال نرم‌افزارهایی مانند CodeVision و BASCOM برای میکروهای خانواده AVR قابل استفاده هستند.

برنامه‌نویسی در هر کامپایلر با زبان خاصی انجام می‌شود. در میکروکنترلرهای قدیمی تنها کامپایلرهایی با زبان اسمبلی به کار می‌رفت، اما امروزه افراد باید دوره آموزش زبان c برای میکروکنترلر را بگذرانند؛ چرا که بسیار ساده‌تر و قابل فهم‌تر است.

 

مراحل گام به گام برنامه‌نویسی یک میکروکنترلر

آموزش میکروکنترلر و اصل برنامه‌نویسی برای میکروها شباهت بسیار زیادی با برنامه‌نویسی برای کامپیوترها دارد و در برنامه‌نویسی میکرو توابع خاص و دستورات در اختیار شما قرار می‌گیرد. پس از اینکه برنامه‌ای را به میکروکنترلر دادید و توسط کامپایلر به زبان قابل فهم ماشین تبدیل شد، لازم است به مرحله بعدی منتقل شود. در ادامه آموزش مقدماتی میکروکنترلر avr، به بررسی مراحل آن پرداخته‌ایم:

پروگرم کردن میکروکنترلر

پروگرم کردن به مرحله‌ای گفته می‌شود که برنامه کامپایل شده از کامپیوتر به حافظه دائم میکرو انتقال می‌یابد. برای این کار علاوه بر کامپایلر نیاز به پروگرمر به‌ عنوان واسط دارید تا بتواند انتقال را به درستی از کامپیوتر به میکرو انجام دهد. پروگرمر به ‌عنوان یک مدار الکتریکی بوده که به‌ صورت دستگاه آماده‌ در بازار وجود دارد.

پایه‌های ورودی و خروجی میکروکنترلر

میکروکنترلرها از تعدادی پایه در مدل‌های مختلف به وجود می‌آیند که پایه‌ها کاربرهای خاصی دارند؛ به ‌عنوان مثال پایه‌ای برای اتصال به منبع تغذیه موجود بوده و سایر پایه‌های میکرو عمومی هستند و نقش ورودی و خروجی را ایفا می‌کنند. مرحله بعدی آموزش میکروکنترلر بدین صورت است که بایستی پورت یا پایه ورودی و یا خروجی مشخص شود.

در حالت خروجی می‌توان ولتاژی را برای پایه در لحظه انتخاب کرد و حالت ورودی را روی ولتاژ خواند؛ مقادیر ورودی و خروجی میکروکنترلرها به صورت 0 و 1 هستند.

جهت خرید انواع مقاومت با بهترین قیمت و کیفیت در جم ترونیک کلیک کنید.

کلاک میکروکنترلر

همان‌طور که در دوره آموزش برنامه نویسی میکروکنترلر بیان می‌شود، برای اینکه پردازنده‌های سی‌پی‌یو محاسبات را به درستی انجام دهند نیاز به یک موج الکتریکی دارند که به آن فرکانس کلاک یا کلاک سیستم می‌گویند که هر چه این مقدار بیشتر باشد، سرعت کار پردازنده نیز بیشتر خواهد بود. برای ایجاد کلاک یک نوسان‌ساز یا Oscillator لازم است و میکروها نیز نیازمند کلاک هستند تا بتوانند کار کنند.

در اکثر میکروکنترلرها نوسان‌سازی در داخل خود میکرو انجام می‌شود که کلاک را تأمین می‌کند و در صورتی ‌که نیاز به بالا بردن کلاک باشد، یک مدار تشدید در خارج از میکرو ایجاد کرده و به آن متصل می‌شود.

امکانات جانبی میکروکنترلر

بر اساس آموزش میکروکنترلر برنامه‌ای روی میکرو نوشته شده و سپس اجرا می‌شود که با توجه به آن ورودی و خروجی قابل کنترل خواهد بود. برای آسان شدن کار امکانات جانبی در هر میکروی پیشرفته وجود دارد؛ به ‌عنوان مثال وجود تایمر که می‌تواند دستورات را در فواصل زمانی مشخصی به اجرا دربیاورد.

از دیگر امکانات جانبی می‌توان به مبدل آنالوگ به دیجیتال اشاره کرد که بدین ترتیب ولتاژ آنالوگ روی پایه خوانده شده و آن را به مقدار عددی یا دیجیتالی تبدیل می‌کند.

 

پروژه‌های عملی برای یادگیری بهتر میکروکنترلرها

بعد از آموزش میکروکنترلر و یادگیری تمام اصول اولیه لازم است مهارت‌های آموخته را با انجام پروژه‌های عملی مختلف تقویت و تثبیت کنید. در ادامه به پروژه‌های عملی که دانش شما را به مرحله عمل درمی‌آورد اشاره کرده‌ایم:

• ساخت تایمر دیجیتال

با یادگیری میکروکنترلرها و به‌کارگیری نمایشگر ال‌ای‌دی، مقاومت و سیم، دکمه‌های فشاری و میکروکنترلر AVR می‌توانید یک تایمر دیجیتالی بسازید. مراحل اجرا نیز بدین صورت است که مداری را طراحی می‌کنید و سپس برنامه‌ای برای کنترل تایمر می‌نویسید و در نهایت زمان و تنظیمات تایمر نمایش داده می‌شود.

• سیستم هشدار دما

پس از آموزش میکروکنترلر avr به زبان c می‌توانید سیستمی را طراحی کنید که دمای محیط را اندازه‌گیری کرده تا در صورت لزوم (بالا و یا پایین بودن از محدوده تعیین شده) هشدار دهد. برای این کار نیاز به سنسور دما، میکروکنترلر AVR، سیم‌ها، مقاومت‌ها و ال‌ای‌دی برای هشدار دارید تا میکروکنترلر را به سنسور دما متصل کرده و برنامه‌ای برای خواندن دما بنویسید و در نهایت هشدار را در صورت نیاز فعال کنید و کارایی مدنظرتان را به دست آورید.

• کنترل نور محیطی

یکی از جذاب‌ترین پروژه‌های عملی توسط میکروکنترلرها، کنترل نور محیط بوده که برای این کار از سنسور نور، لامپ، ترانزیستور، مقاومت، سیم و میکروکنترلر AVR استفاده می‌شود تا سنسور نور و لامپ به میکروکنترلر متصل شده و با نوشتن برنامه‌ای برای تنظیم شدت و مقدار نور امکان کنترل نور محیط به وجود آید.

• سیستم قفل در با استفاده از کد عبور

با آموزش میکروکنترلر به صورت اصولی و کامل می‌توانید سیستمی را طراحی کنید که به صورت الکترونیکی قفل شده و با وارد کردن کد عبور امکان باز شدن آن فراهم ‌شود. سخت‌افزارهای مورد نیاز برای ساخت این سیستم شامل کیپد ماتریسی، میکروکنترلر AVR، مقاومت، سیم و موتور سروو برای قفل درب است تا با اتصال موتور سروو و کیپد به میکروکنترلر برنامه مناسب نوشته شده و سپس سیستم به درستی اجرا شود.

زمانی ‌که پروژه‌های عملی را با موفقیت انجام دهید، مهارت‌های شما در تمام زمینه‌های برنامه‌نویسی، طراحی و اجرا تقویت می‌شود و در نهایت می‌توانید پروژه‌های چالش‌بر‌انگیز را به خوبی به اتمام برسانید.

جهت مشاهده و اطلاع از قیمت میکروکنترلر و خرید خازن در انواع مختلف با بالاترین کیفیت کلیک کنید.

جمع‌بندی

در دنیای دیجیتالی و پیشرفته امروز تجهیزاتی برای مهندسین و تکنسین‌های مختلف ساخته شده است تا بتوانند سیستم‌هایی متناسب با نیاز پروژه‌ای خود طراحی کنند. میکروکنترلر به کامپیوترهای محدود و کوچکی گفته می‌شود که توانایی اجرای برنامه‌ها را دارند تا خروجی مدنظر را ارائه دهند. دوره آموزش برنامه نویسی میکروکنترلر کمک می‌کند تا افراد بتوانند به یادگیری عمیقی دست یابند و اطلاعات خود را در میکروکنترلرها ذخیره کرده و سپس خروجی را مطابق با نیازشان به مرحله اجرا دربیاورند. برای اینکه بتوانید برنامه‌ای را در این سیستم پیاده‌سازی کنید، نیاز به آموزش زبان c برای میکروکنترلر، یادگیری نرم‌افزارهای مختلفی مانند CodeVision و BASCOM را دارید.

توجه داشته باشید که مدل‌های مختلف میکرو نیاز به برنامه‌ها و نرم‌افزارهای مختلفی دارند تا به مرحله اجرا برسند و لازم است برای کار با آن‌ها اقدام به یادگیری زبان برنامه‌نویسی مناسب کنید. همچنین، پس از گذراندن دوره آموزش میکروکنترلر برای تثبیت یادگیری می‌توانید پروژه‌های عملی مختلفی مانند ساخت سیستم کنترل نور محیط و… را اجرا کرده و مرحله طراحی و برنامه‌نویسی خود را تقویت کنید.

سوالات متداول

• برای شروع آموزش میکروکنترلرها به چه پیش‌نیازهایی نیاز دارم؟

آموزش زبان برنامه‌نویسی سی و یادگیری نرم‌افزارهایی مانند CodeVision و BASCOM.

• کدام میکروکنترلر برای مبتدیان مناسب‌تر است؟

میکروکنترلرهای AVR به دلیل کارایی زیاد، قیمت مناسب و آسان بودن برنامه‌نویسی جزو محبوب‌ترین گزینه‌ها برای یادگیری مبتدیان به حساب می‌آیند.

• چه پروژه‌های عملی برای تمرین و یادگیری بهتر میکروکنترلرها پیشنهاد می‌شود؟

پس از آموزش میکروکنترلر می‌توان برای تقویت مهارت اقدام به ساخت سیستمی برای کنترل دما، هشدار دما، تایمر دیجیتال، ربات تشخیص خط و… کرد.