المتحكم الصغير microcontroller

المتحكم الصغير microcontroller عبارة عن حاسوب مُصغر يعمل على إرسال الإشارات ليتحكم بالقطع الإلكترونية ويتكون من:

  • المعالج: يحتوي كلًا من جهاز كمبيوتر والمتحكم الصغير على معالج وهو بدوره يتألف من ثلاثة أجزاء، وهي وحدة المنطق والحساب المسؤولة عن العمليات المنطقية والحسابية، ووحدة التحكم المسؤولة عن أنواع العمليات التي تحصل على البيانات وقت تنفيذها، والجزء الثالث والأخير المسجلات التي تُستخدم بتخزين البيانات بشكل مؤقت أثناء العمل عليها.
  • الرامات أو ذاكرة الوصول العشوائي لتخزين البيانات: هي موجودة بالكمبيوتر وبالمتحكم الصغير وبالطبع مساحتها داخل الكمبيوتر ستكون أكبر مقارنةً بالمتحكم الصغير، وتُستخدم بتخزين البرامج والملفات التي يتم تنفيذها فهي أقرب لمعالج الكمبيوتر، إلا أنها تفقد جميع محتوياتها بمجرد فصل الكهرباء عنها.
  • ذاكرة للقراءة: وتكون قابلة للبرمجة والمحو أوتوماتيكيًا ولديها القدرة على الاحتفاظ بالبيانات لديها حتى بعد انقطاع الكهرباء عنها.
  • ذاكرة وميضة: وتُعتبر الذاكرة الأساسية في الكمبيوتر والمتحكم الصغير، فهي قابلة للبرمجة وتغيير البيانات بشكل رقمي.
  • وحدات للإدخال، ووحدات للإخراج: القابلة للبرمجة وتُستخدم بشكل أساسي لتوصيل الأجهزة المختلفة كالشاشات والطابعات من وإلى المتحكم الصغير.
  • نواة معالجة مركزية: هي دماغ المتحكم الصغير فهي مسؤولة عن إحضار المعلومات من ذاكرة البرنامج وفك تشفيرها ليتم تنفيذها في النهاية، ولها دور بتوصيل جميع أجزاء وحدات التحكم الدقيقة بنظام واحد.
  • ملحقات أخرى كالعدادات: من الممكن أن يحتوي المتحكم الصغير على أكثر من عداد أومؤقت، وتوفر هذه العدادات التوقيت داخل وحدات التحكم الدقيقة، تُنفذ عمليات هذا القسم باستمرار وعلى مدار الساعة، وتُستخدم أيضًا لحساب جميع النبضات الخارجية.

يُستخدم المتحكم الصغير microcontroller للتحكم في العمليات الصناعية وللقيام بمهمات محددة كالتحكم بالإشارة الضوئية. وتُستخدم المتحكمات الصغيرة أيضًا في الأنظمة المدمجة التي تدمج الكيانين البرمجي والعتادي كالسيارات، والغسالات، والروبوتات، والأجهزة الطبية، وغيرها من الأجهزة الإلكترونية، وتُستخدم أيضًا لأتمتة مهام هذه الأنظمة المدمجة. يمكن إيجاد المتحكمات الصغيرة في العديد من الأجهزة الإلكترونية كالألعاب الصغيرة والمصانع المؤتمتة، فهذه المتحكمات تسيطر تقريبًا على أغلب أسواق تطبيقات المعالجات.

أهم الأسباب التي تقف وراء شهرة هذه المتحكمات الصغيرة هي قدرتها الكبيرة على جعل التصميم أقل حجمًا وأخف وزنًا مقارنةً مع التصاميم الأخرى. وتُصنف العديد من أنواع المتحكمات الصغيرة بالبسيطة والباقي منها هي معالجات للإشارات الرقمية العالية التعقيد. هناك بعض السيارات التي تحتوي على أكثر من 40 وحدة من هذه المتحكمات الصغيرة.

هناك الكثير من المتحكمات الصغيرة المتوافرة بالأسواق التي تُصّنع من قِبل شركات عديدة كشركة Atmel وشركة Microchip وشركة Texas Instruments. وبالطبع لكل نوع من المتحكمات الصغيرة مزايا وعيوب، بالإضافة لاختلاف المتحكم باختلاف الشركة المصنعة كالاختلاف بحجم ذاكرة البرمجة، وأعداد المدخلات والمخرجات، والسرعة. كانت المتحكمات الصغيرة تُبرمَج باللغة التجميعية فقط، ولكن بعد ظهور لغات البرمجة بمستواها العالي كجافا سكريبت، وسي، وبايثون أصبحت تُستخدم بكثرة في برمجة الأنظمة المضمنة والمتحكمات الصغيرة.

أكمل القراءة

المتحكم المصغر (Microcontroller MCU) هو عبارة عن كمبيوتر مصغر، يستخدم في الدارات الإلكترونية لإرسال إشارات التشغيل الكهربائية للتحكم بالأجهزة والقطع الإلكترونية المختلفة.

يحتوي المتحكم المصغر على وحدة معالجة مركزية (CPU) أو أكثر، وكذلك على ذاكرة وصول عشوائي (RAM) صغيرة وذاكرة دائمة ومضية (flash memory) لتخزين البرامج، ووحدات دخل وخرج (IO) للتحكم بالطرفيات المختلفة، وذاكرة قابلة للقراءة فقط (EEPROM)، بالإضافة إلى محول تشابهي/رقمي (A/D Converter) وهزاز كريستالي داخلي.

يبرمج مهندس الكهرباء المتحكم عن طريق الحاسوب، حيث تعتمد بعض تطبيقات المتحكمات على لغة C وأخرى على لغة AVR، وفي السابق كانت تُبرمج باستخدام اللغة التجميعية الصعبة (Assembly)، وبعد كتابة البرنامج يحول التطبيق البرنامج من اللغة المكتوب بها والتي نفهمها نحن إلى لغة الآلة التي يفهمها المتحكم، ثم يُحقن البرنامج في المتحكم.

يوصل المتحكم إلى دارة جاهزة تسمى المبرمجة، ثم توصل هذه الدارة بجهاز الحاسوب عن طريق USB أو RS232، وبذلك يتم الاتصال بين الحاسوب والمتحكم.

ولا بد هنا من التفريق بين المتحكم المصغر والمعالج المصغر (Microprocessor)، حيث أن الأخير هو معالج فقط، ويجب وصل شريحة ذاكرة معه لكي يعمل، وبالتأكيد يُعتبر المتحكم المصغر الأفضل لتوفير المساحة المحجوزة على الدارات الكهربائية وتعقيدات الوصل والكلفة الاقتصادية.

وللمتحكم المصغر أنواع ومواصفات عديدة كالحواسيب. وله أرجل معدنية (pins) متعددة يختلف عددها وفقاً لمواصفات المتحكم، ومنها ما هو ثابت في جميع المتحكمات كأرجل التغذية الكهربائية والهزاز الكريستالي الخارجي، ومنها ما يختلف في العدد كأقطاب الدخل والخرج أو ما تسمى بأقطاب التحكم. فالمتحكم Atmega8 على سبيل المثال يحتوي على 28 رجلاً، ومنها 23 رجل تحكم للبرمجة. بينما يحتوي المتحكم Atmega8535 على 40 رجلاً منها 32 رجلاً للدخل والخرج.

كما يختلف الجهد الكهربائي للمتحكمات حسب النوع أو الشركة المصنعة، حيث تعمل أغلب متحكمات أتمل (Atmel) على جهد 4.5-5.5 فولت، بينما تعمل متحكمات pic على جهود منخفضة بين 2.5 و 5.5 فولت. إلا أن هناك أنواعاً من معالجات أتمل يحمل اسمها الحرف L تعمل في المجال المنخفض 2.5-5.5 فولت.

يمكن ألا تصدق أن في منزلك الآن أكثر من 25 متحكم مصغر، المتحكم المصغر موجود في الشاشات والغسالة الآلية وجهاز التحكم بالتلفاز والمروحة ذات لوحة التحكم وبعض أنواع الساعات وفي الهاتف المحمول والسيارة وحتى في آلات المعامل الضخمة.

ومن أشهر أقدم المتحكمات المتحكم 8048 من إنتاج Intel عام 1976، واستُخدم فيه صناعته معالج لوحة مفاتيح IBM نفسه في ذلك الوقت. ثم تلاه المعالج 8051 عام 1980 ذو الشهرة الأكبر والذي ما زال مستخدماً حتى اليوم في بعض الأجهزة.

يمكن من خلال المتحكم صناعة جهاز قياس ضربات القلب، أو دارة ملاحقة لألواح الطاقة الشمسية، ويقوم طلاب الهندسة الكهربائية بالتدرب على صناعة عديد من الدارات الكهربائية باستخدام المتحكم المصغر كتهيئة لقدراتهم على حل المشكلات في الواقع العملي.

يمكن تركيب هزاز كريستالي خارجي يوصل مع المتحكم للحصول على بعض التواترات التي قد لا يستطيع الهزاز الخاص بالمتحكم تأمينها، فوظيفة الهزاز ضبط إيقاع العمل. وعلى سبيل المثال يساعد الهزاز الخارجي في الحصول على الزمن الحقيقي للثانية من أجل استخدامه في توقيت عمل جهاز طبي أو ساعة عادية.

غالباً ما يتحكم المتحكم المصغر بالأجهزة المختلفة عن طريق دارات وسيطة، فهو لا يستطيع التحكم بمحرك يعمل على جهد 220 فولت بشكل مباشر، إنما يعطي الأوامر لشرائح إلكترونية أخرى تتولى التعامل مع الأحمال المختلفة. فهو بمنزلة العقل المدبر للدارات الإلكترونية والأجهزة المختلفة.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هو المتحكم الصغير microcontroller؟"؟