میکروکنترلر AVR چیست ؟ کاربرد ها و انواع AVR

سلام از امروز قراره براتون بگیم میکروکنترلر AVR چیست ؟ و با کاربرد ها و انواع AVR آشنا بشیم . اول از همه باید بدانیم میکروکنترلر AVR چیست؟

میکروکنترلر AVR چیست ؟

به گروهی از تراشه ها که تجمع مدارات دیجیتالی در کنار یکدیگر هستند ، میکروکنترلر میگویند و نوعی خاص میکروکنترلر AVR نام دارد که بیشتر آشنا خواهیم شد .

به عبارت دیگه میکروکنترلر ریز پردازنده ای است که، بجز CPU حداقل شامل موارد زیر در داخل تراشه اصلی است و به مدارات واسطه بیرونی برای ارتباط با سیستم های جانبی احتیاجی ندارد.

سیستم های ورودی و خروجی (I/o)
حافظه (قابل برنامه ریزی )
و مدارات ارتباط با حافظه

به طور کلی میکروکنترلرها در دستگاه‌هایی که نیاز به کنترل دارند، جاسازی‌ می‌شود. دستگاه هایی مانند:

ماشین‌های اداری
لوازم‌خانگی
ربات‌ها
وسایل‌نقلیه
و…

اجزای تشکیل دهنده میکروکنترلر AVR

میکروکنترلر از اجزایی تشکیل می‌شود که مهمترین آن پردازنده است. اما هر میکروکنترلر بنا به مدل انتخاب شما امکانات دیگری هم دارد که در ادامه به آنها اشاره میکنم.

CPU (واحد پردازش)

این واحد را مغز میکروکنترلر می‌نامند. زیرا پردازنده عملیات های استخراج داده، رمزگشایی و در نهایت انجام وظایف اختصاص‌داده شده را به عهده دارد.

حافظه (Memory)

در میکروکنترلرها حافظه ها به دوسته ی ROM و RAM تقسیم می شوند.

ROM حافظه های فقط خواندنی هستند که با قطع برق داده های ذخیره شده در آن ها پاک نمی شوند. خود این حافظه هم به دو دسته ی FLASH و EEPROM تقسیم میشود.

RAM حافظه های با دسترسی تصادفی هستند که برای ذخیره ی موقت داده ها به کارگرفته می شوند.

ورودی و خروجی ها (I/O)

پورت‌های ورودی و خروجی معمولا برای اتصال به دستگاه‌های مختلف مثل پرینتر، نمایشگرها و… و یا خواندن مقادیر سنسور ها استفاده می‌شوند.

پورت های سریال

برای وصل کردن کامپیوتر و میکروکنترلر بهم و یا وصل کردن چند تا میکروکنترلر به هم دیگه از ارتباط سریال USART استفاده میکنیم.

واحد Timer/counter

این واحد را در آموزش واحد تایمر /کانتر به صورت مفصل براتون توضیح خواهم داد.

مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC)

کار این واحد دریافت سیگنال های آنالوگ و تبدیل آن به سیگنال های دیجیتال می باشد.

Interpret Control

این کنترل‌کننده وظیفه کنترل تاخیر برای برنامه درحال اجرا را دارد.

در حالت کلی به دلیل اینکه هر میکروکنترلر، کاربردهای خاص خودش را دارد. و شما میتونید میکروکنترلر مد نظرتون رو از بین انواع میکروکنترلرهایی که در تصویر زیر براتون آوردم انتخاب کنید.

اما بنا به دلایلی که در ادامه براتون میگم من میکروکنترلر AVR رو به شما پیشنهاد میدم . و بیشتر آموزش ها هم با میکروکنترلرهای AVR آموزش داده میشه.

میکروکنترلرهای AVR دارای بهترین (Master Control Unit : MCU) برای حافظه فلش در جهان هستند .
دارای سیستمی با بهترین هماهنگیه.
دارای بالاترین کارایی و اجرا در CPU (یک دستورالعمل در هر سیکل کلاک)
دارای کدهایی با کوچکترین سایز
دارای حافظه خود برنامه ریز
دارای واسطه JTAG که با IEEE 1149.1 سازگار است.
(IEEE: Institute of Electrical and ELECTRONICS Engineers.)
دارای سخت افزار ضرب کننده روی خود
دارای بهترین ابزارها برای پیشرفت و ترقی
دارای حالات زیادی برای ترفیع دادن یا Upgrade

مقایسه انواع خانواده میکروکنترل ها

از جمله مهم‌ترین ویژگی‌‌های AVR سرعت بالای آن است. میکروکنترلر AVR بیش‌تر دستورات را در یک سیکل کاری اجرا می‌کند. میکروکنترلرهای AVR حدود 4 برابر سریع‌تر از میکروکنترلرهای PIC ‌هستند. به‌علاوه، آن‌ها انرژی کم‌تری مصرف می‌کنند و می‌توانند در حالت‌‌های گوناگون ذخیره توان کار کنند.

در جدول زیر مقایسه‌ای بین سه خانواده معروف میکروکنترلرهای AVR آمده است.

	۸۰۵۱	PIC	AVR
سرعت	کم	متوسط	سریع
حافظه	کوچک	بزرگ	بزرگ
معماری	CISC	RISC	RISC
ADC	ندارد	داخلی	داخلی
زمان سنج	داخلی	داخلی	داخلی
کانال‌های PWM	ندارد	داخلی	داخلی

انواع میکروکنترلر AVR

میکروکنترلر AVR خانواده Tiny

تعداد پایه‌های خانواده TINY معمولاً بین 6 تا 14 پایه است. این مدل نسبت به مدل های دیگر میکروکنترلر AVR، از قابلیت‌های کمتری برخوردار است، اما با این وجود،CUP قوی ایی دارد و معمولاً برای عملیات های ساده و کم حجم، مناسب است.

مهم‌ترین قابلیت‌های خانواده TINY عبارت‌اند از:

سایز بسیار کوچک نسبت به سری‌های دیگر
مصرف توان کم
قیمت مناسب
حافظه فلش کم (بین 0.5 تا 16 کیلوبایت)
مبدل آنالوگ به دیجیتال
پورت سریال (نرم‌افزاری)

همچنین، بعضی از مهم‌ترین انواع این میکروکنترلر عبارت‌اند از: ‌ ATtiny 2313، ATtiny11،ATtiny13 .

میکروکنترلر AVR خانواده mega

میکروکنترلرهای mega دارای حافظه فلش 4 تا 512 کیلوبایت هستند که در مقایسه با سری Tiny، امکانات بیش تری دارد. یکی از مهم ترین خانواده های این نوع میکروکنترلر، خانواده ATmega است که در ادامه به بررسی برخی از مهم ترین میکروکنترلرهای این گروه می پردازیم.

میکروکنترلر Atmega8 AVR

از 28 پین تشکیل شده است. همچنین، دارای 8 کیلوبایت حافظه فلش، دو رابط سیم و پین خارجی جهت اتصال دو ولتاژ به دو ورودی مقایسه کننده می باشد.

کاربردها: اغلب برای ساخت پروژه‌های الکتریکی و الکترونیکی کاربرد دارد.

میکروکنترلر Atmega16 AVR

از 40 پین ایجاد شده است. همچنین، دارای حافظه فلش، سرعت 16MIPS ، 1 کیلوبایت رم و شش حالت صرفه جویی در مصرف انرژی می باشد.

کاربردها: در امبدد سیستم موبایل کاربرد دارد.

میکروکنترلر Atmega32 AVR

از 44 پین به همراه حافظه 32 بیتی ایجاد شده است. به علاوه، این مدل دارای حافظه فلش، سرعت 16 MIPS ، 2048 SRAM و محدوده ولتاژ 7/2 تا 5/5 ولت است.

کاربردها: در سیستم‌های بدون دخالت انسان کاربرد دارد و توسط امبدد سیستم روی موبایل کار می‌کند.

میکروکنترلر Atmega328 AVR

این سری دارای معماریRISC ، حافظه فلش 32 کیلوبایتی، حافظه SRAM ۲ کیلوبایتی، محدوده ولتاژ عملیاتی 8/1 تا 5/5 ولت و حافظه EEROM یک کیلوبایتی (حافظه فقط خواندنی با قابلیت پاک‌شدن) می‌باشد.

کاربردها: در سیستم‌های آردوینو، رباتیک، نظارت بر قدرت و مدیریت کاربرد دارد.

جدول زیر مقایسه‌ای بین میکروکنترلرهای مختلف خانواده MegaAVR را نشان می‌دهد:

نام	ROM	RAM	EEPROM	پین	تایمر	وقفه	ولتاژ	فرکانس (مگاهرتز)	پکیج
ATmega8	8KB	1KB	512B	۲۳	۳	۱۹	4.5-5.5 V	0-16	۲۸
ATmega8L	8KB	1KB	512B	۲۳	۳	۱۹	2.7-5.5 V	0-8	۲۸
ATmega16	16KB	1KB	512B	۳۲	۳	۲۱	4.5-5.5 V	0-16	۴۰
ATmega16L	16KB	1KB	512B	۳۲	۳	۲۱	2.7-5.5 V	0-8	۴۰
ATmega32	32KB	2KB	1KB	۳۲	۳	۲۱	4.5-5.5 V	0-16	۴۰
ATmega32L	32KB	2KB	1KB	۳۲	۲۱	۲۱	2.7-5.5 V	0-8	۴۰

XMEGA

خانواده میکروکنترلرهای XMEGA بزرگ‌ترین طیف محصولات کاملاً سازگار را در اختیار شما قرار می‌دهد که تمامی آن‌ها دارای قابلیت‌های خوبی هستند. همه دستگاه‌های این سری با فناوری Microchip picoPower طراحی شده‌اند.

این سری از خانواده‌های میکروکنترلر AVR دارای حافظه فلش بین 16 تا 386 کیلوبایت می باشند.

از جمله مهم‌ترین ویژگی‌های این سری عبارت‌اند از:

MCU کم‌مصرف
محدوده حافظه بزرگ‌تر
جریان کمتر در حالت خواب هم‌زمان با داشتن شمارنده Real تایم (RTC)
حفظ کامل SRAM جهت زمان واکنش سریع

همچنین، بعضی از مهم‌ترین مدل‌های این سری عبارت‌اند از:

ATXmega 32
ATXmega64
مدل 128

کلاسیک

سری کلاسیک یا AT90S اولین سری میکروکنترلرهای AVR است. از نظر امکانات چیزی بین سری‌های Tiny و mega است. بعضی از مهم‌ترین مدل‌های این مدل عبارت‌اند از:

AT90S1200
AT90S2313
AT90S2323
AT90S8534

خوب تا اینجا مفهوم با میکروکنترلر رو فهمیدیم.و با میکروکنترلر AVR هم آشنا شدیم .حالا میریم سراغ تفاوت بین میکروکنترلر و میکرو پروسسورها.

تفاوت میکروکنترلر و میکروپروسسور

شاید برای خیلی از شما این دو تا کلمه آشنا باشه و بخواهید تفاوت این دو رو بدونید. برای شروع لازم بدونید که میکروکنترلر و میکروپروسسور هر دو برای انجام عملیات پردازشی به کار می روند . و شباهت های زیادی هم، به یکدیگر دارند. اما دارای تفاوت هایی نیز هستند.

از طریق شکل ظاهری IC و پکیج آن شما نمی توانید،تشخیص دهید که قطعه میکروکنترلر است یا میکروپروسسور.هر دوی آنها در پکیج های 6 پایه تا پکیج های 80 ، یا 100 پایه و بیشتر از آن با توجه به امکاناتشان ارائه می شوند.

میکروپروسسورها در اصل IC هایی هستند .که در داخل خود فقط یک CPU دارند. و تنها میتوانند اطلاعات را پردازش کنند. CPU ها فاقد RAM,ROM یا سایر حافظه های جانبی به صورت داخلی هستند.

و ما برای طراحی یک سیستم کارآمد باید حافظه های جانبی مانند RAM , ROM و سایر ملزومات را به صورت خارجی به CPU متصل کنیم. اما میکروکنترلر دارای یک CPU است . و علاوه بر آن دارای مقدار مشخصی RAM , ROM و سایر حافظه های جانبی به صورت داخلی است.

جدول مقایسه میکروکنترلر و میکروپروسسور

میکروکنترلر در صنعت

ميكروكنترلرهای AVR در بخش های مختلف صنعت و نیز بخش های تحقیقاتی و دانشگاهی کاربرد دارند. با این تفاوت که ما در صنعت از میکروکنترلرهایی که فرکانس بالاتری دارند استفاده میکنم.

اما در امور تحقیقاتی و دانشگاهی غالبا میکروکنترلرهایی که فرکانس پایین تری دارند، استفاده می شوند.

در حقيقت ميكروكنترلر هاي AVR خيلي نويز پذيرند. كافيه كه شما يه ميكروكنترلر AVR رو به محدوده يك ترانس نزديك كنيد مي بينيد .كه روي ال سي دي اعداد و ارقام قاطي پاتي مياد و ADC اون ديگه كار نميكنه.

خوب حالا اگر يك AVR رو درد يك كارخانه ي صنعتي كه پر از موتور هاي پرتوان و بزرگ سه فاز است، ببريد اصلا ميكروي شما نه تنها كار نمي كنه ، بلكه ميسوزه.

البته با يك سري تمهيدات مثل ايزولاسيون كردن ورودي و خروجي و همچنين تغذيه و قرار دادن ميكرو داخل قاب فلزي ميشه نويزپذيري AVR رو كم كرد ولي 100 درصد نيست.

😄امیدوارم که از مقاله لذت برده باشید و از این به بعد مطالب آموزشی مارو دنبال کنید. ☺️

اگر سوالی براتون پیش اومده میتونید در بخشدیدگاه ها برسید تا دوستان ما سریع ترین زمان ممکن به شما پاسخ بدن یا مقاله ابدیت کنند .

آیا این مقاله برای شما مفید بود؟
_______ _______

هادی رحمتی

همیشه آرزو داشتم یک بستری در ایران فراهم بشه که بچه ها بتوانند تولید کردن بیاموزند و تولید برای همه آسون تر کنه آن آرزو، اکنون، “ربات افزار” نام دارد. ‫‫بعد از سال‌ها به این نتیجه رسیدم که خودم باید دست بکار بشم و امروز برای همه ربات افزار ، یک ماشین تبدیل رویا به واقعیت است.

مشاهده تمام نوشته های هادی رحمتی