وحدة التحكم الدقيقة عبارة عن شريحة دائرة متكاملة تدمج نواة المعالج الدقيق والذاكرة وأجهزة الإدخال / الإخراج والساعة، من بين وظائف أخرى. إنها تمتلك قدرات حوسبة وتحكم قوية وتستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية المختلفة، مثل الأجهزة المنزلية، وإلكترونيات السيارات، ومعدات الاتصالات، والأتمتة الصناعية.
يتكون الهيكل الأساسي للمتحكم الدقيق من المكونات الرئيسية التالية:
1. نواة المعالج الدقيق (CPU): جوهر وحدة التحكم الدقيقة هو المعالج الدقيق، وهو المسؤول عن تنفيذ التعليمات وإجراء العمليات الحسابية والتحكم في تدفق البيانات وإدارة الأجهزة الطرفية. تشتمل نوى وحدات التحكم الدقيقة الشائعة على متغيرات 8- بت و16 بت و32 بت، مثل سلسلة Intel 8051 وسلسلة ARM Cortex-M.
2. الذاكرة: يحتوي المتحكم الدقيق على أنواع مختلفة من الذاكرة المستخدمة لتخزين تعليمات البرنامج والبيانات والمتغيرات. تتضمن هذه بشكل أساسي ذاكرة البرنامج (ROM، Flash)، وذاكرة البيانات (RAM)، والذاكرة غير المتطايرة (EEPROM). يتم استخدام ذاكرة البرنامج لتخزين كود البرنامج والبيانات الثابتة، بينما يتم استخدام ذاكرة البيانات لتخزين المتغيرات والبيانات أثناء تنفيذ البرنامج.
3. أجهزة الإدخال / الإخراج (I / O): تتفاعل وحدات التحكم الدقيقة مع البيئة الخارجية من خلال أجهزة الإدخال والإخراج. تشتمل أجهزة الإدخال الشائعة على الأزرار والمفاتيح وأجهزة الاستشعار، بينما تشتمل أجهزة الإخراج على مصابيح LED وأجهزة الإنذار وشاشات الكريستال السائل (LCD). عادةً ما تحتوي وحدات التحكم الدقيقة على عدة أطراف إدخال/إخراج (GPIO) للأغراض العامة- والتي يمكن برمجتها لتعمل إما كمدخلات أو مخرجات.
4. دائرة الساعة: يتطلب المتحكم الدقيق إشارة ساعة ثابتة لمزامنة عملياته الداخلية. توفر دائرة الساعة إشارة الساعة المستخدمة للتحكم في سرعة التشغيل ودورة الساعة لنواة المعالج الدقيق. تشتمل دوائر الساعة الشائعة على مذبذبات كريستالية ومرنانات سيراميكية.
5. المقاطعات الخارجية: يمكن لوحدة التحكم الدقيقة استقبال الإشارات الخارجية، مثل تلك الصادرة من الأزرار أو أجهزة الاستشعار، عبر مشغلات المقاطعة الخارجية. عند تشغيل مقاطعة خارجية، يمكن لوحدة التحكم الدقيقة تعليق مهمتها الحالية وتنفيذ روتين خدمة المقاطعة والتعامل مع الحدث الخارجي.
6. واجهة الاتصال التسلسلي: تتميز وحدات التحكم الدقيقة عادةً بواجهات اتصال تسلسلية لتبادل البيانات مع الأجهزة الأخرى. تشتمل واجهات الاتصال التسلسلية الشائعة على UART (جهاز الإرسال العالمي غير المتزامن -)، وSPI (الواجهة الطرفية التسلسلية)، وI2C (الدائرة المتكاملة - Inter).
7. التوقيت والتحكم: يتطلب المتحكم الدقيق دائرة توقيت وتحكم لتوليد إشارات تحكم مختلفة تستخدم لتنسيق تشغيل مكوناته المختلفة. تشمل دوائر التوقيت والتحكم مولدات التوقيت ودوائر منطق التوقيت.
ما سبق يصف البنية الأساسية للمتحكم الدقيق. في حين أنه قد تكون هناك اختلافات طفيفة بين النماذج والعلامات التجارية المختلفة، إلا أن الهيكل العام يظل كما هو إلى حد كبير. إن القدرات القوية والمرونة التي تتمتع بها وحدات التحكم الدقيقة تجعلها مكونًا أساسيًا لا غنى عنه في تصميم النظام المضمن.