I. مقدمة
متحكم ، كمكون أساسي في التكنولوجيا الإلكترونية الحديثة ، يرتبط تاريخ تطويره ارتباطًا وثيقًا بتقدم التكنولوجيا الإلكترونية. منذ ولادتها في منتصف -1970 ، تم استخدام متحكمها ، مع مزاياها للتكامل العالي ، والتكلفة المنخفضة والأداء العالي ، على نطاق واسع في العديد من المجالات ، مثل التحكم في المحركات ، وقراء/ماسحات الباركود ، والإلكترونيات الاستهلاكية ، والألعاب الأجهزة والهواتف و HVAC وبناء الأمن والتحكم في الوصول والتحكم الصناعي والأتمتة والسلع البيضاء. في هذه الورقة ، سيتم تقديم التعريف ومبدأ العمل وظروف عمل متحكم بالتفصيل.
الثاني. تعريف متحكم
متحكم Microcontroller ، المختصر كوحدة MCU (وحدة متحكم) ، هو الحواسيب الدقيقة سيكون الجزء الرئيسي من الحواسيب الدقيقة المدمجة في الحواسيب الصغيرة رقاقة واحدة. إنه يدمج وحدة المعالجة المركزية (CPU) ، الذاكرة (ROM ، RAM) ، واجهات الإدخال/الإخراج (I/O) ، نظام التوقيت/العداد ، ونظام المقاطعة والمكونات الرئيسية الأخرى ، ويتميز بحجمه الصغير ، استهلاك الطاقة المنخفض والأداء المستقر. وقد عزز ظهور متحكمين بشكل كبير تطوير أنظمة مضمنة ، مما يتيح تحقيق مجموعة متنوعة من الأجهزة الذكية.
ثالثا. مبدأ العمل في متحكم
يعتمد مبدأ العمل في متحكم microcontroller بشكل أساسي على العمل التعاوني لمكوناتها الداخلية. على وجه التحديد ، يمكن تلخيص مبدأ العمل في متحكم على النحو التالي:
وحدة المعالجة المركزية (وحدة المعالجة المركزية):وحدة المعالجة المركزية هي الجزء الأساسي من متحكم ، المسؤول عن تنفيذ التعليمات ومعالجة البيانات والتحكم في خوارزميات التحكم. تقوم وحدة المعالجة المركزية بمزامنة عملياتها من خلال إشارات الساعة ، وتنفذ العمليات المقابلة وفقًا للتعليمات المحددة في البرنامج.
ذاكرة:يحتوي متحكمها على مجموعة متنوعة من الذكريات الداخلية ، بما في ذلك ذاكرة البرنامج (فلاش أو EEPROM) وذاكرة البيانات (RAM). يتم استخدام ذاكرة البرنامج للاحتفاظ برمز البرنامج ويتم استخدام ذاكرة البيانات للاحتفاظ بالبيانات المستخدمة في البرنامج. يعتمد حجم ونوع الذاكرة على نموذج متحكم محدد.
واجهات المحيطية:يتم دمج مجموعة متنوعة من الواجهات المحيطية في متحكم ، بما في ذلك المدخلات والمخرجات للأغراض العامة (GPIOs) ، والمدخلات والمخرجات التناظرية (ADC ، DACs) ، واجهات الاتصال (UARTS ، SPIs ، I2CS) ، ومثبتات ، و pwms. تمكن هذه الواجهات المحيطية متحكم من تبادل البيانات والتحكم في الأجهزة الخارجية.
آلية معالجة المقاطعة:يدعم متحكم Microcontroller آلية مقاطعة حيث يحدث حدث خارجي (على سبيل المثال ، يتم الضغط على المفتاح ، ويتم اكتمال استقبال البيانات ، وما إلى ذلك) ، يقطع متحكم تنفيذ البرنامج الحالي ويتحول إلى تنفيذ برنامج خدمة المقاطعة المقابل. تمكن هذه الآلية متحكم من الاستجابة للأحداث الخارجية في الوقت الفعلي ، وتحسين الوقت الفعلي وموثوقية النظام.
أثناء تشغيل متحكم ، تقرأ وحدة المعالجة المركزية أولاً تعليمة من ذاكرة البرنامج وتنفيذ التعليمات. قد يتضمن تنفيذ التعليمات عمليات مثل قراءة البيانات ومعالجة وتخزين والتحكم في الأجهزة الطرفية. عند حدوث حدث خارجي ، يحدد وحدة التحكم الدقيقة ما إذا كان من الضروري مقاطعة تنفيذ البرنامج الحالي وفقًا لأولوية المقاطعة وتنفيذ برنامج خدمة المقاطعة المقابل. بعد تنفيذ برنامج خدمة المقاطعة ، سيعود متحكم microcontroller إلى نقطة تنفيذ البرنامج الأصلية لمواصلة تنفيذ البرنامج.
رابعا. الظروف تشغيل متحكم
من أجل ضمان أن تفي التشغيل الطبيعي والمستقر بالتحكم الدقيق بالشروط الأساسية الثلاثة التالية:
مزود الطاقة:يحتاج المتحكم إلى العمل تحت مصدر طاقة معين. عادةً ما يتم توفير مصدر طاقة التشغيل بواسطة دائرة مصدر الطاقة ، وعادة ما يكون نطاق الجهد 3 ~ 5 فولت. مرة أخرى.
إعادة ضبط الدائرة:يتم استخدام دائرة إعادة الضبط لإنشاء مستوى إعادة تعيين متحكم. في اللحظة التي يحصل فيها Microcontroller على إمدادات الطاقة ، ستوفر دائرة إعادة التعيين مستوى إعادة التعيين إلى المتحكم الدقيق لإعادة ضبطه. بعد إعادة التعيين ، يبدأ متحكم العمل من الحالة الأولية.
دائرة التذبذب على مدار الساعة: دائرة التذبذب على مدار الساعة هي الأساس للتشغيل الطبيعي للونرولر. يتم قيادة العمليات المختلفة من متحكم (على سبيل المثال ، بيانات المتجر/الجلب ، التخزين التناظري ، وما إلى ذلك) بواسطة نبضات على مدار الساعة. فقط تحت عمل نبض الساعة يمكن أن يعمل متحكم بطريقة منظمة.
خامسا. الاستنتاج
كمكون أساسي في التكنولوجيا الإلكترونية الحديثة ، يرتبط تاريخ تطوير متحكم بشكل وثيق مع تقدم التكنولوجيا الإلكترونية. من خلال المقدمة التفصيلية لتعريفها ومبدأ العمل وظروف العمل ، يمكننا أن يكون لدينا فهم أعمق للموضع والدور المهم للموكّع في التكنولوجيا الحديثة. مع التقدم المستمر للتكنولوجيا وتوسيع حقول التطبيق ، سيتم تحسين أداء ووظائف متحكمات الدقيقة وإتقانها ، مما يؤدي إلى ضخ حيوية جديدة في التطور المستقبلي للعلوم والتكنولوجيا.