هل تعرف كيفية اختيار أفضل متحكم للمشاريع القائمة على وحدة التحكم الدقيقة؟ يعد اختيار وحدة التحكم الدقيقة المناسبة لتطبيق معين أحد أهم القرارات التي تتحكم في نجاح المهمة أو فشلها.
هناك مختلف أنواع الميكروكونترولر متوفر وإذا قررت أي سلسلة ستستخدم ، يمكنك بسهولة بدء تصميم النظام المضمن الخاص بك. يجب أن يكون للمهندسين معاييرهم الخاصة من أجل الاختيار الصحيح.
هنا في هذه المقالة ، سنناقش الاعتبارات الأساسية في اختيار متحكم دقيق.
ميكروكنترولر لتصميم النظام المدمج
في كثير من الحالات ، بدلاً من امتلاك معرفة تفصيلية حول متحكم دقيق مناسب للمشروع ، غالبًا ما يختار الأشخاص متحكمًا بشكل عشوائي. هذه فكرة سيئة.
الأولوية القصوى لاختيار متحكم هو الحصول على معلومات عن النظام مثل مخطط الكتلة ، ومخطط التدفق ، والأجهزة الطرفية للإدخال / الإخراج.
فيما يلي أهم 7 طرق يجب اتباعها لضمان تحديد وحدة التحكم الدقيقة الصحيحة.
اختيار قليلا من متحكم
تتوفر وحدات التحكم الدقيقة بمعدلات بت مختلفة مثل معدلات 8 بت و 16 بت و 32 بت. يشير عدد البتات إلى حجم خطوط البيانات التي تحد من البيانات. اختيار أفضل متحكم لتصميم النظام المضمن مهم من حيث اختيار البت. يزداد أداء الميكروكونترولر مع زيادة حجم البت.
متحكمات 8 بت :
ميكروكنترولر 8 بت
تحتوي وحدات التحكم الدقيقة 8 بت على 8 خطوط بيانات يمكنها إرسال واستقبال بيانات 8 بت في المرة الواحدة. لا تحتوي على وظائف إضافية مثل الاتصال التسلسلي للقراءة / الكتابة وما إلى ذلك. تم تصميمها بذاكرة أقل على الرقاقة ، وبالتالي فهي تستخدم للتطبيقات الأصغر. وهي متوفرة بتكلفة أرخص. ومع ذلك ، في حالة زيادة تعقيد مشروعك ، فانتقل إلى وحدة تحكم دقيقة أخرى أعلى بت.
متحكم 16 بت:
متحكم 16 بت
تحتوي وحدات التحكم ذات 16 بت على 16 خط بيانات يمكنها إرسال واستقبال بيانات 16 بت في المرة الواحدة. ليس لديها أي وظائف إضافية مقارنة بوحدات تحكم 32 بت. إنه مشابه للميكروكونترولر 8 بت ولكنه يضاف مع بعض الميزات الإضافية.
أداء متحكم 16 بت أسرع من وحدات تحكم 8 بت وهو فعال من حيث التكلفة. إنه قابل للتطبيق على التطبيقات الصغيرة. إنها نسخة متقدمة من ميكروكنترولر 8 بت.
متحكم 32 بت :
متحكم 32 بت
تحتوي وحدات التحكم الدقيقة 32 بت على 32 سطرًا من البيانات التي تُستخدم لإرسال واستقبال بيانات 32 بت في المرة الواحدة. تحتوي وحدات التحكم الدقيقة المكونة من 32 وحدة على بعض العقود المستقبلية الإضافية مثل SPI و I2C ووحدات النقطة العائمة والوظائف المتعلقة بالعملية.
تم تصميم وحدات التحكم الدقيقة 32 بت بأقصى نطاق للذاكرة على الرقاقة ، وبالتالي تُستخدم للتطبيقات الأكبر. الأداء سريع جدًا وفعال من حيث التكلفة. إنها نسخة متقدمة من ميكروكنترولر 16 بت.
اختيار الأسرة من متحكم
هناك العديد من البائعين الذين يصنعون بنى مختلفة لوحدة التحكم الدقيقة. ومن ثم فإن كل متحكم لديه تعليمات فريدة ومجموعة تسجيل ولا يوجد متحكمات متشابهتان مع بعضهما البعض.
لن يعمل البرنامج أو الكود المكتوب لميكروكونترولر على المتحكم الآخر. تتطلب المشاريع المختلفة القائمة على وحدات التحكم الدقيقة مجموعات مختلفة من وحدات التحكم الدقيقة.
العائلات المختلفة للميكروكونترولر هي عائلة 8051 وعائلة AVR وعائلة ARM وعائلة PIC وغيرها الكثير.
عائلة AVR من ميكروكنترولر
عائلة AVR من ميكروكنترولر
يقبل متحكم AVR حجم التعليمات 16 بت أو 2 بايت. يتكون من ذاكرة فلاش تحتوي على عنوان 16 بت. هنا يتم تخزين التعليمات مباشرة.
ميكروكنترولر AVR- ATMega8 ، ATMega32 تستخدم على نطاق واسع.
عائلة الموافقة المسبقة عن علم من ميكروكنترولر
عائلة الموافقة المسبقة عن علم من ميكروكنترولر
يقبل متحكم PIC كل تعليمة تعليمات 14 بت. يمكن لذاكرة الفلاش تخزين عنوان 16 بت. إذا تم تمرير أول 7 بتات إلى ذاكرة الفلاش ، فيمكن تخزين البتات المتبقية لاحقًا.
ومع ذلك ، إذا تم تمرير 8 بتات ، فإن الـ 6 بت المتبقية تضيع. في ملاحظة خفيفة ، هذا يعتمد في الواقع على بائعي التصنيع.
وبالتالي ، فإن اختيار عائلة مناسبة من وحدات التحكم الدقيقة لتصميم النظام المضمن أمر مهم للغاية في هذه العملية.
اختيار معماري لمتحكم دقيق
يعرّف مصطلح 'الهندسة المعمارية' مجموعة من الأجهزة الطرفية التي تُستخدم لأداء المهام. هناك نوعان من هندسة الميكروكونترولر للمشاريع القائمة على المتحكم الدقيق.
من Neumann Architecture
تُعرف الهندسة المعمارية لـ Von Neumann أيضًا باسم Princeton Architecture. في هذه البنية ، تتصل وحدة المعالجة المركزية بحافلة بيانات وعنوان واحدة ، إلى ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة القراءة فقط. تجلب وحدة المعالجة المركزية التعليمات من ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة القراءة فقط في وقت واحد.
عمارة فون نيومان
يتم تنفيذ هذه التعليمات بالتسلسل من خلال ناقل واحد ، وبالتالي يستغرق تنفيذ كل تعليمات المزيد من الوقت. وهكذا يمكننا القول أن عملية هندسة فون نيومان بطيئة للغاية.
هندسة هارفارد
في هندسة هارفارد ، تحتوي وحدة المعالجة المركزية على ناقلين منفصلين هما ناقل العنوان وناقل البيانات للتواصل مع ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة القراءة فقط. تقوم وحدة المعالجة المركزية بجلب وتنفيذ التعليمات من ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة القراءة فقط من خلال ناقل بيانات منفصل وناقل عنوان ، وبالتالي يستغرق تنفيذ كل تعليمات وقتًا أقل ، مما يجعل هذه البنية شائعة للغاية.
هندسة هارفارد
وبالتالي ، بالنسبة إلى أي تصميم نظام مضمن ، فإن أفضل متحكم دقيق هو في الغالب الذي يحتوي على هندسة هارفارد.
مجموعة تعليمات اختيار متحكم
مجموعة التعليمات عبارة عن مجموعة من التعليمات الأساسية مثل الحساب ، الشرطي ، المنطقي وما إلى ذلك والتي يتم استخدامها لإجراء العمليات الأساسية في وحدة التحكم الدقيقة. تعمل بنية وحدة التحكم الدقيقة على أساس مجموعة التعليمات.
بالنسبة لجميع المشاريع القائمة على وحدة التحكم الدقيقة ، تتوفر وحدات التحكم الدقيقة القائمة على مجموعة تعليمات RISC أو CISC.
العمارة القائمة على RISC
RISC تعني كمبيوتر مجموعة التعليمات المخفضة. تقوم مجموعة تعليمات RISC بتنفيذ جميع العمليات الحسابية والمنطقية والشرطية والمنطقية في دورة تعليمات واحدة أو دورتين. نطاق مجموعة تعليمات RISC هو<100.
العمارة القائمة على RISC
تقوم الآلة القائمة على RISC بتنفيذ التعليمات بشكل أسرع نظرًا لعدم وجود طبقة الرمز الصغير. تحتوي بنية RISC على عمليات تخزين تحميل خاصة تُستخدم لنقل البيانات من السجلات والذاكرة الداخلية.
يتم تصنيع شريحة RISC بعدد أقل من الترانزستورات ، وبالتالي تكون التكلفة منخفضة. يفضل استخدام شريحة RISC لأي تصميم نظام مضمن.
العمارة القائمة على CISC
CISC تعني كمبيوتر مجموعة التعليمات المعقدة. تستغرق مجموعة تعليمات CISC أربع دورات تعليمات أو أكثر لتنفيذ جميع التعليمات الحسابية والمنطقية والشرطية والمنطقية. نطاق مجموعة تعليمات CISC هو> 150.
العمارة القائمة على CISC
تقوم الآلة القائمة على CISC بتنفيذ التعليمات بمعدل أبطأ مقارنة ببنية RISC ، لأنه يتم هنا تحويل التعليمات إلى حجم كود صغير قبل تنفيذها.
اختيار ذاكرة متحكم
اختيار الذاكرة مهم جدا في اختيار أفضل متحكم ، لأن أداء النظام يعتمد على الذكريات.
يمكن أن يحتوي كل متحكم دقيق على أي نوع واحد من الذكريات ، وهي:
ذاكرة على رقاقة
ذاكرة خارج الشريحة
ذاكرة على الرقاقة وخارج الرقاقة
ذاكرة على الرقاقة
تشير الذاكرة الموجودة على الشريحة إلى أي ذاكرة مثل ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وذاكرة القراءة فقط (ROM) المضمنة في شريحة وحدة التحكم الدقيقة نفسها. ROM هو نوع من أجهزة التخزين التي يمكنها تخزين البيانات والتطبيقات بشكل دائم داخلها.
ذاكرة RAM هي نوع من الذاكرة يتم استخدامه لتخزين البيانات والبرامج على أساس مؤقت. توفر وحدات التحكم الدقيقة المزودة بذاكرة على الرقاقة معالجة بيانات عالية السرعة ولكن ذاكرة التخزين محدودة. لذلك يتم استخدام ميكروكنترولر خارج الرقاقة لتحقيق إمكانات تخزين ذاكرة عالية.
ذاكرة خارج الشريحة
تشير الذاكرة خارج الشريحة إلى أي ذاكرة مثل ROM و RAM و EEPROM المتصلة خارجيًا. تسمى الذكريات الخارجية أحيانًا بالذكريات الثانوية التي تُستخدم لتخزين كمية كبيرة من البيانات.
بسبب هذه الذاكرة الخارجية ، يتم تقليل السرعة أثناء استرداد البيانات وتخزينها. تحتاج هذه الذاكرة الخارجية إلى اتصالات خارجية حتى يزداد تعقيد النظام.
اختيار رقاقة متحكم
اختيار رقاقة مهم جدا في تطوير مشروع قائم على متحكم . IC ببساطة يسمى الحزمة. الدوائر المتكاملة محمية للسماح بالتعامل السهل وحماية الأجهزة من التلف. تتكون الدوائر المتكاملة من آلاف من المكونات الأساسية في الإلكترونيات مثل الترانزستورات والثنائيات والمقاومات والمكثفات.
تتوفر وحدات التحكم الدقيقة في العديد من أنواع حزم الدوائر المتكاملة ولكل منها مزاياها وعيوبها. IC الأكثر شعبية هو المزدوج في حزمة خط (DIP) ، تُستخدم غالبًا في أي تصميم نظام مضمن.
متحكم DIP (مزدوج الخط)
1. DIP (الحزمة المزدوجة في الخط)
2. SIP (حزمة واحدة في الخط)
3. SOP (حزمة مخطط صغير)
4. QFP (الحزمة المسطحة الرباعية)
5. PGA (Pin Grid Array)
6. BGA (مصفوفة الشبكة الكروية)
7. TQFP (حزمة مسطحة رباعية القصدير)
اختيار IDE للميكروكونترولر
IDE تعني بيئة التطوير المتكاملة وهو تطبيق برمجي يستخدم في معظم المشاريع القائمة على وحدات التحكم الدقيقة. يتكون IDE عادةً من محرر شفرة المصدر ومترجم ومترجم ومصحح أخطاء. يتم استخدامه لتطوير التطبيقات المدمجة. يستخدم IDE لبرمجة متحكم دقيق.
اختيار IDE من ميكروكنترولر
يتكون IDE من المكونات التالية: -
محرر التعليمات البرمجية المصدر
مترجم
المصحح
الروابط
مترجم
محول ملف Hex
محرر
محرر الكود المصدري هو محرر نصوص مصمم خصيصًا للمبرمجين لكتابة الكود المصدري للتطبيقات.
مترجم
المترجم هو برنامج يقوم بترجمة اللغة عالية المستوى (C، Embedded C) إلى لغة على مستوى الآلة (تنسيق 0 و 1). يقوم المترجم أولاً بمسح البرنامج بالكامل ثم يقوم بترجمة البرنامج إلى رمز الجهاز الذي سيتم تنفيذه بواسطة الكمبيوتر.
يوجد نوعان من المجمعين: -
مترجم أصلي
عندما يتم تطوير البرنامج التطبيقي وتجميعه على نفس النظام ، يُعرف باسم المترجم الأصلي. مثال: سي ، جافا ، أوراكل.
عبر مترجم
عندما يتم تطوير برنامج التطبيق على نظام مضيف ويتم تجميعه على النظام الهدف ، يطلق عليه مترجم متقاطع. تم تطوير جميع المشاريع القائمة على المتحكم الدقيق بواسطة المترجم المتقاطع. Ex Embedded C ، تجميع ، ميكروكنترولر.
المصحح
مصحح الأخطاء هو برنامج يستخدم لاختبار وتصحيح البرامج الأخرى مثل البرنامج الهدف. تصحيح الأخطاء هو عملية اكتشاف وتقليل عدد الأخطاء أو العيوب في البرنامج.
الروابط
الرابط هو برنامج يأخذ ملفًا موضوعيًا واحدًا أو أكثر من المترجم ويجمعها في برنامج واحد قابل للتنفيذ.
مترجم
المترجم هو جزء من البرنامج يقوم بتحويل اللغة عالية المستوى إلى لغة يمكن قراءتها آليًا بطريقة سطر بسطر. يتم تفسير كل تعليمات من التعليمات البرمجية وتنفيذها بشكل منفصل بطريقة متسلسلة. إذا تم العثور على أي خطأ في جزء من التعليمات ، فسيتوقف تفسير الكود.
متحكم مختلف مع التطبيقات
فيما يلي ملخص لجدول يقدم معلومات حول وحدات التحكم الدقيقة المختلفة والمشاريع التي يمكن استخدامها فيها.
ميكروكنترولر مختلفة لتطبيقات مختلفة
هل كل شيء جاهز لاختيار أفضل متحكم لمشروعك؟ نأمل الآن ، أن تكون لديك صورة واضحة في ذهنك ، فيما يتعلق بالمتحكم الدقيق الذي سيكون أفضل ملاءمة لنظامك المضمن. للرجوع اليها ، مجموعة متنوعة من المشاريع المدمجة يمكن العثور عليها في موقع edgefxkits.
إليك سؤال أساسي لك - بالنسبة لمعظم المشاريع القائمة على وحدة التحكم الدقيقة ، التي تجمع بين أفضل الميزات التي ذكرناها أعلاه ، ما هي عائلة وحدات التحكم الدقيقة المفضلة في الغالب ولماذا؟
يرجى تقديم إجاباتك مع ملاحظاتك في قسم التعليقات أدناه.
اعتمادات الصورة:
8 بت ميكروكنترولر رابيد اونلاين
16 بت متحكم بواسطة الصناعة المباشرة
32 بت متحكم من قبل رابيد اونلاين
عائلة AVR من ميكروكنترولر بواسطة إلكترولين
عائلة الموافقة المسبقة عن علم من ميكروكنترولر المهندسين المرآب
هارفارد للهندسة المعمارية eecatalog.com
العمارة القائمة على RISC بواسطة Electronicsweekly.com
العمارة القائمة على CISC بواسطة studydroid.com
DIP (مزدوج الخط) متحكم بواسطة t2.gstatic.com
