تحقیق میکروکنترلر

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 تحقیق میکروکنترلر دارای ۴۸ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد تحقیق میکروکنترلر  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی تحقیق میکروکنترلر،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن تحقیق میکروکنترلر :

مقدمه

میکروکنترلر در واقع یک ریز پردازنده تک تراشه ای است که شامل حافظه داده ، حافظه برنامه ، ورودی و خروجی سریال و موازی ، تایمرها ، وقفه های بیرونی و داخلی      می باشد که تمامی آنها روی یک تراشه واحد مجتمع شده اند و می توان آن را به قیمتی کمتر از ۲ دلار تهیه نمود۰ بر اساس تخمین های زده شده به طور متوسط تعداد ۳۵ میکرو کنترلر در وسایل خانگی یک خانواده متوسط آمریکایی وجود دارد۰ بیش از ۳۴ درصد میکروکنترلرها در اتوماسیون اداری نظیر چاپگرهای لیزری ، دستگاه های نمابر تلفنهای هوشمند و نظایر آنها به کار برده می شوند۰ بیش از یک سوم میکروکنترلرها در لوازم خانگی الکترونیکی به کار برده شده اند۰ در این دسته بندی تولیداتی نظیرCD  player  ، تجهیزات صوتی hi-fi ، بازیهای ویدیویی ، ماشین لباسشویی ، دستگاههای پخت و پز و نظایر آنها قرار دارند۰

بازار تجهیزات مخابراتی ،ادوات نظامی و تجهیزات مربوط به اتومبیل ها بخش باقیمانده از سهم کاربرد میکروکنترلرها را به خود اختصاص داده اند۰

میکروکنترلرها به طور معمول با استفاده از زبان اسمبلی مربوطه ، برنامه ریزی می شده اند۰ میکروکنترلرهای ساخت تولید کنندگان مختلف ، زبانهای اسمبلی متفاوتی دارند۰ زبان اسمبلی شامل عبارتهای کوتاهی برای دستورالعمل ها است به خاطر سپردن این عبارتها مشکل است ونیز برنامه های تهیه شده برای یک میکروکنترلر برای سایر انواع دیگر میکروکنترلرها قابل استفاده نمی باشد۰ سختی کار با زبان اسمبلی به خصوص در پیاده سازی پروژه های پیچیده ، متداولترین شکایتی است که در رابطه با برنامه ریزی میکروکنترلرها مطرح می شود۰ راه حل این مسئله ، استفاده از زبانهای سطح بالا       می­باشد۰ با این کار ، عملیات برنامه ریزی ساده تر گشته ، برنامه خواناتر و انعطاف پذیرتر شده و پشتیبانی از آن نیز ساده تر می گردد۰ برای اغلب میکرو کنترلرها  کامپایلرهای   C و BASIC متفاوتی موجود می باشند۰ کامپایلرهای BASIC معمولا‌ً به صورت مفسر بوده و کدهای حاصل از آنها کند می باشند۰

یکی دیگراز معایب زبان BASIC این است که اغلب کامپایلرهای BASIC  ساختیافته نیستند در نتیجه برنامه سازی با آن کار دشواری می باشد۰ در این پروژه از یک کامپایلر حرفه ای C با تمام قابلیتهای آن جهت برنامه ریزی میکرو کنترلر خود استفاده خواهیم کرد۰ AT89C2051 متعلق به خانواده استاندارد میکروکنترلرهای ۸۰۵۱ می باشد۰ AT89C2051 یک مدار مجتمع ۲۰ پایه می باشد که از لحاظ کد، کاملاً سازگار با برادر بزرگترش ۸۰۵۱ است۰ این مدار مجتمع دارای یک درگاه سریال­، ۱۵ بیت ورودی / خروجی موازی ، ۲ عدد تایمر / شمارنده ، ۶ منبع وقفه ، ۱۲۸ بایت حافظه RAM برای داده ها و ۲ کیلو بایت حافظه فلش قابل برنامه ریزی مجدد برای ذخیره  کردن برنامه می باشد۰ دلایل زیادی برای انتخاب AT89C2051  وجود دارد­، از آن جمله می توان به سازگاری کامل آن با خانواده ۸۰۵۱ و سهولت پاک کردن و برنامه ریزی مجدد   آن ، اشاره کرد۰ برای این مدار مجتمع نیازی به استفاده از اشعه ماوراء بنفش جهت پاک کردن حافظه برنامه نیست۰ حافظه را می توان با استفاده از یک مدار برنامه ریزی کننده ارزان قیمت پاک کرده و مجدداً آن را برنامه ریزی نمود۰ از دلایل دیگر انتخاب AT89C2051  کوچکی و ارزان بودن آن است۰

سیستم های میکرو کامپیوتری:

اصطلاح میکروکامپیوتر برای توصیف سیستمی به کار می رود که شامل یک ریز پردازنده، حافظه برنامه، حافظه داده و یک ورودی / خروجی ( I / O ) است۰ برخی از سیستم های میکرو کامپیوتری شامل اجزاء اضافی نظیر تایمرها ، شمارنده ها و مبدل های آنالوگ به دیجیتال هستند۰ با این تفاسیر می توان گفت که تمام موارد ، از یک سیستم کامپیوتر بزرگ که دارای چندین هارددیسک ، فلاپی درایو و چاپگر است ، تا یک سیستم کامپیوتری تک تراشه­ای ، در زمره سیستم­های میکرو کامپیوتری به حساب      می­ آیند۰

سیر تکاملی میکرو کنترلرها

اولین میکروکنترلرها در اواسط دهه ۱۹۷۰ ساخته شدند۰ این میکروکنترلرها در ابتدا پردازنده های ماشین حساب بودند که دارای حافظه برنامه کوچکی از نوع ROM  ، حافظه داده بسیار محدود از نوع RAM و تعدادی درگاه ورودی / خروجی بودند۰

با توسعه فناوری سیلیکون ، میکروکنترلرهای ۸ بیتی قو یتری ساخته شدند۰

در این میکروکنترلرها علاوه بر بهینه شدن دستور العمل ها ، تایمر/ شمارنده روی تراشه­، امکانات وقفه و کنترل بهینه شدن خطوط I / O  نیز به آنها اضافه شده است۰ حافظه موجود بر روی تراشه هنوز هم محدود می باشد و در بسیاری موارد کافی نیست۰ یکی از پیشرفتهای قابل توجه در آن زمان، قابلیت استفاده از حافظه EPROM قابل پاک شدن با اشعه ماوراء بنفش روی تراشه بود۰ این قابلیت ، زمان طراحی و پیاده سازی محصول را به طور محسوسی کاهش داد و نیز برای اولین بار امکان استفاده میکروکنترلرها را در کاربردهایی که حجم تولید پایینی دارند ، فراهم ساخت۰

خانواده ۸۰۵۱ در اوایل دهه ۱۹۸۰ توسط شرکت اینتل معرفی گردید۰ از آن زمان تا کنون ، ۸۰۵۱ یکی از محبوبترین میکروکنترلرها بوده و بسیاری از شرکتهای دیگر نیز به تولید آن اقدام کرده اند۰ در حال حاضر مدل های مختلفی از ۸۰۵۱ وجود دارد که در بسیاری از آنها امکاناتی نظیر مبدل آنالوگ به دیجیتال ، حجم نسبتاً بزرگ از حافظه برنامه و حافظه داده ، مدولاتور عرض پالس ( PWM ) در خروجیها و حافظه فلش ( flash ) که امکان پاک کردن و برنامه ریزی مجدد آن توسط سیگنال های الکتریکی وجود دارد ، تعبیه شده است۰

میکروکنترلرها اکنون به سمت ۱۶ بیتی شدن در حرکت هستند۰ میکروکنترلرهای ۱۶  بیتی، پردازنده هایی با کارآیی بالا ( نظیر پردازش سیگنال های دیجیتال ) می باشند که در کنترل فرآیند های بلادرنگ و در مواردی که حجم زیادی از عملیات محاسباتی مورد نیاز است ، به کار برده می شوند۰

بسیاری از میکروکنترلرها ۱۶ بیتی ، امکاناتی نظیر حجم زیاد حافظه برنامه و حافظه داده ، مبدل های آنالوگ به دیجیتال چند کانالی ، تعداد زیادی درگاه I / O   ، چندین درگاه  سریال ، عملکردهای بسیار سریع ریاضی و منطقی و مجموعه دستورالعمل های بسیار قدرتمند با قابلیت پردازش سیگنال را دارا می باشند۰

معماری داخلی میکرو کنترلرها

ساده­ترین معماری میکرو کنترلر، متشکل از یک ریزپردازنده، حافظه و درگاه ورودی/ خروجی است ۰ ریز پردازنده نیز متشکل از واحد پردازش مرکزی ( CPU )  و واحد کنترل  (CU )  است ۰

CPU  در واقع مغز یک پردازنده است و محلی است که در آنجا تمامی عملیات ریاضی و منطقی ، انجام می شود۰ واحد کنترل ، عملیات داخلی ریز پردازنده را کنترل می کند و سیگنال های کنترلی را به سایر بخشهای ریز پردازنده ارسال می کند تا دستور العمل های مورد نظر انجام شوند۰

حافظه بخش خیلی مهمی از یک سیستم میکروکامپیوتری است ۰ ما می توانیم بر اساس به کار گیری حافظه آن را به دو گروه دسته بندی کنیم : حافظه برنامه و حافظه داده ۰ حافظه داده ، تمام کد برنامه را ذخیره می کند۰ این حافظه معمولاً از نوع حافظه فقط خواندنی (ROM )  می باشد۰ انواع دیگری از حافظه ها نظیر  EPROM و حافظه های فلش  ( EPROM )  برای کاربردهایی که حجم تولید پایینی دارند و همچنین هنگام پیاده سازی برنامه به کار می روند۰ حافظه داده از نوع حافظه خواندن / نوشتن ( RAM )  می باشد۰ در کاربردهای پیچیده که به حجم بالایی از حافظه RAM نیاز داریم ، امکان اضافه کردن تراشه های حافظه بیرونی به اغلب میکروکنترلرها وجود دارد۰

درگاههای ورودی / خروجی ( I / O )  به سیگنال های دیجیتال بیرونی امکان می دهند که با میکروکنترلر ارتباط پیدا کند۰ درگاههای I /O  معمولاً به صورت گروههای ۸ بیتی دسته بندی می شوند و به هر گروه نیز نام خاصی اطلاق می شود۰ به عنوان مثال ، میکروکنترلر ۸۰۵۱ دارای ۴ درگاه ورودی / خروجی ۸ بیتی می باشد که

P3 . P2 . P1 . P0 نامیده می شوند ۰ در تعدادی از میکروکنترلرها ، جهت خطوط درگاه  I /O قابل برنامه ریزی می باشد۰ لذا بیت های مختلف یک درگاه را می توان به صورت ورودی یا خروجی برنامه­ریزی نمود۰ در برخی دیگر از میکروکنترلرها ( ازجمله میکروکنترلرهای خانواده ۸۰۵۱ ) درگاه­های I / O به صورت دو طرفه می باشند۰ هر خط از درگاه  I / O  این گونه میکروکنترلرها را می توان به صورت ورودی و یا خروجی مورد استفاده قرار داد۰ معمولاً ، این گونه خطوط خروجی ، به همراه مقاومتهای pull-up بیرونی به کار برده می شوند ۰

خانواده ۸۰۵۱

خانواده ۸۰۵۱ یک  خانواده میکرو کامپیوتر ( میکروکنترلر ) ۸ بیتی تک تراشه ای استاندارد است که بسیار محبوب و عامه پسند می باشد و توسط سازندگان مختلف با قابلیت های متفاوت تولید می گردد۰ آی سی استاندارد اصلی که اولین عضو این خانواده می باشد ، ۸۰۵۱ است که یک میکروکنترلر ۴۰ پایه می باشد۰ هم اکنون این آی سی با پیکر بندی های مختلف موجود می باشد۰ ۸۰C51 نوع CMOS  و کم مصرف این خانواده است۰ ۸۷۵۱ دارای حافظه برنامه از نوع EPROM است که عمدتاً در هنگام پیاده سازی به کار برده می شود۰

۸۹C51 نیز دارای حافظه فلش قابل برنامه ریزی و پاک شدن (PEROM) است لذا بدون نیاز به پاک کردن با اشعه ماوراء بنفش می توان حافظه برنامه را برنامه ریزی کرد۰  ۸۰۵۲ عضو بهینه شده این خانواده می باشد و حافظه RAM  آن بیشتر بوده و تعداد تایمر / شمارنده آن نیز بیشتر است۰ انواع مختلفی از خانواده ۴۰ پایه وجود دارد که دارای مبدل های آنالوگ به دیجیتال ، مدولاتورهای عرض پالس و نظایر آن هستند۰ در بخش پایین خانواده ۸۰۵۱ ، میکرو کنترلرهای ۲۰ پایه قرار دارند که از لحاظ کد ، سازگاری کاملی با انواع ۴۰ پایه دارند۰ این ادوات ۲۰ پایه برای کاربردهایی با پیچیدگی کمتر که نیاز به خطوط I /O  کمتری دارند و نیز برای کاربردهایی که باید مصرف توان کمتری داشته باشند ( مثل سیستم های قابل حمل  ) ساخته شده اند۰ 

آی سی های AT89C2051 و AT89C1051 ( ساخت شرکت Atmel ) چنین میکروکنترلرهایی هستند که از لحاظ کد سازگاری کاملی با خانواده ۸۰۵۱ دارند و مصرف توان آنها نیز کمتر است۰ جدول ۱-۱ فهرستی از مشخصات برخی از اعضای خانواده ۸۰۵۱ را ارائه می کند دلایل انتخاب AT89C2051  عبارتند از قیمت ارزان ، توان مصرفی کم ، حجم کوچک (۲۰ پایه) و قابلیتهای زیاد اطلاعات کاملتر در مورد این میکروکنترلرها را می توانید از برگه مشخصات آنها که توسط سازندگان ارائه می شوند  استخراج کنید۰