میکروکنترلر چیست؟ (آی سی STM32)

اگر بخواهیم تعریف خیلی ساده و قابل فهمی از میکروکنترلر ارائه دهیم، می‌توانیم بگوییم: «میکروکنترلر، یک کامپیوتر بسیار کوچک است که از جمع‌آوری قطعات الکترونیکی مختلف در یک فضای بسیار کوچک به وجود می‌آید. آی سی STM32 هم خانواده‌ای از میکروکنترلرهای 32 بیتی است که به دلیل عملکرد عالی، تنوع در مدل‌ها و مصرف پایین برق، محبوبیت و معروفیت بالایی دارند. در این مقاله تصمیم داریم در مورد میکروکنترلرها حرف بزنیم و به معرفی آن‌ها به صورت مختصر و مفید بپردازیم. در صورت تمایل به آشنایی با این سیستم کنترلی، تا انتهای این مقاله با ما همراه شوید.

میکروکنترلر چیست؟ چند تعریف معمول برای میکروکنترلرها

میکروکنترلر، در واقع یک چیپ الکترونیکی قابل برنامه‌ریزی یا یک کامپیوتر بسیار کوچک است که با جمع‌آوری سایر قطعات الکترونیکی در یک فضای کوچک، اجزای یک کامپیوتر ساده را فراهم می‌کند. در حال حاضر تعاریف مختلفی برای میکروکنترلر وجود دارد که در ادامه چند مورد از آن‌ها را به صورت گذرا بیان خواهیم کرد:

• میکروکنترلرها، یک سیستم کامپیوتری مقیاس‌پذیر هستند که می‌توان از آن‌ها برای کاربردهایی با نیازهای مختلف استفاده کرد.
• میکروکنترلر، یک سیستم کامپیوتری خودمختار است که برای کنترل یک دستگاه یا فرایند خاص طراحی می‌شود. این سیستم‌های کامپیوتری خودمختار، اندازه کوچک و قیمت پایینی دارند و به همین دلیل می‌توان از آن‌ها برای کارهای گوناگونی استفاده کرد.
• میکروکنترلر، یک سیستم رایانه‌ای یکپارچه است که تمام اجزای موردنیاز برای کنترل یک دستگاه یا فرآیند را در برمی‌گیرد. این اجزا شامل CPU، حافظه، I/O، و گاهی اوقات سایر مدارهای جانبی مانند مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC) و مبدل های دیجیتال به آنالوگ (DAC) هستند.

آی سی STM32 چیست؟

میکروکنترلرهای STM32، خانواده‌ای از میکروکنترلرهای 32 بیتی است که عملکرد بالا، مصرف برق کم و مدل‌های متنوعی دارند. خصوصیت مهم آی سی STM32 این است که از هسته قدرتمند ARM Cortex-M در آن‌ها استفاده شده است و به همین دلیل توانایی آن‌ها در زمینه پردازش عالی است و زمان پاسخ‌گویی بسیار پایینی هم دارند. آی سی STM32 را شرکتی به نام « STMicroelectronics» تولید و روانه بازار می‌کند.

کاربردهای آی سی STM32

آی سی STM32 در زمینه‌های مختلفی به کار می‌رود. در ادامه این بخش از مقاله تصمیم داریم چند مورد از مهم‌ترین کاربردهای STM32 را بیان کنیم و مورد بررسی قرار دهیم:

• اینترنت اشیا: جمع‌آوری و ارسال داده‌های حسگر از محیط‌زیست، تجهیزات صنعتی و تاسیسات، کنترل و نظارت از راه دور دستگاه‌ها و سیستم‌ها از طریق اینترنت و ایجاد خانه‌های هوشمند، اتومبیل‌های متصل و شهرهای هوشمند، چند مورد از کاربردهای STM32 در عرصه اینترنت اشیا است.
• اتوماسیون صنعتی: آی سی STM32 در اتوماسیون صنعتی هم به کار می‌رود. از جمله کاربردهای این نوع میکروکنترلر در اتوماسیون صنعتی می‌توان به کنترل ربات‌ها، سیستم‌های نقاله، بازوهای رباتیک و سایر تجهیزات در کارخانه‌ها، بهینه‌سازی فرایندهای تولید برای افزایش کارایی و کاهش ضایعات و جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌ها برای بهبود عملکرد سیستم‌ها اشاره کرد.
• تجهیزات پزشکی: از آی سی STM32 در تجهیزات پزشکی برای کنترل دستگاه‌های تنفس مصنوعی، پمپ‌های انسولین، مانیتورهای قلب، جمع‌آوری و پردازش داده‌های بیمار و ارائه نظارت و پشتیبانی از راه دور استفاده می‌شود.
• هوشمندسازی ساختمان: از آی سی STM32 برای کنترل سیستم‌های هوشمند ساختمان مانند سیستم‌های روشنایی، سیستم‌های سرمایش و گرمایش، سیستم‌های امنیتی و غیره استفاده می‌شود.

مواردی که در این بخش از مقاله بیان کردیم، تنها چند مورد از کاربردهای آی سی STM32 است. این میکروکنترلرها در صنایع مخابراتی، امنیتی، نظامی، اسباب بازی‌ها و لوازم خانگی هم به کار می‌رود.

اجزای مختلف میکروکنترلرها

در این بخش از مقاله در مورد اجزای مختلف میکروکنترلرها و کاری که انجام می‌دهند، صحبت خواهیم کرد:

• پردازنده مرکزی یا CPU: پردازنده مرکزی، همان مغز میکروکنترلر است و کارهایی مثل استخراج و پردازش داده ها و محاسبات مربوط به میکروکنترلر را انجام می‌دهد.
• حافظه: حافظه میکروکنترلر، محلی برای ذخیره‌سازی اطلاعات و دستورهاست. دو نوع حافظه اصلی در میکروکنترلرها وجود دارد: حافظه فلش که مسئول ذخیره داده‌ها و برنامه به صورت دائمی است و حافظه RAM که برای ذخیره داده‌ها و متغیرها به صورت موقت مناسب است.
• ورودی و خروجی: ورودی و خروجی، پل ارتباطی بین میکروکنترلر و سایر تجهیزات است. میکروکنترلرها از طریق بخش‌های ورودی و خروجی، سیگنال‌هایی را از سنسورها، دکمه‌ها و سایر دستگاه‌ها دریافت و سیگنال‌هایی را به موتورها، LEDها و سایر دستگاه‌ها ارسال می‌کنند.
• تایمر میکروکنترلر: تایمرها تمام عملیات مربوط به زمان‌بندی و شمارش را زیر نظر دارند و از آن‌ها پشتیبانی می‌کنند. از وظایف تایمرها می‌توان به شمارش پالس خارجی و عملیات تولید پالس، توابع کلاک، ساخت نوسانات و اندازه‌گیری پالس نام برد.
• مبدل آنالوگ – دیجیتال: وظیفه اصلی مبدل آنالوگ – دیجیتال، تبدیل سیگنال‌های آنالوگ پیوسته به مقادیر دیجیتال گسسته است که توسط میکروکنترلر قابل درک و پردازش هستند.

شیوه عملکرد میکروکنترلر چگونه است؟

اگر بخواهیم شیوه عملکرد میکروکنترلرها را به صورت مختصر و مفید توضیح دهیم، می‌توانیم بگوییم که درون همه میکروکنترلرها، قطعه‌ای به نام CPU یا پردازنده مرکزی وجود دارد. وقتی اطلاعات از بخش ورودی وارد میکروکنترلر می‌شود، CPU آن‌ها را پردازش می‌کند. سپس هماهنگی‌های لازم را با حافظه انجام می‌دهد و در نهایت، دستورها را بر محتوای خروجی اعمال می‌کند.

سخن پایانی

در این مقاله در مورد مفهوم میکروکنترلر و آی سی STM32 صحبت کردیم. امیدواریم نکات و آموزه‌هایی که در این مقاله بیان کردیم، آگاهی شما را نسبت به دنیای میکروکنترلرها به اندازه کافی بالا برده باشد. غیر از کاربردهایی که در این مقاله برای میکروکنترلرها بیان کردیم، چه کاربردهای دیگری برای این ریزپردازنده‌های کنترلی سراغ دارید؟ لطفاً نظرها و پرسش‌های خود را با ما و سایر همراهان در بخش دیدگاه‌ها (زیر این مقاله) به اشتراک بگذارید.