الكمبيوتر بِشكل عام هو جهاز للأغراض العامة يُمكننا استخدامه لتحرير الكلمات ومشاهدة الأفلام وتَحرير مقاطع الفيديو وتَصفح الويب وتَطوير البرامج وما إلى ذلك

بينما يَهدف المُتحكم الدقيق إلى القيام بِبعض المهام المحددة مثل التحكم في الغسالة والتحكم في تكييف الهواء وما إلى ذلك .

مَاهو المُتحكم الدقيق (Microcontroller) ؟

المُتحكم الدقيق عبارة عن دائرة مُتكاملة (IC) وهو كمبيوتر صغير ومنخفض التكلفة ومكتفٍ ذاتيًا مُصممًا للتعامل مع مهمة محددة في الأنظمة المدمجة بِأوامر بَسيطة

المتحكم الدقيق MCU)) هو كمبيوتر صغير مدمج في شريحة واحدة يُمكننا أيضًا شرحها على أنها شريحة سيليكون قابلة للبرمجة

تَعمل على مَدار الساعة تقبل الإدخال وتوفر الإخراج بعد مُعالجتها وفقًا للإرشادات المخزنة في الذاكرة .

كيف يَعمل المُتحكم الدقيق ؟

يَقوم المتحكم بمعالجة البيانات المعطاة عَبر اطراف الإدخال الخاصة به بِاستخدام وحدة المعالجة المركزية الخاصة به

ثُم يعالج تلك البيانات ويعطي الإخراج عبر منافذ الإخراج و ينفذ أو يتم تشغيله بواسطة دائرة مَنطقية متزامنة و متسلسلة.

وفقًا لنظرية الدوائر الرقمية فإن الدائرة المتسلسلة هي دَائرة منطقية لا يَعتمد ناتجها فقط على المدخلات الحالية ولكن أيضًا على سجل الإدخال السابق

وفي الدوائر المتسلسلة المتزامنة تَتغير حالة الجهاز فقط في تَوقيت منفصل تحدده إشارة النبضة ، الشيء المميز الرئيسي للنظام المتزامن هي بَساطتهُ عند مقارنته بنظام آخر غير مُتزامن.

يَستخدم المُتحكم الدقيق كمية هائلة من البوابات المنطقية لمُعالجة البيانات ، تَتطلب هذه البوابات بَعض الوقت لتغيير حالة إخراجها اعتمادًا على مدخلاتها

والتي تُسمى تأخير الانتشار لذلك يجب أن يكون الفاصل الزمني بين كل نبضة على مَدار الساعة أكبر من تأخير الانتشار لجعل الدائرة المنطقية مُستقرة وموثوقة لذلك يُحدد الحد الأقصى لسرعة التشغيل للمتحكم الدقيق.

عَناصر ومُكونات المتحكمات الدقيقة

⦁ وحدة المعالجة المركزية (CPU)

وَحدة المعالجة المركزية مُشابهة للمعالج الموجود في الكمبيوتر والذي يتكون أساسًا من الوحدة الحسابية والمنطقية (ALU) ووحدة التحكم ومصفوفة التسجيل

كَما يشير الاسم تقوم ALU بِتنفيذ جميع العمليات الحسابية والمنطقية على البيانات المُستلمة من أجهزة الإدخال أو الذاكرة.

⦁ الذاكرة العشوائية (RAM)

تُستخدم ذاكرة الوصول العشوائي لِتخزين البيانات ديناميكيًا أثناء قيام المُتحكم الدقيق بتنفيذ التعليمات إنها ذاكرة متقلبة وهذا يَعني أنه عندما تنقطع الطاقة تَختفي جميع البيانات.

⦁ ذاكرة القراء فقط (ROM)

في المُتحكم الدقيق القديم كَانت الذاكرة قابلة للبرمجة مرة واحدة وهذا هو سبب تَسميتها ROM ولكن في أحدث المتحكمات الدقيقة يُمكن إعادة برمجتها

أي EEPROM (ذاكرة للقراءة فقط قابلة للمسح كهربائيًا وقابلة للبرمجة) تستخدم ROM لتخزين البرنامج أو التعليمات التي يجب تنفيذها.

⦁ منافذ الإدخال والإخراج (i/o)

تُوفر وحدات التحكم الدقيقة العديد مِن منافذ الإدخال والاخراج للأغراض العامة (GPIO) والتي يُمكن تهيئتها كمدخل أو منفذ إخراج عن طريق الكتابة إلى سِجلات تكوين معينة

يُمكن لهذه المنافذ قراءة أو كتابة حالة عالية أو منخفضة من و إلى منافذها مما يجعل من الممكن التفاعل مع العالم الخارجي .

لماذا نَحتاج المُتحكم الدقيق ؟

يُمكن برمجة وحدة التحكم الدقيقة للقيام بِمهمة محددة بناءً على مَجموعة التعليمات والقدرات الخاصة بِها وفي بِعض الأحيان تُكون الحلول معقدة للغاية

كما تصبح الدوائر معقدة للغاية إذا حاولنا حلها باستخدام الأجهزة فقط.

تخيل أنك تريد إنشاء مبنى كبير ، فإن استخدام الطوب سيجعل عملية البناء بسيطة وفعالة من حيث التكلفة

وسيمنحك أيضًا الحرية في جعل المبنى بالشكل والحجم الذي تريده وكذلك الأمر في التعليمات المحددة في المتحكم الدقيق

حيث تعد اللبنات التي يمكنك استخدامها لحل مشكلتك وباستخدام هذه التعليمات يمكنك بسهولة حل أي برنامج معقد.

تَطبيقات المُتحكم الدقيق

فقط تَوقف مؤقتًا عن القراءة للحظة وانظر حَولك في المنزل ، يُمكنك مشاهدة التلفاز، وجهاز التحكم عن بعد في التلفاز وفرن الميكروويف والغسالة ، و مكيف الهواء كُل شيء حولك يَستخدم متحكمًا دقيقًا .

انواع المُتحكمات الدقيقة (Microcontroller)

• 8051 Microcontrollers
• PIC Microcontrollers
• ARM Microcontrollers
• AVR Microcontrollers

مُميزات المُتحكم الدقيق

• حجم صغير .
• منخفض الكلفة .
• استهلاك أقل للطاقة .

مصدر المقال : اضغط هنا

• إعداد : المهندس عبدالرحمن الحمادي
• تدقيق : المهندس بشار الحجي