انواع میکروکنترلرهای AVR و کاربردهای آن، AVR مهمترین خانواده در بین میکروکنترلرهای Atmel است. در حقیقت میکروکنترلر AVR یکی از اقتصادی ترین و منعطف ترین میکروکنترلرهای 8 بیتی می باشد که البته در انواع 16 و 32 بیتی نیز موجود است. میکروکنترلر AVR یک چیپ الکترونیکی است که همچون یک شبکه رایانه ای هوشمند عمل می کند. این چیپ الکترونیکی روی یک صفحه سیلیکونی سوار شده است و قابلیت برنامه نویسی شدن دارد. برنامه نویسی میکروکنترلر AVR توسط کامپایلر صورت می پذیرد. از میکروکنترلر AVR در صنایع دفاعی، صنایع پزشکی، تجهیزات خانه هوشمند و لوازم خانگی استفاده زیادی می شود.
میکروکنترلرهای AVR نوعی چیپ قابل برنامه ریزی برای کنترل تجهیزاتی هستند که نیاز به ذخیره سازی اطلاعات دارند. از اولین عرضه این تراشه ها به بازار چیزی در حدود سی سال می گذرد. معماری این تراشه ها در طی سالیان ارتقا یافت و آنچه که امروزه روزبه عنوان میکروکنترلر AVR وجود دارد یک واحد یونیک روی برد کامپیوتر است. در ادامه با ما همراه باشید تا در مورد میکروکنترلرهای AVR و کاربرد آنها گفتگو کنیم.
تاریخچه انواع میکروکنترلرهای AVR
میکروکنترلرهای AVR برای اولین بار در سال 1996 توسط کمپانی Atmel معرفی شدند. ایده اصلی طراحی و تولید میکروکنترلر AVR مربوط می شد به ایده کوچک کردن قطعات سازنده کامپیوترها. کاهش هزینه های اضافی و افزایش بهره وری از جمله اهدافی بود که در پس طراحی و تولید میکروکنترلر AVR وجود داشت. در ابتدا زبان برنامه نویسی این میکروکنترلرها دودویی بود که کار را برای برنامه نویسان مشکل کرده بود. با این حال بعد از گذشت زمان، امکان استفاده از زبان های برنامه نویسی پیشرفته برای میکروکنترلرهای AVR فراهم شد.
وظیفه اصلی میکروکنترلر AVR چیست؟
می خواهید بدانید کار اصلی میکروکنترلر AVR چیست؟ برای درک بهتر این موضوع بهتر است که میکروکنترلر AVR را در قیاس با کامپیوتری بگذارید که مادربرد در آن به کار رفته است. مادربرد حاوی یک میکروپروسسور می باشد که از طریق آن دسترسی به حافظه RAM، EEPROM و رابط های USB و درایو دیسک میسر می باشد. این در حالی است که میکروکنترلر AVR سیستم را از مادربرد بی نیاز می کند. به واسطه میکروکنترلر AVR می توان CPU، تمام پورت های خروجی و ورودی، حافظه RAM و حافظه ROM را روی یک تراشه مدیریت نمود.
میکروکنترلر AVR در واقع یک مینی کامپیوتر است. با این حال به کار بردن لفظ کامپیوتر برای این تراشه چندان مناسب نیست. این تراشه قادر است روی انواع سیستم های الکتریکی و مکانیکی “کنترل دیجیتالی” اعمال کند. در بسیاری از کارخانه های صنعتی و مجموعه های بزرگ حاوی سیستم های الکترونیکی از این قطعه استفاده می شود.
مزایای انواع میکروکنترلرهای AVR چیست؟
یکی از ویژگی های میکروکنترلر AVR که باعث محبوبیت آن شده است، سرعت بالای این تراشه می باشد. این تراشه قادر است تمامی دستورات را در قالب یک سیکل کاری اجرا نماید و همین موضوع باعث افزایش سرعت 4 برابری میکروکنترلر AVR در مقایسه با میکروکنترلر PIC شده است. این تراشه از لحاظ مصرف انرژی، جزو تراشه های کم مصرف محسوب می شود و در حالت ذخیره انرژی نیز عملکرد خوبی از خود نشان می دهد.
میکروکنترلر AVR در مقایسه با میکروکنترلر PIC دارای سرعت بیشتر، عملکرد بهتر، توان مصرفی پایین تر، قیمت اقتصادی تر، حافظه بزرگتر و معماری قوی تر می باشد. این میکروکنترلر از نوع 8 بیتی، 16 بیتی و 32 بیتی بوده و به خانواده RISC تعلق دارد که البته نوع 16 و 32 بیتی آن جدید می باشند. اجرای دستورات توسط میکروکنترلر AVR به سادگی و سهولت امکانپذیر می باشد.
بخش های مختلف انواع میکروکنترلرهای AVR
میکروکنترلرهای AVR دارای اجزاء سازنده مهمی هستند. در این بخش گریزی به بخش های مهم میکروکنترلر AVR خواهیم زد.
- CPU: اساسی ترین بخش از میکروکنترلر AVR، پردازنده آن است که حکم مغز متفکر میکروکنترلر را دارد.
- Clock: این بخش از میکروکنترلر AVR وظیفه ارسال پالس به بخش مرکزی را دارد. هر چه تعداد پالس های بیشتری در واحد زمان مخابره شود، دستورالعمل ها با سرعت بیشتری به بخش های مختلف ارسال می شوند.
- Flash: حافظه میکروکنترلر AVR شامل سه نوع حافظه SRAM، Flash و EEPROM می شود. Flash حافظه ای است که وظیفه ذخیره سازی پایه ای ترین اطلاعات را به عهده دارد وظرفیت آن حداکثر 256 کیلوبایت می باشد. اطلاعاتی که برنامه نویسی می شوند به حافظه فلش می روند.
- SRAM: اطلاعات بعد از پردازش شدن در این حافظه قرار می گیرند.
- EEPROM: این بخش از حافظه که سقف آن 4 کیلوبایت است محل نگهداری و ذخیره سازی داده ها است. این حافظه قابلیت برنامه ریزی دارد و از نوع دائمی و داخلی می باشد.
انواع میکروکنترلرهای AVR چند نوع دارند؟
میکروکنترلرهای AVR بعد از میکروکنترلرهای PIC معرفی شدند. معروف ترین انواع میکروکنترلرهای AVR شامل دسته بندی های زیر می شود:
- AT90S
- Classic AVR
- Tiny AVR
- MEGA AVR
- X-MEGA AVR
- XMEGA AVR
در بین انواع میکروکنترلر AVR تفاوت هایی وجود دارد. به عنوان مثال Tiny AVR دارای حافظه کمتر و اندازه کوچکتری می باشد و کاربرد آن در موارد ساده تر است و دارای 6 تا 32 پین می باشد. این در حالی است که از میکروکنترلر MEGA AVR برای کاربردهای پیچیده تر استفاده می شود چرا که حافظه بالایی دارد و قطعات جانبی آن بیشتر هستند. چنانچه پیچیدگی پردازش به بالاترین حد خود برسد لازم است که سراغ میکروکنترلر XMEGA AVR بروید که از لحاظ سرعت و حافظه سرآمد می باشد و حاوی 44 تا 100 پین است. این میکروکنترلر AVR دستیابی مستقیم به حافظه DMA دارد و حافظه فلش آن 16-384 کیلوبایت می باشد.
· میکروکنترلر AT90S
این میکروکنترلرهای AVR منسوخ شده اند و دارای کمترین امکانات و کمترین کاربرد می باشند. معماری این میکروکنترلر از نوع هاروارد است و ساختار بسیار ساده ای دارد.
· میکروکنترلر تاینی (Tiny)
این نوع میکروکنترلر AVR در برنامه های ساده و پیش پا افتاده با حجم کم استفاده می شود. حافظه کم، کم مصرف بودن و کوچک بودن از ویژگی های اصلی میکروکنترلر تاینی است. این مدل دارای هر سه نوع حافظه می باشد و مهمترین مدل های آن شامل AT Tiny 11، AT Tiny 28 و AT Tiny 2313 می شوند.
· میکروکنترلر کلاسیک (Classic)
میکروکنترلر کلاسیک یا AT90S جزو قدیمی ترین میکروکنترلرهای AVR هستند و قابلیت های نسبتا بهتری نسبت به مدل های تاینی ارائه می دهند. این مدل میکروکنترلرها محبوبیت زیادی ندارند و معروف ترین مدل ها در بین آن ها شامل مدل های AT90S443 و AT90S8535 می شود.
· میکروکنترلر مگا (Mega)
این دسته از میکروکنترلرهای AVR در عین حال که پر کاربردترین نوع از میکروکنترلرهای AVR هستند با قیمت مقرون به صرفه ای عرضه می شوند. حافظه این میکروکنترلرها بین 8 تا 128 کیلوبایت است و در پروزه های صنعتی کوچک مورد استفاده قرار می گیرند. ATMEGA32 و ATMEGA8 جزو محبوب ترین مدل های این میکروکنترلرها هستند.
· میکروکنترلر اکس مگا (X-Mega)
و اما میکروکنترلرهای اکس مگا که بیشترین حافظه را در بین انواع میکروکنترلرهای AVR دارند از بالاترین فرکانس نیز برخوردار هستند. این میکروکنترلرها دارای سرعت بالایی هستند و از لحاظ قیمتی نیز قیمت معقولی دارند. ATXMEGA64 و ATXMEGA32 محبوب ترین مدل های این خانواده اند.
انواع میکروکنترلرهای AVR را چگونه نامگذاری می کنند؟
هر کدام از دسته بندی های میکروکنترلر AVR، حاوی اعضای مختلفی هستند که در واقع زیرمجموعه های یک دسته بندی محسوب می شوند. به عنوان مثال میکروکنترلر MEGA AVR شامل میکروکنترلر ATmega8، میکروکنترلر ATmega16، میکروکنترلر ATmega32 و میکروکنترلر ATmega328 می شود. حرف AT در این میکروکنترلر AVR به کارخانه سازنده میکروکنترلر باز می گردد که همان کمپانی ATMEL است. واژه MEGA برگرفته نوع AVR و بیان کننده خانواده است و اعداد بیان شده یعن 8، 16، 32 و 328 نیز نشان از حافظه میکروکنترلر AVR دارند که واحد آن ها کیلوبایت می باشد.
کاربرد انواع میکروکنترلرهای AVR
احتمالا در مورد کاربردهای میکروکنترلر AVR کنجکاو شده اید. میکروکنترلرهای AVR بسته به اینکه در کدام گروه و خانواده قرار دارند، کاربردهای مختلفی را دارا هستند. از این میکروکنترلر در سیستم برق خودروها، سیستم کنترل موتور خودرو، اتوماسیون صنعتی، تجهیزات کنترل فشار و دما، گلخانه ها، تجهیزات پزشکی، ریموت کنترل ها و بسیاری از تجهیزات و لوازم خانگی استفاده می شود. همچنین شاهد استفاده از میکروکنترلر AVR در تجهیزاتی مانند پرینترها، زنگ های خطر، ماشین های لباسشویی، قهوه ساز، موبایل، مایکروویو ها و بسیاری از اسباب بازی های تکنولوژیک و پیشرفته هستیم.
به طور کلی میکروکنترلر AVR در جا جای زندگی بشر امروزی رسوخ کرده است و کابردهای خود را به نمایش گذاشته. یکی از کاربردهای اصلی میکروکنترلر AVR را می توان در طراحی خانه های هوشمند دانست. امروزه روز مفاهیمی مثل اینترنت اشیا و خانه هوشمند در زندگی بشر جا افتاده اند. از میکروکنترلر AVR در طراحی صفحه های لمسی و تجهیزات کنترل از راه دور استفاده می شود.
خلاصه کاربردهای میکروکنترلرهای AVR به شرح زیر می باشد:
- طراحی و تولید ماشین آلات صنعتی
- طراحی و تولید ابزارهای اندازه گیری
- سیستم اعلان خطر
- سیستم هشدار دهنده
- طراحی بردهای آموزشی و نمایشگرهای هوشمند
- تجهیزات خانه هوشمند
- طراحی و تولید دماسنج
- طراحی سیستم کنترل روشنایی
- تولید انواع تجهیزات پزشکی هوشمند
- تولید ریموت کنترل از راه دور
- تولید سیستم های گرمایشی و سرمایشی
کلام پایانی
میکروکنترلرهای AVR به عنوان یکی از قدیمی ترین و محبوب ترین میکروکنترلرهای بازار شناخته می شوند که تولید کمپانی ATMEL هستند.این میکروکنترلرها در تجهیزات الکترونیکی هوشمند و انجام پروژه avr بیشترین مصرف را دارند و قابل برنامه نویسی هستند. بنابراین به راحتی دستورات برنامه نویسی شده را اجرا می کنند. به کمک این میکروکنترلر داده ها دریافت می شوند، مقدار آن ها خوانده می شود و اساس پردازش های انجام شده یک دستور اجرا خواهد شد.
کد نویسی میکروکنترلر AVR از نوع اسمبلی دودویی می باشد که نقطه ضعف این شیوه از برنامه نویسی، اجرای تمامی کدها توسط برنامه نویس است. برای جلوگیری از این مشکل بسیاری از برنامه نویسان زبان هایی مانند JAVA، C و Basic را برای کدنویسی انتخاب می نمایند. بهره مندی از سرعت معقول، انعطاف پذیری و قیمت اقتصادی از ویژگی های اصلی میکروکنترلرهای AVR می باشد. این میکروکنترلرها در حوزه پزشکی، اتوماسیون صنعتی و خانه هوشمند کاربردهای زیادی از خود نشان داده اند.