میکروکنترلر ATMEGA

میکروکنترلر ATMEGA چیست؟

میکروکنترلر ATMEGA از جمله میکروکنترلرهای خانواده AVR هستند. در این خانواده اعضای دیگری نیز مانند میکروکنترلرهای Tiny و میکروکنترلر mega نیز وجود دارند. تمامی این محصولات توسط شرکت Atmel تولید می‌شوند. این نوع از میکروکنترلرها دارای ویژگی های مشترکی هستند که برخی از آن‌ها را با هم مرور می‌کنیم:

• حافظه فقط خواندنی ROM بر روی تراشه
• حافظه رم
• حافظه EEPROM یا حافظه فقط خواندنی، قابل برنامه‌ریزی و با امکان پاک کردن الکتریکی
• تایمرها
• پورت‌های ورودی و خروجی
• تجهیزات جانبی از جمله مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال
• پورت‌های رابط سریال

اجزای سیستم در میکروکنترلرهای ATMEGA

میکروکنترلرهای گروه ATMEGA بر اساس معماری هاروارد ساخته شده‌اند. به عبارت دیگر دارای حافظه داده و همچنین یک حافظه برنامه به‌طور مجزا هستند. حافظه برنامه به حافظه کد نیز شهرت دارد و از نوع حافظه ROM بوده که اندازه آن از 8 تا 128 کیلو بایت متغیر می‌باشد. در مقابل حافظه داده دارای سه بخش به شرح زیر است:

• 32 رجیستر همه‌منظوره (ثابت در همه انواع این میکروکنترلر)
• حافظه ورودی/خروجی (متغیر)
• حافظه دسترسی تصادفی استاتیک داخلی (متغیر)

رجیسترهای هدف عمومی

میکروکنترلرهای ATMEGA دارای معماری مبتنی بر ثبت هستند. این یعنی عملوندها (operands) و نتیجه عملیات، همگی در رجیسترها ذخیره‌سازی می‌شوند. البته این رجیسترها برای ذخیره موقت اطلاعات در زمان اجرای برنامه کاربرد دارند.

حافظه ورودی/خروجی

حافظه ورودی/خروجی به حافظه SFR یا حافظه ثبت عملکرد ویژه نیز شهرت دارد. در این حافظه عملکردهای مختلف از جمله تایمر، ارتباط‌های سریال، شمارنده‌های آنالوگ به دیجیتال و پورت‌های ورودی و خروجی ثبت می‌شوند.

حافظه دسترسی تصادفی استاتیک داخلی (SRAM)

حافظه SRAM داخلی به Scratch pad نیز شهرت دارد. از این حافظه برای ذخیره‌سازی پارامترها و داده‌هایی استفاده می‌شود که کامپایلرها و کدنویسان آن‌ها را در میکروکنترلر قرار می‌دهند. از این حافظه همچنین برای ذخیره داده‌ها در CPU استفاده می‌شود.

حافظه Flash EEPROM

حافظه Flash EEPROM با نام حافظه قابل برنامه‌ریزی و یا قابلیت حذف الکتریکی فلش نیز شناخته می‌شود. این همان مکانی است که برنامه میکروکنترلر بر روی آن ذخیره می‌گردد. این حافظه همچنین به شکل تک واحدی قابلیت برنامه‌ریزی یا پاک کردن دارد. اهمیت این حافظه در این است که حتی در صورت خاموش شدن دستگاه نیز اطلاعات آن پاک نمی‌شوند. زیرا برنامه عنصر حیاتی میکروکنترلر ATMEGA است.

حافظه Data EEPROM

حافظه Data EEPROM با نام حافظه قابل برنامه‌ریزی و با قابلیت حذف الکتریکی داده‌ها نیز شناخته می‌شود. فراخوانی داده‌های برنامه میکروکنترلر و فراخوانی انواع پارامترهای سیستم و ذخیره‌سازی آن‌ها از جمله کاربردهای این حافظه است.

پورت‌های میکروکنترلر ATMEGA

هر کدام از انواع میکروکنترلر ATMEGA دارای 4 پورت 8 بیتی با نام‌های پورت A، پورت B، پورت C و پورت D است. هر یک از این پورت‌ها نیز با 3 رجیستر مرتبط هستند. برای مثال یکی از آن‌ها برای ثبت داده خروجی در پورت کاربرد دارد.

ساعت میکروکنترلر

قطعا برخی از فرمان‌ها ممکن است مبتنی‌بر زمان باشند بنابراین از ساعت میکروکنترلر می‌توان برای ارائه پایه زمانی استفاده کرد. ساعت می‌تواند از نوع داخلی با خازن مقاومتی و یا قابل تنظیم با نوسانگرهای خارجی باشد.

تایمر و شمارشگر

بیشتر انواع میکروکنترلرهای ATMEGA دارای سه تایمر/شمارشگر هستند. در واقع دو تایمر 8 بیتی می‌توانند نقش یک شمارشگر را استفاده کنند و تایمر 16 بیتی سوم نیز در دسترس است. از این بخش‌ها برای مواردی مانند ایجاد سیگنال‌های خروجی با دقت بالا، اندازه‌گیری پارامترهای سیگنال دیجیتال ورودی و ... استفاده می‌شود.

بخش‌های دیگر

از بخش‌های دیگر میکروکنترلرهای ATMEGA می‌توان از سیستم‌های ارتباطی سریال در آن‌ها نام برد که شامل گیرنده و فرستنده سریال‌های همزمان و ناهمزمان هستند. بخش دیگر در این میکروکنترلرها همان مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال است. این مبدل‌ها زیرسیستم‌هایی چندکاناله هستند.

برنامه‌نویسی در میکروکنترلرهای ATMEGA چگونه است؟

همان‌طور که گفتیم هر میکروکنترلر ATMEGA برای عملکرد خود نیاز به یک برنامه دارد. همچنین این میکروکنترلرها از معماری RISC پیروی می‌کنند؛ این یعنی برنامه در آن‌ها شامل دستورالعمل‌هایی کاهش‌یافته و فشرده است. برنامه‌نویسی در این میکروکنترلرها مانند انواع دیگر میکروکنترلر می‌تواند در هر دو سطح پایین (مانند زبان برنامه‌نویسی اسمبلی) یا سطح بالا (مانند زبان برنامه‌نویسی Embedded C انجام شود.

انواع میکروکنترلر ATMEGA

میکروکنترلرهای ATMEGA طیف وسیعی دارند که هر کدام از آن‌ها دارای ویژگی‌های مختلفی است. این ویژگی‌ها شامل مقدار حافظه برنامه، حافظه SRAM، حافظه EEPROM، ابعاد و ... می‌شوند. بنابراین پیش از خرید باید این موارد را نیز بررسی کرده و متناسب با کاربرد مورد نظر بهترین محصول را انتخاب کنید. در ادامه با برخی از انواع میکروکنترلر ATMEGA آشنا می‌شویم.

میکروکنترلر ATMEGA8

میکروکنترلر ATMEGA8 یک تراشه 28 پین از خانواده AVR است. این میکروکنترلر با وجود پین‌های کم ویژگی‌های مختلفی را ارائه می‌دهد. از این میکروکنترلر می‌توان در انواع دستگاه‌های قابل حمل و موبایل استفاده کرد. همچنین در این محصول از تایمر Watchdog برای کاهش نیاز به دخالت انسانی استفاده شده است که کاربرد آن در بازنشانی در صورت خطا است.

برخی از انواع این محصول عبارتند از:

• مدل ATMEGA8A-AU
• مدل ATMEGA8A-PU

میکروکنترلر ATMEGA16

میکروکنترلر ATMEGA16 دارای 32 پین ورودی/خروجی قابل برنامه‌ریزی است که با استفاده از آن‌ها امکان ایجاد ارتباط با بسیاری از تجهیزات جانبی وجود دارد. این میکروکنترلر همچنین دارای حالت خواب برای صرفه‌جویی در انرژی است. برای استفاده از این قطعه باید کدهای برنامه را در حافظه فلش آن رایت کرد. این میکروکنترلر نیز دارای تایمر Watchdog است.

برخی از انواع این محصول عبارتند از:

• مدل ATMEGA16A-AU
• مدل ATMEGA16A-PU

میکروکنترلر ATMEGA32

میکروکنترلر ATMEGA32 یکی از انواع محبوب میکروکنترلر ATMEGA است. این میکروکنترلر دارای چندین حالت خواب مختلف برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی است. به‌دلیل داشتن 32 پین ورودی/خروجی قابل برنامه‌ریزی، این قطعه کاربردهای متنوعی دارد و می‌توان از آن در بسیاری سیستم‌ها بدون نیاز به دخالت انسانی استفاده کرد. این تراشه نیز دارای آی سی دیجیتال Plug and Play نیست؛ بنابراین حتما باید برنامه‌ریزی شود. کاربردهای این قطعه نیز مانند میکروکنترلر ATMEGA16 است.

از مهمترین مدل‌های میکروکنترلر ATMEGA32 عبارتند از:

• ATMEGA32A-AU
• ATMEGA32A-PU

میکروکنترلر ATMEGA64

میکروکنترلر ATMEGA64 یکی از انواع میکروکنترلرهای 8 بیتی CMOS کم مصرف از خانواده AVR است که بر اساس معماری RISC ساخته شده است. این تراشه از توانایی اجرای دستورالعمل‌ها در سیکل یک ساعتی با خروجی‌هایی نزدیک به یک MIPS در هر مگاهرتز برخوردار است. این قطعه همچنین 8 مبدل آنالوگ به دیجیتال با دقت 10 بیت دارد. میکروکنترلر ATMEGA64 در صورت برنامه‌ریزی، بدون نیاز به هیچ قطعه‌ای می‌تواند ابزارهای دیگر را کنترل کند. از دیگر ویژگی‌های این محصول می‌توان به مقایسه‌گر داخلی، ارتباط دو سیم و برخورداری از قسمت بوت لیدر اشاره کرد.

مدل‌های پر اهمیت این سری عبارتند از:

• ATMEGA64A-AU
• ATMEGA64A-PU

میکروکنترلر ATMEGA128

میکروکنترلر ATMEGA128 یک میکروکنترلر کم مصرف بر اساس معماری RISC است. این قطعه دارای حافظه برنامه 128 کیلو بایتی است و تعدادی دستورالعمل مشخص را می‌توان بر روی آن قرار داد تا بتواند ابزارهای جانبی را کنترل کند. رابط این قطعه از نوع 64 پین است و می‌تواند سیگنال آنالوگ را دریافت کرده و آن را به سیگنال دیجیتال تبدیل کند. غیر از پروتکل‌های ارتباطی، این تراشه همچنین دارای تایمر نگهبان، وقفه‌های خارجی، تایمر روشن کردن، 6 حالت خواب و پین فعال برنامه‌نویسی است.

برخی از مدل‌های پرکاربرد سری ATMEGA128 عبارتند از:

• ATMEGA128A-AU
• ATMEGA128A-PU

میکروکنترلر ATMEGA328

میکروکنترلر ATMEGA328 یکی دیگر از میکروکنترلرهای محبوب بازار است. این قطعه از پردازش اطلاعات 8 بیتی پشتیبانی می‌کند و دارای 32 کیلوبایت حافظه فلش داخلی است. همچنین حافظه EEPROM این تراشه از نوع 1 کیلوبایتی با قابلیت پاک کردن الکتریکی می‌باشد. این ویژگی نشان می‌دهد که اگر منبع الکتریکی عرضه‌شده به میکروکنترلر حذف شود نیز می‌تواند داده‌ها را ذخیره کند و نتایج را پس از تامین برق ارائه دهد. از مهمترین محصولات این سری می‌توان به ATMEGA328P-AU و ATMEGA328P-PU اشاره کرد.