المايكرو كونترولر - المخطط الصندوقي Microcontroller

من المهم جدا التعرف على المخطط الصندوقي لبنية المتحكم الصغري المايكرو كونترولر لكي نحقق القدرة القصوى على فهم هذه القطعة الالكترونية والتعامل معها بالطريقة الأمثل التي تحقق أفضل خدمة لمطور الحلول من الناحية التطويرية ومن الناحية التطبيقية .

المايكرو كونترولر - المخطط الصندوقي

في المخطط الصندوقي سنتعرف على الوحدات الداخلية المكونة للمايكرو كونترولر ضمن حدودها الوظيفية دون التطرق إلى بنيتها أو مواصفاتها الكهربائية كما سنقوم بتوضيح وظائف كل من هذه الوحدات على حدى ودورها في إتمام المهمة الأساسية للمايكرو كونترولر .

يهمنا أن ننوه إلى أنه ربما تختلف المعلومات المعروضة هنا قليلا عن واقع بعض أنواع المايكرو كونترولر وغالبا ما يكون الفرق غير جوهري وذلك بسبب التشكيلة الكبيرة جدا من هذه المتحكمات والاختلاف الكبير في مواصفاتها من الناحية التكوينية أو الوظيفية .

أقسام رئيسية :

تتألف معظم أنواع المايكرو كونترولر المتوفرة في الأسواق من أقسام رئيسية ستجدونها في جميع المتحكمات الصغرية وتشكل اللب المركزي للمتحكم وهي :

وحدة المعالجة المركزية
Central Processing Unit
CPU
ذاكرة البرنامج الوميضية Flash Program Memory
ROM
ذاكرة الوصول العشوائية Random Access Memory
RAM
الناقل العام BUS
وحدة التحكم بالناقل Bus Unit
BU
الساعة والهزاز Clock & Oscillator
بوابات الدخل والخرج

I/O Ports

وحدة المعالجة المركزية : أو CPU وهي الوحدة المسؤولة عن معالجة برنامج المايكروكونترولر و إجراء العمليات الحسابية والمنطقية على البيانات المتوفرة لها والقادمة من بوابات الدخل أو من الذاكرة و تجهيز النتائج للإخراج على بوابات الخرج .

ذاكرة البرنامج الوميضية : وهي عبارة عن نوع من أنواع الذاكرة ROM و التي نقوم بوضع البرنامج التشغيلي للمايكروكونترلر فيها وبالتالي فإن وحدة المعالجة المركزية تقرأ التعليمات من هذه الذاكرة وتقوم بتنفيذها واحدة تلو الأخرى بالتزامن مع نبضات الساعة وطبعا بما أن هذه الذاكرة هي وميضية فإن المعلومات لا تزول منها بعد قطع الطاقة عن المايكرو كونترولر .

ذاكرة الوصول العشوائي : أو RAM ويمكن أن نطلق عليها ذاكرة البيانات المؤقتة ومنه نستنتج وظيفتها وهي تخزين البيانات الناتجة عن قراءة القيم من العالم الخارجي أو من عمليات المعالجة والاحتفاظ بها بشكل مؤقت لاستعمالها في عمليات المعالجة أو التحكم الأخرى في البرنامج وهذه البيانات المخزنة في الذاكرة تزول بمجرد قطع الطاقة عن المايكرو كونترولر .

الناقل العام :أو BUS ويمثل الطريق الذي تسلكه الاشارات الكهربائية داخل المايكروكونترولر بين مختلف الوحدات من عناوين ومعلومات وبيانات وأوامر تحكمية ويخضع هذا الناقل إلى قوانين تنظيم لسير البيانات صارمة جدا .

وحدة التحكم بالناقل :أو BU BUS Unit وتمثل شرطي السير الذي يقوم بالتحكم بدور الناقل العام ويسيطر على عمليات انتقال البيانات والاوامر بين مختلف أجزاء المايكرو كونترولر لضمان عدم حدوث تضارب في هذه البيانات بين مختلف الوحدات في الوحدة التي تخبر باقي الوحدات أي منها يكتب المعلومات على الناقل وأي منها ليقرأ هذه المعلومات وارتباط هذه الوحدة بوحدة المعالجة المركزية وثيق جدا .

الساعة والهزاز : وواضح جدا من اسمها أن القسم المسؤول عن ضبط الفواصل الزمنية بين مختلف عمليات المايكرو كونترولر حيث أنها توجد ترتيب دقيق ورتيب ومتزامن من الاشارات الكهربائية التي تزامن عمل وحدة المعالجة المركزية وباقي الوحدات لتنفيذ التعليمات البرمجية للمايكرو كونترولر الواحدة تلو الأخرى .

بوابات الدخل والخرج : وهي المنافذ الكهربائية التي يقوم من خلالها المايكرو كونترولر بالاتصال بالعالم الخارجي فيأخذ البيانات والمعلومات من عناصر القراءة الخارجية كالحساسات والمفاتيح و مقابس الاتصال كما أنه يعطي الأوامر التحكمية إلى ترانزستورات وحواكم التحكم ولمبات الإشارة ومقابس الاتصال وغيرها .

تعتبر الوحدات السابقة البنية الأساسية لمعظم المتحكمات الصغرية ولكن هذه الأخيرة قد تحتوي أيضا على بعض الأدوات الالكترونية المفيدة مثل المحولات الرقمية التشابهية والمحولات التشابهية الرقمية ومقارنات الجهد ومكبرات العمليات والمؤقتات والعدادات والبوابات التسلسلية ومنافذ الاتصال ذات البروتوكولات الخاصة وبعض الأدوات ذات المهام المتخصصة .