آن چه که بشر در دنیای امروز به دنبال آن است، دستیابی به زندگی ای هوشمند جهت رسیدن به رفاه بیشتر می باشد.

در همین راستا، ساخت میکروکنترلر ها را می توان قدمی بزرگ در راه رسیدن به این هدف به شمار آورد.

تاریخچه‌ی میکروکنترلر AVR:

میکروکنترلر AVR قطعه‌ای الکترونیکی است که ابتدا در سال ۱۹۹۶ معرفی شد. معماری میکروکنترلر AVR توسط Alf-Egil Bogen و Vegard Wollan طراحی شد. نام میکروکنترلر AVR نیز از طراحان آن گرفته شده است؛ Alf-Egil Bogen Vegard Wollan RISC که همچنین با نام Advanced Virtual RISC نیز شناخته می‌شود. AT90S8515 اولین میکروکنترلری بود که بر اساس طراحی AVR تولید شد؛ با این حال تا زمانی که میکروکنترلر AT90S1200 در سال ۱۹۹۷ وارد بازار نشده بود، هنوز میکروکنترلر AVR شناخته شده نبود.

میکرو‌کنترلر AVR چیست؟

میکروکنترلرهای AVR بسته‌های مختلفی دارند که برخی برای نصب از طریق سوراخ و برخی نیز برای نصب روی سطح طراحی شده اند. AVRها با 8 پین تا 100 پین در دسترس هستند، اگرچه AVR از 64 پین بیشتر باشد فقط برای نصب روی سطح مناسب هستند. ریزپردازنده‌های رایانه‌های شخصی حداقل 32 بیتی هستند، البته امروزه رایانه‌ها اکثرا 64 بیتی ساخته می‌شوند. این بدان معناست که آن‌ها می‌توانند داده‌ها را به صورت قطعه‌های 32 بیتی یا 64 بیتی پردازش کنند. AVR بسیار ساده‌تر است و با داده‌های 8 بیتی سروکار دارد، زیرا پهنای گذرگاه آن 8 بیتی است، اگرچه اکنون یک AVR32 با پهنای گذرگاه 32 بیتی و یک خانواده ATxmega با پهنای گذرگاه داده 16 بیتی وجود دارد.

یک رایانه شخصی دارای سیستم عامل (ویندوز یا لینوکس) است که برنامه‌های زیادی مانند Word یا Internet Explorer یا Chrome را اجرا می‌کند و کارهای زیادی را انجام می‌دهند. یک میکروکنترلر 8 بیتی AVR معمولاً سیستم عاملی ندارد، اگرچه در صورت نیاز می‌تواند یک سیستم ساده را اجرا کند و در عوض فقط یک برنامه یا دستور را اجرا می‌کند. همانطور که اگر بروی رایانه خود هیچ برنامه‌ای را نصب نکنید‌، رایانه شما بی فایده خواهد بود، باید بروی AVR نیز باید یک برنامه نصب کرده باشید تا از بتوانید از آن استفاده کنید. این برنامه بجای ذخیره در درایو خارجی در حافظه داخلی AVR ذخیره می‌شود. به عنوان مثال یک دستگاه گرمایشی را در دمای بالای خاصی خاموش کند و در دمای پایینی روشن کند.

ساختار میکروکنترلر AVR‌ چیست؟

میکروکنترلر AVR‌ از اجزا و ساختار‌های مختلفی تشکیل شده است. واحد پردازش مرکزی که مغز میکروکنترلر خوانده می‌شود و وظیفه رمز‌گشایی داده را به عهده دارد. تمام کدها و برنامه‌ها در حافظه ذخیره می‌شود، حافظه میکروکنترلر AVR از نوع RAM، ROM‌ یا حافظه فلش است. پورت‌های ورودی و خروجی جهت اتصال به دستگاه‌ها به کار می‌روند، یک یا چند تایمر در میکروکنترلر زمان‌بندی و شمارش پالس خارجی، توابع کلاک، اندازه‌گیری فرکانس، عملیات اصلی تولید پالس و غیره را کنترل می‌کند. مبدل آنالوگ به دیجیتال و برعکس، ADC سیگنال آنالوگ را به دیجیتال تبدیل کرده این سیگنال‌ها برای برنامه‌های جانبی استفاده می‌شود، در مقابل مبدل دیگری دیجیتال را به آنولوگ تبدیل می‌کند که در دستگاه‌های آنالوگ موتورهای DC‌ کاربرد دارد. بخش کنترل کلاک ورودی، مقایسه آنالوگ، واحد کنترلر صفحه نمایش و بلوک‌های عملکرد خاص نیز اجزا دیگر میکروکنترلر هستند.

ویژگی‌های کلیدی میکروکنترلر AVR برق الکترونیک:

بنابراین موارد زیر را می‌توان اصلی‌ترین ویژگی‌های میکروکنترلر AVR دانست:

• سرعت بالا
• دارای واسط JTAG سازگار با IEEE 1149.1
• بالاترین کارایی و اجرا در CPU
• سخت‌افزار ضرب‌کننده روی خود
• قابلیت به روزرسانی بالا
• عملکرد عالی
• حافظه‌ی زیاد
• توان مصرفی پایین
• بهینه‌سازی شده
• قیمت پایین
• معماری
• کدهایی کوچک

هدف از میکروکنترلر AVR در یک سیستم:

هر میکروکنترلر‌ را می‌توان یک کامپیوتر کوچک در نظر گرفت. یک کامپیوتر با ورودی‌ها، خروجی‌ها، CPU و حافظه روی یک تراشه. هر میکروکنترلرAVR نیز مانند یک کامپیوتر برای ارتباط با ابزارهای الکترونیکی دیگر نیاز به پورت‌های ورودی‌ و خروجی‌ دارد. میکروکنترلر برای انجام وظایف خود در یک سیستم، باید با دنیای بیرون ارتباط داشته باشد. حتی اگر این وظیفه روشن و خاموش کردن یک LED یه یه سیستم تهویه باشد. کاربرد اصلی میکروکنترلرها در یک سیستم، کنترل و پردازش پارامترهای سیستم و پارامترهای در ارتباط با سیستم است. بدین صورت که پارامترهای ورودی پردازش شده و نتیجۀ آن نمایش داده می‌شود.

در یک سیستم کنترل‌کننده دمای هوا یک سنسور دما، یک میکروکنترلر، یک نمایشگر LCD و دو رله وجود دارد. در حافظه میکروکنترلر AVR برای دو دمای حداقل و حداکثر ذخیره شده است. هر گاه دما بین مقدار تعیین شده حداقل و حداکثر باشد، سیستم خنک کننده و سیستم گرمایشی خاموش می‌شوند. هرگاه دمای محیط افزایش یابد، سیستم خنک کننده روشن می‌شود. هر گاه دمای محیط کمتر شود، سیستم گرمایشی روشن می‌شود. یک LCD نیز دما را نمایش می‌دهد. میکروکنترلرAVR روی داده‌های خروجی سنسور دما پردازش انجام می‌دهد که خروجی را با قطع و وصل کردن رله‌ها نشان می‌دهد. برای ارتباط میکروکنترلر AVR با سنسورهای بیرونی، دریافت ورودی‌ها و نشان دادن خروجی‌ها، واحدهایی در درون میکروکنترلر تعبیه شده‌اند.

نحوه‌ی نام‌گذاری میکروکنترلر AVR:

در میکروکنترلر ATmega16، حروف AT به کمپانی سازنده‌ی میکروکنترلر AVR، یعنی Atmel اشاره دارد. Mega به نوع AVR، و ۱۶، مقدار حافظه‌ی آن را مشخص می‌کند، که ۱۶ کیلوبایت است.

مفهوم پسوندها در میکروکنترلر AVR:

اگر به نام میکروکنترلرها توجه کرده باشید پسوند‌هایی را خواهید دید که این پسوندها در میکروکنترلر AVR هر کدام معنای خاصی را می‌رسانند و فقط یک نام خاص تلقی نمی‌شوند. این پسوند‌ها نشان‌دهنده محدوده ولتاژی و فرکانس میکروکنترلر هستند. درصورتی که بدون پسوند باشند محدوده تغذیه با تغییرات کم( v ~ 5.5 v) و فرکانس کلاک حداکثر 16 مگاهرتز را نشان می‌دهد. همچنین پسوند L نشانگر محدودۀ تغدیه با تغییرات متوسط( v ~ 5.5 v7) و فرکانس کلاک تا 8 مگاهرتز است،پسوندA نیز خصوصیت‌های هر دو مورد قبلی را نشان می‌دهد . پسوند V نیز محدودۀ ولتاژ 8/1 ولت تا 5/5 ولت و فرکانس تا 4 مگاهرتز را نشان می‌دهد.

حافظه میکروکنترلر AVR:

ذخیره برنامه میکروکنترلر AVR توسط حافظه ROM‌ انجام می‌شود. گرچه 8 مگابایت فضای ROM در میکرکنترلر AVR تعبیه شده است اما این مقدار برای تمام اعضا AVR‌ منظور نمی‌گردد. اندازه ROM از یک کیلوبایت تا 256 کیلوبایت برای انواع سری متغییر است. حافظه ROM‌ در چند ثانیه پاک می‌شود، اما با اضافه شدن حافظه فلش بر روی‌ آن این زمان بیشتر شده و 20 دقیقه زمان برای پاک شدن احتیاج است. حافظه فلش جهت ذخیره‌سازی کد یا برنامه است. نوع دیگر حافظه ROM از نوع EEPROM است، این نوع از حافظه جهت ذخیره داده‌هایی که تغییر نمی‌کنند، داده‌ها در این حافظه با قطع برق و یا خاموش کردن میکروکنترلر پاک نمی‌شود.

یک حافظه دیگر به کار رفته در AVR، حافظه RAM است که برای ذخیره داده‌ها استفاده می‌شود. حافظه RAM‌ حدود 64 کیلو بایت است که این میزان هم مانند ROM‌ بر روی تمام تراشه‌های موجود نیست. اطلاعات در این حافظه به طور موقت ذخیره می‌شوند و با قطع برق حافظه پاک خواهد شد. سه بخش حافظه RAM‌ عبارتند از رجیستر‌های همه منظوره که برای ذخیره‌سازی موقت داده‌ها برای محاسبات ریاضی و منطقی در AVR‌ هستند. حافظه I/O داخلی که مقدار استاندارد آن 64 بایت است و جهت کارهای خاصی همچون تایمرها، پورت‌های ورودی و خروجی، ثبات وضعیت و غیره استفاده می‌شود و در آخر SRAM داخلی که جهت ذخیره موقت داده‌های AVR و کامپایلر است. SRAM داده‌هایی که از طریق پورت‌های ورودی و سریال به CPU فرستاده می‌شوند را به طور موقت ذخیره‌سازی می‌کند.

انواع حافظه در میکروکنترلر AVR:

حافظه در میکروکنترلر AVR به سه بخش زیر تقسیم می‌شود:

حافظه FLASH
حافظه SRAM
حافظه EEPROM

حافظه FLASH برای ذخیره برنامه روی میکروکنترلر استفاده می‌شود و با قطع برق پاک نمی‌شود. به این حافظه ROM هم می‌گویند. حافظه‌های EEPROM و SRAM برای ذخیره داده‌ها و اطلاعات میکروکنترلر هستند. با قطع برق اطلاعات EEPROM حفظ می‌شود اما اطلاعات SRAM پاک خواهد شد.