انتخاب یک میکروکنترلر

تا الان درباره امکانات داخلی موجود در میکروکنترلرها صحبت کردیم. امروزه میکروکنترلرهای متنوعی در بازار موجود هستند که می توان انواع زیر را نام برد:

• ۸۰۵۱
• PIC
• AVR
• STM32
• ARM
• ….

سؤال اصلی بسیاری از طراحان مدارات دیجیتال در این است که چه نوع میکروکنترلری را استفاده کنیم. عوامل زیادی در انتخاب نوع میکروکنترلر تأثیر دارند. از جمله آنها می توان موارد زیر را نام برد:

سرعت

وقتی صحبت از سرعت میکروکنترلر می شود منظور فرکانس کلاک اصلی میکروکنترلر است که بعداً درباره آن صحبت خواهد شد. عامل دیگری که در سرعت میکروکنترلر تأثیر دارد معماری آن می باشد. البته امروزه بیشتر میکروکنترلرها از معماری RISC استفاده می کنند. در این نوع معماری تعداد دستورات زیاد و اکثر آنها با یک کلاک انجام می گیرند. مزیت آن سرعت بالای اجرای دستورات است و از جمله معایب آن زیاد شدن حجم برنامه (به علت سادگی دستورات اسمبلی آن) می باشد که با پیشرفتهای کنونی مشکلی از بابت حجم برنامه ها نداریم. البته تعداد بالای دستورات طبیعتاً سرعت انجام یک کار خاص را کم می کند که با تکنولوژی هایی از جمله Pipelining این اشکال مرتفع گردیده است.

Package  میکروکنترلر

این مورد در مواردی که اندازه برد نهایی مهم باشد و همچنین نحوه مونتاژ آن مهم است. مورد دیگر امکان تعویض میکروکنترلر است که بایستی مورد توجه قرار گیرد.

انواع پکیج هایی که برای میکروکنترلرها وجود دارند به دو دسته کلی DIP ها و SMD ها تقسیم می گردند. DIP ها مانند IC های معمولی هستند که پایه های آم بایستی در سوراخهایی که روی برد تعبیه شده قرار گیرند. (Through Hole). دسته SMD ها چندین نوع دارند. برخی مانند آنچه در شکل نشان داده شده روی برد لحیم می شوند، برخی دیگر پایه هایی دارند که در زیر میکروکنترلر قرار دارد و برخی دیگر نیز هستند که زائده هایی در کناره خود دارند و در سوکت های مخصوصی روی برد قرار می گیرند.

مصرف توان

مصرف توان در مورد دستگاههایی که نهایتاً به برق وصل می شوند اصلاً مهم نیست. چون توان تلفاتی میکروکنترلرها آنقدر نیست که نیاز به خنک کننده داشته باشد. بنابراین مصرف توان لزوماً برای دستگاه هایی که با باتری کار می کنند مورد نظر است. محدودیت توان باتری ما را  مجبور می سازد از میکروکنترلرهایی با توان پایین استفاده کنیم. همچنین بایستی توجه داشت که ممکن است توان مصرفی یک میکروکنترلر بالاتر از میکروهای دیگر باشد ولی در داخل آن سیستم کنترل توان تعبیه شده باشد که بتوان نرم افزاری توان را کنترل کرد. معمولاً این میکروکنترلرها به دلیل سرعت بالاتر مناسب تر هستند مثل میکروکنترلرهای AVR نسبت به ۸۰۵۱٫

میزان حافظه RAM و ROM موجود در میکروکنترلر

حافظه ROM میزان برنامه ای که در میکرو می توان دانلود کرد را نشان می دهد. برای برنامه های پیچیده که حجم فایل HEX بالا می رود بهتر است از میکروکنترلری استفاده شود که حافظه داخلی بیشتری داشته باشد.

حافظه RAM مثل RAM کامپیوترهای خانگی هرچه بیشتر باشد سرعت انجام کارها بالاتر می شود.

تعداد پینهای ورودی و خروجی(پینهای I/O) در میکروکنترلر

وقتی شروع به کار با میکروکنترلرها می کنید متوجه می شوید یکی از کاربردی ترین امکانات جانبی میکروکنترلرها پینهای ورودی و خروجی آنهاست. تعداد این پینها بسته به کاری که با آنها می خواهدی انجام دهید بسیار مهم است. حتماً توجه داشته باشید که در اکثر میکروکنترلرها این پینها کاربردی چندگانه دارند. پس در انتخاب آنها دقت کافی داشته باشید.

امکان ارتقاء میکروکنترلر از لحاظ کیفیت و توان

فرض کنید دستگاهی ساخته و به تولید رسانده اید. حال می خواهید آن را بروز کنید. اگر از میکروکنترلر شرکتی استفاده کرده باشید که به تناوب میکروکنترلرهای خود را پیشرفت داده باشد می توانید این انتظار را داشته باشید که میکروکنترلر دستگاهتان را بدون تغییر سخت افزارهای جانبی آن با انواع پیشرفته تر که با میکروکنترلر شما از لحاظ قرار گیری پینها مطابقت دارند (Pin Compatible) جا به جا کنید. مثل میکروکنترلرهای AVR سری AT90S که با انواع پیشرفته آن مثل ATMEGA مطابقت دارند.

قیمت

ممکن است شما بهترین میکروکنترلر را انتخاب کنید و همیشه با آن کار کنید. مثلاً فرض کنید یک محافظ برق هوشمند طراحی می کنید که در آن میکروکنترلر انتخابی شما قرار گرفته است. قیمت عمده این میکروکنترلر بدون شک بیش از نصف قیمت تمام شده است!!! اینجا است که فرق یک مهندس طراح با یک طراح دانشگاهی (فارغ از نوع مدرک آنها) مشخص می شود. در تولید بالا قیمت هر محصول با دقت یک ریال اهمیت پیدا می کند و هرگونه هزینه اضافی سود نهایی را کاهش می دهد و حتی ممکن است به علت قیمت رقابتی هرگز فروش موفقی نداشته باشیم. به همین علت است که بسیاری از دستگاه ها تا حد ممکن ساده بوده و قطعات ساده و مدارات بسیار ساده در آنها استفاده شده است. این نوع طراحی را طراحی مهندسی می گوییم چون هزینه در آن اهمیت زیادی دارد. در واقع مهمترین عاملی که در انتخاب میکروکنترلرها وجود دارد قیمت است. در تمامی موارد بالا باید مصالحه ای بین مشخصه ذکر شده و قیمت انجام شود تا به حد مطلوب برسیم. به این نکته هم دقت داشته باشید که لزوماً میکروکنترلر با امکانات کمتر ارزان نیست! قیمت به شاخص های متعددی از جمله قیمت واردات و فراوانی محصول بستگی دارد. پس قیمت را بایستی ابتدا بدست آورد.

موجود بودن کامپایلر، اسمبلر، محیطهای برنامه نویسی مناسب، پروگرامر، دیباگرها و شبیه سازها

انتخاب میکروکنترلر خوب فقط با توجه به مشخصات و امکانات جانبی آن کار زیاد سختی نیست ولی نکته مهم و حیاتی آن است که به طور خلاصه با میکروکنترلر انتخابی می توان به راحتی کار کرد؟ آیا پروگرامر آن ارزان و در دسترس است؟ آیا محیط برنامه نویسی آن موجود است؟ آیا امکان برنامه نویسی برای آن به زبانهای سطح بالا (مثل C یا بیسیک) وجود دارد؟ آیا می توان قبل از ساخت سخت افزار آن را در نرم افزارهای شبیه سازی امتحان کرد؟ آیا برای رفع اشکال برنامه دیباگر مناسب وجود دارد؟ تمامی این سوالات بسیار مهم و حیاتی است. ولی خبر خوب آن است که معمولاً برای میکروکنترلرهای پر استفاده در بازار تمامی این امکانات وجود دارد.