ไมโครคอนโทรลเลอร์ | วิชาการ.คอม


ไมโครคอนโทรลเลอร์

สารบัญ

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับไมโครคอนโทรลเลอร์

       ไมโครคอนโทรลเลอร์ถูกนำไปใช้ในระบบสมองกลฝังตัว คือ ระบบคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่ถูกซ่อนอยู่ภายในเครื่องจักรกล  เครื่องใช้ไฟฟ้า   กลไกขนาดเล็กที่ควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์  เพื่อเพิ่มความชาญฉลาด หรือ เพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานของเครื่องมือ ระบบสมองกลฝังตัวประกอบด้วย HARDWARE และ SOFTWARE  ที่ทำงานร่วมกัน  มีชื่อเรียกอย่างอื่นอีก เช่น smart  devices  (อุปกรณ์นำสมัย) , intelligent  (ระบบชาญฉลาด , ระบบปัญญาประดิษฐ์) หรือ automated  equipment  (ผลิตภัณฑ์อัตโนมัติ) เป็นต้น        1. ขนาดของคอมพิวเตอร์

       ก่อนอื่นเรามารู้จักกับขนาดของคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน ซึ่งมีการแบ่งออกเป็น 6 ขนาด ดังนี้

       1.1 ซูปเปอร์คอมพิวเตอร์  (Supercomputer)  เป็นคอมพิวเตอร์ทีมีความสามารถมากที่สุด  ประมวลผลข้อมูลจำนวนมาก  ได้ขนาดใหญ่มีหน่วยความจำมาก  ทำงานในระบบเครือข่าย

       1.2  เมนเฟรมคอมพิวเตอร์ (Mainframe computer)  เป็นคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่สุดที่ใช้กันทั่วไป  ใช้ในองค์กรขนาดใหญ่ที่มีคนจำนวนมาก ใช้เก็บสารสนเทศในรูปฐานข้อมูล  ทำงานในระบบเครือข่าย

       1.3  มินิคอมพิวเตอร์ (Minicomputer)  เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีความสามารถอยู่ระหว่างเมนเฟรมคอมพิวเตอร์กับไมโครคอมพิวเตอร์ แต่สามารถทำงานในระบบรับส่งข้อมูลได้มากกว่า

       1.4  ไมโครคอมพิวเตอร์ (Microcomputer)  เป็นคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล สามารถทำงานได้โดยลำพังหรือเครือข่ายก็ได้

       1.5  คอมพิวเตอร์แผงเดียว (Single board computer)  เป็นคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่หน่วยทำงานของระบบประกอบอยู่บนแผงวงจรแผ่นเดียว  ออกแบบมาเพื่อใช้ในงานควบคุมเฉพาะอย่างที่มีความซับซ้อนของการควบคุมสูง

       1.6 คอมพิวเตอร์ชิปเดียว (Single chip computer)  เป็นคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่สุด ที่หน่วยทำงานของระบบบรรจุอยู่ภายในชิปไอซีเพียงแค่ตัวเดียว  เพื่อเป็นคอมพิวเตอร์ใช้สำหรับงานควบคุมขนาดเล็กที่สามารถบรรจุลงในชิ้นงานที่จะควบคุมได้  โดยส่วนใหญ่จะเรียกกันว่า "ไอซีไมโครคอนโทรลเลอร์"  ซึ่งจะเป็นเนื้อหาที่เราจะเรียนรู้กันต่อไป           2.  ระบบของคอมพิวเตอร์         ไม่ว่าจะเป็นคอมพิวเตอร์ขนาดใดจะมีระบบ (System) พื้นฐานของคอมพิวเตอร์เหมือนกัน คือ           2.1  หน่วยนำข้อมูลเข้า  (Input unit)  จะทำหน้าที่รับข้อมูลจากภายนอกเข้าไปประมวลผลในระบบ          2.2  หน่วยประมวลผลกลาง  (Central  Processor  Unit)  หรือรู้จักกันในชื่อ CPU  จะทำหน้าที่ประมวลผลตามลำดับขั้นตอนที่กำหนดไว้ล่วงหน้าที่เรียกว่าโปรแกรมซึ่งจะเก็บไว้ในหน่วยความจำ  ซึ่งถ้าเป็นคอมพิวเตอร์ที่ทำงานด้วยสัญญาณไฟฟ้าจะใช้ไอซีไมโครโปรเซสเซอร์มาทำหน้าที่นี้         2.3  หน่วยความจำ  (Memory  unit)  จะทำหน้าที่เป็นหน่วยเก็บโปรแกรมการทำงานของระบบคอมพิวเตอร์จะใช้ไอซีหน่วยความจำแบบ ROM และเก็บข้อมูลที่ใช้ในระบบใช้ไอซีหน่วยความจำแบบ RAM          2.4  หน่วยนำข้อมูลออก  (Output unit)  จะทำหน้าที่นำข้อมูลที่ผ่านการประมวลผลแล้วออกไปใช้ภายนอกระบบ 

       3.  ระบบคอมพิวเตอร์ที่สร้างจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

      ระบบคอมพิวเตอร์ในยุคปัจจุบันทำงานด้วยสัญญาณไฟฟ้าจึงถูกสร้างมาจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ในรูปของวงจรรวม (Integrated Circuit) ที่เรียกกันว่าไอซี (IC)  ดังนั้นเราจึงได้คอมพิวเตอร์ที่สร้างจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดังรูป

  

       4. ไมโครคอนโทรลเลอร์

        ไอชีไมโครคอนโทรลเลอร์ เกิดจากการสร้างหน่วยทำงานต่างๆ ของระบบคอมพิวเตอร์ไว้ในไอซีเพียงแค่ตัวเดียว นอกจากนี้ยังได้มีการวงจรต่างๆ ที่จำเป็นสำหรับงานควบคุมไว้ให้ด้วย เช่น วงจรตั้งเวลา (Timer)  ดังรูป

         5. ความแตกต่างระหว่างไอซีไมโครโปรเซสเซอร์ และ ไอซีไมโครคอนโทรลเลอร์           โครงสร้างภายในของไอซีไมโครโปรเซสเซอร์จะประกอบไปด้วยหน่วยคำนวณทางคณิตศาสตร์และลอจิก (ALU) และหน่วยควบคุม

  

     ส่วนโครงสร้างของไอซีไมโครคอนโทรลเลอร์จะประกอบไปด้วยหน่วยคำนวณทางคณิตศาสตร์และลอจิก (ALU) และหน่วยควบคุมเหมือนกับไอซีไมโครโปรเซสเซอร์  แล้วยังรวมหน่วยความจำและพอร์ต I/O ไว้ภายในด้วย  และยังเพิ่มวงจรต่างๆ ที่จำเป็นสำหรับงานควบคุมไว้ด้วย เช่น Timer  ,  Serial  port  เป็นต้น

      ต่อไปจะเปรียบเทียบคุณสมบัติของไอซีไมโครโปรเซสเซอร์  และ ไอซีไมโครคอนโทรลเลอร์

        6.  จะเลือกใช้ไมโครโปรเซสเซอร์เมื่อใด ?

            6.1  เป็นงานที่ต้องการประมวลผลข้อมูล

            6.2   ติดต่อกับอุปกรณ์อินพุต – เอาท์พุต จำนวนมาก

            6.3  มีการคำนวณที่ซับซ้อน

            6.4  ใช้ความเร็วในการประมวลผลสูง

            6.5  ใช้หน่วยความจำในการเก็บข้อมูลมาก

            6.6   ไม่จำกัดเรื่องของขนาดแผงวงจร

 

         7.  จะเลือกใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์เมื่อใด ?

         7.1  เป็นงานที่เกี่ยวข้องกับการควบคุม / จัดการสัญญาณอินพุต - เอาท์พุต

            7.2  เชื่อมต่อกับอุปกรณ์อินพุต เอาท์พุตไม่เกิน 10 แบบ

         7.3  มีการคำนวณที่ไม่ซับซ้อน

            7.4  ใช้ความเร็วในการประมวลผลไม่สูงมาก

            7.5  ใช้หน่วยความจำในการเก็บข้อมูลไม่มาก

            7.6  ต้องการแผงวงจรควบคุมที่มีขนาดเล็ก

       8. ลักษณะงานที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์

      งานที่เหมาะกับการนำไมโครคอนโทรลเลอร์ไปใช้งานจะเป็นงานควบคุมที่ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ I/O เช่น ควบคุมมอเตอร์  ควบคุม LCD เป็นต้น

           9.  ตระกูลของไมโครคอนโทรลเลอร์ขนาด 8 บิต

      ในปัจจุบันไมโครคอนโทรลเลอร์ขนาด 8 บิต ยังได้รับความนิยมใช้งานกันมาก  มีหลายบริษัทได้ผลิตออกมาจำหน่ายให้เลือกใช้งาน ซึ่งในแต่ละตระกูลก็มีให้เลือกใช้หลายเบอร์ เช่น ตระกูล MCS-51 มีเบอร์ AT89S8252 มีขนาด 40 ขา เบอร์ AT89S2051 มีขนาด 20 ขา เป็นต้น  โดยส่วนใหญ่ในประเทศไทยจะมี 2 ตระกูลที่นิยมใช้กันมาก คือ ตระกูล MCS-51 ซึ่งตระกูลนี้ได้ผลิตมาจากหลายบริษัท เช่น บริษัท Intel  บริษัท Atmel  บริษัท NXP (บริษัท Phillips เดิม)  และ ตระกูล PIC ผลิตโดยบริษัท Microchip  ดังแสดงในตาราง

  ตระกูล   บริษัทที่ผลิต   MCS - 51  บ. Intel , บ. Atmel , บ. Dallas , บ. NXP (บ. Philips)   PIC   บ. Microchip   68HC   บ. Freescale (บ. Motorola)   Z8  บ. Zilog   AVR  บ. Atmel

หมายเหตุ งานเขียนชิ้นนี้ ได้รับการคุ้มครองสิทธิตามพระราชบัญญัติคุ้มครองสิทธิทางปัญญา โดยลิขสิทธิเป็นของผู้เขียน ที่ให้เกียรตินำเผยแพร่ผ่าน วิชาการ.คอม เรามีความยินดีและอนุญาตให้ทำซ้ำหรือเผยแพร่ต่อเพื่อประโยชน์ทางการศึกษาเท่านั้น กรุณาให้เกียรติผู้เขียน โดยอ้างชื่อผู้เขียนและ วิชาการ.คอม (www.vcharkarn.com) ทุกครั้งที่ทำการเผยแพร่ต่อ ห้ามนำส่วนหนึ่งส่วนใดไปเผยแพร่ต่อในสื่อที่เอื้อประโยชน์ทางธุรกิจก่อนได้รับอนุญาต ขอขอบคุณที่ร่วมกันช่วยสร้างให้สังคมไทยเป็นสังคมแห่งปัญญา