نگاهی به میکروکنترلر AVR و کاربرد آن در برد آردوینو

آشنایی با AVR

میکروکنترلرهای AVR در بسته‌های مختلفی عرضه می‌شوند که برخی برای نصب از طریق سوراخ و برخی برای نصب سطحی طراحی شده‌اند. AVR ها با 8 تا 100 پین در دسترس هستند، میکرو کنترلر با 64 پین یا بالاتر فقط روی سطح (SMD) نصب می شود. اکثر مردم با یک تراشه 28 پین مانند ATmega328 یا ATmega16 یا ATmega32 با 40 پین شروع می کنند. در میکروکنترلر ها هزاران ترانزیستور قرار گرفته است.
ریزپردازنده های رایانه شخصی حداقل 32 بیتی هستند و معمولاً اکنون 64 بیتی هستند. این بدان معنی است که آنها می توانند داده ها را در قطعات 32 بیتی یا 64 بیتی پردازش کنند زیرا آنها به گذرگاه های داده به این وسیعی متصل هستند. AVR بسیار ساده‌تر است و با داده‌ها در تکه‌های 8 بیتی سروکار دارد، زیرا گذرگاه داده آن 8 بیت است، البته در حال حاضر AVR32 با گذرگاه 32 بیتی و یک خانواده ATxmega با گذرگاه داده 16 بیتی وجود دارند.

رایانه شخصی دارای یک سیستم عامل (ویندوز یا لینوکس) است و برنامه هایی مانند Word یا Internet Explorer یا Chrome را اجرا می کند که کارهای خاصی را انجام می دهند. یک میکروکنترلر 8 بیتی مانند AVR معمولاً دارای سیستم عامل نیست، اگرچه در صورت نیاز می تواند یک سیستم عامل ساده را اجرا کند و در عوض فقط یک برنامه را اجرا می کند.

برنامه نویسی میکروکنترلر AVR

میکروکنترلر در واقع یک کامپیوتر تک تراشه ای می باشد. کامپیوتر تک تراشه ای بدین معنا است که کل سیستم کامپیوتر در داخل تراشه مدار مجتمع جای داده شده است. میکروکنترلری که بر روی تراشه سیلیکونی ساخته می شود دارای خصوصیاتی مشابه خصوصیات کامپیوترهای شخصی استاندارد است. در واقع میکروکنترلر قطعه ای است که می توان با دادن فرمان آنرا به عملیات مختلف وا داشت یعنی یک کنترل کننده قابل برنامه ریزی است. زبانهای Basic و C بیشترین استفاده را در دنیای امروز بعنوان زبانهای HLL (high level language) دارند. امروزه معماری بیشتر میکروها برای زبان اسمبلی طراحی شده و کمتر از زبانهای HLL حمایت شده است.

همانطور که اگر هیچ برنامه ای را نصب نکنید، رایانه شخصی شما بی فایده خواهد بود، یک AVR نیز باید برنامه ای را نصب کرده باشد تا کاربردی داشته باشد. برنامه نویسی AVR در کانپایلر های مختلفی انجام میشود. این برنامه در حافظه داخلی ذخیره می شود، نه در یک درایو دیسک خارجی مانند رایانه شخصی. بارگذاری این برنامه در این میکروکنترلر ها با پروگرامر انجام می شود. به نظر من نوشتن برنامه های AVR به زبان C مانند رانندگی با ماشین است. بله، شما می توانید آن را به راحتی انجام دهید، اما اگر مشکلی پیش آمد، سرنخی برای رفع آن ندارید و نمی توانید با موقعیت های دشواری مانند جاده های یخی کنار بیایید.
میکروکنترلرهای AVR به گروه های زیر تقسیم می شوند:
•    Classic AVR (AT90SXXXX)
•    Tiny AVR (ATtinyXXXX)
•    Mega AVR (ATmegaXXXX)
•    Xmega AVR (ATXmegaXXXX)
•    Application-specific AVR
•    32-bit AVR

میکروکنترلر AVR در برد های آردوینو

جالب است بدانید اکثر برد های آردوینو از میکروکنترلر های سری AVR استفاده میکنند. پلتفرم آردوینو شامل یک میکروکنترلر تک‌ بردی اپن سورس است که سخت‌ افزار Arduino را تشکیل می‌دهد. پلتفرم آردوینو نرم‌ افزار Arduino IDE را دارد که که برای برنامه‌ نویسی برای برد های آردوینو طراحی شده‌ و یک BootLoader که بر روی میکروکنترلر AVR آپلود می‌ شود را در بر می‌گیرد. یادگیری برنامه نویسی آردوینو بسیار ساده است و فقط کافی است تعدادی مطلب بخوانید یا دوره آموزش آردوینو سایت آیرنکس irenx.ir را مشاهده کنید. پلتفرم Arduino برای ایجاد سریع و آسان پروژه‌ های سخت‌ افزاری تعاملی و ساخت وسایلی که با محیط اطراف ما تعامل داشته باشند طراحی شده‌است. البته برد های آردوینو برای اهداف آموزشی هم به مراتب استفاده میشوند.

آردوینو از زبان برنامه نویسی جاوا به عنوان زبان اصلی و از میکروکنترلر Atmel بابت سخت افزار و یا مغز خود بهره می گیرد. از مهمترین کاربرد های آردوینو می توان به کنترل کردن LED ها، صفحه های نمایش، انواع موتور و یا هرگونه پروژه ی الکترونیک دیگری نام برد. در واقع اساسی ترین هدف ساخت آردوینو این است که برای تمامی افراد این قابلیت را فراهم می کند که بتوانند از میکروکنترلر استفاده کنند. با یادگیری برنامه نویسی آردوینو شما میتوانید برد های مختلف را تنظیم کنید و جالب است بدانید با استفاده از آن حتی دیگر لازم نیست شناخت دقیقی از میکروکنترلری که از آن استفاده می کنید داشته باشید.
مدل‌های مختلفی از بردهای سخت‌افزاری آردوینو وجود دارد که یکی از آنها، مدل اونو است. آردوینو اونو (Arduino UNO) یکی از پرکاربردترین مدل‌های سخت‌افزار آردوینو است. در این برد، از یک میکروکنترلر ATmega328P به عنوان پردازشگر و حافظه استفاده می‌شود. آردوینو مدل اونو، یکی از متداول‌ترین نمونه‌ها برای آموزش آردوینو است. سخت‌افزار آردوینو اونو از چهار بخش کلی زیر تشکیل می‌شود:
•    میکروکنترلر
•    بخش تغذیه
•    بخش ارتباط با رایانه
•    درگاه‌های گروهی

نرم افزار آردوینو

آردوینو، یک نرم‌ افزار متن باز برای برنامه‌ نویسی بردهای خود ایجاد کرده‌ که به نام نرم‌افزار Arduino IDE شناخته شده است. متن باز را می توان به نوعی روش و راهی برای طراحی دانست که در آن سازنده ی یک سخت افزار و یا یک نرم افزار، این امکان را برای کاربران فراهم می کند که بتوانند آن نرم افزار و یا سخت افزار را به روش دلخواه خود تغییر بدهند.
نرم‌ افزار آردوینو بدون نیاز به پروگرامر می‌تواند مستقیماً میکروکنترلر شما را برنامه نویسی کند. امکاناتی مانند سریال ماینتور در داخل این نرم افزار حرفه ای قرار داده شده تا بتوانید به وسیله پروتکل ارتباطی سریال و یک کابل USB کد هایی را که برای میکرو کنترلر می‌ نویسید دیباگ کنید. میتوانید مقادیر ADC و وضعیت پین‌ ها یا هر اطلاعات دیگری را به ترمینال سریال آردوینو فرستاد و از طریق کامپیوتر اطلاعات را از میکرو کنترلر دریافت کرد. همان‌طور که پیش تر اشاره شد، شیوه نگارش دستورها در این نرم‌افزار، تا حدود زیادی مشابه برنامه‌نویسی به زبان C و ++C است.

چطور میتوانیم پروژه های الکترونیک طراحی کنیم؟

شما با یادگیری برنامه نویسی میکروکنترلر های AVR یا برد های آردوینو، به راحتی میتوانید پروژه های زیادی را طراحی کنید. در حقیقت برنامه نویسی در آردوینو ساده تر از AVR است اما شخصی سازی های کمتری دارد. ساخت پروژه های الکتریکی چند مرحله دارد:
•    مرحله اول: یادگیری برنامه نویسی آردوینو یا AVR - شما باید برنامه نویسی الکترونیک بدانید تا بتوانید سیستم هوشمند طراحی کنید.
•    مرحله دوم: شناخت قطعات و توانایی بستن مدار - شما باید بتوانید قطعات مناسب را انتخاب کنید و کمی با لحیم کاری آشنا باشید تا بتوانید مدار خود را ببندید.
•    مرحله سوم: راه اندازی پروژه - طراحی پروژه های الکترونیک بسیار ساده است و فقط نیاز به کمی علاقه و یادگیری برنامه نویسی دارد.

سوالات متداول

AVR چیست؟ AVR اسم سری میکروکنترلر بسیار معروف شرکت اتمل است که در سال 1980 ساخته شده است. AVR در آن زمان تقریبا بهترین میکروکنترلری بود که دارای حافظه داخلی بود.
آموزش AVR چگونه انجام میشود؟ در آیرنکس آموزش AVR هم به صورت رایگان و هم به صورت VIP انجام میشود و شما پس از دیدن آموزش ها میتوانید میکروکنترلر های AVR را برنامه نویسی کنید.
تفاوت AVR با ARM چیست؟ میکروکنترلر های سری AVR در حالت کلی 8 بیتی هستند اما میکروکنترلر های ARM در حالت کلی 32 بیتی هستند.