مجموعه آموزش میکروکنترلر (Microcontroller)

این فرادرس ضمن معرفی محیط کامپایلر به صورت پروژه محور و در طی چند درس، مخاطب را با مفاهیم اساسی زبان C، نحوه نوشتن کتابخانه و هدرفایل، استفاده از هدر فایل های شخص ثالث از جمله: avr-libc، نحوه کار با امکانات داخلی میکرو از قبیل: تایمرها، وقفه ها، پورت سریال RS-232 و ماژول RS-485، رابط SPI، I2C، ارتباط دو میکرو با یکدیگر، کار با EEPROM داخلی میکرو، کار با انواع نمایشگرها شامل: LCD گرافیکی، کاراکتری و سون سگمنت، کار با ماژول های پر کاربرد از قبیل: ماژول ساعت DS1307 و DS3231، ماژول وای فای ESP8266، ماژول GSM SIM800 برای ارسال و دریافت SMS، کار با استپر موتور و سروو موتور، کار با مموری کارت SD/MMC، مبدل آنالوگ به دیجیتال و کار با سنسور دمای LM35، کار با پورت های ورودی و خروجی میکرو، راه اندازی PWM برای کنترل موتور، نحوه تنظیم فیوز بیت ها و ده ها پروژه کاربردی دیگر آشنا می کند و هنرجو در پایان می تواند هر نوع دستگاه الکترونیکی را طراحی و برنامه نویسی کرده و از آن استفاده نماید.

در این آموزش، به راه اندازی میکروکنترلر ARM ساخت شرکت ST، سری F1 پرداخته شده است و بخش های اساسی میکروکنترلر توسط نرم افزار STM32CubeMX ،KEIL و توابع HAL راه اندازی و بررسی و در انتهای هر بخش یک پروژه عملی جهت تفهیم موضوع انجام شده است. برای مثال راه اندازی ماژول SIM800 و ارسال و دریافت و تحلیل SMS در بخش UART.

در این فرادرس، دانشجویان عزیز، با میکروکنترلر AVR و نرم افزار CodevisionAVR آشنا می شوند. سرفصل هایی که در این آموزش به آن پرداخته می شود، آشنایی اولیه با میکروکنترلرهای AVR، کار با نرم افزار CodevisionAVR و … می باشد. توضیح کامل مباحث مربوطه از نقاط قوت این آموزش به شمار می رود.

آموزش میکروکنترلرهای ARM Cortex LPC1768، زمینه میکروالکترونیک با رویکرد کاربرد صنعتی این میکروکنترلرها است. با توجه به پیشرفت روزافزون کاربرد میکروکنترلرها در صنعت و احتیاج این بخش به کنترلرهای سریع و پیشرفته نیاز به آموزشی با رویکرد استفاده از امکانات کاربردی این میکروکنترلرها و نحوه استفاده از این آی سی ها، احساس می شود و میکروکنترلرهای Cortex معماری پیشرفته، میکروکنترلرهای خانواده ARM با هدف کاهش توان و افزایش کارایی این میکروکنترلرها است.

در این دوره آن دسته از مخاطبینی که توانسته اند آموزش پایه ای میکروکنترلر AVR را (لینک) فرا بگیرند، قادر خواهند بود با امکانات درونی این خانواده از میکروکنترلر آشنا شوند و به وسیله برنامه نویسی از آن ها استفاده کنند. به دلیل گستردگی این امکانات و فراوانی مطالب، آموزش کاربردی میکروکنترلر AVR و نرم افزار CodevisionAVR ارائه شده است تا بتوان به بیان جزئیات مربوطه در حد قابل قبولی پرداخت. امکانات مورد بحث، هر کدام در یک فصل گنجانده شده است و در هر فصل مثال های مناسب ارائه می شود. همچنین در فصل پایانی پروژه های نمونه مورد بررسی قرار می گیرند.

از میکروکنترلر های STM32 در بازارهای جهانی و ایران استفاده های زیادی می شود، وجود منابع کافی، نرم افزارهای بسیار قوی و هزینه کمتر نسبت به سایر میکروکنترلرها سبب شده است تا در دستگاه های صنعتی استفاده بیشتری داشته باشد. حال برای دستیابی به یک کنترل کننده و پایشگر صنعتی نیاز داریم تا به سوالات مهمی از جمله: چگونگی ساختن هدر برد صنعتی و چگونگی استفاده از هدر بردهای ماژولار صنعتی آماده در بازار، پاسخ دهیم که پارامترهای مهمی برای پاسخ دادن به این سوالات در این آموزش وجود دارد. حال برای ساختن یک کنترل کننده صنعتی و پایشگر از هدر برد صنعتی TGMP استفاده می شود که دلایل انتخاب را در این فرادرس توضیح خواهیم داد.

در این فرادرس ابتدا با اصول کلی و اجزای اصلی یک سیستم ریزپردازنده ای از جمله: حافظه ها و گذرگاه ها آشنا خواهید شد و سپس به سراغ بخش اصلی این آموزش که آشنایی با یک ریزپردازنده قوی و همچنان پرکاربرد به نام ۸۰۸۶ است، پرداخته شده و شباهت ها و تفاوت های آن با ریزپردازنده های پنتیوم مورد بررسی قرار می گیرد. مهم ترین بخش این قسمت از این فرادرس، بررسی های رجیسترهای ریزپردازنده ها است. در ادامه به معرفی یک نرم افزار خوب برای آشنایی با زبان کامپیوتر به نام EMU8086 خواهیم پرداخت. با دستورات زبان اسمبلی آشنا شده و مثال های کاربردی از زبان اسمبلی را حل خواهیم کرد. در درس چهارم به سخت افزار ریزپردازنده ۸۰۸۶ خواهیم پرداخت و نحوه راه اندازی آن را توضیح می دهیم.

در این فرادرس، دانشجویان عزیز، با مباحث مختلف میکروکنترلر PIC آشنا می شوند. سرفصل هایی که در این آموزش به آن پرداخته می شود، کار با پورت های ورودی و خروجی و ارتباط با وسایل جانبی، بررسی تایمرها و کانترها، کار با ماژول CCP، برقراری ارتباط سریال و... است. نقطه قوت این آموزش این است که به طور کامل به توضیح مباحث مربوطه پرداخته شده است و آموزش توسط یکی از بهترین مدرسین متخصص در این زمینه، انجام شده است.

برای برنامه نویسی میکروکنترلرهای AVR ما از دو زبان سی (C) و بیسیک (BASIC) می توانیم استفاده کنیم. یکی از مزایای کدنویسی به زبان بیسیک سادگی دستورهای آن است. از این رو یادگیری برنامه نویسی میکروکنترلرهای AVR با زبان بیسیک نسبت به زبان c ساده تر است. البته این به معنای ضعف زبان بیسیک نمی باشد به گونه ای که کارهایی که با زبان C قابل انجام است با زبان بیسیک هم قابل انجام است. برای کدنویسی به زبان بیسیک برای میکروکنترلرهای AVR از نرم افزاری به نام BASCOM-AVR استفاده می شود. ما در این فرادرس قصد داریم شما را با نرم افزار BASCOM-AVR و کدنویسی برای میکروکنترلرهای AVR در این نرم افزار آشنا کنیم.

در این دوره آموزشی، ابتدا به صورت مختصر به یادآوری میکروکنترلر AVR و اصول برنامه نویسی C++‎ می پردازیم. سپس به صورت تفضیلی، اسلوب کتابخانه نویسی را بررسی می کنیم و در ادامه دوره به نگارش کتابخانه های مختلف برای میکروکنترلر و برخی ماژول ها می پردازیم. سعی داریم در این کار حرفه ای شویم و بتوانیم برای تمام واحدها، کتابخانه بنویسیم.

از میان خانواده های مختلف میکروکنترلرها، AVR به علت برخورداری از مزایای قابل توجهی چون کاهش مصرف توان (به دلیل تکنولوژی ساخت تراشه CMOS)، سرعت بالا در پردازش (به دلیل طراحی براساس معماری RISC)، کاهش حجم کد (به دلیل قابلیت برنامه نویسی به زبان های سطح بالا) و قیمت مناسب با استقبال بسیار زیادی مواجه شده است. امکانات و خصوصیات متنوع و فراوان میکروکنترلرهای AVR باعث دسته بندی آن ها به انواع مختلفی شده که یکی از کاربردی ترین دسته ها که توان پردازشی بالایی نیز دارد، ATmega است. در این آموزش به پیاده سازی بازی معروف دوز خواهیم پرداخت که با نام های XO یا Tic-Tac-Toe نیز شناخته می شود.

ما در این آموزش ویدئویی، به نحوه ساخت یک خازن سنج ساده با استفاده از میکروکنترلر ATmega8 در محیط BASCOM AVR و شبیه ساز پروتئوس می پردازیم که قادر است ظرفیت های بین ۱ نانو فاراد و ۱ میکرو فاراد را با دقت ۱ نانو فاراد اندازه گیری کند. این خازن سنج بسیار مناسب خازن های پلی استر، عدسی، تانتالیوم و مولتی لایر است ولی برای خازن های الکترولیتی که ظرفیت بالایی دارند مناسب نمی باشد.

در این آموزش پروتکل سریال را در نرم‌افزار LabVIEW پیکربندی می‌کنیم و با استفاده از آن سخت‌افزار‌های مختلفی را که دارای این پروتکل هستند را به راحتی کنترل می‌کنیم که در این آموزش، برای مثال از میکروکنترلر AVR استفاده شده است. مزیت استفاده از این آموزش این است که مباحث به صورت کاربردی توضیح داده شده‌اند و همه مراحل را در این آموزش به صورت عملی خواهیم دید و هر آنچه که نیاز است را به صورت یک‌جا یاد می‌گیریم و انجام پروژه‌های متعدد باعث می‌شود که بر موضوع مسلط شویم. از طرفی، علاوه بر اینکه لب‌ویو یک نرم‌افزار صنعتی است و بسیار در صنعت از آن استفاده می‌شود، دانشجویان نیز می‌توانند از پروژه‌های کاربردی و جذابی که در زمان آموزش آن‌ها را انجام می‌دهیم استفاده کنند و پروژه‌های دانشگاهی خود را به بهترین شکل انجام دهند.

هدف از این آموزش درک مفهومی میکروکنترلرها است، نه فقط صرفا پیاده‌سازی پروژه. یادگیری مثال‌ها و همین‌طور رهایی از مشکلات متعدد با توابع سطح بالا، چرا که هر کتابخانه‌ای را بسته به نیاز و سلیقه خود می‌توانید بنویسید و تمام محدودیت‌ها را از بین ببرید. درک عمیق و توانایی پیاده‌سازی سیستم‌های مختلف، برای پروژه‌های مختلف و حتی تجاری ضرورتی مهم بوده و می‌تواند زندگی فنی شما را متحول کند. یادگیری رجیسترها، دروازه ورود به دنیای میکروکنترلرها است.