ไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller)
รูปภาพจาก https://www.arduino.cc/en/hardware
เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ (Microcontroller) หรือที่เรียกกันสั้นๆ ว่า MCU นั้นเปรียบเสมือนสมองกลขนาดเล็กที่ถูกออกแบบมาให้ควบคุมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ได้อย่างอิสระหรืออัตโนมัติ โดยภายในตัวไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นจะประกอบไปด้วยส่วนประกอบสำคัญที่คล้ายๆกับคอมพิวเตอร์อย่างครบถ้วน ไม่ว่าจะเป็น หน่วยประมวลผลกลาง (CPU), หน่วยความจำ (Memory) และ พอร์ตสำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์ภายนอก (I/O Ports) ทั้งหมดถูกบรรจุอยู่บนชิปตัวเดียวทำให้มีขนาดเล็ก กินพลังงานน้อย และเหมาะสำหรับการใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลากหลายชนิด กล่าวคืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งที่มีการรวมฟังก์ชันต่างๆ ของคอมพิวเตอร์ไว้ในชิปขนาดเล็ก โดยมีส่วนประกอบหลักดังนี้
- หน่วยประมวลผลกลาง (Central Processing Unit: CPU): เป็นสมองของไมโครคอนโทรลเลอร์ ทำหน้าที่คำนวณและควบคุมการทำงานของส่วนต่างๆ
- หน่วยความจำ (Memory): แบ่งออกเป็นสองประเภท
- หน่วยความจำโปรแกรม (Program Memory): ใช้เก็บคำสั่งโปรแกรมที่เรียนและสั่งให้ไมโครคอนโทรลเลอร์ทำงาน ซึ่งมักจะเป็น ROM (Read-Only Memory) หรือ Flash Memory
- หน่วยความจำข้อมูล (Data Memory): เป็นหน่วยความจำที่ใช้เก็บข้อมูลชั่วคราวระหว่างการทำงาน มักจะเป็น RAM (Random Access Memory)
- หน่วยอินพุต/เอาต์พุต (Input/Output: I/O Ports): ใช้สำหรับการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ภายนอก เช่น เซ็นเซอร์, สวิตช์, ไฟ LED หรืออุปกรณ์ควบคุมอื่นๆ
- นาฬิกา (Clock): ใช้ในการกำหนดจังหวะการทำงานของไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยมักจะมีความถี่ที่กำหนดการทำงานของ CPU
- อุปกรณ์ต่อพ่วง (Peripheral): ฟังก์ชันเพิ่มเติม เช่น ตัวแปลงสัญญาณ ADC (Analog to Digital Converter) สำหรับอ่านค่าจากเซ็นเซอร์แบบแอนะล็อก, PWM (Pulse Width Modulation) สำหรับควบคุมมอเตอร์, หรือ UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) สำหรับการสื่อสารข้อมูล
คุณสมบัติเด่นของไมโครคอนโทรลเลอร์
- การควบคุมระบบอัตโนมัติ: ไมโครคอนโทรลเลอร์เหมาะสำหรับงานที่ต้องการควบคุมอุปกรณ์หรือระบบอัตโนมัติ เช่น ในเครื่องใช้ไฟฟ้า, ระบบหุ่นยนต์, ระบบรักษาความปลอดภัย, และโครงงานอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ
- พลังงานต่ำ: ออกแบบมาเพื่อทำงานด้วยพลังงานที่ต่ำมาก ทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์พกพาหรือระบบที่ต้องทำงานตลอดเวลาโดยใช้พลังงานจากแบตเตอรี่
- ต้นทุนต่ำ: ไมโครคอนโทรลเลอร์มีราคาถูกและหาซื้อได้ง่าย ทำให้ถูกใช้ในงานที่หลากหลาย
- ประสิทธิภาพสูงในงานเฉพาะด้าน: ไมโครคอนโทรลเลอร์ถูกออกแบบมาเพื่อทำงานบางอย่างที่เฉพาะเจาะจงได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น ควบคุมมอเตอร์, การประมวลผลเซ็นเซอร์, หรือการสื่อสารข้อมูล
ตัวอย่างของไมโครคอนโทรลเลอร์
- Arduino: เป็นแพลตฟอร์มที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ (เช่น ATmega328 ใน Arduino Uno) ในการพัฒนาโปรเจกต์อิเล็กทรอนิกส์
- ESP32: เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีความสามารถในการสื่อสารผ่าน Wi-Fi และ Bluetooth
- PIC Microcontroller: ถูกใช้ในงานอุตสาหกรรมและระบบฝังตัว
ไมโครคอนโทรลเลอร์มักถูกนำไปใช้งานในระบบที่ต้องการควบคุมอุปกรณ์หรือดำเนินการบางอย่างโดยไม่จำเป็นต้องใช้พลังประมวลผลมากมักใช้ในารทำงานอย่างใดอย่างหนึ่งซ้ำๆ เช่นการอ่านค่าอุณหภูมิ การวัดค่าสภาพแวดล้อมต่างๆ การรับส่งข้อมูล เป็นต้น.
ทำไมเราถึงต้องใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ?
- ควบคุมอุปกรณ์ได้อย่างแม่นยำ: ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถทำงานตามโปรแกรมที่เราเขียนขึ้นได้อย่างแม่นยำและซับซ้อน ทำให้สามารถควบคุมอุปกรณ์ต่างๆ ได้ตามต้องการ เช่น การควบคุมมอเตอร์, เซ็นเซอร์, จอแสดงผล และอุปกรณ์อื่นๆ อีกมากมาย
- ประหยัดพลังงาน: ไมโครคอนโทรลเลอร์ถูกออกแบบมาให้กินพลังงานน้อย ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในอุปกรณ์พกพาหรืออุปกรณ์ที่ต้องทำงานต่อเนื่องเป็นเวลานาน
- ขนาดเล็ก: ไมโครคอนโทรลเลอร์มีขนาดเล็กมาก ทำให้สามารถนำไปฝังอยู่ในอุปกรณ์ต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย
- ราคาถูก: ด้วยเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้น ทำให้ราคาของไมโครคอนโทรลเลอร์ลดลงอย่างมาก จึงเป็นทางเลือกที่คุ้มค่าสำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ