Mikrodenetleyici nedir, mikrodenetleyici çeşitleri nelerdir, var olan mikrodenetleyici çeşitleri ne işe yarar, nasıl kullanılır, çalışma prensibi nedir konusuna yer verilen bir yazı dizisi hazırladık.
Mikroişlemci Nedir ?

Yapısında bir CPU (Central Processing Unit / Merkezi İşlem Birimi), ön bellek ve input/output (giriş/çıkış) birimleri bulunan devrelere mikroişlemci ismi verilmektedir. Daha kısa bir şekli ile; mikroişlemci, aslında bir bilgisayardır. Mikroişlemciler, bulundukları elektronik mekanizmaların beynidir. İçerisinde yer aldıkları mekanizmanın kontrolünü sağlarlar.
Mikroişlemcinin beyni ise CPU bileşenidir. Veri işleme ve veri akışı bu birim aracılığı ile gerçekleştirilir. Bu veri işlemleri çoğunlukla CPU’nun içerisinde yer alan ALU (Aritmetik Mantık Birimi)’da uygulanır. Bu birimde sayısal ve lojik işlemler yapılması sağlanır. Tüm dijital elektronik işlemleri (lojik işlemler ve sayısal işlevler), CPU’ların en temel işlevi olarak sayılır. CPU’ların bileşenleri arasında 8-16-32-64 bitlik registerlar bulunmaktadır. Registerlar, bilgilerin geçici sürede depolanmasını görevini üstlenir. CPU’lar, mikroişlemcinin hafızasındaki programları bulunması, çağrılması ve onları çalıştırma görevi gerçekleştirirler.
Mikroişlemciye atılan veriler ilk adımda hafızaya gelir ve burada depolanır. CPU ların da doğrudan erişim sağladığı birim bellektir. Bellekte iki tane birincil hafıza birimi bulunmaktadır: RAM ve ROM. RAM (Random Access Memory), geçici hafıza olarak adlandırılır. Mikroişlemci kapandığı takdirde burada yer alan veriler silinir. ROM (Ready Only Memory), kalıcı hafıza görevi yapar ve sistem kapanma durumunda burada yer alan veriler korunmaya devam eder.
CPU’daki veri akışının aktarılmasını, bellek ve giriş/çıkış birimlerinin bağlantılarını gerçekleştiren 3 çeşit BUS (Veri yolu) bulunmaktadır, bunlar da Address BUS, Data BUS, Control BUS. Address BUS, verinin okunacağı veya verinin yazıldığı bölgeyi belirtmekte olan adres bilgilerinin taşınmasını sağlar. Tek yönlü bir veri yolu şeklindedir. Data BUS, CPU’dan bellek ve giriş/çıkış portlarına ya da bu birimlerden CPU’ya doğru çift yönlü bir veri hat halindedir. Control BUS, mikroişlemcideki birimler arası iletişimi düzenleyen sinyalleri iletimini gerçekleştirmektedir, kontrol sağlayan veri hattıdır. Her mikroişlemci farklı sayıda hatta mevcut olduğu Control BUS bulunabilmektedir.

CPU içerisindeki hafıza birimlerine Register ismi verilmektedir. İşlemcinin çekirdeğinde olması nedeniyle verilere ulaşmak daha hızlı gerçekleşir. Kullanıldığı alan ya da amaçlarına göre özel ve genel çeşitleri vardır.
Mikroişlemcilerin Tarihi

Tarihteki ilk mikroişlemci, 3 farklı projenin gerçekleştirilmesi ile oluşmuştur. Bu proje grubu INTEL 4004, Texas Instruments şirketinin TMS1000’i ve Garrett AiResearch firmasının Central Air Data Computer’ından meydana gelmektedir. Garrett’ın Birleşmiş Milletlerin isteği doğrultusunda F-14 Tomcat’in ana uçuş kontrol bilgisayarı için dizayn ettiği mikroişlemci 1970 yılında tasarlanmış olup kullanıma başlanmıştır. Fakat çok gelişmiş olarak görüldüğü için Birleşmiş Milletler ordusu tasarımın yayınlanmasını 1997 yılına kadar kabul etmemiştir. Texas Instruments (TI) firması ise 4 bitlik TMS1000 mikroişlemcisini üretimi gerçekleştirdi ve gömülü sistemlerde daha yoğun çalışmalar gerçekleştirdi.
1971 yılında bir hesap makinesinin tüm işlevlerini tek çip üzerinden gerçekleşme görevini yapabilen mikroişlemci TMS1802NC de TI tarafından geliştirildi. TI, mikroişlemci için patent başvurusu yaptı ve Gary Boone, 4 Eylül 1973’te tek çip mikroişlemci mimarisiyle patent sahibi oldu.
Mikrodenetleyici Nedir ?

Mikrodenetleyici(MCU ve µC), tek bir metal oksit yarı iletken(MOS-MOSFET) tümleşik devre(IC) üzerine kurulmuş, dışarıdan gelen bir veriyi (programı) hafızasına yazan, derleyen ve sonucunda da çıktı elde eden bir bilgisayar olarak tarif edilebilir. Mikrodenetleyicinin yapısında:
- CPU
- RAM
- ROM
- I/O Portları
- Seri ve Paralel Portlar
- Kristal Osilatör
- Sayıcılar
- Bazılarında da A/D (Analog to Digital) ve D/A (Digital to Analog) çeviriciler bulunur.

Mikrodenetleyici ve Mikroişlemci Arasındaki Farklar Nelerdir ?
Mikroişlemci ile mikrodenetleyici birbirinden farklı yapılardır karıştırılmamalıdır. Mikrodenetleyiciler, yapılarında mikroişlemcileri de yer alır. Mikro İşlemcilerin yapısında CPU, önbellek ve I/O portları olmasına karşın mikrodenetleyicilerde ayrıca seri ve paralel portlar, sayıcılar ve çeviriciler (converter) de mevcuttur. Mikrodenetleyiciler, gerçek zamanlı uygulamalarda daha istenilen verimde çalışmaktadır. Mikrodenetleyiciler bu görevi çok küçük boyutlarda ve daha az enerji tüketimi ile yapabilmektedirler. Bunun yanı sıra mikroişlemciler aynı anda çoklu işlem yapabilirken mikrodenetleyiciler aynı anda tek bir iş yapabilme özelliği vardır.
Mikrodenetleyici Türleri
PIC Mikrodenetleyici

Çevresel arabirim denetleyicisi(PIC), elektrik, bilgisayar, robotik ve benzeri cihazların geliştirilmesinde kullanılan bir çeşit mikrodenetleyici bileşenidir. PIC, Microchip Technology tarafından üretilmiştir ve giriş-çıkış(I/O) verimi arttırmak için kod ve verilerin ayrı kayıtlara yerleşimi yapıldığı Harvard mimarisine dayanmaktadır.
Bir PIC, tüm G/Ç işlevlerini ve işlemlerini işlenmesi için yerleşik bir veri belleğine, veri yoluna ve özel mikroişlemci bulunmaktadır. Rastgele erişimli bellek (RAM) ve silinebilir programlanabilme özelliği bulunan salt okunur bellek (EPROM) şeklinde geçici ve kalıcı depolama mekanizmalarından oluşur; burada RAM, kullanılan verileri/işlemleri depolar ve EPROM oluşturulan değerleri depolar. Ayrıca, READ, WRITE ve ERASE işlevlerinin birden çok örneğini gerçekleştirilebilmesi için kullanılan bir flash bellek içerebilir.
ARM Mikrodenetleyici
ARM(Acorn RISC Machine), geliştirilmiş RISC makinesi anlamına gelmektedir. Dijital gömülü sistem dünyasının en popüler mikrodenetleyici programlama yöntemidir. 32 ve 64 bit versiyonları mevcuttur. Düşük güç tüketimi, diğer RISC tabanlı işlemcilere göre yüksek performanslı olması ve x86 ve x64 işlemcilere göre daha az maliyetli olması nedeni ile genellikle gömülü sistemlerde ARM işlemci tercih edilmektedir.
8051 Mikrodenetleyici
Intel, 1981 yılında 8 bit 8051 mikrodenetleyici üretmiştir. 40 pin DIP (Dual inline paket), ROM ise 4 kb ve 128 byte RAM depolama, 2 adet 16 bit zamanlayıcı ile yapılmıştır. Özel olarak belirlenmiş özelliklerine göre programlanabilir ve adreslenebilir dört paralel 8 bit bağlantı noktasından oluşur.
AVR Mikrodenetleyici
AVR, Atmel firmasının ürettiği 8 bitlik RISC mimarisine sahip mikrodenetleyicilere denilmektedir. Maliyeti düşüktür ve hızlı çalışır. 2 KB ve 128 KB yazılıp-silinebilen bellek türüne sahiptir.
MSP Mikrodenetleyici
MSP, karışık sinyal işlemcisi anlamına gelir. Texas Instrument firma ürettikleri arasında yer alan bir işlemcidir. 16 bitlik bir CPU etrafına tasarımı yapılmıştır. Düşük güç tüketimi mevcuttur ve maliyeti düşüktür. Genellikle gömülü sistemler için tercih edilmektedir.
Mikrodenetleyici Ne İşe Yarar ?
Mikrodenetleyici, programlandığı yazılımı hafızasına kayıt yapıp, işleyebileceği şekilde derleme görevi yapar ve bir çıkış sinyali gönderir. Çıkış portuna bir motorun bağlı durumdadır, mikrodenetleyiciden gelen sinyale göre bu motor hareket etmeye başlar. Kısaca mikrodenetleyiciler elektronik devrelerde beyin görevini üstlenir, elektronik sistemleri kontrol edilmesini sağlar.
Mikrodenetleyici Çeşitleri
Endüstri ve diğer alanlarda kullanılmakta olan birçok çeşit mikrodenetleyici bulunmaktadır. Mimarileri dikkate alınmasına göre mikrodenetleyiciler ikiye ayrılmaktadırlar.
- Hafıza Organizasyonu Açısından
Von Neumann Mimarisi
Program komutları ve veriler aynı bellekten alınması ardından tek bir yol üzerinden işlemciye gönderilir; önce komut, daha sonra da veri işlenir. Geçmişte bu mimari tercih edilse de şu anda en çok kullanılan yöntem Harvard durumuna gelmiştir. Bu mimaride bazı gecikmeler meydana gelmektedir.
- Veri ve program alanı aynı hafıza haritası üzerinde bulunur.
- Kullanılan işlemciler: 80X86, 68HC11 gibi
- Kişisel bilgisayarlarda standart bir şekilde kullanılmaktadır.
Harvard Mimarisi
Genellikle tercih edilen mimari Harvard mimarisidir. Verilere ve komutlara farklı yollardan ulaşım yapılabilir, bu sayede çalışması daha hızlı gerçekleşir.
- Veri ve program alanı ayrı hafıza haritası üzerindedir.
- Güvenilirdir.
- Kullanılan işlemciler: 8051,PIC
- 8051’in iç yapısı Harward mimarisine uygun tasarlanmıştır.

- Komut işleme tekniği açısından
RISC
RISC, küçük özel komutları kullanımı ile daha hızlı ve yüksek optimizasyonla yürütmektir.
CISC
CISC, daha basit derleyicilerle iyi çalışma özelliği sayesinde iyi kişisel bilgisayarlar yaparlar.
Mikrodenetleyiciler Nerelerde Kullanılır ?
Mikrodenetleyiciler televizyon, radyo, otomobil, cep telefonu, bilgisayar, hobi elektroniği ve sayısız daha birçok alanda kullanımı bulunmaktadır. Kullanım alanlarının bir kısmı bilgisayarlar olarak bilinse de en büyük kullanım alanları gömülü sistemlerdir. Elektronik devrelerde işlemlerin manuel olarak değil, belli bir sistematik ile hazırlanan döngüler içerisinde yer alan komutlara göre işleyebilmesi için kullanılan mikrodenetleyiciler, otomasyon ve kontrol sistemlerinde de sıklıkla kullanımı bulunmaktadır.
Mikrodenetleyici Programlama Nasıl Yapılır ?

Mikrodenetleyicilerin programlanabilmesi için komut satırlarından oluşan bir yazılıma ihtiyaç bulunmaktadır. Her mikrodenetleyici için farklı bir derleme yordamı, derlenen programın aktarılması için farklı programlar bulunmaktadır. Örneğin örnekte verildiği gibi, Microchip firmasının ürünü olan PIC ailesindeki mikrodenetleyiciler için özel programlama kartları mevcuttur. Mikrodenetleyicinin programlanabilmesi için karta sabitleme yapılması, kartın da bilgisayara bağlantı yapılması gerekmektedir. Bilgisayardaki yazılım makine diline derlemesi yapıldıktan sonra mikrodenetleyici tipi seçilerek yazılım karta aktarılır. Bu şekilde karta sabitlenen mikrodenetleyici programlanması sağlanmış olur.
Mikrokontrolör çoğunlukla, yüksek seviyeli diller olan C/C++ ,JAVA veya ADA ile programlanlanması yapılır. Bir mikrodenetleyiciyi kodlama yapılması için gerekli olan temel araçlardan bir tanesi, bir entegre geliştirme ortamı olan IDE’lerden faydalanılmaktadır. Size uygun IDE’yi seçtikten sonra kod yazmaya başlanılabilir.
Bir yanıt yazın