মাইক্রোকন্ট্রোলের ইন এমবেডেড সিস্টেম পর্ব-০১

বর্তমান যুগ আধুনিক যুগ। এই আধুনিক যুগে মাইক্রোকন্ট্রোলার মানুষের জীবনে এনে দিয়েছে এক বৈপ্লবিক পরিবর্তন। এই মাইক্রোকন্ট্রোলার দ্বারা অনেক কাজই করা যায়। ক্যালকুলেশন শুরু করে ডাটা স্টোরেজ, নেটওয়ার্কি, ইন্টারনেট, প্রিন্টিং, এনিমেশন তৈরি, গ্রাফিক্স ডিজাইন, রোবট কন্ট্রোল ইত্যাদি ইত্যাদি। তবে প্রত্যেকটি কাজের পেছনে রয়েছে বিভিন্ন ধরনের হার্ডওয়্যার ও সফটওয়্যার। হার্ডওয়ারগুলো বিভিন্ন ধরনের প্রসেসর(processor), চিপস(chip), কন্ট্রোলিং ইউনিট(controlling unit), ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট(Integrated circuit) বা আইসি (IC) ইত্যাদির মাধ্যমে তৈরি। বর্তমানে বিভিন্ন ধরনের ছোট ছোট একক কন্ট্রোল ইউনিট আছে. যেগুলো একটি নির্দিষ্ট কাজ করতে সক্ষম। যেমন রিমোট কন্ট্রোলার যার মাধ্যমে দূর থেকে নির্দিষ্ট কাজকে নিয়ন্ত্রণ করা যায়। এই ধরনের ছোট ছোট কাজ করার জন্য মাইক্রোকন্ট্রোলার ব্যবহার করা হয়ে থাকে। এদেরকে একটি স্বয়ংসম্পূর্ণ ডিভাইস বলা হয়। আবার কিছু কিছু ডিভাইস শুধুমাত্র একটি নির্দিষ্ট কাজ করতে পারে। যেমন প্রিন্টার, স্ক্যানার, কিবোর্ড, মাউস, ইত্যাদি। যে সিস্টেম বা ডিভাইস শুধুমাত্র নির্দিষ্ট একটি কাজ করতে সক্ষম তাদেরকেই এমবেডেড সিস্টেম বলে।

এই কোর্সে তোমরা মাইক্রোকন্ট্রোলার সম্পর্কে যে বিষয়গুলো জানতে পারবেঃ-
(১) মাইক্রোকন্ট্রোলারের প্রয়োগ ক্ষেত্র বা ব্যবহার।
(২) মাইক্রোকন্ট্রোলার এবং এমবেডেড সিস্টেম।
(৩) মাইক্রোকন্ট্রোলারের গঠন।
(৪) বিভিন্ন প্রকার মাইক্রোকন্ট্রোলার।
(৫) মাইক্রোকন্ট্রোলার নির্বাচন বা কি কাজের জন্য কোন মাইক্রোকন্ট্রোলার ব্যবহার করতে হবে।

মাইক্রোকন্ট্রোলারের প্রয়োগ ক্ষেত্র বা ব্যবহারঃ- বর্তমানে মাইক্রোকন্ট্রোলার বিভিন্ন ধরনের প্রজেক্ট তৈরি করা শুরু থেকে বাসাবাড়িতে বিভিন্ন ধরনের হোম এপ্লায়েন্স যেমন টেলিফোন, সিকিউরিটি সিস্টেম, রিমোট কন্ট্রোল, টিভি, ক্যামেরা, লাইটিং কন্ট্রোল, সেলাই মেশিন, ইত্যাদিতে মাইক্রোকন্ট্রোলার ব্যবহার হয়ে থাকে।
আবার অফিস মেইনটেনেন্স করার জন্য মাইক্রোকন্ট্রোলার ব্যবহার করা হয়ে থাকে যেমন, প্রিন্টার, স্ক্যানার, ফ্যাক্স মেশিন, মাইক্রোওয়েভ, ইত্যাদিতে।
ইন্ডাস্ট্রিয়াল অটোমেশন এর ক্ষেত্রে মাইক্রোকন্ট্রোলার ব্যবহার অপরিহার্য। বিশেষ করে পিএলসির সকল কার্যক্রমের মূল ভিত্তি হিসেবে মাইক্রোকন্ট্রোলার খুবই গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। উদাহরণ হিসেবে বলা যায়, ইঞ্জিল কন্ট্রোল, ইন্সট্রুমেন্টেশন, ট্রান্সমিশন কন্ট্রোল, ইন্টারটেইনমেন্ট ইত্যাদি।
বর্তমানে বিভিন্ন ধরনের ইন্ডাস্ট্রিতে মাইক্রোকন্ট্রোলার ব্যবহারের মাধ্যমে উৎপাদন বৃদ্ধি, অপচয় হ্রাস, এবং দ্রুত সময়ের মধ্যে প্রোডাক্ট উৎপাদন করা সম্ভব হয়েছে।
শিক্ষার্থীদের জন্য মাইক্রোকন্ট্রোলার সম্পর্কে জ্ঞান অর্জন করা খুবই গুরুত্বপূর্ণ। বিভিন্ন ধরনের প্রবলেম সলভ করা এবং স্কিল কম্পিটিশনে প্রজেক্ট তৈরি করার ক্ষেত্রে মাইক্রোকন্ট্রোলার ব্যবহার অপরিহার্য।

মাইক্রোকন্ট্রোলারঃ- মাইক্রোকন্ট্রোলার হলো এমন একটি (ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট) বা আইসি। যার মধ্যে একত্রে প্রসেসর(processor), র‍্যাম(RAM), রম(ROM), ইনপুট-আউটপুট পোর্ট, টাইমার ও কাউন্টার যুক্ত থাকে। এটি নিজেই একটি স্বয়ংসম্পূর্ণ ডিভাইস। এটি মাইক্রোকম্পিউটারের চেয়ে অনেক দ্রুত কাজ করতে পারে। মাইক্রোকন্ট্রোলারকে আবার মাইক্রোচিপ অথবা ইমবেডেড কন্ট্রোলারও বলা হয়। এটি আকারে খুবই ছোট এবং দামেও কম।

এমবেডেড সিস্টেমঃ- নির্দিষ্ট কাজের জন্য যে চিপ বা ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট ডিজাইন করা হয় তাকে এমবেডেড সিস্টেম বলে। এমবেডেড সিস্টেমের প্রাণশক্তি হচ্ছে মাইক্রোকন্ট্রোলার। মাইক্রোকন্ট্রোলার দিয়ে এমবেডেড সিস্টেম অ্যাপ্লায়েন্স তৈরি করা হয়ে থাকে। যেমন সিকিউরিটি সিস্টেম, রিমোট কন্ট্রোল, প্রিন্টার, স্ক্যানার, ফ্যাক্স মেশিন ইত্যাদি।

মাইক্রোকন্ট্রোলারের সাধারন গঠনঃ-

চিত্র-১: মাইক্রোকন্ট্রোলারের সাধারন একটি ব্লক ডায়াগ্রাম

মাইক্রোকন্ট্রোলারের অভ্যন্তরীণ গঠনঃ-

চিত্র-২: মাইক্রোকন্ট্রোলার মৌলিক ব্লক ডায়াগ্রাম

একটি মাইক্রোকন্ট্রোলার উপরের চিত্র-২ এর ব্লকের ইউনিটগুলো নিয়ে গঠিত, যথাঃ-
(১) সেন্ট্রাল প্রসেসিং ইউনিট অর্থাৎ সিপিইউ (CPU)
(২) মেমোরি (Memory)
(৩) ইনপুট-আউটপুট পোর্ট (input output port)
(৪) সিরিয়াল পোর্ট (Serial port)
(৫) টাইমিং এবং কন্ট্রোল ইউনিট (timing and control unit)
(৬) ডিসি টু এসি কনভার্টার এসি টু ডিসি কনভার্টার ( ADC and DAC)
(৭) ইন্টারাপ্ট লজিক ( interrupt logic)
(৮) টাইমার এবং কাউন্টার ( timer and counter )
(৯) অসিলেটর সার্কিট ( Oscillator circuit)
(১০)এডিশনাল সার্কিট ( additional circuit)
নিচে গুরুত্বপূর্ণ ইউনিট গুলো সম্পর্কে ধারণা দেয়া হলো-

(১)সেন্ট্রাল প্রসেসিং ইউনিট অর্থাৎ সিপিইউ (CPU):-

• সকল ধরনের তথ্য বা ডাটা কে ইনপুট ডিভাইস অথবা মেমোরি থেকে গ্রহণ করে সিপিইউ’তে প্রক্রিয়াকরণ করা হয়।
• সিপিইউ ডাটা প্রক্রিয়াকরণ শেষে প্রয়োজনীয় তথ্য বা ডাটাকে আউটপুট ডিভাইস অথবা মেমরিতে সংরক্ষণের জন্য প্রেরণ করে।
• সিপিইউ’তে গাণিতিক, যৌক্তিক এবং বিভিন্ন ধরনের কন্ট্রোলিং সিগনাল প্রক্রিয়াকরণ করা হয়।

(২)মেমোরি (Memory):-

• সকল ধরনের ডাটা বা তথ্য মেমরিতে সংরক্ষণ করা হয়।
• মাইক্রোকন্ট্রোলারে ডাটা বা তথ্য ধারণের জন্য তিন ধরনের মেমোরি ব্যবহার করা হয়, যথাঃ Read only memory (ROM), Random Access Memory (RAM), Electrical Programmable Read-only Memory (EPPROM)
• এখানে ROM ও EPPROMএর মধ্যে নির্দিষ্ট কাজের প্রোগ্রামগুলো স্থায়ী ভাবে ইন্সটল করা থাকে। যা শুধুমাত্র ডাটা পড়তে পারে।
  RAM এটি বিভিন্ন ধরনের ইনপুট ডিভাইস বা অন্যান্য মেমোরি থেকে ডাটা পড়তে এবং লিখতে পারে।

(৩)ইনপুট-আউটপুট পোর্ট (Input Output port):-

• মাইক্রোকন্ট্রোলারের দুই ধরনের পোর্ট থাকে। ইনপুট পোর্ট এবং আউটপুট পোর্ট।
• ইনপুট পোর্টের মাধ্যমে প্রয়োজনীয় তথ্য গ্রহণ করা হয়।
• আউটপুট পোর্টের মাধ্যমে ডাটাকে প্রক্রিয়াকরণের পর আউটপুট ডিভাইসে প্রেরণ হয়।

(৪)সিরিয়াল পোর্ট (Serial port):-

• সিরিয়াল পোর্টের মাধ্যমে আউটপুট ডিভাইসের সাথে সংযুক্ত করা হয়।
• সিরিয়াল ডাটা আদান প্রদান করার জন্য এই পোর্ট ব্যবহার হয়ে থাকে।

(৫)টাইমিং এবং কন্ট্রোল ইউনিট (Timing and control unit):-

• এই ইউনিটের কাজ হলো মাইক্রোকন্ট্রোলার কাজ করার সময় প্রয়োজনীয় সিগনাল দেওয়া।
• এবং সিপিইউ’র বিভিন্ন পেরিফেরাল ডিভাইস যেমন র‍্যাম, রম ইত্যাদির সাথে সংযুক্ত করার জন্য প্রয়োজনীয় সিগনাল তৈরি করা।

(৬) এসি টু ডিসি কনভার্টার এবং ডিসি টু এসি কনভার্টার ( ADC and DAC):-

• ADC – analogue to digital converter and DAC- Digital to analogue converter
• এই ইউনিটের মাধ্যমে এনালগ সিগন্যাল কে ডিজিটাল এবং ডিজিটাল সিগন্যাল কে এনালগ সিগনালে রূপান্তর করে মাইক্রোকন্ট্রোলারকে ইনপুট ও আউটপুট পোর্টে সিগন্যাল দেওয়া।

(৭)ইন্টারাপ্ট লজিক ( Interrupt Logic):-

• এই ইউনিটের মাধ্যমে মাইক্রোকন্ট্রোলার কোন কাজ আগে করবে অথবা কোন কাজ পরে করবে তা বুঝিয়ে দেওয়া হয়।
• এই ধরনের কাজের জন্য মাইক্রোকন্ট্রোলারকে বিভিন্ন ধরনের ইনস্ট্রাকশন বা ইন্টারাপ্ট লজিক ব্যবহার করা হয়। যেমনঃ 8051 মাইক্রোকন্ট্রোলারকে ইনস্ট্রাকশন দেওয়ার জন্য ৬টি ইন্টারাপ্ট লজিক ব্যবহার করা হয়।

(৮)টাইমার এবং কাউন্টার (Timer and Counter):-

• মাইক্রোকন্ট্রোলার বিভিন্ন ধরনের ডাটা নিয়ে কাজ করতে হয়। ডাটা প্রক্রিয়াকরণ এবং বিভিন্ন কাজের সময় নির্ণয়ের জন্য টাইমার ব্যবহার করা হয়।
• মাইক্রোকন্ট্রোলারের ডাটা বা তথ্য এবং ডিজিটাল পালস গুলোকে গণনা করার জন্য কাউন্টার ব্যবহার করা হয়।

(৯)অসিলেটর সার্কিট (Oscillator circuit):-

• মাইক্রোকন্ট্রোলারে ফ্রিকুয়েন্সি তৈরি করার জন্য অসিলেটর সার্কিট ব্যবহার করা হয়।
• ফ্রিকুয়েন্সি তৈরি করার জন্য সাধারণত কোয়ার্টজ ক্রিস্টাল অসিলেটর সার্কিট ব্যবহৃত করা হয়।

(১০)এডিশনাল সার্কিট (additional circuit):-
মাইক্রোকন্ট্রোলারে কিছু অতিরিক্ত সার্কিট ব্যবহার করা হয়। এগুলোর মাধ্যমে মাইক্রোকন্ট্রোলারের ভুল নিরূপণ এবং সার্বিক রক্ষণাবেক্ষণের ক্ষেতে এই সার্কিট গুলো কাজ করে।

মাইক্রোকন্ট্রোলারের–প্রকারভেদঃ- মাইক্রোকন্ট্রোলারের প্রসেসিং এর কার্যক্ষমতা এবং মেমোরি সাইজ ও নির্দেশনা বা ইন্সট্রাকশন এদের উপর ভিত্তি করে বিভিন্ন ধরনের হয়ে থাকে।

চিত্র-৩: মাইক্রোকন্ট্রোলারের পরিবার

বিভিন্ন ধরনের কাজের জন্য অনেক ধরনের মাইক্রোকন্ট্রোলার তৈরি করা হয়েছে। এতগুলো মাইক্রোকন্ট্রোলারের মধ্যে তোমাদের কাজের জন্য কোন মাইক্রোকন্ট্রোলার’টি উপযোগী সেটা নির্বাচন করা খুবই গুরুত্বপূর্ণ।

মাইক্রোকন্ট্রোলার নির্বাচনঃ-

• (১) মাইক্রোকন্ট্রোলার নির্বাচন করার ক্ষেত্রে প্রথমে যে বিষয়গুলো খেয়াল রাখতে হবে, যে মাইক্রোকন্ট্রোলার টি নির্বাচন করেছ সেটার উপযুক্ত সফটওয়্যার, এডিটর, কম্পাইলার, অ্যাসেম্বলার, ডিবাগার, এবং বার্নার আছে কিনা তা লক্ষ্য রাখতে হবে।
• (২) প্রসেসরের কার্যক্ষমতাঃ- মাইক্রোকন্ট্রোলারের প্রসেসরটি কত বিট সে বিষয়ে খেয়াল রাখতে হবে অর্থাৎ প্রসেসরটি একসাথে সর্বোচ্চ কত বিট নিয়ে কাজ করতে পারে। সাধারণত মাইক্রোকন্ট্রোলারের প্রসেসর ৮বিট, ১৬বিট, ৩২বিট, ৬৪বিট হয়ে থাকে।
• (৩) মেমোরিঃ- র‍্যাম, রম এর জায়গার পরিমাণ কতটুকু তা নিবার্চন করতে হবে। তোমার প্রয়োজনীয় কাজের প্রোগ্রাম এর ভিতর ইন্সটল এবং রানিং করা যাবে কিনা সে বিষয়ে খেয়াল রাখতে হবে।
• (৪)গতিঃ- মাইক্রোকন্ট্রোলারের স্পিড বা গতি কেমন তা লক্ষ্য রাখতে হবে। অর্থাৎ মাইক্রোকন্ট্রোলার’টি কত মেগাহার্টজ কাজ করতে পারবে।
• (৫)পিন সংখ্যা:- ইনপুট আউটপুট পিন কতটি সে বিষয়ে লক্ষ্য রাখতে হবে ।
• (৬)টাইমার এবং কাউন্টারঃ মাইক্রোকন্ট্রোলার নির্বাচন করার ক্ষেত্রে টাইম এবং কাউন্টার পরিমাণ লক্ষ রাখা খুবই গুরুত্বপূর্ণ।
• (৭) পাওয়ার খরচঃ- যে মাইক্রোকন্ট্রোলার টি নির্বাচন করবে, সেটার অপারেটিং ভোল্টেজ কত সে বিষয়ে লক্ষ্য রাখতে হবে এবং তার ব্যাটারি পাওয়ার প্রোডাক্টের আছে কিনা দেখতে হবে।
• (৮) দক্ষতারঃ- যে কাজের জন্য মাইক্রোকন্ট্রোলার নির্বাচন করেছ সে কাজ দক্ষতার সাথে অল্প খরচে হচ্ছে কিনা তা লক্ষ্য রাখতে হবে

সবশেষে যে বিষয়টি খেয়াল রাখতে হবে যে মাইক্রোকন্ট্রোলার টি নির্বাচন করেছে, যদি এমন হয় ওই মাইক্রোকন্ট্রোলার’টি ভবিষ্যতে আর পাওয়া যাবে না। তখন উক্ত মাইক্রোকন্ট্রোলার নির্বাচন করার সঠিক হবে না। যেমন ৮বিট মাইক্রোকন্ট্রোলার দিয়ে ভবিষ্যতে কোন প্রোডাক্ট অথবা মাইক্রোকন্ট্রোলার’টিও উৎপাদন নাও হতে পারে।

আজকে এই পর্যন্ত
উপরে উল্লেখিত আটটি বৈশিষ্ট্য বিদ্যমান এমন কয়েকটি মাইক্রোকন্ট্রোলার নিয়ে অন্যদিন কথা বলবো, ধন্যবাদ সবাইকে!