للمبتدئين دروس علم نفسك المتحكمات الدقيقة (الميكروكونترولر) pic - مقدمة

[F.Abdelaziz]

للمبتدئين دروس علم نفسك المتحكمات الدقيقة (الميكروكونترولر) PIC
المدخل إلى الميكروكونترولر
مرحبا بكم فى عالم الميكروكنترولر الرائع . يفترض أنك تقرأ هذ الدرس لأنك تهتم وترغب فى تعلم واستكشاف الميكروكنترولر . لعلك تعلم أن المعالجات الدقيقة بصفة عامة والمتحكمات الدقيقة بشكل خاص قد غيرت الإلكترونيات اليوم إلى حد كبير . الآن الأجهزة الإلكترونية والدوائر لا تصمم كتوصيلات إلكترونية ، ولكن تصمم كبرمجيات تعمل داخل المتحكمات الدقيقة ، لذلك فإن الأجهزة الإلكترونية اليوم هى مزيج من الأجهزة hardware والبرمجيات software .
هذا الدروس سوف تأخذك من خلال جميع الخطوات اللازمة لتعلم واستكشاف الميكروكونترولر PIC . هذه الأجهزة الصغيرة أحدثت ثورة في عالم الالكترونيات . اليوم الميكروكنترولر فى كل مكان ، فكر فى جهاز وسوف تجد الميكروكونترولر فى مكان ما به . جهاز التحكم عن بعد ، أو مكيف الهواء ، أو الميكروويف ، أو مشغل DVD ،أو التلفزيون أو الهاتف الخلوى جميعها بها ميكروكونترولر مستقر بداخلها .
هذه الأجهزة الصغيرة تستطيع أن تفعل الكثير ، لدرجة لا يحدها إلا الخيال . وعلاوة على ذلك فهى بسيطة جدا فى الاستخدام ، فأنت لا تحتاج أن تكون خبيرا في مجال الالكترونيات لاستخدامها فى المشروع الخاص بك . كل ما هو مطلوب منك ، فى البداية ، فهم أساسيات الإلكترونيات ، والدوائر الرقمية .

ما هو الميكروكونترولر ؟
إذا ، ماهو الميكروكونترولر بالضبط ؟
هذا هو السؤال الذى يحتاج إلى توضيح قبل المضى قدما .
أنت ، كهاوى أو كطالب إلكترونيات لابد أن يكون قد مر عليك عدد من الدوائر المتكاملة ، وهى أجهزة صغيرة بها الكثير من الدوائر بداخلها ، ولها قليل من الوصلات (الأطراف) للاتصالات الخارجية . ومع ذلك فإن كل هذه الدوائر المتكاملة تختلف عن بعضها البعض ، من حيث الوظيفة . الدائرة داخل الدائرة متكاملة ، قد تكون مصممة للأغراض الرقمية digital أو للأغراض التناظرية analog ، مثل الدائرة المتكاملة للمؤقت 555 ، الشائعة الانتشار ، بها كل الدوائر الداخلية التى تلزم لعمل أنواع مختلفة من المذبذبات . بالمثل الدائرة المتكاملة 7447 هى مفسر شفرة من ثنائى إلى سفن سيجمنت ، ولها أطراف دخل لقبول الأعداد الثنائية المشفرة عشرى BCD ، عندئذ ، فإن أطراف الخرج سوف تقوم بالتوصيل أو الفصل وفقا للعدد المطلوب عرضه على وحدة السفن سيجمنت . وبالمثل لمئات بل وآلاف الدوائر المتكاملة بوظائف محددة . لعمل تطبيق ، يجب أن تعرف على وجه التحديد وظيفة ومداخل ومخارج الدائرة المتكاملة المطلوبة .


الميكروكنترولر والمعالج الدقيق هو دائرة متكاملة ، لكنها تختلف جوهريا عن الدوائر المتكاملة الأخرى . فهى فئة في حد ذاتها ، والتى لا تصنع للقيام بوظيفة معينة . فعند شرائها من السوق ، لا يمكنك تحديد ما هى الوظيفة التى سوف يقوم بها . فمن أجل الحصول على وظيفة مفيدة ، يجب إعداد هذه الدوائر المتكاملة . على سبيل المثال ، يمكن إعداد الميكروبروسسور والميكروكونترولر لاختبار حالة زر ضاغط ، ثم تشغيل أو إيقاف محرك . ونفس الدائرة المتكاملة يمكن إعدادها فى وقت لاحق ، لقراءة حالة حساس الأشعة تحت الحمراء ، وفك شفرة الإشارة وتشغيل أو إيقاف جهاز آخر . إذا تم عمل هذان النوعان من الدوائر باستخدام الدوائر المتكاملة الرقمية التقليدية ، فإن ذلك يتطلب عددا كبيرا من المكونات . وعلاوة على ذلك فإن أى تغيير فى المواصفات ، مثل تغيير شفرات الأشعة تحت الحمراء من شأنه أن يؤدى إلى تغيير كلى في التصميم . إن استخدام الدوائر المتكاملة القابلة للإعداد هى فكرة عظيمة . ليس فقط يمكن إعادة إعداد نفس الدائرة المتكاملة للقيام بمهام مختلفة ، ولكن يمكن بسهولة تنفيذ التغيير في المواصفات فقط عن طريق تغيير إعدادات الجهاز ، وهذا يؤدى إلى تسهيل ، لدرجة كبيرة ، مهمة المهندسين والهواة فى التطوير السريع للأجهزة الإلكترونية الجديدة ، والتحسين المستمر للأجهزة الموجودة . كما يؤدى أيضا إلى تخفيض متطلبات الأجهزة hardware علاوة على زمن التصميم والتسويق . نتيجة لذلك فقد استولى الميكروبروسسور والميكروكونترولر على السوق . فقد تم تخفيض تصاميم الأجهزة بشكل كبيرة ، واستبدال معظم الدوائر بالإعدادات النصية . اليوم نحن نسمى هذه القدرة على إعداد الميكروبروسسور والميكروكونترولر بالبرمجة programming .


البرنامج ليس سوى سلسلة من التعليمات instructions ، بطريقة صحيحة ومنطقية لإرشاد المعالج للاستجابة والرد على المدخلات المختلفة . عن طريق تغيير البرنامج ، سوف يتغير سلوك الميكروكونترولر . فكر فيه كما لو كان نظام موسيقى . فالشركة المصنعة لم تصممه لإنتاج أى أصوات معينة بالسماعات . ومع ذلك فلديه كل الدوائر اللازمة للقيام بذلك . ما هى الموسيقى التى سوف ينتجها ، سيتوقف ذلك على الشريط tape ، أو القرص المضغوط CD المدرج . وبالتالى إذا قمت بتغيير القرص المضغوط ، فبنفس الجهاز يتم تشغيل شىء مختلف . لذا يمكننا القول أن نظام الموسيقى ، هو جهاز قابل للبرمجة ، والمعلومات المخزنة على الشريط ، أو القرص المضغوط هى البرنامج ، أو التعليمات التى تساعد نظام الموسيقى ، لإنتاج الأصوات .
بالمثل يتم برمجة الميكروبروسسور أو الميكروكونترولر للقيام بوظيفة . هذه الوظيفة يمكن أن تكون تغيير قناة التلفزيون إلى السيطرة على الحركات المعقدة للروبوت robot. جميع هذه التطبيقات بها ميكروكونترولر يقوم بوظيفتها المحددة . ولا تندهش عندما تجد نفس الميكروكونترولر فى جهاز التحكم عن بعد ، وفى الروبوت . ففى الحالة الأولى يتم تشغيل ليدات الأشعة تحت الحمراء وفى الحالة الثانية يتم تشغيل محركات .
نأخذ مثالا آخر . لنعتبر أن لديك ورقة عادية وقلم رصاص . والآن ، لديك 26 خيار من الحروف الأبجدية الإنجليزية وخيار الأرقام من 0 إلى 9 ، وأشياء أخرى ، مثل المسافة الفارغة (البيضاء) ، ولا خيارات أكثر من ذلك . ما يمكنك القيام بهما معا ؟ . يمكنك أن تفعل المعجزات : كتابة قصيدة ، رواية ، مقالة أو لا شىء . كل ذلك يعتمد على كيفية تنظيم تلك الحروف ، باستخدام القلم والورقة . وبالتالي فإن نفس الأجهزة تخدم الآلاف من الوظائف المختلفة . اختيار الحروف هى التعليمات التى يمكن أن تعطيها ، والورقة هى الميكروكونترولر الخاص بك ، فى حين أن قلم الرصاص هو الجهاز الذى من خلاله يمكنك تحويل فكرة فى عقلك ، إلى الورقة ، و بمجرد نقلها فلن تحتاج إلى قلم الرصاص .
هذا المثال يناسب تماما سيناريو الميكروكنترولر والميكروبروسسور . وبالتالى عليك أن تتعلم التعليمات التى يفهمها الميكروكونترولر الخاصة بك ، وبطريقة ترتيب تلك التعليمات . ثم يحين دور عقلك ، وأفكارك لكيفية اللعب مع هذه التعليمات للحصول على المهمة المطلوبة . فى الواقع ،هناك المئات من الأساليب للحصول على نفس المهمة ، مثلما هو الحال في اللغة الإنجليزية ، هناك طرق كثيرة يمكنك ترتيب الحروف الهجائية بها لنقل نفس الرسالة .

[F.Abdelaziz]

الفرق بين الميكروبروسسور والميكروكونترولر :



فى الأساس ، هذان الجهازان متشابهان ، لكن مع قليل من الاختلاف .
وحدة المعالجة المركزية CPU والتى هى قلب هذه الأجهزة تحتاج إلى مجموعة من الأجهزة الخارجية لجعل الجهاز يتواصل مع العالم الحقيقى . النظام النموذجى يحتاج إلى نظام لقراءة المدخلات من لوحة المفاتيح (على سبيل المثال) وكتابة المخرجات إلى الأطراف وتخزين بيانات المعالجة الوسيطة فى الذاكرة وحفظ المعلومات الدائمة فى مكان آمن . هذه الأجهزة عبارة عن دوائر مستقلة تعمل فى إنسجام (توافق) مع وحدة المعالجة المركزية لعمل نظام متكامل . فى أجهزة الكومبيوتر الشخصى النموذجى ترتبط هذه الأجهزة بوحدة المعالجة المركزية باستخدام توصيلات فعلية . هذا يجعل النظام أكثر مرونة ، وهذا يعنى أنه يمكنك إضافة المزيد من الذاكرة وتغيير سعة الأقرالص الصلبة وإضافة أو إزالة الأقراص المضغوطة وبطاقات الصوت ..الخ .

وعلى الجانب الآخر ، فإن الميكروكونترولر يتكون من معظم هذه الأجهزة مبنية داخل نفس الحزمة (الغلاف) . ومن ثم فإن الميكروكونترولر سوف يحتوى على : وحدة المعالجة المركزية CPU وذاكرة RAM وذاكرة ROM ومؤقتات و مداخل ومخارج ..الخ ، والجميع معبأ داخل دائرة متكاملة واحدة . هذا يسهل عملية التطوير وكذلك الحد من متطلبات المكونات الخارجية ، ولكن هذا يعنى أيضا أنك لا تستطيع تغيير عدد ونوع الأجهزة المدمجة . التطبيقات التى سوف يستخدم فيها المتحكم الدقيق مختلفة ، عادة تكون بسيطة للغاية ولا تحتاج إلى قدرة معالجة عالية كما يفعل الكومبيوتر وبالتالى يتم توفير متحكمات دقيقة ذات كميات مختلفة من ذاكرة RAM وذاكرة ROM وخطوط المداخل / المخارج والمؤقتات ..الخ . فى الأساس كلها تقريبا متشابهة وتختلف فقط فى عدد الموارد المتاحة بها . لذلك لتطبيق معين يتم اختار المتحكم الدقيق ، ليس الذى لديه أقصى الموارد ولكن الذى لديه ما يكفى للقيام بالمهمة .

ومن ثم فإن الميكروكونترولر هو كومبيوتر كامل مصغر مع كافة الأجهزة الضرورية فى حزمة (شريحة) واحدة . كل ما تحتاجه هو الجهاز الخارجى والذى ترغب فى تشغيله مثل الحساسات والمحركات ..الخ .

الميكروكونترولر PIC
على الرغم من أنه قد تم تطوير الميكروكنترولر منذ بداية عام 1970 إلا أن الطفرة الحقيقية جاءت فى منتصف عام 1990 . حيث قدمت شركة اسمها ميكروشيب أول ميكروكونترولر بسيط لها ، والذى أسموه PIC .
هناك عدد كبير من تصاميم الميكروكونترولر متاحة من شركة ميكروشيب ، وفقا للتركيب المعمارى ، وتخطيط الذاكرة وقوة المعالجة . وقد تم تصنيفها على أنها : سلسلة النطاق المنخفض low range ، و سلسلة النطاق الأوسط mid range ، وسلسلة النطاق المرتفع high range ، وحاليا ميكروكونترولر معالجة الإشارة الرقمية DSP .
ميزة هذه الأجهزة سهولة توافرها ، وانخفاض تكلفتها وسهولة برمجتها والتعامل معها ، وهذا ما جعل الميكروكونترولر PIC هو المفضل للهواة والطلبة .
ونحن بصدد الحديث عن ميكروكنترولر النطاق المتوسط ، واستخدام الميكروكونترولر PIC16F877A كنموذج أولى لاستكشافها فى هذه الدراسة . فالمعرفة المكتسبة من خلال تعلم واستكشاف أحد الميكروكونترولرات ينطبق بما يقرب من 90٪ على الميكروكنترولرات الأخرى من نفس الأسرة (السلسة) . والفرق الوحيد هو فى توافر
الموارد على الرقائق المختلفة .

[F.Abdelaziz]

التنظيم العام للميكروكونترولر PIC :





على الرغم من أننا سوف نتحدث بالتفصيل عن الجوانب المختلفة من هذه الرقاقة فى الأقسام ذات الصلة ، إلا أننا هنا نود أن نعطى مقدمة موجزة عامة ، الشكل أعلاه يبين تفاصيل للأطراف الأربعين للميكروكونترولر الشائع PIC16F877 . لعلك لاحظت أن كل طرف يخصص له عدد من الوظائف ، أحيانا اثنين وأحيانا ثلاثة . هذا الوضع هو شائع جدا فى الميكروكنترولر ، حيث يوجد دائما المزيد الذى يمكن للميكروكونترولر أن يقدمه ، والسبب أن عدد الأطراف محدود فى ميكروكونترولر ما .
فى دائرة أو تطبيق معين عادة يتم ربط الطرف بوظيفة محددة ، وعادة لا يتطلب جميع وظائف الطرف ، ومع ذلك لديك خيارات لاستخدام طرف معين على طريقتك الخاصة .
يتم اختيار الوظيفة المحددة للطرف عن طريق إعداد البتات bits المختلفة للسجلات registers الداخلية . عدد وأسماء هذه السجلات ذات الوظائف الخاصة SFR تختلف من جهاز إلى جهاز ، فبعض الأجهزة لديها وظائف محدودة فى حين أن أجهزة أخرى لديها وظائف أكثر . وبغض النظر عن ذلك فإن الوظيفة موجودة فى كلا الجهازين ، وسوف يكون لها نفس سجل الوظيفة الخاصة . اختيار وإعدادات سجلات الوظائف الخاصة هو المفتاح للبرمجة الناجحة . وبالتالى فإنه من الضرورى التجول خلال الداتا شيت الخاصة بالجهاز قبل البدء فى المشروع .

الشيء المهم الثاني المطلوب معرفته أن الأجهزة التى لها نفس العدد من الأطراف ، من شركة ميكروشيب ، كلها متوافقة الأطراف , وهذا يعني أنك إذا قمت بتصميم المشروع لميكروكونترولر PIC 40 طرف ، وتريد فى وقت لاحق استبدال الرقاقة برقاقة ميكروكونترولر PIC 40 طرف فإن جميع الأطراف تكون متوافقة . وأيضا من المفضل أن تعرف أن نفس الطرف المسمى RB0 وهو الطرف 33 بالميكروكونترولر PIC16F877 ، يكون متوفر بالطرف 6 بالميكروكونترولر PIC16F628 بنفس الوظيفة طالما أن الاسم واحد . وبالتالى إذا كنت قد طورت وبنجاح مشروع باستخدام الطرف RB0 للميكروكونترولر 18F452 يمكنك نقل المشروع إلى جهاز 18 طرف والذى به الطرف RB0 أيضا ، بصرف النظر عن رقم الطرف بالجهاز مع إعادة ترجمة البرنامج .

مصدر القدرة Power Supply :
الميكروكونترولر PIC يستخدم المنطق TTL ، وبالتالى يعتمد مصدر جهد 5V منظم تنظيما جيدا . ومع ذلك فإن مصدر القدرة قد يتراوح فى المدى بين 3.5V و 5.5V . هذا الميكروكنترولر يتطلب كمية صغيرة جدا من التيار . فى الواقع هذه الأجهزة توصف على أنها كأجهزة تكنولوجيا النانو واط . المستويات المنطقية هى أيضا نفس الشىء ، فإشارة من 0V إلى حوالى 2V تعتبر المنطق صفر (0) ، وإشارة من 3.5V إلى 4.5V تعتبر المنطق واحد (1) . من أجل الاتصال مع الأجهزة التى تستخدم جهود منطقية مرتفعة ، يتم استخدام محول لمستويات الجهود .

الإعادة الرئيسية MCLR , Master Clear :





على كل ميكروكونترولر سوف تجد طرف باسم MCLR. هذا الطرف له وظيفتين أساسيتين ، فهو يستخدم لإعادة تعيين الميكروكونترولر reset ، مثل التمهيد الناعم soft-boot ، وكذلك لوضع الميكروكونترولر فى وضع البرمجة .
عندما يتم توصيل الطرف MCLR بالأرضى ، سيتم إعادة تعيين الميكروكونترولر ، وإبقائه في حالة إعادة تعيين reset ، حتى يتم تحرير الاتصال بالأرضى . عندئذ سوف يتم إعادة تعيين reset جميع ذاكرة RAM بالميكروكونترولر وسوف يبدأ تنفيذ البرنامج ، تماما كما لو تم توصيل القدرة للجهاز للتو . عادة يتم توصيل مقاومة رفع 10 كيلو أوم مع هذا الطرف ، لإبقائه فى الحالة المرتفعة عندما يتم تحرير مفتاح الإعادة .
نفس الطرف سوف يعمل أيضا كطرف لنظام البرمجة . فعندما نرغب فى تحميل برمجيات جديدة على شريحة الميكروكونترولر ، يتم تطبيق جهد بحوالى 12V على الطرف MCLR ، من خلال جهاز البرمجة الخاص بك . ويمكن أن يتم ذلك بالدائرة الخاصة بك ، أو من خلال أخذ الميكروكونترولر خارج الدائرة ووضعه بمقبس جهاز البرمجة . المقاومة 10 كيلو أوم مفيدة لتجنب وصول الجهد 12V إلى الجهد VCC وبالتالى إلى الأجهزة الأخرى .

البيانات التناظرية والرقمية Analog and Digital Data :
يستخدم الميكروبروسسور البيانات الرقمية لتمثيل كل شيء . حتى الموسيقى والفيديو والصور كلها تكون ممثلة كبيانات رقمية ، والتى هى سلسلة من المنطق صفر (0) والمنطق واحد (1) . ومع ذلك فإن بيانات عالمنا الحقيقى ليست رقمية ، فهى تناظرية إلى حد ما . يمكن القول وبحق ، "نحن نعيش في عالم تناظرى ، ولكن معالجة البيانات تتم في عالم رقمى ".
بيانات العالم الحقيقى مثل الضوء ودرجة الحرارة ، والضغط ، والحرارة ، والارتفاع ، والمسافة ، والسرعة ، والقوة و... إلخ ، جميعها بيانات تناظرية . من أجل الاستفادة من هذه البيانات يجب علينا الحصول عليها بأجهزة استشعار sensorsمعينة أو من محولات transducers ومن ثم تحويلها إلى شكل رقمى للاستخدام داخل العالم الرقمى للميكروبروسسور . العديد من الميكروكنترولرات الأخرى تتطلب رقاقة محول من تناظرى لرقمى ADC خارجية لتنفيذ ذلك ، ولكن تم بناء هذه الميزة الكبيرة فى الميكروكونترولر PIC . فعدد القنوات التناظرية تختلف من جهاز لآخر وبعض الأجهزة لا تملك هذه الميزة على متنها . الأطراف المسماة AN0 و AN1 و...إلخ ، تكون للبيانات التناظرية إذا لزم الأمر ، إلا أنه يمكن أن تعمل أيضا كأطراف رقمية عادية للعمل مع البيانات الرقمية . كما ذكرنا سابقا ، يتم هذا الاختيار عن طريق إعدادات سجلات محددة فى الميكروكونترولر .

المرجع :

http://micro-es.com/vb4/forum.php

[نعيم البديري]

احسنت استاذنا الفاضل لهذه الروعة في تقديم هذا الموضوع الرائع والذي غزى الالكترونيات من كافة ابوابها انصح اي شخص له هوايته الالكترونيات ان يدخل هذا الباب ويتعلم هذا العلم الحديث وهنا سيربح الخبرة والابداع والوصول لما كان يتصوره صعبا عليه / انا اعرف اشخاص ليس لديهم خبرة بالالكترونيات بشكل كبير وحتى معظم المباديء البسيطة لايملكوها لكنهم يفهمون التعامل مع المتحكمات (المايكروكنترولر ) وارى مشاريعهم بسيطة جدا لان خبرتهم بالمباديء الاساسية بسيطة ..
اذا ماذا لو تعلموا اصحاب الهواية والدراية الكافية بالكثير من المباديء , ماذا لو تعلموا هذا العلم ؟ بالتأكيد ستكون النتيجة مذهلة وسيكون هناك مشاريع واجهزة وابحاث في غاية الروعة ..
الصراحة لم تسمح لنا دراستنا الماضية بتعلم هذا العلم واتمنى ان اتعلم طريقة التعامل والبرمجة (كتابة الكود حسب ما اريد منها ) فاسمحلي ان اكون اول الطلاب لهذه الفكرة
تحياتي للاستاذ فتح الله .

[ah-22]

شكراً للمهندس فتح الله ولكن ان الصور لا تظهر عندي ولا ادري عن السبب علماً انه النت عندي جيد

[abdoelrefaiy]

السلام عليكم و رحمة الله و بركاته

يسعدنى ان اكون ثانى الطلاب و لا استطيع ان اصف سعادتى بان يكون المحاضر

هو المهندس القدير فتح الله عبد العزيز وجارى فى المدرج المهندس الكريم نعيم

اول طلب لى تجميع المحاضرات فى صورة بى دى اف حتى يسهل الاحتفاظ به

والسلام عليكم و رحمة الله و بركاته

[F.Abdelaziz]

ملف الدرس الأول :

http://www.micro-es.com/up2//view.php?file=8a223d3437

[F.Abdelaziz]

الدرس الثانى المفاهيم الأساسية BASIC CONCEPTS

الرابط :


http://www.micro-es.com/up2//view.php?file=47e4a22943


http://micro-es.com/vb4/forum.php