|
||||||
أساسيات هامة قبل بناء المشاريع بالفلوكود
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته أساسيات هامة قبل بناء المشاريع بالفلوكود أقدم إليكم إخوانى الكرام هذا الموضوع نظرا لأهميته لكل من يريد ان يقوم بتنفيذ مشاريع بالفلوكود او حتى بغيره من اللغات. فلما كانت اهم مميزات البرمجة باستخدام الفلوكود هى انه لا يشترط على مستخدمه معرفة معلومات كثيرة عن الميكروكنترولر إلا ان الإلمام بالبنية الداخلية للميكروكنترول يكون أفضل. فلذلك فإننى فى هذا الموضوع سوف أتطرق باختصار الى الحد الأدنى من الأساسيات التى يجب معرفتها عن الميكروكنترولر قبل البدء فى بناء مشاريع باستخدام الفلوكود. الدرس الأول التعرف على الميكروكنترولر ما هو الميكروكنترولر الميكرو كنترولر (المتحكم الدقيق) كما يوحى من اسمه هو عبارة عن جهاز رقمى صغير جدا ويمكن القول بأنه كمبيوتر صغير. ويقوم الميكروكنترولر بحفظ مجموعة من التعليمات بداخله والتى تسمى برنامج والتى يكون من السهل التعديل فيها بدلا من إعادة فك وتغيير التوصيلات فى النظام كما كان متبع فى الماضى. يستخدم الميكروكنترولرفى التحكم والسيطرة على أجهزة إلكترونية أخرى.فهو موجود في مجموعة واسعة من المنتجات مثل أجهزة التلفاز و الفيديو ، والكاميرات الرقمية والهواتف المحمولة ، والطابعات ، والسيارات وأجهزة التحكم عن بعد وغيرها. ماهو البيك PIC البيك PIC هو عبارة عن شريحة الكترونية صغيرة IC من فئة الميكروكنترولر صنعت بواسطة شركة ميكروتشيب Microchip لها عدة مداخل ومخارج يطلق عليها المنافذ تمثلها عدد من الأرجل أو الأطراف المتصلة بالشيب (Pins ) والتي تتصل بالأجهزة المراد التحكم بها لذلك يطلق عليهPIC وهى إختصار لثلاث كلمات (Peripheral Interface Controller) ومعناها جهاز السيطرة والتحكم بالروابط الخارجية حيث تتم هذه العملية من خلال الربط بين المتحكم نفسه والجهاز المتحكم به عن طريق هذه المنافذ أو البورتات. وهذه المتحكمات عند تصنيعها تأخذ ارقام وأحرف مختلفة ليتم التفريق بينهم بينهم وحتى يسهل الأختيار منها ومن أشهر هذه المتحكمات وابسطها هو المتحكم PIC16F84A  الميكروكنترولر PIC16F84A ولكن هناك أنواع عديدة للمتحكمات تختلف فى أرقامها واكوادها وبالتالى فى مواصفتها وعدد أطرافها ومنها أيضا المتحكم PIC16F877A وهذا هو المتحكم الذى سوف نلقى عليه الضوء فى هذا الموضوع بإذن الله. ويجب ملاحظة أن هذا المتحكم يمتلك 40 طرف (Pin) فى حين أن المتحكم PIC16F84A يمتلك 18 طرف فقط  الميكروكنترولر PIC16F877A والشكل التالى يبين حجم الميكروكنترولر الصغير  ومن أهم العناصر الأساسية التى يتألف منها الميكروكنترولر :
|
| اعلانات |
|
||||||
|
تابع الدرس الأول: التعرف على الميكروكنترولر الميكروكنترولر جهاز رقمى شريحة الميكروكنترولر ما هى إلا جهاز رقمى يحتوي على معالج بيانات ، ذاكرة ، منافذ للمداخل والمخارج (I/O interfaces) ، مؤقتات وأنظمة أخرى فى بعض الانواع مثل محولات القيم التمثيلية إلى رقمية (ADC).  وحدة المعالجة المركزية CPU وحدة المعالجة المركزية (المعالج) CPU تعتبر دماغ المتحكم فهى الجزء المسئول عن ربط كل مكونات المتحكم وكأنها وحدة واحدة بالإضافة الى مسئوليتها عن تنفيذ العمليات المنطقية والحسابات ووحدات التأخير الزمنى والتتابع للإشارات الرقمية. كيف لهذه الدماغ ان تعرف ما هو المطلوب منها وماذا تفعل؟ هنا يأتى دور البرنامج الذى يحتوى على التعليمات والأوامر التى تخبرها بما يجب أن تفعله ، وهذا البرنامج يتم تخزينه فى جزء من الذاكرة يسمى " بذاكرة البرنامج" Program memory داخل البيك. من وقت لآخر ، وحدة المعالجة المركزية بحاجة لتخزين البيانات ، ومن ثم استرجاعها في وقت لاحق. لذلك فهى تستخدم منطقة مختلفة من الذاكرة تسمى " ذاكرة البيانات " Data memory للقيام بذلك. الساعة Clock هناك ساعة تنظم تنفيذ العمليات التى يقوم بها المعالج مع الوقت وتسمى هذه الساعة فى الميكروكنترولر "بالمذبذب" Oscillator فهو الجزء المسئول عن توليد النبضات او الذبذبات اللازمة لضبط التزامن والانضباط داخل المتحكم خلال عمليتى البرمجة (اثناء كتابة البرنامج) وخلال تفيذ هذا البرنامج. او بمعنى آخر فهو الذى يحدد التزامن المطلوب اثناء تنفيذ البرنامج سواء لتحديد نقطة البدء وحتى الوصول الى نهاية تنفيذ البرنامج بالإضافة الى التحكم فى سرعة اداء المهام المطلوب تنفيذها. عادة هذا المذبذب يعطى تردد إما 4 او 10 وحتى 20 ميجا هرتز فى الثانية فى حين ان سرعة تنفيذ الامر تساوى ربع سرعة المذبذب فلذلك تزيد سرعة تنفيذ الاوامر بزيادة التردد. المنافذ Ports يوجد بالمتحكم منافذ للتحدث مع العالم الخارجى، كل منفذ يحتوى على ثمانية أطراف (أرجل) كثيرا مايشار إليها "بالبت" وكل ثمانية بيت يشار اليها "بالبايت" فعلى سبيل المثال المعلومات الواردة من أجهزة الاستشعار يتم إدخالها في النظام من خلال منفذ الإدخال. والمتحكم يقوم بمعالجة هذه البيانات ويستخدمها فى التحكم في الأجهزة التي متصلة بمنفذ الإخراج. وهذه المنافذ تتصف بأنها ثنائية الاتجاه ، هذا يعني أن كل منفذ يمكن أن يعمل منفذ أدخال او منفذ إخراج . فعندما نقوم بكتابة البرنامج نبدأ أولا بإعداد المنافذ لتتصرف كمنافذ إدخال أو إخراج . ومنفذ الإدخال يمكن أن يحصل على البيانات (المعلومات) في أحد شكلين ،إما كإشارة تماثلية ، أو في صورة إشارة رقمية. لذلك فمن المهم أن نوضوح الفرق بين الاثنين فى المرحلة القادمة إن شاء الله. |
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |||
|
|
|
||||||
|
الدرس الثانى الأنظمة الرقمية والتماثلية العالم الرقمي لدينا الكثير من المعلومات فى حياتنا العملية يتم التعبير عنها بشكل رقمى. فعلى سبيل المثال : فعندما نسأل عن الساعة فتكون الإجابة الساعة الآن 4 مساء. وعندما نسأل عن درجة الحرارة بالخارج فتكون الإجابة ان درجة الحرارة فى الخارج هى 26° مئوية. وعندما نسأل عن سرعة السيارة فى الوقت الحالى فنجد الإجابة أن السيارة الأن تسير بسرعة 75 كم / ساعة . فمن السهل أن نفهم البيانات في هذا الشكل. ومع ذلك ، فإنه يمكن الوصول الى حالة من الحيرة عندما نبحث في كيفية كمية معينة، فمثلا عند دراسة سرعة السيارة والتغيرات التى تحدث فيها على مدى فترة من الزمن سوف نجد ان النتيجة ستكون شيئا مثل هذا :  ربما أحد يتساءل ماذا حدث عند زمن 45 ثانية؟ هل كانت السيارة تسير أسرع أم أبطأ من 22 كم / ساعة ؟ لا يمكننا تحديد السرعة بالضبط نظرا لعدم وجودها بالدراسة. العالم القياسى (التماثلى) فى هذه الحالة فإن المعلومات تعطى فى شكل قياس وبعبارة أخرى ، فإننا نستخدم شيء ما للقياس للتعرف على القيمة المطلوبة ... والأمثلة التالية توضح بعض الأنظمة التماثلية. ساعة التوقيت الزجاجية ويطلق عليها أيضا الساعة الرملية وهي أداة لقياس الوقت تتكون من كرتين من الزجاج فوق بعضهما متصلين بفتحة ضيقة، وتكون الكرة العلوية مليئة بالرمل الناعم الذي يتسرب إلى الكرة السفلية، ويمكن قلب الساعة عندما تمتلئ الكرة، ويعتبر الوقت الذي تحتاجه الكرة العلوية لتصبح فارغة مقياساً للوقت.  فى هذه الحالة فإن زيادة الفاصل الزمنى يعنى زيادة عمق الرمال فى قاع الساعة مقياس الحرارة الزئبقى و يتكون المقياس من أسطوانة زجاجية في أحد طرفيها خزان للزئبق. و يتم معرفة درجة الحرارة إستناداً لمستوى الزئبق في الإسطوانة. و تعتمد فكرة المقياس على تمدد الزئبق في الحرارة و انكماش حجمه في البرودة.  وعلى ذلك فإن زيادة درجة الحرارة تعنى تمدد عمود الزئيق وارتفاعه داخل الأنبوبة الزجاجية ليشير الى درجة الحرارة. ومن ناحية أخرى ، يمكن بسهولة معرفة كيفية تتغير درجة الحرارة وذلك من خلال مراقبة مدى سرعة تحرك الزئبق على طول الأنبوب. عداد السرعة في السيارة فى هذه الحالة نجد أن الزيادة فى السرعة تؤدى الى تحريك المؤشر بشكل دائرى على محيط العداد ليتم قراءة سرعة السيارة التى يستقر عنها المؤشر.  المشكلة هي أنه لابد من القيام ببعض الأعمال لاستخراج البيانات. في حالة قياس السرعة ، ومقياس الحرارة ، فهناك عمل لابد من القيام به وهو تحديد مكان سكون الموشر على نطاق التدريج. التعديل الأخير تم بواسطة : noornader بتاريخ 09-10-2009 الساعة 02:23 AM |
|
||||||
|
تابع الدرس الثانى: الأنظمة الرقمية والتماثلية البيانات التماثلية Analog Data العديد من الحساسات الالكترونية Sensors توفر إشارات في شكل تماثلى أو تناظري وكذلك الميكروفون يوفر موجات صوتية فى شكل تماثلى أيضا. والشكل التالى يوضح دائرة لاستشعار الحرارة يوضح هذا المفهوم.  من الناحية النظرية فإن خرج أجهزة استشعار الحرارة (الحساسات) ، قد يصل الى اقصى قيمة له وهى 5 فولت أو أقل قيمة وهى صفر فولت بالإضافة الى قيم عديدة بينهما. والشكل التالى يوضح التغير فى الجهد الخارج على مدى فترة من الزمن وهذه هى الإشارة التماثلية  الخلاصة: الإشارة التماثلية (ِAnalog Signal) والتى يطلق عليها فى بعض الأحيان التناظرية او القياسية هى إشارة ذات قيم متصلة مع الزمن continues وغير متقطعة مثل الموجة الجيبية او قيمة الجهد والتيار او مقياس الحرارة الذى يقيس درجة الحرارة على مدار يوم كامل. البيانات الرقمية Digital Data الإشارة الرقمية تحمل معلومات في شكل عدد. والأنظمة الالكترونية تستخدام نظام الاعداد الثنائي binary system والذي يستخدم فقط الأرقام 0 و 1 ،(وسوف نتطرق لهذا في وقت لاحق.) هذان الرقمان هم فى الحقيقة ترميز للفولتية حيث انه من الممكن ان نقول: "0" يعنى الجهد المنخفض "1" يعنى الجهد العالى إذا الإشارات الرقمية يمكن تمثيلها برقمين فقط للجهد 0V او 5V وعادة ما يكون جهد مصدر التغذية 5V. كيف يمكننا إدخال هذه الأرقام إلى نظام إلكتروني؟ يمكننا ذلك عن طريق مفتاح (سويتش) كما بالدائرة التالية  عندما يكون السويتش مفتوح (غير مضغوط) فإن الخرج يكون 0V على أطراف المقاومة. وعندما يكون السويش مقفول (مضغوط) فإن الخرج يكون متصلا بجهد المصدر الموجب وهو 5V فى هذه الحالة والذى يمثل بالعدد "1". ويجب ملاحظة انه من الممكن تبديل مكان كل من السويتش والمقاومة فى الدائرة المذكورة. فى هذه الحالة نجد ان الخرج يصبح 0V عند الضغط على السويتش. والشكل التالي يبين إشارة رقمية أكثر تعقيدا.  الخلاصة: الاشارة الرقمية Digital signal هى إشارة متقطعة مع الزمن Discrete مثل قياس درجة الحرارة على مدار اليوم كل ساعة مثلا تعتبر قيم متقطعة وليست مستمرة كما بالشكل التالى.  |
|
||||||
|
تابع الدرس الثانى: الأنظمة الرقمية والتماثلية التحويل من الكميات التماثلية الى رقمية فى الواقع نحن لدينا الكثير من البيانات التماثلية ، ولكن أجهزة الكمبيوتر (بما في ذلك متحكمات البيك) يمكنها فقط التعامل ومعالجة البيانات الرقمية. ولحسن الحظ أن البيك يحتوى بداخله على دائرة تستطيع تحويل المعلومات من الشكل التناظري إلى الشكل الرقمي. وهذا ما يسمى محول القيم التماثلية إلى الرقمية Analogue to Digital Converter الذى يختصر الى ADC أو A/D فى معظم الاحيان. هذا المحول داخل المتحكم يقسم مدى الفولتية التماثلية الممكنة إلى خطوات متساوية. الخطوة الأولى هي تناظر العدد 0 ، وأعلى خطوة هي تناظر أعلى رقم يمكن للمحول ان يتعامل معه. وهذا الرقم يقوم المحول باتخاذ القرار قى تحديده داخل شريحة المتحكم. القرار يتم تحديده بعدد من 'البتات' فى الدوائر الداخلية للمحول والذى عادة ما يكون 8 ، 10 أو 12 بت فى حالة البيك ميكرو. فعلى سبيل المثال ، إذا كان أكبر قيمة تماثلية للجهد هى 5V ، فإن البيك يحتوى على محول تناظرى إلى رقمي لديه 8 بت. ويجب ملاحظة أن: أعلى رقم 8 بت هو 1111 1111 ثنائى اى (255) عشرى. أول خطوة هى 0000 0000 ثنائى أى ( 0) عشرى. وهذا يجعل ما مجموعه 256 خطوة ، لذلك كل خطوة هي القفز من الجهد 5V/256 ، وهو ما يعادل حوالي 20mV لكل خطوة. عندما يقرر البيك تحويل الإشارة التماثلية، فإنه يقسم الإشارات التناظرية على 20mV لمعرفة عدد الخطوات التى يجب ان تستقر عليها الإشارة. وهذا يعطي القيمة الرقمية المكافئة للإشارة التماثليةوالشكل التالى يوضح ذلك.  في مثالنا هذا ، نواتج المحول تعطى صفر لأي إشارة قياسية تصل إلى 20mV ، والنواتج 1 للإشارات التناظرية بين 20 و 40 ميلى فولت وهكذا. |
|
||||||
|
الدرس الثالث المدخلات والمخرجات إدخال البيانات إلى البيك كما ذكرنا فإن البيك هو جهاز رقمي ، ولكن يمكنه استقبال البيانات في كل من الأشكال التناظرية أو الرقمية. فلذلك يكون للمبرمج المرونة فى اختيار ما إذا كانت بعض أطراف البيك ينبغي أن تستخدم كمدخلات تماثلية أو مدخلات رقمية أو حتى مخرجات رقمية. هذه المرونة يمكن أن تؤدي إلى الارتباك قليلا، فعلى سبيل المثال فى الميكرو PIC16F877A المبين بالشكل التالى فإن pin2 كما هو ملاحظ تأخذ الرمز 'RA0/AN0'. وهذا يعني أن pin2 يمكن استخدامها Bit 0 من المنفذ A إذا استندنا الى الرمز RA0 أو ان تستخدم Bit 0 كمدخل تماثلى استنادا الى الرمز AN0 وظيفة كل pin تتحدد عن طريق ضبط محتويات السجلات الداخلية داخل البيك. وعند البرمجة بلغة التجميع او السى يجب التأكد من صحة ضبط المسجلات فى البرنامج قبل حقنها داخل المتحكم. والشكل التالي يعطي بعض التفاصيل عن المتحكم PIC16F877A  يحتوى هذا المتحكم على عدد 5 منافذ (A, B, C, D, E) اطراف المنفذ A تأخذ الرموز من RA0 الى RA5 وكذلك المنفذ B رموزه من RB0 الى RB7 وهكذا. ويجب ملاحظة أن المنفذ A له 6 اطراف فقط و المنافذ (B, C, D,) لكل واحد منها 8 أطراف بينما المنفذ E له 3 أطراف فقط. وهذا يسمح لنا بتوصيل حوالى ستة أجهزة استشعار رقمية للمنفذ A لهذا المتحكم. إذا كنا نريد استخدام أجهزة الاستشعار التماثلية فيجب استخدام الأطراف محول التماثلى الى رقمى ذات الرموز 'ANx'. كل هذه الأطراف يمكنها قراءة اشارات الدخل التماثلية بين (Vdd (5V و (الارضى) Vss ولا ننسى أن هذا يحدث للمنفذ A للمتحكم. يجب أيضا أن نلاحظ أن معظم أطراف البيك لها وظائف بديلة. فعلى سبيل المثال الطرف 25 يرمز له 'RC6/TX/CK'. هذا يشير إلى الوظائف المتعددة للطرف 25 فلذلك يمكن استخدامه كمسجل C بت 6 استنادا للرمز 'RC6 أو كطرف نقل X استنادا للرمز TX او طرف ساعة استنادا للرمز CK. لحسن الحظ أن Flowcode يعتني بكل الاعدادات الداخلية لوظائف الأطراف والتى تعتبر هامة بالنسبة لنا. التعديل الأخير تم بواسطة : noornader بتاريخ 11-10-2009 الساعة 01:00 PM |
|
||||||
|
تابع الدرس الثالث: المدخلات والمخرجات إخراج البيانات من البيك البيك هو عبارة عن جهاز رقمي لقد ذكرنا ذلك عدة مرات فلذلك فإن نواتج الخرج بالنسبة له هى إشارات رقمية. وفي معظم الحالات، فنحن بدورنا نستخدم هذه الخاصية فى تشغيل وإيقاف الأجهزة حيث أن: الخرج "1" يعنى التشغيل ON. الخرج "0" يعنى الإيقاف OFF. من المهم جدا أن نضع خطة لكيفة ربط هذه الأجهزة ، وإلا فإنها يمكن أن تعمل بشكل غير صحيح. والشكل التالى يبين ثمانية ليدات تم توصيلها بالمنفذ B لمتحكم PIC16F84 ولذلك لتبسيط المثال.  مع ملاحظة أن الأربعة ليدات ذوات اللون الأحمر تم توصيلها بين خط مصدر جهد موجب و بين المنفذ B فى هذه الحالة فإن البيك يسحب تيار. بينما الأربعة ليدات الخضراء تم توصيلها بين أطراف البيك وخط الأرضى (0V) . فى هذه الحالة فإن البيك يصدر تيار. كل الإضاءات الحمراء تحدث عندما تكون اطراف البيك عند الجهد المنخفض فتعطى خرج "0". بينما كل الإضاءات الخضراء تحدث عندما تكون أطراف البيك متصلة بجهد مرتفع فتعطى خرج "1". هناك حدودا لمدى تحكم المنفذ فى كمية التيار. عادة ، يمكن لطرف الخرج الواحد التعامل مع تيار يصل الى 25mA وهذا بيكون كافى لقدح الليد مباشرة. ولكن الأجهزة التي تعمل بطاقة عالية سوف تحتاج دوائر إضافية لربطها مع البيك وهذه الأمور يتم التعامل معها في وقتها. ومع ذلك فيجب ملاحظة أن الحد الأقصى لتيار المنفذ الكلى حوالى 100mA لذلك لا يمكن القول بأن جميع أطراف المنفذ يمكنها إنتاج 25mA في نفس الوقت. كما سنرى مع Flowcode فإنه عند القيام بمحاكاة النظام فإن فلوكود يسمح لنا بأن نضبط حالة اطراف الخرج الخاصة بالميكروكنتروار. مع ملاحظة أن عملية محاكاة الليدات داخل Flowcode تفترض أن مصدر التيار الكهربائي هو البيك ذاته كما فى حالة الليدات الخضراء في الدائرة السابقة. مقننات التيار فى البيك في مرحلة ما سوف تصبح مهتم بمواصفات كل واحدة من أطراف البيك وذلك عندما تستخدمها كمدخلات رقمية وكمدخلات تناظرية. فمن المهم جدا أن تكون على بينة بالحدود والقيم المفروضة على البيك عندما يستخدم فى الإخراج. فيجب أن تكون على علم بهذه الحدود في جميع الأوقات لأن تجاوز هذه القيم حتى ولو لفترة قصيرة قد يسبب تلفا دائما للميكروكنترولر. القيمة القصوى للتيار لأى طرف من اطراف البيك هو 25mA القيمة القصوى الكلية للتيار لأى من المنافذ الخمسة للبيك هو 200mA القيمة القصوى للتيار الخارج من طرف الأرضى Vss للبيك هو 300mA القيمة القصوى للتيار الداخل الى طرف التغذية Vdd للبيك هو 250mA بصفة عامة فإن مقاومات حماية تستخدم على الاطراف للحد من التيار وعدم تعديه القيم القصوى المقننة لأطراف الميكروكنترولر. |
|
||||||
|
الدرس الرابع الذاكــرة ماهى الذاكرة تعرف الأنظمة الإلكترونية الفرعية التي يتم تخزين البيانات فيها باسم 'الذاكرة'. وهذه الأنظمة لا يمكنها إلا تخزين البيانات الرقمية فقط. كل جزء من البيانات يخزن في موضع واحد في الذاكرة. كل موضع فى الذاكرة له عنوان معين يتم التعبير عنه برقم محدد. هذا يعني أنه يمكننا رسم خريطة للذاكرة والتي تبين ما هي المعلومات التي خزنت في كل موقع من الذاكرة كما هو موضح بالشكل التالى  لاحظ أننا نبدأ في الترقيم من0 الى 7 فهذه الذاكرة تحتاج الى عدد 3 بت (خانة) ثنائية للسماح للعناوين المختلفة لكل موقع ان تخزن وهذا يتيح لنا تخزين بيانات بعرض 8 بت أو 1 بايت أفقيا. و الخانة الأفقية فى دوائر الذاكرة تسمى " سجل " (register)، ممكن أن تكون بعرض 8 بت أو أكثر. حيث أن انظمة الذاكرة المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر تكون أكبر بكثير من هذا. فغالبا ما تكون البيانات المخزنة فيها بعرض 32 بيت ، مما يسمح لأعداد أكبر من ذلك بكثير أن تخزين. والشكل التالى يبين مثالا لتخزين البيانات فى سجل بعرض 8 بيت (اى واحد بايت).  والشكل التالى يوضح العلاقة بين البت والبايت وكذلك النيبل والكلمة  حيث أن: " البيت Bit " كل خانه من هذه الخانات الثنائية ، بغض النظر عما تحتويه " واحد أم صفر" تسمى "بيت" " النيبل Nibble " وهى عبارة عن أربعة خانات جنب بعضها , أي أربعه بيت . " البايت Byte " وهى تساوى ثمانية بيت" " الكلمة Word " وهى تساوى 16 بيت أى اثنين بايت. |
