[F.Abdelaziz]

علم نفسك المتحكمات الدقيقة (الميكروكونترولر) PIC من البداية وحتى الاحتراف
مقدمة للمتحكمات الدقيقة Introduction to Microcontrollers
مرحبا بك فى عالم المتحكمات الرائع . أفترض أنك تقرأ هذا النص لأنك ترغب ومهتم بتعلم واستكشاف المتحكمات . قد تكون على علم بأن المعالجات الدقيقة (الميكروبروسسور) بشكل عام والمتحكمات الدقيقة (الميكروكونترولر) على وجه الخصوص قد غيرت بشكل كبير الإلكترونيات فى الوقت الراهن .
الآن لا يتم تصميم الأجهزة والدوائر الإلكترونية كوصلات إلكترونية , لكن كبرمجيات تعمل داخل المتحكمات.لذلك فإن الأجهزة الإلكترونية اليوم عبارة عن مزيج من العتاد (الهاردوير) hardware والبرمجيات (السوفت وير) software .

هذه الأجهزة الصغيرة أحدثت ثورة فى عالم الإلكترونيات . اليوم , المتحكمات فى كل مكان , فكر فى جهاز وسوف تجد متحكم فى مكان ما به . جهاز التحكم عن بعد , مكيف الهواء , فرن الميكروويف , مشغل DVD , التليفزيون أو الهاتف الخلوى كلها بها متحكم يقبع بداخلها .
يمكن لهذه الأجهزة الصغيرة أن تفعل الكثير لا يحدها إلا الخيال . علاوة على ذلك فهى بسيطة جدا فى الاستخدام , ولا تحتاج أن تكون خبيرا فى مجال الإلكترونيات لاستخدامها فى المشروع الخاص بك . كل ما هو مطلوب للبدء الفهم الأساسى للإلكترونيات والدوائر الرقمية .

ما هو المتحكم الدقيق (الميكروكونترولر) What is a Microcontroller?
السؤال الآن : ما هو المتحكم الدقيق (الميكروكونترولر) وما هو المعالج الدقيق (الميكروبروسسور) ؟ هذا هو السؤال الذى يحتاج إلى توضيح قبل الدخول فى أى تفاصيل . بصفتك هاوى أو طالب إلكترونيات يجب أن تكون تعرفت على عدد من الدوائر المتكاملة . هذه الدوائر المتكاملة هى أجهزة صغيرة بداخلها الكثير من الدوائر ولها عدة وصلات (أطراف) للاتصال الخارجى . كل هذه الدوائر المتكاملة تختلف عن بعضها البعض من حيث الوظيفة . الدائرة الموجودة بداخل الدائرة المتكاملة قد تكون تناظرية أو رقمية حسب الغرض من التصميم . فالدائرة المتكاملة 555 الشائعة جدا كمؤقت بداخلها كل الدوائر اللازمة لعمل أنواع مختلفة من المذبذبات . والدائرة المتكاملة 7447 وهى مفسر شفرة من ثنائى إلى سفن سيجمنت ولها أطراف دخل تقبل أعداد ثنائية مشفرة عشريا BCD , وعندئذ فإن أطراف الخرج سوف يتم توصيلها on أو فصلها off تبعا للرقم المطلوب عرضه على السفن سيجمنت .
المتحكمات الدقيقة والمعالجات الدقيقة هى دوائر متكاملة , لكنها تختلف جوهريا عن غيرها من الدوائر المتكاملة . فهم فئة فى حد ذاتها والتى لا يقوم المصمم بعملها للقيام بوظيفة معينة . عند شرائها من السوق لا يمكنك تحديد ما هى الوظيفة التى تقوم بعملها . للحصول على بعض الوظائف المفيدة يجب إعداد (تهيئة) هذه الدوائر المتكاملة .
ومن ثم يمكن إعداد المتحكم الدقيق أو المعالج الدقيق لااختبار حالة مفتاح ضاغط ومن ثم تشغيل أو تبطيل محرك . فى حين أنه يمكن أن يتم إعداد نفس الدائرة المتكاملة فى وقت لاحق لقراءة حالة مستشعر أشعة تحت الحمراء وفك شفرة الإشارة وتشغيل وتبطيل جهاز ما . إذا تم عمل الدوائر هذه الوظائف بالدوائر المتكاملة الرقمية التقليدية لتطلب ذلك عدد كبير من المكونات . علاوة على ذلك فإن أى تغيير فى المواصفات , مثل تغيير شفرة الأشعة تحت الحمراء يؤدى إلى التغيير الكامل فى التصميم . استخدام الدوائر المتكاملة القابلة للإعداد هى فكرة عظيمة . ليس فقط أن نفس الدائرة المتكاملة يمكن إعدادها للقيام بمهام مختلفة , ولكن يمكن بسهولة إجراء تغيير المواصفات بسهولة بمجرد تغيير إعدادات الجهاز . هذا يسهل إلى حد كبير مهمة المهندسين والهواة فى سرعة تطوير أجهزة إلكترونية جديدة والتحسين المستمر للأجهزة الموجودة . ليس فقط إنخفاض متطلبات العتاد , لكن أيضا تقليل زمن التصميم .تسمى القدرة على إعداد المتحكم الدقيق أو المعالج الدقيق بالبرمجة programming .
البرنامج لا شىء سوى سلسلة من التعليمات , بطريقة صحيحة ومنطقية لإرشاد المعالج الدقيق للاستجابة للمدخلات المختلفة . عن طريق تغيير البرنامج , سوف يتغير سلوك المتحكم الدقيق .

الفرق بين المعالج الدقيق والمتحكم الدقيق :

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 لجل 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 لمستقلة تعمل فى إنسجام (توافق) مع وحدة المعالجة المركزية لعمل نظام متكامل . فى أجهزة الكومبيوتر الشخصى النموذجية 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 المدمجة وبطاقات الصوت ..الخ .
من جهة أخرى فإن المتحكم الدقيق يتكون من معظم هذه الأجهزة مبنية داخل نفس الحزمة . ومن ثم فإن المتحكم الدقيق 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 , ولك 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 .
وهكذا فإن المتحكم الدقيق هو كومبيوتر كامل مصغر مع كافة الأجهزة الضرورية فى حزمة (شريحة) واحدة . كل ما تحتاجه هو جهاز خارجى والذى ترغب فى تشغيله مثل الحساسات والمحركات ..الخ .

[mohmady]

اشكر علي هذا المجهود الرائع
ولكن كان لدي سؤال تكلمت عنه سابقا هو ADC ففي هذا الموضوع استخدمت PIC16F887 وانا استخدم pic16f877a كنت اريد بعض المساعده من حضرتكم

[F.Abdelaziz]

البرمجة التسلسلية بالدائرة (ICSP) In-Circuit Serial Programming
ما هى البرمجة التسلسلية بالدائرة ICSP ؟
"البرمجة بالنظام" In-System Programming (ISP) هى تقنية (إسلوب) حيث يتم فيها برمجة الجهاز القابل للبرمجة بعد وضع الجهاز فى لوحة الدائرة .
"البرمجة التسلسلية بالدائرة" ICSPهى تقنية "برمجة بالنظام" ISP محسنة يتم تنفيذها على المتحكمات الدقيقة لشركة ميكروشيب . استخدام طرفان فقط لدخول وخروج البيانات تسلسليا يجعل من السهل استخدام البرمجة بالدائرة كما أن التدخل فى العمل العادى للميكروكونترولر يكون أقل .
على عكس معظم المتحكمات الدقيقة , معظم المتحكمات PIC توفر واجهة بسيطة للبرمجة التسلسلية باستخدام طرفى دخل/ خرج فقط ( بالإضافة إلى طرف القدرة وطرف الأرضى وطرف جهد البرمجة VPP ). تتبع إرشادات بسيطة جدا , يمكن الاستفادة الكاملة من هذه الأطراف كأطراف دخل/خرج أثناء التشغيل العادى وكأطراف برمجة خلال البرمجة التسلسلسة بالدائرة .
كيف تعمل البرمجة التسلسلية بالدائرة ICSP ؟
الآن هيا إلى ICSP . ما هى الخطوات التى تتخذ لتنفيذ ICSP فى التطبيق الخاص بك ؟ يوجد ثلاثة عناصر رئيسية لنظام ICSP وهى : دائرة التطبيق وجهاز البرمجة وبيئة البرمجة .
دائرة التطبيق Application Circuit :
دائرة التطبيق يجب أن تكون مصممة لتسمح لجميع إشارات البرمجة بأن تصل مباشرة إلى الميكروكونترولر . الشكل التالى يبين نموذج لدائرة كنقطة إنطلاق عند التصميم باستخدام ICSP . يجب على التطبيق تحقيق النقاط التالية :
1- عزل الطرفMCLR/VPP عن بقية الدائرة .
2- عزل الأطراف RB6 , RB7 عن بقية الدائرة .
3- وضع مكثف على كل من الأطراف VDD, MCLR/VPP, RB6, RB7 .
4- الحد الأدنى والحد الأقصى لجهد التشغيل VDD .
5- مذبذب الميكروكونترولر .
6- واجة ربط لجهاز البرمجة .
الطرف MCLR/VPP عادة يتصل بدائرة مقاومة ومكثف RC . يتم ربط مقاومة الرفع بالجهد VDD وربط المكثف بالأرضى . هذه الدائرة يمكن أن تؤثر على عمل ICSP تبعا لقيمة المكثف . لذلك يوصى بأن تستخدم الدائرة المبينة بالشكل عند توصيل دائرة RC بالطرف MCLR/VPP . الدايود يجب أن يكون من نوع "شوتكى" Schottky . ثمة مسألة أخرى مع الطرف MCLR/VPP وهى أنه أثناء برمجة الميكروكونترولر يتم دفع جهد هذا الطرف إلى حوالى 13V وأيضا إلى جهد الأرضى . لذلك لابد من عزل دائرة التطبيق عن هذا الجهد عن طريق جهاز البرمجة .

تخصص الأطراف RB6 و RB7 بواسطة الميكروكونترولر من أجل البرمجة التسلسلية . الطرف RB6 هو خط الساعة clock والطرف RB7 هو خط البيانات data . يتم قيادة الطرف RB6 بواسطة جهاز البرمجة . الطرف RB7 ثنائى الاتجاه حيث يقاد بواسطة جهاز البرمجة أثناء البرمجة ويقاد بمعرفة الميكروكونترولر عن التحقق من صحة البرمجة verifying. يجب عزل هذه الأطراف عن بقية دائرة التطبيق حتى لا تؤثر على الإشارات أثناء البرمجة . يجب الأخذ بعين الاعتبار معاوقة الخرج لجهاز البرمجة عند عزل الأطراف RB6 و RB7 عن بقية الدائرة .

http://www.qariya.com/electronics/icsp.htm

[F.Abdelaziz]

جهاز البرمجة التسلسلية بالدائرة :

مقدمة

يقصد بالبرمجة هنا : فقط تخزين ( تحميل ) البرنامج فى الميكروكونترولر وليس توليد أو كتابة البرنامج.

تبدأ العملية بالملف بصيغة السداسى عشر HEX والذى يحدد بالضبط طريقة وضع خانات ذاكرة البرنامج الثابتة (الفلاش) . عملية البرمجة تعنى نسخ هذه المعلومات من الملف HEX للميكروكونترولر PIC .

"Programming" a PIC in this context refers to storing the program onto a PIC, not generating or writing the program.لا توجد وسيلة لتوصيل الميكروكونترولر PIC بالكومبيوتر الشخصى . نحتاج إلى قطعة منفصلة من العتاد Hardware تسمى "جهاز البرمجة" programmer يتم توصيلها إلى منفذ من منافذ الكومبيوتر من جهة ومن الجهة الأخرى تتصل بالميكروكونترولر PIC .يتوفر العديد من أجهزة البرمجة الخاصة بالميكروكونترولر PIC . معظم هذه الأجهزة يستخدم منفذ التوازى أو منفذ التوالى (COM port) أو منفذ USB .
فى جهة الميكروكونترولر PIC يوجد احتمالين للتوصيل : التوصيل عن طريق التركيب فى سوكيت أو التوصيل باستخدام البرمجة بالدائرة . والنوع الاخير هو هدفنا .

نظرة عامة على البرمجة التسلسلية فى الدائرة ICSP :
يتم برمجة الميكروكونترولر PIC باستخدام 5 إشارات . يتم نقل البيانات باستخدام اثنين بطريقة النقل المتزامن المتتالى مع التحكم دائما عن طريق وحدة البرمجة .
إشارات البرمجة ICSP هى :
GND :
وهى جهد التغذية السالب للميكروكونترولر وجهد الصفر المرجعى لباقى الأشارات .جهود باقى الإشارات تقاس بالنسبة للأرضى .
Vdd :
وهو جهد التغذية الموجب للميكروكونترولر PIC .

Vpp :

هو جهد نظام البرمجة . يجب أن يوصل إلى طرف MCLR أو طرف Vpp للمنفذ الاختيارى فى بعض الميكروكونترولر ذات عدد الأطراف الكثيرة .

لوضع الميكروكونترولر فى نظام البرمجة يجب أن يكون هذا الجهد فى حدود محددة .

فى الميكروكونترولر التى تعمل على الجهد 5V يكون هذا الجهد دائما أعلى من الجهد الموجب Vdd ويمكن أن يصل إلى 13.5V .



PGC:

خط الساعة CLOCK لربط البيانات التسلسلية . هذا الخط يتأرجح بين GND و Vdd ودائما يتم تشغيله بجهاز البرمجة . يتم نقل البيانات عند الحافة الهابطة .

PGD:

خط البيانات DATA المتسلسلة :

خط الربط هذا ثنائى الاتجاه , لذلك فإن هذا الخط يمكن تشغيله أما بواسطة جهاز البرمجة أو بواسطة الميكروكونترولر حسب العمل الجارى .فى الحالتين يتأرجح هذا الخط من GND إلى Vdd .يتم نقل البيانات عند الحافة الهابطة للساعة PGC .

العمل :
فى البداية يتم رفع جهد البرمجة (VPP) لوضع الميكروكونترولر PIC فى نظام البرمجة . بعد ذلك يتم تغيير حالة خط البيانات لعكس قيمة الصفر أو الواحد . يتم اطبيق نبضة ساعة لنسخ قيمة طرف البيانات إلى PIC . بعد نسخ جميع البيانات يتم إزالة VPP .

[F.Abdelaziz]

مثال لجهاز برمجة ICSP :

[F.Abdelaziz]

التنفيذ العملى :

















هذه المبرمجة قد لا تعمل مع المنفذ التسلسلى ذات القدرة المنخفضة مثل منافذ laptop أوnotebook . كما أها أيضا قد لا تعمل مع المحولات من تسلسلى إلى USB .

[F.Abdelaziz]

الميكروكونترولر PIC16F877

1- الخواص العامة

[F.Abdelaziz]

2- أطراف الميكروكونترولر

• تستخدم معظم الأطراف كمداخل ومخارج على شكل خمس منافذ هى :

A(5), B(8), C(8), D(8) , E(3) بإجمالى 32 طرف مدخل / مخرج 32 I/O pins .

• جميع هذه الأطراف يمكن أن تعمل كأطراف مداخل / مخارج رقمية بسيطة , ولكن معظمها له أكثر

من وظيفة ويتم اختيار نظام العمل لكل وظيفة عن طريق تهيئة سجلات تحكم مختلفة داخل الشريحة .






لاحظ على وجه الخصوص أن المنافذ A , E تصبح كمداخل تناظرية ANALOGUE INPUTS كحالة افتراضية ( عند توصيل القدرة أوعند الإعادة reset ) ، ولذلك يجب إعدادها كمداخل / مخارج رقمية إذا لزم الأمر فى البرنامج .

• يستخدم المنفذ port Bلتحميل البرنامج إلى ذاكرة flash ROMعن طريق الأطراف

(RB6 وRB7) كما يمكن للأطراف RB0 وRB4 - RB7 أن تولد المقاطعة .

• المنفذ port Cيتيح الوصول إلى المؤقتات والمنافذ التسلسلية ، في حين يمكن استخدام المنفذ

port D كمنفذ تابع slave، على أن يوفر المنفذ port E أطراف التحكم لهذه الوظيفة .

• تمتلك الشريحة أزواج من أطراف القدرة ( VDD = 5V , VSS = 0V ) ويمكن استخدام أى زوج

منها . يمكن للشريحة فعليا العمل على جهد تغذية حوالى 2V من أجل العمل على البطارية ولتوفير القدرة .

• يمكن توصيل دائرة ساعة بتردد منخفض باستخدام مكثف ومقاومة فقط لتحديد التردد بالطرف

CLKIN أو دائرة مذبذب كريستال توصل بالأطراف CLKIN و CLKOUT .

• الطرف MCLR هو طرف مدخل الإعادة resetفعندما يكون فى الحالة المنطقية المنخفضة (0)

يتوقف الميكروكونترولر ثم يبدأ من جديد عندما يصبح MCLR = 1. هذا الطرف يجب أن يكون فى الحالة المرتفعة ليسمح للشريحة بالعمل إذا لم يتم توصيل دائرة reset خارجية , ولكن من المفضل دمج زر إعادة resetيدوي.