[F.Abdelaziz]

دروس برمجة الميكروكونترولر PIC بلغة السى وتطبيقاته العملية

الدرس الأول

* نبذة عن تاريخ واستخدام المتحكمات (الميكروكونترولر) History and use of microcontrollers
المعالج الدقيق (الميكروبروسسور) Microprocessor :


المتحكم الدقيق (الميكروكونترولر ) Microcontroller :
التفاصيل بملف بصيغة pdf على الرابط :

http://www.eeecb.com/vb/showthread.php?p=2622#post2622

[F.Abdelaziz]

الدرس الثانى : الجزء الأول :

- ما هو الكمبيوتر (الحاسوب) ؟ Computer
يتكون الكمبيوتر من الأجهزة ( المكونات المادية ) hardware والبرمجيات software.
أولا : المكونات المادية Hardware
تتألف المكونات المادية للحاسوب من أربعة أنواع من المكونات وهي :

1-1 المعالج : Processor
المعالج هو المسؤل عن أداء جميع العمليات الحسابية وتنسيق إستخدام موارد الحاسوب . وقد يحتوى نظام حاسوبي على معالج واحد أو على عدة معالجات . وهناك معالج يمكن أن يؤدى العمليات الحسابية للأغراض العامة وآخر للعمليات الحسابية للأغراض الخاصة مثل عرض الرسوم البيانية والطباعة أو لتجهيز الشبكات
( التشبيك ).

1-2 اجهزة الدخل (المدخلات ) : Input devices
يصمم الكمبيوتر لتنفيذ البرامج التى تتعامل مع البيانات (المعطيات ) data. وأجهزة الدخل ضرورية لتوصيل بيانات الدخل إلى البرنامج المطلوب تنفيذه حيث يتم معالجتها فى الحاسب . هناك طائفة واسعة من أجهزة المدخلات مثل : لوحات المفاتيح keyboards ، والماسحات الضوئية scanners ، وقارئآت شريط الشفرة bar code readers ، وأجهزة الاستشعار ( الحساسات ) sensors وهلم جرا.

1-3 أجهزة الخرج ( الإخراج ) : Output devices
لا يهم إذا كان المستخدم يستعمل الحاسوب للقيام ببعض العمليات الحساببية أو للحصول على معلومات من شبكة الإنترنت أو قاعدة بيانات ، النتائج النهائية يتم عرضها و / أو طباعتها على الورق حتى يتمكن المستخدم من مشاهدتها.
هناك العديد من الوسائل والأجهزةالتي يمكن إستخدامها لعرض المعلومات : كالشاشات ووحدات العرض من نوع السفن سيجمنت seven-segment والطابعات ، والدايودات المشعة للضوء LEDsوغيرها.

1-4 أجهزة الذاكرة( ألتذكر ) : Memory devices
لكى يتم تنفيذ البرنامج ولكى تعالج البيانات يجب أن تخزن فى أجهزة ذاكرة ( تذكر ) بحيث يستطيع المعالج الوصول اليها بسرعة .

1-5 المعالج : Processor
يسمى المعالج أيضا وحدة المعالجة المركزية(CPU) , ويتكون المعالج على الأقل من العناصر الثلاثة التالية :

1-5-1 السجلات :Registers
السجل هو موقع التخزين داخل وحدة المعالجة المركزية ,ويستخدم للإحتفاظ و / أو عنونة الذاكرة أثناء تنفيذ التعليمات . ولأن السجل قريب للغاية من وحدة المعالجة المركزية فإنه يوفر وصول سريع إلى المعاملات operands اللازمة لتنفيذ البرنامج . عدد السجلات يختلف من معالج إلى معالج اخر .
1-5-2 وحدة الحساب والمنطق Arithmetic logic unit (ALU)
تؤدي وحدة الحساب والمنطق كل العمليات الحسابية والمنطقية للمعالج . تستقبل وحدة الحساب والمنطق البيانات من الذاكرة ، وتقوم بإجراء العمليات عليها ، وإذا اقتضى الأمر تعود لتكتب النتيجة فى الذاكرة.
يستطيع الحاسوب العملاق اليوم أداء تريليونات العمليات في الثانية الواحدة.إن وحدة الحساب والمنطق والسجلات معا يعرفان بانهما ممر(طريق) البيانات data busللمعالج.

1-5-3 وحدة ألتحكم Control unit :
تحتوى وحدة ألتحكم على العتاد hardwareلمنطق التعليمات . ووحدة التحكم تفك ( تترجم أو تفسر ) الشفرة وتراقب ( تتابع ) تنفيذ التعليمات .


التفاصيل فى ملف بصيغة pdf على الرابط :


http://www.eeecb.com/vb/showthread.php?t=701

[F.Abdelaziz]

الدرس الثانى الجزء الثانى :

4- الذاكرة Memory
في نظام الحاسب تخزن البرامج والبيانات في الذاكرة , وقد يحتوي الحاسب على ذاكرات من نوع ذاكرة أشباه الموصلات وذكرة مغناطيسية و / أو ذاكرة بصرية .
سنناقش فقط ذاكرة أشباه الموصلات لأن الذاكرة الضوئية والمغناطيسية نادرا ما تستخدم في تطبيقات الميكروكونترولر ذو 8 بت .
تصنف ذاكرة أشباه الموصلات إلى نوعين رئيسيين : ذاكرة الوصول العشوائي (رام) (RAM) وذاكرة للقراءة فقط (روم) (ROM) .

4-1 ذاكرة الوصول العشوائيRandom-access memoryRAM
ذاكرة الوصول العشوائي متطايرة (متبخرة– غير دائمة ) بمعنى أنها لا يمكنها الإحتفاظ بالبيانات في حالة عدم وجود جهد التغذية (القدرة ) , وتسمى أيضا بذاكرة القراءة والكتابة لأنها تسمح (تتيح) للمعالج بالقراءة منها والكتابة فيها . زمن الوصول لشريحة الرام لكل من القراءة والكتابة تقريبا متساوى , ويستطيع الميكروبروسسور كتابة البيانات في مكان ما في رقاقة ذاكرة الوصول العشوائي ، وإعادة قراءة محتوياتها فى وقت لاحق طالما أن القدرة ( التغذية ) موجودة . عندما يكتب المعالج الدقيق البيانات على الذاكرة يمحو البيانات القديمة ويكتب مكانها البيانات الجديدة .
هناك نوعان من تقنيات ذاكرة الوصول العشوائي : رام ساكنة (SRAM) ورام ديناميكية (DRAM) .
تستخدم SRAM من أربع إلى ست ترنزستورات لتخزين حرف واحد من المعلومات. المعلومات المخزنة في SRAM لن تفقد ما دامت القدرة موجودة .
ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية تستخدم ترانزستور واحد ومكثف واحد لتخزين حرف واحد من المعلومات. تخزن المعلومات في المكثف في شكل شحنة كهربائية. الشحنة المخزنة في المكثف يحدث لها تسريب ( فقد ) مع الزمن ولذلك يجب دوريا إعادة تنشيط الذاكرة للحفاظ على محتويات DRAM .
ذاكرة الوصول العشوائي أساسا تستخدم لتخزين البيانات والبرامج الديناميكية ( المتغيرة ).

التفاصيل فى ملف بصيغة pdf على الرابط :

http://www.eeecb.com/vb/showthread.php?t=701

[F.Abdelaziz]

الدرس الثالث :
الدرس الثالث :
مقدمة لأساسيات البرمجة بلغة السى Programming Basics
نبذة تاريخية
تم إنشاء لغة السى بواسطة كين تومسون ودينيس ريتشى فى مختبرات شركة بيل عام 1972 . لغة السى هى لغة المحترفون وهى مستخدمة فى إنشاء أنظمة العمل مثل الوندوز واليونكس . سرعان ما أصبحت لغة البرمجة السى واحدة من اللغات الأكثر استخداما والسبب الرئيسى هو أنها قوية جدا وسهلة ومرنة .
ولقد تم تصميم لغة السى بحيث يمكن للمستخدم أن ينشأ برامج أكثر تخطيطا لتكون النتيجة برامج أكثر قابلية للقراءة والتوثيق .

كتابة البرامج بلغة السى للميكروكونترولر
لما للغة السى من جودة وقابلية وكفاءة وقدرة على السيطرة يمكننا القول أنها اللغة الأكثر استخداما من قبل مطورى الميكروكونترولر . الآن معظم الميكروكونترولر الموجودة بالأسواق تأتى ومعها مترجم لغة السى لتطوير البرامج .
ونحن نتعامل مع برامج الميكروكونترولر ينبغى أن نأخذ بعض الاحتياطات فيما يتعلق باختيار لغة البرمجة والمترجم المستخدم لأن قدرة ذاكرة التخزين منخفضة للغاية مقارنة بالكومبيوتر .
الطريقة الوحيدة للتواصل مع الميكروكونترولر هى من خلال "لغة الآلة" machine languageأو بالأحرى من خلال "شفرة الآلة" machine code .وبالتالى من الضرورى ترجمة برامج لغة السى من أجل الحصول على نتيجة للتحكم فى الأنظمة عن طريق وضع البرنامج فى ذاكرة البرنامج للميكروكونترولر .
يوجد برامج مختلفة فى السوق كمترجم لغة السى للميكروكونترولر PIC مثل : HI-TECH PICC و C18 و C30 و CCS و SDCCو WIZ-C و mikroC و CC5 و PICmicro C و..ألخ .
فى هذه الدورة سوف نستخدم بيئة التطوير المتكاملة المسماة "الميكروسى برو" IDE MikroC PROوالتى أنشأتها Mikroelektronika (www.mikroe.com) والتى تتيح لك : تحرير edit و ترجمة compile و محاكاة simulate برامج لغة السى للميكروكونترولر PIC العائلات 12, 16 , 18.
سوف نستخدم المترجم mikroC PRO نظرا لكفاءته ومرونته . بالإضافة إلى ذلك يحتوى على مكتبة واسعة من الدوال الجاهزة للتحكم فى مختلف الأجهزة المتصلة بالميكروكونترولر PIC .
كتابة وترجمة برنامج بهذا المترجم , إذا لم يكن بالبرنامج أخطاء فى بناء الجملة syntax errors أو بعض الأخطاء الأخرى الناتجة بالمبرمج , سوف يؤدى إلى إنشاء ملف سداسى عشر (بالامتداد . Hex ) . هذا الملف يعرف بكود أو شفرة الآلة , وسوف يتم حفظ هذا الملف فى ذاكرة الميكروكونترولر .

مراحل إنشاء وتحميل برنامج لغة السى بالميكروكونترولر PIC
المرحلة الأولى :
إنشاء مخطط المسار Flowchart :
إستعرض (راجع) المهام والدوال التى يمكن أن يؤديها الميكروكونترولر PIC . من أجل فهم أفضل لمنطق الدوال التى يتعين تنفيذها يجب عمل مخطط مسار .


التفاصيل بملف بصيغة pdf على الرابط :

http://www.eeecb.com/vb/showthread.php?p=2625#post2625

[F.Abdelaziz]

الدرس الرابع :
الخصائص العامة للميكروكونترولر PIC
عائلة الميكروكونترولر PIC

يتم تصنيع الميكروكونترولر PIC من قبل شركة ميكروشيب . يوجد أساسا ثلاثة عائلات من الميكروكونترولر PIC تتفاوت فى حجم (سعة – طول) كلمة ذاكرة البرنامج , وهى 12 و 14 و 16 بت bit . جميع هذه الأجهزة بها داخليا ناقل ذو 8 بت 8-bit bus . حاليا , أطلقت ميكروشيب عائلة ميكروكونترولر جديد هو dsPIC والذى يمكنه العمل بناقل داخلى بحجم 16 و 32 بت على عكس الأسرة التقليدية ذات 8 بتات .

البناء الداخلى للميكروكونترولر PICمن نوع "هارفارد" Harvard . الفرق بين هذه البناء والبناء التقليدى من نوع "فون نيومان" Von-Neumann , هو أنه يحتوى على ناقل bus للبرنامج و ناقل آخر للبيانات على عكس البنية التقليدية والتى بها ناقل واحد للبيانات والعنوان .
الزيادة فى حجم "كلمة البرنامج" تسمح بالزيادة فى عدد التعليمات :
· الميكروكونترولر 12-bit PICs (12C508, 12C509, 12CE518, 16C54, 16C55) لديه 33 تعليمة فقط .
· الميكروكونترولر 14-bit (12C671, 12C672, 12CE673, 12C674, 14000, 16C55x) لديه 35 تعليمة .
· الميكروكونترولر 16 bit (17C4x, 17C75X, 17C76X, 18C2XX, 18C4XX) لديه 77 تعليمة
ولقد تم تحسين الميكروكونترولر PIC للعمل بمجموعة صغيرة من التعليمات للقيام بالمعالجة بسرعات عالية. يمكننا العمل بالميكروكونترولر بسرعة 10MIPS ( 10 مليون تعليمة كل ثانية) باستخدام ميكروكونترولر PIC من السلسلة PIC16 أو PIC18 تعمل بكريستال 40Mhz.

خصائص عائلة الميكروكونترولر PIC
· القدرة على العمل بطريقة "متراكبة" (أثناء تنفيذ تعليمة , يجلب المعالج التعليمة التالية فى الذاكرة من أجل الإسراع فى تنفيذ البرنامج ) .
· تنفيذ تعليمة واحدة كل "دورة آلة" باستثناء تعليمات التفرع التى تنفذ فى دورتين .
· دورة الآلة هى أربع دورات للساعة أى أن إشارة الساعة تقسم على 4 قبل تنفيذ التعليمات .
· كل تعليمة تحتل موقع من ذاكرة البرنامج الوميضية .
· زمن التنفيذ ثابت باستثناء تعليمات التفرع التى تستخدم دورتين من دورات الآلة .
· ميزة أخرى هامة فى بنية الميكروكونترولر PIC تكمن فى التشابه والتوافق بين مختلف أفراد عائلات الميكروكونترولر . هذا يسهل كثيرا أمكانية الانتقال من ميكروكونترولر إلى آخر بتغييرات بسيطة , فى بعض الحالات , فقط تغييرعدد قليل من الأوامر فى البرنامج , لأن أجزاء السجلات الداخلية لا تختلف كثيرا .

سلاسل الميكروكونترولر PIC12 و PIC14 و PIC16 تخزن البرنامج فى ذاكرتها الداخلية . يمكن لأفراد العائلة PIC17 و PIC18 العمل بذاكرة برنامج خارجية .



الميكروكونترولر PIC16F877A

1- الخواص العامة


التفاصيل على الرابط :

http://www.eeecb.com/vb/showthread.php?t=701

[F.Abdelaziz]

الدرس الخامس :
المترجم (الكومبيلر) MIKROC PRO للميكروكونترولر PIC

تمهيد :
أول شيء تحتاجه لكتابة برنامج للمتحكم هو برنامج كمبيوتر والذي يفهم لغة البرمجة التي تستخدمها (لغة السى فى هذه الحالة) ويوفر نافذة لكتابة البرنامج . الى جانب ذلك ، يجب أن يعرف البرنامج بنية المتحكم المستخدم . هذه الحالة أنت تحتاج إلى مترجم للغة السى .
لا يوجد مترجم لاستخدامه من أجل متحكم واحد بعينه كما لا يوجد مترجم لاستخدامه في جميع المتحكمات . أى برنامج يستخدم لمجموعة من المتحكمات المتماثلة ولصانع واحد .
هذا الجزء يعطي وصفا للمترجم mikroC PRO الخاص بالميكروكونترولر PIC. وكما هو واضح من الاسم فإن الغرض من المترجم هو كتابة برامج للميكروكنترولر PIC بلغة السى .
يتضمن هذا المترجم كافة البيانات للبناء الداخلى لهذه المتحكمات وتشغيل الدوائر الخاصة ومجموعة التعليمات وأسماء السجلات وعناوينها الدقيقة وشكل الأطراف الخ .
تثبيت MikroC for PIC:

تثبيت mikroC PRO للميكروكونترولر PICيشبه تثبيت أى برنامج ويندوز :
معالج التثبيت هو المسؤول عن جميع الإجراءات ، يجب عليك فقط النقر فوق الخيارات
Next, OK, Next, Next... باستثناء الخيارات الغير مطلوبة , حيث لن نقوم بتثبيت أى مبرمج خاص سواء برمجياته softwareأو الدرايفر driverالخاص به (الدرايفر هو برنامج يتيح للبرمجيات التى قمت بتثبيتها على جهاز الكمبيوتر بالاتصال communicate بين الأجهزة hardware مع بعضها البعض) . ولماذا ذلك ؟ مهمة المترجم هي تحويل البرنامج المكتوب بلغة السى إلى كود سداسى عشر HEX code .والذى يتم برمجة الميكروكونترولر به فيما بعد باستخدام إى جهاز برمجة (بجزئيه hardware و software ) .


1- ابدأ التثبيت بالنقر المزدوج على أيقون البرنامج كالعادة :

2- يظهر معالج التثبيت الذى سوف يقودك لخطوات التثبيت بسرعة وأمان :

3- نتبع الإرشادات

[F.Abdelaziz]

بيئة التطوير المتكاملة للمترجم IDE FOR MIKROC PRO FOR PIC
الشكل التالى يبين بيئة التطويرالمتكاملة للمترجم :

لسوء الحظ، الوصف المفصل لجميع الخيارات المتاحة في هذا المترجم يأخذ الكثير من وقتنا ، لذلك سنتخطي ذلك. وبدلا من ذلك ، سوف نصف فقط عملية كتابة البرنامج في لغة السى والتحقق بالمحاكاة، فضلا عن التحميل فى حيز ذاكرة المتحكم . لمزيد من المعلومات راجع تعليمات المساعدة [F1].

مدير مشروع PROJECT MANAGER

البرنامج المكتوب بالمترجم mikroC ليس وثيقة منفصلة ، ولكنه جزءا من مشروع project والذي يتضمن ملف كود الهيكس Hex وملف كود الأسمبلى assembly وملف الرأسheaderوغيرها من الملفات. يتم إنشاء بعض منهم خلال عمل المترجم، في حين يتم استيراد البعض الآخر من البرامج الأخرى. ومع ذلك، فإن نافذة مدير المشروع تمكنك من التعامل مع كل منهم. يكفي أن تنقر بالزر الأيمن فوق أي مجلد وتختار الخيار الذى تحتاج لمشروعك.


متصفح (مستكشف) الكود CODE EXPLORER

نافذة مستكشف الكود تتيح لك بسهولة تحديد مكان (موقع) الوظائفfunctions والإجراءات procedures ضمن البرامج الطويلة . على سبيل المثال ، إذا كنت تبحث عن وظيفة مستخدمة في البرنامج، فإن مجرد النقر المزدوج على اسمها في هذه النافذة يؤدى إلى وضع المؤشر تلقائيا عند النقطة المناسبة في البرنامج.


إعدادات المشروع PROJECT SETTINGS

لتمكين المترجم من العمل بنجاح،من الضروري تزويده بمعلومات أساسية عن المتحكم المستخدم وكذلك معلومات عن ما هو متوقع منه بعد عملية الترجمة :

• الجهازDevice : عند اختيار (تحديد) المتحكم، فإن المترجم يعرف تلقائيا ملف تعريفه والذى يحتوي على جميع سجلاته الخاصة SFR registers وعناوين ذاكرتها وأشياء مماثلة لاستخدامها.
• المذبذبOscillator : يستخدم هذا الخيار لتحديد سرعة تشغيل للمتحكم. على أساس ذلك ، فإن المترجم يقوم بإجراء تغييرات في كلمة التهيئة configuration word . يتم تعيين سرعة التشغيل وذلك لتمكين المذبذب الداخلى للمتحكم من العمل مع كريستال كوارتز محدد.
• نوع البناء Build type "إفراج أو تحرير" release : بعد إكتمال عملية الترجمة فإن المترجم ليس له أي تأثير على تنفيذ البرنامج . لغرض التصحيحdebugging ، يمكن استخدام المحاكاة بالبرمجيات.
• نوع البناء "تصحيح بالدائرة " ICD debug: عند إكتمال عملية الترجمة وبرمجة المتحكم يظل المترجم على اتصال بالمتحكم وما زال يمكنه أن يؤثر على عمله. يتم تأسيس الاتصال عبر وحدة برمجة والتي تتصل بجهاز الكمبيوتر عن طريق كابل الاتصال التسلسلي . يسمى البرنامج الذى يقوم بكل هذا العمل ICD (In Circuit Debugger) "التصحيح بالدائرة" . وهو يمكن من تنفيذ البرنامج خطوة خطوة ، ويوفر الوصول إلى المحتوى الحالي لجميع سجلات المتحكم. وهذه ليست محاكاة بل قراءة فعلية وتحكم فعلى .

محرر الكود CODE EDITOR :


محرر الكود جزءا أساسيا من نافذة المترجم يستخدم لكتابة البرنامج. يوجد عدد كبير من خيارات تحديد وظيفته وشكل التخطيط layout في قائمة أدوات / خيارات Tools/Options menu [F12].

[F.Abdelaziz]

المحاكاة البرمجية SOFTWARE SIMULATOR

قبل بدء المحاكاة اختار (حدد) النظام (الوضع) المناسب فى نافذة إعدادات المشروع :
Project Settings Window (Build type - release) وانقر على الخيار Run /Start Debugger "تشغيل / بدء المصحح " .
يتم وضع المترجم تلقائيا في نظام المحاكاة. حيث يتم مراقبة (رصد) monitorحالة جميع خانات السجلات . كما أنه يمكنك من تنفيذ البرنامج خطوة بخطوة أثناء مراقبة تشغيل المتحكم على الشاشة (أى محاكاة العمل ).

سوف تضاف عدة أيقونات إلى شريط الأدوات عند تحديد هذا النظام والتى تستخدم فقط لتشغيل هذه المحاكاة.

معنى الأيقونات :
Step Into : عند النقر على هذه الأيقونة يتم تنفيذ سطر واحد من البرنامج والذى يوضع عنده المؤشر.

Step Over : هذا الأمر يشبه الأمر السابق .
إذا تم وضع المؤشر في سطر يستدعى callبرنامج فرعى عندئذ سيتم تنفيذه أولا ثم يتقدم البرنامج فى التنفيذ عند أول سطر تالى فى البرنامج . فيبدو كما لو أنه تم تخطى سطر واحد من البرنامج حتى ولو تم تنفيذ البرنامج الفرعى كله.ونتيجة لذلك تتغير حالة السجلات . يشيع استخدام هذا الأمر عندما يكون من الضرورى تسريع تنفيذ حلقات برنامج طويلة .

Run To Cursor : يستخدم هذا الأمر لتنفيذ جزء معين من البرنامج، أي من آخر سطر تم تنفيذه إلى السطر الذى يوضع عنده المؤشر .
Step out : عند النقر على الأيقونة يخرج البرنامج من الروتين (برنامج فرعى) الذي يجري تنفيذه حاليا .
المحاكى simulator والمصحح debugger لها نفس وظيفة رصد (مراقبة) حالة السجلات أثناء تنفيذ البرنامج . الفرق هو أن المحاكى ينفذ البرنامج على الكمبيوتر، بينما يستخدم المصحح متحكم حقيقى .
أي تغيير فى الحالة المنطقية للطرف ينعكس على منطق السجل المناسب (المنفذ). كما أن نافذة المراقبة
Watch Window تسمح لك بمراقبة حالة جميع السجلات , فمن السهل أن تتحقق ما إذا كانت حالة الطرف بصفر أو بواحد .
لتفعيل هذه النافذة يجب أن تختار View/Windows والنقر على خيار Watch Values بعد ذلك يمكنك عمل قائمة بحالة السجلات التي تريد مراقبتها.

إذا أردت معرفةكم من الوقت يلزمللمتحكم لتنفيذ جزء من البرنامج ، اختار الخيار
Debug Windows/ Stopwatchتظهر لك نافذه كما فى الشكل التالى وهى سهلة الاستخدام .