[F.Abdelaziz]

تصميم الأنظمة المدمجة بالمتحكمات الدقيقة PIC


المبادىء والتطبيقات

الجزء الأول


الشروع فى العمل مع الأنظمة المدمجة

1- أجهزة الكومبيوتر الصغيرة , والتحكم المخبأ

نحن نعيش فى عصر ثورة المعلومات , مع أجهزة الكومبيوتر ذات القدرة المذهلة والمتاحة لاستخدامنا . وجدت أجهزة الكومبيوتر طريقها إلى كل المجالات . لقد تم تطوير البعض لتكون قوية بقدر الإمكان , دون الاهتمام بالتكاليف , من أجل تطبيقات الصناعة والبحوث عالية القدرة . وتم تصميم البعض الآخر من أجل المنزل والمكتب , وهى أقل قوة ولكنها أيضا أقل تكلفة . يوجد فئة أخرى من الكومبيوتر لا يعرفها إلا القليل , يرجع ذلك جزئيا إلى أنها لا ترى إلا قليلا . هذا النوع من الكومبيوتر هو الذى يتم تصميمه بداخل المنتج , من أجل توفير التحكم به . الكومبيوتر يكون مخفى (مخبأ) عن الرؤية , لدرجة أن المستخدم فى كثير من الأحيان لا يعرف حتى أنه موجود . يسمى هذا النوع من المنتجات "النظام المدمج " embedded system , وهو موضوع دراستنا . هذه الكومبيوترات القليلة عادة نسميها "المتحكمات الدقيقة" أو الميكروكونترولر microcontrollers .
1 الفكرة الأساسية والأنظمة المدمجة فى عالم اليوم :
1.1.1 ما هو النظام المدمج ؟
الفكرة الأساسية للنظام المدمج بسيطة . إذا أخدنا أى منتج هندسى يحتاج إلى تحكم , وإذا تم دمج جهاز كومبيوتر ضمن هذا المنتج للقيام بعملية التحكم , عندئذ يكون لدينا "نظام مدمج" . يمكن تعريف النظام المدمج على أنه :
" نظام وظيفته الأساسية ليست حسابية , ولكن يتم التحكم فيه عن طريق كومبيوتر مدمج بداخله" .
فى هذه الأيام توجد الأنظمة المدمجة فى كل مكان , فهى تظهر فى المنزل والمكتب والمصنع والسيارة والمستشفى .
الجدول التالى يبين قائمة لأمثلة منتجات قد تحتوى على أنظمة مدمجة , تم اختيارها لانتشارها .

على ما يبدو أن العديد من هذه الأمثلة مختلفة تماما عن بعضها البعض , إلا أنها جميعا تعمل بنفس المبادىء باعتبارها نظام مدمج .


2.1 بعض أمثلة الأنظمة المدمجة :
1.2.1الثلاجة المنزلية :
الشكل التالى يبين ثلاجة منزلية بسيطة والتى تقوم بالحفاظ على على درجة الحرارة بداخلها , منخفضة ومستقرة وذلك من خلال استشعار درجة الحرارة الداخلية ومقارنتها مع درجة الحرارة المطلوبة , حيث تقوم بخفض درجة الحرارة عن طريق تشغيل الضاغط . يتطلب قياس درجة الحرارة واحد أو أكثر من أجهزة الاستشعار حيث يتم معالجتها عن طريق دوائر تهيئة الإشارة .
مطلوب نوع من معالجة البيانات لمقارنة إشارة تمثيل درجة الحرارة المقاسة مع تلك التى تمثل درجة الحرارة المطلوبة واستنتاج الخرج . يتطلب التحكم فى الضاغط شكلا من أشكال الواجة(الربط) الإلكترونية , والتى تقبل إشارة دخل التحكم ذات المستوى المنخفض ومن ثم تحويلها إلى المستوى القيادة (تشغيل) الكهربائى اللازم لتوصيل قدرة الضاغط .

2.2.1 آليات باب السيارة :
باب السيارة هو مثال مختلف تماما لنظام مدمج , كما هو موضح بالشكل . مرو أخرى يوجد بعض أجهزة الاستشعار , وبعض التفاعل بين الانسان ومجموعة من المنفذات والتى يجب أن تستجيب لمتطلبات هذا النظام.
مجموعة من أجهزة الاستشعار ترتبط بقفل الباب وأخرى بالنافذة . يوجد عنصرى تنفيذ , محرك النافذة ومنفذ القفل .

3.1 بعض أساسيات الكومبيوتر :

[funky112233]

والله يا بشمهندس فتح الله انا بحبك فى الله والله
جزاك الله خيرا على كل مواضيعك وان شاء الله فى ميزان حساناتك

[F.Abdelaziz]

اقتباس المشاركة الأصلية كتبت بواسطة funky112233 والله يا بشمهندس فتح الله انا بحبك فى الله والله

اقتباس المشاركة الأصلية كتبت بواسطة funky112233 جزاك الله خيرا على كل مواضيعك وان شاء الله فى ميزان حساناتك

أخى الكريم

شكرا جزيلا لك

بارك الله فيك

أحبك الله الذى أحببتنى فيه

مع تمنياتى بدوام التوفيق

[abdellah48]

شكرا لك أخي عبد العزيز على معلوماتك الرائعة واصل انتظر المتابعة واصل جزاك الله خيرا.

[F.Abdelaziz]

3.1 بعض أساسيات الكومبيوتر :
عند تصميم الأنظمة المدمجة عادة نحتاج إلى فهم بعض تفاصيل ملامح الكومبيوتر المدمج الذى نتعامل معه .
تمهيدا لتطوير معرفتنا , دعونا نجرى مسح سريع لبعض الملامح الهامة للكومبيوتر .

1.3.1 عناصر الكومبيوتر :

الشكل السابق يبين العناصر الأساسية فى أى نظام كومبيوتر . فى الأساس , يجب أن يكون قادرا على أداء العمليات الحسابية والمنطقية . يتم توفير هذه الوظيفة عن طريق "وحدة المعالجة المركزية" CPU . وهى تعمل عن طريق العمل من خلال سلسلة من "التعليمات" , تسمى "البرنامج" , والذى يحفظ فى "الذاكرة". كل تعليمة من هذه التعليمات تؤدى وظيفة بسيطة للغاية . على الرغم من ذلك , ونظرا لأن الكومبيوتر يعمل بسرعة مذهلة , فإن التأثير العام يكون قدرة حسابية كبيرة جدا . الكثير من التعليمات تسبب حدوث عمليات حسابية ومنطقية . هذه الهمليات تجرى فى جزء من وحدة المعالجة المركزية يطلق عليه "وحدة الحساب والمنطق" ALU .
لاستخدام الكومبيوتر يجب أن يكون قادرا على التواصل مع العالم الخارجى , وهو يقوم بفعل ذلك من خلال مداخله ومخارجه . وهذا يعنى , فى الكومبيوتر الشخصى , التفاعل البشرى من خلال لوحة المفاتيح ووحدة العرض المرئى (الشاشة) والطابعة . فى النظام المدمج يتم الاتصال مع العالم الطبيعى من خلال الحساسات sensors والمنفذات actuators .
ثورة الكومبيوتر التى تجرى ليس فقط بسبب القوة المذهلة لمعالجة , لكن أيضا وعلى قدم المساواة بالقدرة المهلة على تخزين البيانات والوصول إليها . بشكل عام يوجد نوعان من التطبيقات الرئيسية للذاكرة فى الكومبيوتر كما هو موضح بالشكل السابق . أحد الذاكرات لحفظ البرنامج الذة سوف يقوم الكومبيوتر بتنفيذه . هذه الذاكرة يجب أن تكون دائمة , حتى يتم الاحتفاظ بالبرنامج إلى أجل غير مسمى , بغض النظر عن وجود القدرة أو عدم وجودها , وتكطون جاهزة للتشعيل بمجرد تطبيق القدرة .
يتم استخدام ذاكرة أخرى لحفظ البيانات المؤقتة , والتى يعمب عليها البرنامج عندما يتم تشغيله . هذا النوع من الذاكرة ليس من الضرورى أن تكون دائمة , على الرغم من أنه ليس هناك ضرر من أن تكون كذلك .
أخيرا , يجب أن تكون هناك مسارات (ناقلات) للبيانات بين كل من هذه الوحدات الرئيسية كما هو موضح بالأسم الموجودة بالشكل السابق .

2.3.1 مجموعة تعليمات الكومبيوتر المعقدة والمخفضة Instruction sets – CISC and RISC

[F.Abdelaziz]

اقتباس المشاركة الأصلية كتبت بواسطة abdellah48 شكرا لك أخي عبد العزيز على معلوماتك الرائعة واصل انتظر المتابعة واصل جزاك الله خيرا.

أخى الكريم

شكرا جزيلا لك

بارك الله فيك


مع تمنياتى بدوام التوفيق

[F.Abdelaziz]

2.3.1 مجموعة تعليمات الكومبيوتر المعقدة CISC والمخفضةRISC
أى وحدة معالجة مركزية لها مجموعة من التعليمات والتى تتعرف عليها وتستجيب لها , يتم بناء جميع البرامج بطرقة أو بأخرى من هذه المجموعة من التعليمات . نحن نريد أجهزة الكومبيوتر لتنفيذ التعليمات البرمجية (الكود) فى أسرع وقت ممكن , لكن كيفية تحقيق هذا الهدف ليس دائما أمرا واضحا .
أحد الأساليب هو بناء وحدة معالجة مركزية متطورة مع مجموعة تعليمات شاذة , مع وجود تعليمة جاهزة من أجل كل عملية متوقعة . هذا يؤدى إلى "مجموعة التعليمات المعقدة للكومبيوتر CISC . هذه المجموعة بها تعليمات كثيرة .
الإسلوب الآخر هو الحفاظ على وحدة المعالجة المركزية بسيطة جدا ولها مجموعة تعليمات محدودة . وهذا يؤدى إلى إسلوب " مجموعة التعليمات المخفضة للحاسب"RISC يتم الاحتفاظ ببساطة مجموعة التعليمات ومن ثم التصميم العام . وهذا يؤدى إلى سرعة التشغيل . أحد سمات إسلوب التعليمات المخفضة هو أن كل تعليمة مدمجة بداخل "كلمة ثنائية واحدة" . هذه الكلمة تحتفظ بجميع المعلومات اللازمة , بما فى ذلك شفرة (كود) التعليمة نفسها , فضلا عن أى عنوان أو معلومات بيانات مطلوبة . وهناط خاصية أخرى , وهى نتيجة لبساطة هذا الإسلوب, وهى أن " كل تعليمة عادة تستغرق نفس المقدار من الوقت للتنفيذ .

3.3.1 أنواع الذاكرة Memory types

[F.Abdelaziz]

3.3.1 أنواع الذاكرة Memory types
كما هو المتبع تقليديا , يتم تقسيم تقنية (تكنولوجيا) الذاكرة إلى فئتين :

1- ذاكرة متطايرة (سريعة الزوال) Volatile :
هى تلك الذاكرة التى تعمل فقط طالما أنها مغذاة بالقدرة , وتفقد القيم المخزنة بها عند إزالة القدرة عنها , لكن يمكن استخامها كذاكرة لتخزين البيانات "المؤقتة" . عموما , يستخدم هذا النوع من الذاكرة تكنواوجيا أشباه موصلات بسيطة وهى أسهل فى الكتابة عليها كهربائيا . لأسباب تاريخية عادة تسمى "ذاكرة الوصول العشوائى" الرام RAM . الاسم الأكثر وصفا هو "ذاكرة البيانات" ‘data memory’ .

2- ذاكرة غير متطايرة (دائمة) Non-volatile :
هذه الذاكرة تحتفظ بالقيم المخزنة بها حتى عندما يتم إزالة القدرة عنها . يتم تحقيق ذلك فى الكومبيوتر الشخصى , فى المقام الأول , عن طريق القرص الصلب , وهو يحتفظ ببيانات ضخمة غير متطايرة (دائمة). يتم تحقيق ذلك فى النظام المدمج باستخدام ذاكرة أشباه موصلات غير متطايرة . عموما , هذا النوع من الذاكرة يزيد من صعوبة الكتابة كهربائيا , على سبيل المثال , من حيث الزمن أو القدرة المطلوبة أو تعقيد عملية الكتابة . تستخدم الذاكرة الغير متطايرة فى حفظ برنامج الكومبيوتر ولأسباب تاريخية فإن الاشم الشائع لها هو "ذاكرة القراءة فقط" الروم ROM . الأسم الأكثر وصفا هو "ذاكرة البرنامج"‘program memory’ .