 |
|
| قسم الميكروكنترولر والروبوت ودوائر الاتصال بالحاسب الالي قسم المتحكمات الـ microcontroller و المعالجات microprocessor و التحكم الرقمي بالكمبيوتر CNC والانظمة الآلية والروبوت Robots |
|
|
أدوات الموضوع |
|
||||||
المدخل للتعامل مع البيانات التسلسلية Starting with serial
المدخل للتعامل مع البيانات التسلسلية Starting with serial مقدمة : النشاط الأساسى فى أى نظام معالج دقيق هو حركة (نقل) البيانات , مثل ما يتم بين وحدة المعالجة المركزية CPU والذاكرة memory . وبنفس القدر من الأهمية , نقل البيانات بين النظم الفرعية , مثل ما يتم بين الكومبيوتر ولوحة المفاتيح . يتم إرسال البيانات عن طريق تنظيم البتات bits فى كلمات words ( غالبا بايتاتbytes, ولكن ليس دائما ) ثم إرسال هذه الكلمات . عموما , هناك طريقتان لنقل البيانات . النقل على التوازى parallel transfer وفيه , يتم إرسال جميع بتات الكلمة فى نفس الوقت , كل بت عبر وصلتها الخاصة . البديل هو إرسال بت تلو البت كل فى دوره , عبر وصلة واحدة . وهذا ما يسمى الاتصال التسلسلى . من السهل أن نرى المزايا النسبية للطريقة الأولى . النقل بالتوازى يأخذ أسلاك وتوصيلات أكثر , لكنه أسرع faster . النقل التسلسلى يحتاج لأسلاك أقل , لكنه أبطأ slower , وعادة يتطلب أجهزة (هاردوير) hardware أكثر تعقيدا لإرسال واستقبال البيانات . لذلك , فى الماضى , وعبر المسافات القصيرة , كان يتم نقل البيانات بالتوازى فى المقام الأول . عبر المسافات الطويلة , حيث يمد عدد كبير من الأسلاك والتى سوف تكون ضخمة ومكلفة , كان يتم النقل التسلسلى . حاليا , وعلى الرغم من ذلك , فقد تم تحدى هذه الميزة , وتجلى ذلك أكثر فى مجال الأظمة المدمجة embedded systems , حيث يجب أن تكون الأشياء صغيرة جدا . ميزة النقل التسلسلى , بعدد أقل من أسلاك الربط , أصبحت فى كثير من الحالات هى الساحقة . لذلك أصبحت الاتصالات التسلسلية هامة جدا ولقد طبقت ببراعة كبيرة للتغلب على السلبيات الرئيسية الواضحة , سرعتها المنخفضة و الأجهزة الأكثر تعقيدا . هذه الدراسة تقدم الأفكار الرئيسية لاتصال البيانات البيانات تسلسليا , سواء من حيث المبدأ والممارسة . ويتضمن ذلك :
المقدمة السابقة حددت مجرد واحدة من المزايا الرئيسية للاتصال التسلسلى , حقيقة أنها توفر المساحة . الشكل التالى يبين كيف يتم ذلك . كل من الدوائر المتكاملة للذاكرة المبينة يمكنها أن تخزن نفس الكمية من البيانات .  وعلى الرغم من ذلك , الدائرة المتكاملة ذات خطوط الربط المتوازية تحتاج إلى 13 خط للعنونة وثمانية خطوط للبيانات والتى تهيمن على حجم الشريحة . الدائرة المتكاملة التى تستخدم خطوط الربط التسلسلية بها خطين فقط (SCL – serial clock; SDA – serial data) للبيانات وثلاثة (S0, S1, S2) للعنونة . وبالصدفة , هذا مثال لشريحة بها I2C , والتى سنقوم بدراستها لاحقا . التوفير فى الحيز هلى مستوى الدوائر المتكاملة مثير بشكل واضح . أضف إلى هذا التوفير فى مساحة مسارات الدائرة المطبوعة PCB tracks والكابلات الشريطية ribbon cable وغيرها . بينما الاتصال التسلسلى له عدد من المزايا الواضحة , فمن المهم أن ندرك وجود تحديات أيضا .مع سلك واحد فقط لحمل البيانات , كيف نعرف متى تبدأ أحد البتات أو تنتهى , أو أين تبدأ كلمة أو تنتهى ؟ يتم حل هذه الأسئلة بعدد من الطرق الممتعة . تستخدم طريقتين مختلفتين لتحديد البتات الفردية . الطريقة البسيطة هى إرسال إشارة ساعة (توقيت) لمرافقة البيانات , تستخدم كل دورة ساعة للإشارة إلى بت واحدة من البيانات . وهذه الطريقة تسمى الاتصال التسلسلى المتزامن synchronous . بدلا من إرسال إشارة الساعة فى كل مكان , يمكن وضع متطلبات معينة على توقيت البيانات نفسها . وفى هذه الحالة , من الممكن الاستغناء عن الساعة ويمكن أن تكون بتات البيانات لاتزال محددة بشكل صحيح . هذه الطريقة تسمى الاتصال التسلسلى الغير متزامن للبيانات asynchronous . سوف نبحث بشىء من التفصيل فى كلاهما خلال دراستنا هذه . لتحديد بداية ونهاية كلمة كاملة , فمن الشائع حزم (تجميع فى حزمة) package البيانات فى صيغة format معينة . لمزامنة البيانات وتنسيقها تعنى أننا سوف نكون بحاجة إلى مجموعات معينة من القواعد , من أجل ضمان الاتصال المتماسك . هذه المجموعات من القواعد تسمى "بروتوكولات" protocols وهى هامة جدا فى العالم التسلسلى . بعضها بسيط نسبيا , فى حين أن البعض الآخر معقد للغاية . وسوف نتناول عدد منها . فى الوصلة التسلسلية serial link, نستخدم عموما فكرة "المرسل" transmitter , جهاز إخراج البيانات على الوصلة التسلسلية , و "المستقبل" receiver , جهاز استقبال البيانات . بعبارة أخرى , أى جهاز على الوصلة التسلسلية يسمى أحيانا "العقدة" node . لتوضيح دراستنا للاتصال التسلسلى , فإننا سوف نبحث فى القدرات التسلسلية للميكروكونترولر 16F877A . هذا الميكروكونترولر له اثنين من المنافذ التسلسلية , كلاهما مرن للغاية ويمكن تهيئتها بطرق مختلفة . لذلك كلاهما معقد جدا . تم تصميم المنفذ Master Synchronous Serial Port (MSSP) لأشكال مختلفة من الاتصال التسلسلى , فى حين أن Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter (USART) يمكن أن يعمل فى كل من النمط المتزامن والغير متزامن .   2- الوصلات (الروابط) التسلسلية البسيطة Simple serial links الاتصال المتزامن للبيانات synchronous data communication أ-مبادىء(أسس التزامن) Synchronous basics |
| اعلانات |
|
||||||
|
2- الوصلات (الروابط) التسلسلية البسيطة Simple serial links الاتصال المتزامن للبيانات synchronous data communication أ- مبادىء(أسس )التزامن Synchronous basics لفهم كيف يمكن إرسال البيانات تسلسليا , فإنه من المفيد استكشاف الأجهزة hardware المختصة بها . لا يزال من المرجح استخدام وتشكيل البيانات داخل المعالج الدقيق أو الذاكرة بالشكل المتوازى . لذلك فإن الإرسال المتسلسل يجب أن يكون قادرا على قبول البيانات بالتشكيل المتوازى , ولكن بعد ذلك يتم إرسالها تسلسليا , المستقبل التسلسلى يجب أن يكون قادرا على القيام بعكس ذلك . الطريقة التقليدية للقيام بذلك هى استخدام "مسجل الإزاحة" shift register . الشكل التالى يبين مسجل إزاحة 8 بت 8-bit shift register والذى من الممكن استخدامه كمستقبل للبيانات التسلسلية :  يتكون مسجل الإزاحة من 8 قلابات(فليب- فلوب) flip-flops متصلة معا بحيث يكون خرج أى منهم Q-output يصبح بيانات الدخل للتالى له . والجميع يقاد driven من نفس الساعة clock , وفى كل دورة للساعة يتم نقل البيانات قلاب واحد لجهة اليمين . إذا ظهرت بت جديدة على المدخل DIN عند كل دورة للساعة , عندئذ ففى خلال 8 دورات للساعة سوف يتم توقيت بايت واحد 1 byte بحيث أنه يمكن أن يتم قراءته ككلمة متوازية من المخارج من QA إلى QH . هذه الدائرة البسيطة يمكن أن تكون بمثابة مستقبل للبيانات التسلسلية. ليس من الصعب تعزيز enhance الدائرة بحيث أن البيانات المتوازية لا يمكن أن يتم قراءتها فقط من مسجل الإزاحة , بل يمكن أيضا تحميله loaded ببيانات كلمة متوازية . إن ذلك لا يستحق رسم المخطط المنطقى الكامل لمسجل الإزاحة , لكن بدلا من ذلك يمكننا تمثيله فى شكل مخطط صندوقى , كما هو مبين بالشكل التالى :  بمسجل الإزاحة العام هذا , يمكننا توقيت البيانات التسلسلية الداخلة إلية أو الخارجة منه , ويمكن قراءة البيانات المتوازية أو تحميل البيانات المتوازية عند هذه النقطة لدينا بالفعل الأساس (المبدأ) لربط الاتصالات التسلسلية . إذا أخذنا اثنين من مسجلات الإزاحة المبينة بالشكل السابق وتم توقيتهما من نفس المصدر (الساعة) , عندئذ يمكن نقل البيانات تسلسليا من أحدهما إلى الآخر باستخدام التوصيل المبين بالشكل التالى :  بشكل فعال , مسجلى الإزاحة two 8-bit shift registers يعملان معا كمسجل إزاحة واحد 16 بت one 16-bit shift register , مع توصيل الخرج عائدا للدخل . بعد 8 دورات توقيت يتم نقل البيانات فى أحد مسجلى الإزاحة إلى الآخر . لذلك , يمكن اعتبار كل منهما كمرسل واعتبار كل منهما كمستقبل . فى الواقع , يتم التحكم فى عمل نقل البيانات عن طريق الساعة . يطلق على الوصلة (الرابط) "الوصلة المتزامنة" synchronous link , وذلك لأنه تتم مزامنة نقل البيانات بإشارة ساعة مشتركة . ب- تنفيذ الدخل / الخرج التسلسلى المتزامن فى الميكروكونترولر Implementing synchronous serial I/O in the microcontroller |
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |||
|
|
|
||||||
|
ب- تنفيذ الدخل / الخرج التسلسلى المتزامن فى الميكروكونترولر Implementing synchronous serial I/O in the microcontroller الوصلة التسلسلية المتزامنة المشروحة سابقا يمكن بسهولة تنفيذها فى الميكروكونترولر , كما هو مبين بالشكل التالى :  هذا النوع من التوصيل هو أساس العديد من الوصلات التسلسلية المدمجةembedded البسيطة . مسجل الإزاحة هو ذاكرة مرتبة , ويمكن القراءة منها أو الكتابة إليها . ت- السلك الدقيق و الواجهة التسلسلية الطرفية Microwire and SPI (Serial Peripheral Interface) |
|
||||||
|
ت- السلك الدقيق و الواجهة التسلسلية الطرفية Microwire and SPI (Serial Peripheral Interface) فى أواخر السبعينات وأوائل الثمانينات , قامت شركات National Semiconductor, Motorola وغيرها بالكشف عن المعالجات الدقيقة والمتحكمات الدقيقة المدمج بها إمكانيات الاتصال التسلسلى المتزامن . كانت بحاجة لتحديد (تعريف) الخصائص المرتبطة بالتشغيل بحيث يمكن للشركات المصنعة الأخرى عمل الأجهزة التى يمكن أن تتفاعل بثقة مع منتجاتها . أنتجت كل من National و Motorola المنافذ التسلسلية والتى تعمل بالطريقة المذكورة أعلاه . ومن تصميماتهم , تم إنتاج اثنين من المعايير standards . سمتها شركة National باسم Microwire وسمتها شركة Motorola باسم SPI . كلاهما مشابه للآخر ويمكنهما الاتصال مغ بعضهما البعض . كل لديه المرونة لضبط خصائصه , فعلى سبيل المثال لتحديد ما إذا كان يتم نقل البيانات على الحافة الصاعدة rising أو الهابطة falling للساعة . كل منهما مرت عليه سنوات عديدة واصبح راسخا , والشرائح الجديدة لا تزال ينتج معها هذه الوصلات . فى الجزء التالى سوف نتناول SPI . ث - إدخال عقد متعددة : الشكل السابق يعطى وصلة تسلسلية فعلية , لكنها تربط فقط عقدتين . كيف يمكن تمديدها (توسعتها) ؟ الإجابة بسيطة . إذا تم إدخال وسيلة لاختيار الجهاز التابع slave الذى يتصل به الجهاز الماستر master , عندئذ يمكن توصيل أكثر من جهاز تابع واحد إلى خطوط البيانات التسلسلية كما هو مبين بالشكل التالى :  الآن كل دخل لتابع يتطلب وسيلة لتمكينه enabling, أحيانات تسمى " اختيار التابع"Slave Select (SS) أو Chip Select "اختيار الشريحة أو الرقاقة" . الوظيفة الدقيقة فى خط SS تختلف إلى حد ما من جهاز لآخر , لكن إلى حد أكبر أو أقل فإنها تتسبب فى أن يقطع التابع كل أو جزء من نفسه من الاتصال التسلسلى . والآن يجب على الماستر أن يكرس خط من أجل كل تابع والذى به يتواصل معه , وهذه يمكن أن تكون مخارج بتات المنفذ . 1- موديول MSSP فى نظامSPIبالميكروكونترولر 16F87XA Master Synchronous Serial Port (MSSP) module in SPI mode |
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
