[F.Abdelaziz]

التعليم الذاتى عن بعد و برمجة الميكروكونترولر PIC بلغة BASIC والمترجم MikroBasic PRO
الفصل الأول
عالم المتحكمات الدقيقة (الميكروكونترولر) World of Microcontrollers

http://www.mikroe.com/chapters/view/74/pic-basic-book-chapter-1-world-of-microcontrollers/

1.1 مقدمة :
عادة يعتقد المبتدئين فى مجال الإلكترونيات أن المتحكم الدقيق (الميكروكونترولر) microcontroller هو نفسه المعالج الدقيق ( الميكروبروسيسور) microprocessor. هذا ليس صحيحا . هما يختلفان عن بعضهما البعض فى نواح كثيرة . الفرق الأول والأهم فى صالح الميكروكونترولر هو وظائفه . لكى يتم استخدام الميكروبروسيسور , يجب إضافة مكونات أخرى إلية , أولها "الذاكرة" memory . فعلى الرغم من أن الميكروبروسيسور يعتبر آلة حاسبة قوية , إلا أنه غير قادر على تأسيس الاتصال المباشر مع الأجهزة الطرفية peripherals . بدلا من ذلك , يجب استخدام دوائر متخصصة لهذا الغرض . هذا ما كان عليه فى البداية ولا يزال هو نفسه حتى اليوم .

على الجانب الآخر , فقد تم تصميم الميكروكونترولر لأن يكون كل ذلك فى وحدة واحدة . فليس هناك حاجة لمكونات أخرى لأجهزة طرفية متخصصة لكى يعمل , كما أن جميع الدوائر اللازمة , والتى تنتمى بشكل آخر للأجهزة الطرفية , قد تم بناؤها بالفعل بداخله . فهو يوفر كل من الوقت والمساحة المطلوبة عند تصميم الجهاز.

[F.Abdelaziz]

1.1 الأعداد Numbers :
الرياضيات , هذا العلم الرائع , كل شىء منطقى جدا , الكون كله يمكن وصفه بعشرة أرقام فقط . لكن , هل حقا هو كذلك , هل نحن بحاجة فقط لعشرة أرقام بالضبط , بالطبع لا , إنه على سبيل العادة فقط . تذكر الدروس المدرسية . على سبيل المثال , ماذا يعنى الرقم 764 : أربعة "آحاد" , وستة "عشرات" وسبعة "مئات" . إنها بسيطة على هذا النحو . هل يمكن وصفها بطريقة أكثر تعقيدا , بالطبع : "4 + 60 + 70" . وحتى أكثر تعقيدا ؟ بالتأكيد : "4*1 + 6*10 + 7*100" . عل يمكن لهذه الأعداد أن تبدو بشكل علمى أكثر ؟ الجواب نعم مرة أخرة : 4*100 + 6*101 + 7*102 . ماذا يعنى ذلك فى الواقع ؟ لماذا نستخدم بالضبط الأعداد : "100 و 101 و 102 ؟ لماذا هى دائما حول العدد "10" ؟ الجواب هو : لأننا نستخدم عشرة أرقام مختلفة
(0, 1, 2, ... 8, 9) . بعبارة أخرى , نحن نستخدم نظام الأعداد "بالقاعدة" أو "الأساس" "10"
base-10 , أى "النظام الرقمى العشرى" decimal .

نظام الأرقام الثنائى NUMERICBINARY
ماذا سيحدث لو لم يكن هناك سوى رقمين فقط للاستخدام : الصفر "0" والواحد "1" ؟ أو إذا كنا لا نعرف كيفية تحديد ما إذا كان شىء أكبر 3 أو 5 مرات من شىء آخر ؟ أو كنا مقيدين عند المقارنة بين حجمين , أى إذا استعنا فقط القول أن شىء ما موجود "1" أو غير موجود "0" ؟ الجواب هو : لا شىء خاص , سوف نبقى على استخدام الأعداد بنفس الطريقة كما فعلنا الآن , ولكنها سوف تبدو مختلفة بعض الشىء . على سبيل المثال : 11011010 . كم عدد صفحات كتاب يشمل العدد 11011010 ؟ من أجل معرفة ذلك , عليك مجرد تتبع نفس المنطق فى النظام السابق , ولكن بترتيب عكسى . كما ترى هنا , الجميع مؤسس على رقمين فقط : الصفر "0" والواحد "1" أى نظام الأرقام بالأساس "2"base-2 ( نظام الأرقام الثنائى) .

من الواضح أن نفس العدد يتم تمثيله فى نظامى الأرقام المختلفة . الفرق الوحيد بين الصيغتين هو عدد الأرقام التى يتكون منه . لاقم واحد (2) يستخدم لكتابة العدد "2" فى النظام العشرى , فى حين يستخدم رقمين ( 0 و 1 ) لكتابته بالنظام الثنائى .
مرحبا بك فى العالم المنطقى الرقمى . من الأسهل بكثير الإشارة بالصفر "0" إلى عدم وجود جهد والإشارة بالواحد "1" إلى وجود جهد . فمن الأسهل كتابة "0" أو "1" بدلا من جملة كاملة "يوجد جهد " أو "لا يوجد جهد" على الترتيب . بهذا المفهوم فإن المنطق "0" والمنطق "1" يتوائم تماما مع الإليكترونيات , ويتم بسهولة تنفيذ كل العمليات الرياضية المعقدة إلى حد بعيد , من الواضح أننا نتحدث عن الإلكترونيات الرقمية .
نظام الأعداد السداسية عشر HEXADECIMAL NUMERIC SYSTEM
فى بداية تطوير الكومبيوتر كانت هناك العديد من المشاكل عند العمل الأعداد الثنائية . لهذا السبب , تم إنشاء نظام عددى جديد , باستخدام 16 رمز مختلف وسمى نظام الأعداد السداسية عشر hexadecimal . تتألف هذه الرموز من العشرة أرقام التى تعودنا على استخدامها (0, 1, 2, 3,... 9) و ستة حروف أبجدية
A, B, C, D, E , F. ربما تتساءل ما هو الغرض من هذا المزيج الغريب ؟ فقط انظر كيف أنها تناسب تماما قصة الأعداد الثنائية وسوف تفهم .









أكبر عدد يمكن تمثيله بأربعة أرقام ثنائية هو العدد "1111" . هذا العدد يناظر العدد "15" فى النظام العشرى , بينما يتم تمثيله بالحرف "F" فى النظلم السداسى عشر . ةهذا هو أكبر عدد مكون من رقم واحد فى النظام السداسى عشر . هل ترى كيف تم بمهارة استخدامه ؟ أكبر عدد مكون من ثمانية أرقام ثنائية هو نفسه فى نفس الوقت أكبر عدد مكون من رقمين فى النظام السداسى عشر . تذكر أن الكومبيوتر يستخدم الأعداد الثنائية المكونة من 8 أرقام ثنائية .


الشفرة (الكود) الثنائى المكود عشرى BCD CODE
الكود BCD هو كود ثنائى للأعداد العشرية فقط (Binary-Coded Decimal) . وهو يتألف من أربعة أرقام ثنائية ثمثل رقم من الأرقام العشرة الأولى (0, 1, 2, 3 ... 8, 9) . على الرغم من أن أربع بتات يمكن أن تعطى 16 توليفة ممكنة , إلا أن الكود BCD يستفيد فقط من العشرة الأولى .
تحويل النظام العددى NUMBER SYSTEM CONVERSION

[F.Abdelaziz]

تحويل النظام العددى NUMBER SYSTEM CONVERSION
نظام الأعداد الثنائى هو الأكثر استخداما , ونظام الأعداد العشرى هو الأكثر فهما في حين أن نظام الأعداد السداسى عشر في مكان ما بينهما . لذلك من المهم جدا معرفة كيفية تحويل الأعداد من أحد الأنظمة إلى نظام آخر ,أى كيفية تحويل سلسلة من الأصفار و الآحاد إلى قيم مفهومة.
تحول العدد من النظام الثنائى إلى النظام العشرى
الأرقام(الخانات) فيالعددالثنائيلها قيمvalueمختلفة تبعا لمكانها (موقعها) بهذا العدد . يمكن أنيحتوي كل مكان (خانة – موقع ) إما على صفر 0 أو على واحد 1وتحدد قيمته بسهولةعن طريقحساب (عد) مكانه (موقعه) من اليمين .لإجراء تحويل لعدد ثنائى إلى عدد عشرى يلزم ضرب الرقم ( 0 أو 1 ) بقيمة المكان (20, 21, 22, 23 ,…) وجمع جميع النواتج كما فى المثال التالى :





وتجدر الإشارة إلى أنه من أجل تمثل الأعداد العشرية من 0 إلى 3نحتاج إلى استخدام رقمين ثنائيين فقط . وللأعداد الأكبر يجب استخدام أرقام ثنائية إضافية. لذلك من أجل تمثيل الأعداد العشرية من 0 إلى 7نحتاج لثلاثة أرقام ثنائية ، وللأعداد من 0 إلى 15نحتاج لأربعة أرقام ..ألخ . ببساطةيتم الحصول على أكبر عدد ثنائى مكون من n رقم (خانة) نرفع الأساس وهو 2 للأس n . ويجب بعد ذلك طرح واحد 1 من الناتج .
مثال :

if n=4:
24 - 1 = 16 - 1 = 15

وبناء عليه , باستخدام 4 أرقام ثنائية من الممكن تمثيل الأرقام العشرية من 0 إلى 15والتي تبلغ فى مجموعها 16 قيمة مختلفة .

تحويل العدد السداسى عشر إلى عدد عشرى

لإجراء عملية تحويل عدد سداسى عشر إلى عدد عشري : كل رقم (خانة) سداسى عشر يجب ضربه بالعدد 16 مرفوع لأس قيمة موقعه وبعد ذلك يتم جمع النتائج التى حصلت عليها . على سبيل المثال :

تحويل العدد السداسى عشر إلى عدد ثنائى
لتحويل العدد من سداسى عشر إلى ثنائى ليس من الضروري إجراء أي حسابات . ببساطة يتم استبدال الأرقام السداسية عشر بالأرقام الثنائية المناسبة . وحيث أن أكبر رقم سداسى عشر يكافىء العدد العشرى 15فسوف نحتاج إلى استخدام أربعة أرقام ثنائية لتمثل رقم واحد سداسى عشر . على سبيل المثال :

يتضمن جدول المقارنة التالى قيم الأعداد 0-255 ممثلة فى الثلاثة نظم العددية المختلفة. ربما يكون هذا الجدول أسهل طريقة لفهم المنطق المشترك المطبق على جميع الأنظمة.

وسم (تعليم) الأعداد

[F.Abdelaziz]

وسم (تعليم) الأعداد
نظام الأعداد السداسى عشر , جنبا إلى جنب مع أنظمة الأعداد الثنائية والأعداد العشرية , يعتبر نظم الأعداد الأكثر أهمية بالنسبة لنا. فمن السهل تحويل أى عدد سداسى عشر إلى عدد ثنائىكما أنه من السهل تذكر ذلك .
مع ذلك قد تسبب هذه التحويلات الارتباك . على سبيل المثال ، ماذا تعنى فعليا الجملة " من الضرورى عد 110 منتج فى خط تجميع " ؟
يعتمد ذلك على نظام الأعداد فهذا الرقم يعنى 6 بالثنائى و يعنى 110 بالعشرى ويعنى 272 بالسداسى عشر . وبناء عليه من أجل تجنب سوء الفهم ، تضاف مباشرة بادئات prefixes ولواحق suffixes مختلفة إلى الأعداد .
البادئة $ أو 0x لوسم أو تعليم أو تعريف الأعداد في النظام السداسى عشر. على سبيل المثال العدد السداسى عشر 10AF تكون صيغه :

$10AF
or
0x10AF 

بالمثل الأعداد الثنائية عادة تعطى البادئة % أو 0b .
إذا لم يحتوى العدد على بادئة ولا على لاحقة فيعتبر عدد عشرى .
لسوء الحظ هذه الطريقة في وسم الأرقام ليست موحدة وبالتالي تعتمد على التطبيق المحدد .

البت BIT
نظريا تعتبر البت bit هى الوحدة الأساسية للمعلومات... دعونا ننسى ذلك للحظة ونلقى نظرة على الواقع .
البت هى مجرد رقم ثنائى . مثل نظام الأعداد العشرية حيث كل رقم فى العدد ليس له نفس القيمة (على سبيل المثال الأرقام فى العدد العشرى 444 هي نفسها، ولكن لها قيم مختلفة) ، 'أهمية' ‘significance’ البت تعتمد على موقعها (مكانها) في العدد الثنائي . وعلى خلاف نظام الأعداد العشرى , فإن الأرقام الثنائية لا يشار إليها كآحاد , وعشرات و.. , لكن فى الأعداد الثنائية فأن أرقام العدد الثنائى يشار إليها بالخانة رقم صفر zero bit (بت أقصى اليمين) والخانة رقم 1 ( البت الثانية من اليمين ) وهكذا . وحيث أن النظام الثنائي يستخدم رقمين فقط (0 , 1) فإن قيمة البت إما أن تكون 0 أو 1.
ينبغي عدم الخلط إذا كنت تعبر عن بت لها القيمة 4, 16 , 64 . فهذه مجرد القيم الممثلة فى النظام العشرى . ببساطة , لقد تعودنا على استخدام الأعداد العشرية وسوف نتعود على استخدام الأعداد الثنائية.
البايت BYTE
يتكون البايت من ثمانى بتات مجمعة معا. إذا كانت البت رقم فمن المنطقى أن تمثل البايتات أعداد.
ويمكن تنفيذ كافة العمليات الحسابية عليها ، مثل الأعداد العشرية . مثل أرقام (خانات) أى عدد , فإن أرقام (خانات) البايت ليس لها نفس الأهمية (القيمة) . أكبر قيمة (أهمية) تعطى للبت الموجودة أقصى اليسار وتسمى " البت ذات الأهمية أو القيمة القصوى" most significant bit (MSB) . البت الموجودة أقصى اليمين تعطى أقل قيمة وتسمى "البت ذات الأهمية أو القيمة الصغرى " least significant bit (LSB) .
حيث أنه يمكن الحصول من ثمانى أصفار وآحاد لبايت واحدة على عدد 256 مجموعة (تركيبة -توليفة) مختلفة فإن أكبر عدد عشرى يمكن تمثيله ببايت واحد هو 255 ( أحد المجموعات يمثل الصفر) .
يشار إلى مصطلح "النبل" nibble على أنه نصف البايت . بناء على أى نصف نتكلم يكون لدينا النصف الأيسر والنصف الأيمن وتعرف بالنبل العلوى‘high’ والنبل السفلى ‘low’ على الترتيب .

هل تساءلت يوما ما عما تبدو عليه الإلكترونيات داخل الدوائر المتكاملة الرقمية , المتحكمات الدقيقة أو المعالجات ؟ وعن شكل ما تؤديه الدوائر من العمليات الحسابية المعقدة واتخاذ القرارات ؟ هل تعرف أن مظهرها الذى يبدو معقدا إلا أنها لا تضم سوى عدد قليل من المكونات تسمى الدوائر المنطقية أو البوابات المنطقية ؟ .
1-3 الدوائر المنطقية :

[F.Abdelaziz]

1-3 الدوائر المنطقية :
بعض تعليمات البرنامج تعطى نفس النتائج على نحو البوابات المنطقية . سوف نناقش مبدأ عملها .

البوابة AND :

بوابة المنطق AND لها مدخلين أو أكثر ومخرج واحد . دعونا نفترض أن البوابة المستخدمة فى هذا المثال لها مدخلين فقط . سوف يظهر المنطق "1" على مخرجها فقط إذا كان كل من مدخليها (A AND B) فى الحالة المنطقية المرتفعة "1" . الجدول أعلاة يوضح العلاقة المتبادلة بين مداخل البوابة AND ومخرجها .
مبدأ العمل واحد حتى عندما يكون للبوابة أكثر من مدخلين : سوف يظهر المنطق "واحد" "1" على مخرجها فقط عندما يكون جميع مداخلها فى الحالة المرتفعة "1" . أى نركيبة أخرى من جهود المداخل سوف تنتج المنطق صفر "0" على مخرجها . عند استخدامها فى البرنامج , يتم إجراء المنطق AND بواسطة تعليمة برنامج , سوف نتناولها فيما بعد . فقط تذكر أن المنطق AND فى البرنامج يشير إلى البتات المناظرة من سجلين .

البوابة OR :

بالمثل , بوابات OR أيضا لها مدخلين أو أكثر ومخرج واحد . إذا كانت البوابة لها مدخلين فقط فإنه ينطبق عليها ما يلى : سوف يظهر المنطق "1" على مخرجها إذ كان أى من مدخليها (A OR B) فى الحالة المنطقية المرتفعة "1" . إذا كانت بوابة OR لها أكثر من مدخلين ينطبق عليها ما يلى : سوف يظهر المنطق "1" على مخرجها إذا كان على الأقل أحد مداخلها فى الحالة المرتفعة "1" . إذا كان جميع المداخل عند المنطق المنخفض "0" , فإن المخرج سوف يكون عند المنطق المنخفض "0" كذلك .
فى البرنامج , يتم إجراء المنطق OR بنفس الطريقة كما فى المنطق AND .
البوابة NOT :

البوابة المنطقية NOT لها مدخل واحد فقط ومخرج واحد فقط . وهى تعمل بطريقة بسيطة للغاية . عندما يظهر المنطق المنخفض "0" على مدخلها , فإن المنطق المرتفع "1" يظهر على مخرجها والعكس بالعكس . وهو ما يعنى أن هذه البوابة تعكس الإشارة ولذلك فغالبا ما تسمى العاكس .
يتم إجراء عمل البوابة OR فى البرنامج على بايت واحد . والنتيجة تكون بايت مع عكس البتات . إذا اعتبر بتات البايت كعدد , فإن القيمة المعكوسة هى فى الواقع مكملة (متممة) له . مكمل العدد هو القيمة تضاف إلى هذا العدد لتجعله يصل إلى أكبر عدد ثنائى مكون من 8 أرقام . بعبارة أخرى , مجموع العدد المكون من 8 أرقام ومكمله دائما يكون 255 .
بوابة OR الحصرية XOR :

البوابة XOR معقدة بعض الشىء بالمقارنة مع البوابات الأخرى . فهى نوع من مزجهما معا . يظهر المنطق المرتفع "1" على مخرجها فقط عندما يكون مداخلها لها حالات منطقية مختلفة .
فى البرنامج , يتم استخدام التعليمة المناسبة عادة لمقارنة بايتين . الطرح له نفس الغرض ( إذا كانت النتيجة بصفر , يكون البايتين متساويين) , لكن ميزة عمل المنطق XOR هو أنه لا يعطى نتائج سالبة أبدا .
السجل REGISTER :

[عطية حسن محمود]

مجهود متميز من مهندس طالما تعلمنا واستفدنا من علمه
جزاك الله عنا كل خير وجعله فى ميزان حسناتك

[hamedenho]

بارك الله فيك يا استاذنا الكبير علي جواهرك الثمينه وفي انتظار الكثير

[F.Abdelaziz]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
شكرا جزيلا للأخوة المشاركين

مع تمنياتى بدوام التوفيق