المعالج الدقيق(الميكروبروسسور) – المتحكم الدقيق (الميكروكونترولر) المتحكم المنطقى المبرمج : مقدمة : بناء الحاسب (الكومبيوتر) : الفكرة التى يقوم عليها الحاسب هى تقليدا لطريقة الإنسان فى حل أى مسألة . فعندما تريد حل مسألة فسوف تحتاج إلى الآتى : 1- القوانين المهمة لحل هذه المسألة (التعليمات بالذاكرة الثابتة) . 2- كراسة (سجل) لتدوين (تسجيل) النتائج الحسابية (سجلات الذاكرة المؤقتة) . 3- آلة حاسبة للمساعدة فى إجراء العمليات الحسابية (وحدة الحساب والمنطق بوحدة المعالجة المركزية). 4- وربما تحتاج إلى طابعة لكتابة تقرير بشكل معين . هذه الأشياء الأربعة لو تم توفيرها مجتمعة لن تحل المسألة من تلقاء نفسها ولكن لابد من وجود منظم لعملية الحل وهو الشخص (المبرمج) نفسه ولابد من وجود خطة للعمل (برنامج المستخدم) . الأجزاء الأربعة السابقة هى تقريبا ما يتركب منه الحاسب .
مكونات الميكروكومبيوتر : 1- الذاكرة Memory. 2- وحدات (منافذ) الإدخال والإخراج Input / Output Units(Ports) . 3- وحدة المعالجة المركزية Central Processing Unit (CPU) .
الذاكرة Memory : الذاكرة ما هى إلا وعاء لحفظ المعلومات لحين الحاجة إليها ، وهذه المعلومات إما أن تكون "بيانات" ستكون هناك حاجة إليها فيما بعد ، أو تكون "برنامجا" مخزن فى الذاكرة فى انتظار التنفيذ . إن أى برنامج تكتبه على الحاسب وبأى لغة لابد وأن يوضع أولا فى الذاكرة الأساسية للحاسب ثم يتم إستدعاؤه من هناط للتنفيذ عند الأمر بذلك . تنقسم الذاكرة عامة إلى قسمين : 1- القسم الأول : وهو الذاكرة الأساسية للحاسب وهى التى تخزن فيها البرامج التى تنتظر التنفيذ . هذا النوع الذاكرة يكون عادة من أشباه الموصلات وعلى شرائح تكاملية . الذاكرة الأساسية للحاسب تنقسم بدورها إلى جزأين : أ- الجزء الأول : وهو ما يسمى بذاكرة القراءة فقط ROM ، وهذه الذاكرة أيضا تكون عبارة عن شرائح من أشباه الموصلات التى تم تسجيل محتوياتها بواسطة الصانع نفسه وعادة تحتوى على الثوابت والبرامج المهمة لتشغيل نظام الحاسب والتى لا تضيع بانقطاع مصدر الطاقة عنها . ب- الجزء الثانى : وهو ذاكرة القراءة والكتابة والتى تعرف بالرام RAM ، وهى الذاكرة التى تحتوى البيانات والبرامج التى فى انتظار التنفيذ ، وهذه الذاكرة تفقد محتوياتها بانقطاع مصدر الطاقة عنها . 2- القسم الثانى من أقسام الذاكرة هو الذاكرة الإضافية ، وهى الذاكرة التى تستخدم لتخزين البيانات أو البرامج لفترات طويله مث الأقراص المرنة والأقراص الصلبة والأقراص المدمجة وغيرها .
وحدات الإدخال والإخراج Input / Output Units : وحدات الإدخال : هى الوسائل التى يتم بها تكييف المعلومات لتكون فى صورة مناسبة يستطيع الميكروبروسسور التعامل معها ، ومثال ذلك لوحة المفاتيح التى تحول أى مفتاح تقوم بضغطه إلى إشارات كهربية وشفرات يقبلها المعالج . وحدات الإخراج : هى الوسائل التى يتم بها إظهار المعلومات الخارجة من المعالج ، ومثال ذلك الشاشة التى ما هى إلا وسيلة ضوئية للإظهار المعلومات التى من المعالج ، وبالطبع فإن هذه الشاشة تكون متصلة بأحد بوابات الإخراج . وحدة المعالجة المركزية Central Processing Unit (CPU) : الوظيفة الأساسية لوحدة المعالجة المركزية هى تنفيذ البرنامج عن طريق إحضار الأوامر من الذاكرة الواحد بعد الآخر ، ثم تنفيذها بنفس التتابع ، فمثلا يتم إحضار الأمر الأول ثم ينفذ وبعد ذلك يحضر الأمر الثانى وينفذ فالأمر الثالث وينفذ وهكذا إلى أن تصل إلى نهاية البرنامج .
بعض الأوامر تحتاج لبيانات من أماكن أخرى فى الذاكرة يتم إحضارها ، والبعض الآخر من الأوامر يتطلب كتابة أو تسجيل بعض البيانات إما فى الذاكرة إو فى وحدات إخراج . معنى المصطلحات "الميكروكومبيوتر" و "الميكروبروسسور" و "الميكروكونترولر" : الميكروكومبيوتر والميكروبروسسور : الميكروبروسسور : هو شريحة ذات أطراف متعددة ، قادرة على تنفيذ مجموعة من الأوامر المحددة بحيث ينفذ كل أمر عند إعطاء الشفرة الخاصة به . الميكروكومبيوتر : هو جهاز يتكون من بعض الأجزاء الثانوية مثل الذاكرة ووحدات الإدخال والإخراج وجزء أساسى هو المعالج الدقيق . أى أن المعالج الدقيق يعتبر جزءا أساسيا بل هو أهم جزء فى الميكروكومبيوتر .
عند ذكر كلمة ميكروكومبيوتر يتبادر إلى ذهننا فورا تلك المجموعة المكونة من شاشة العرض ولوحة المفاتيح وطابعة وغير ذلك من الأجهزة , ولكن فى الحقيقة فإن هذا هو أحد أشكال الميكروكومبيوتر موضوعا فى صورة تسهل عملية التعامل معه وبرمجته حتى من غير المتخصصين الذين يتعاملون معه بغرض البرمجة فقط باستخدام اللغات المعروفة . هناك صورا أخرى للميكروكومبيوتر غير الصورة المألوفة مثل الميكروكومبيوتر ذو الكارت الواحد مثلا وهو عبارة عن كارت واحد عليه شريحة المعالج وشريحة ذاكرة والقليل من بوابات الإدخال والإخراج ، كل ذلك مبنى على كارت واحد لأداء غرض معين مثل التحكم فى أى عملية صناعية . الميكروكونترولر : هناك صورة أخرى للميكروكومبيوتر وهى "الميكروكومبيوتر على شريحة واحدة" ، نعم شريحة واحدة تحتوى معالج دقيق وبعض الذاكرة (ROM , RAM) وبعض بوابات الإدخال والإخراج . بل أن هناك بعض شرائح الميكروكومبيوتر التى تحتوى على الأكثر من ذلك مثل المحولات من تماثلى إلى رقمى (A/D) والمحولات من رقمى إلى تماثلى (D/A) والمؤقتات والمرشحات الرقمية وغير ذلك وعادة يطلق على هذه الشرائح الحاكمات الدقيقة (الميكروكونترولر) Microcontrollers .
الحاكمات القابلة للبرمجة PLC : كلمة PLC اختصار Programmable Logic Controller "الحاكمات القابلة للبرمجة" وهى أجهزة رقمية تستخدم ذاكرة قابلة للبرمجة لتخزين برامج التشغيل (ميكروكومبيوتر) ، والتى تتكون من مجموعة من الأوامر لتحقيق وظائف معينة مثل البوابات المنطقية ، والمؤقتات الزمنية ، والعدادات ، والعمليات الحسابية و... إلخ ، وذلك "للتحكم فى لعمليات الصناعية" . أجهزة التحكم المبرمج لها مجموعة من "المداخل" توصل بأجهزة المداخل مثل : المفاتيح الضاغطة ، ومفاتيح نهاية المشوار ، والمفاتيح التقاربية ، ومفاتيح عوامات المستويات ، و....إلخ ، ومجموعة من "المخارج" توصل بأجهزة المخارج مثل : الكونتاكتورات ، والمحابس الكهربية ، ولمبات البيان ، والأبواق . كما أن لها "مكان لإدخال برنامج التشغيل " ليستقر فى ذاكرتها الداخلية بواسطة "أجهزة البرمجة" .
يتركب جهاز PLC فى الأساس من : 1- وحدة الإمداد بالقدرة . 2- وحدة المعالجة المركزية CPU . 3- وحدات ربط المداخل الرقمية والتناظرية . 4- وحدات ربط المخارج الرقمية والتناظرية . 5- وحدة مسار الاتصالات .
أنواع PLC : 1- أجهزة التحكم المبرمج المتكاملة . حيث توجد جميع العناصر السابقة فى غلاف واحد . تستخدم هذه الأجهزة للتحكم فى العمليات الصناعية الصغيرة .
2- أجهزة التحكم المبرمج ذات الموديولات . حيث يوجد كل عنصر من العناصر السابقة فى غلاف خاص بذاته . فيوجد موديول CPU وموديول مداخل رقمية وموديول مداخل تناظرية وموديول مخارج رقمية وموديول مخارج تناظرية وموديول مسار اتصالات . تمتاز هذه الأجهزة بأنها تعطى للمستخدم إمكانية استخدام الموديولات المناسبة وتجميعها معا مما يوفر فى التكلفة .
وحدة ربط المداخل Input Interface Unit : هى الوحدة المسؤولة عن تهيئة جهد الإشارات القادمة من أجهزة المداخل ليتناسب مع جهد التشغيل لوحدة المعالجة المركزية .
الشكل التالى يوضح مبدأ عمل هذه الوحدة باستخدام عازل ضوئى بترانزستور . يزود المدخل بدايود ضوئى LED ، حيث يضىء الليد الذى يصل إلى مدخله إشارة .
وحدة ربط المخارج Output Interface Unit : تقوم هذه الوحدة بتهيئة الجهود الصغيرة للإشارات التى تصل إليها من وحدة المعالجة المركزية CPU حتى تناسب عمل أجهزة التكم فى القدرة مثل الكونتاكتورات والرليهات والمحابس الكهربية والصمامات الاتجاهية وأجهزة الإشارة والإنذار مثل لمبات البيان والأبواق .
أنواع وحدات ربط المخارج : 1- نوع الخرج على ريلاى ، ويستخدم هذا النوع مع الاستخدامات التى لا تحتاج إلى سرعات عالية للفصل والوصل. 2- نوع الخرج على ترانزستور ، ويستخدم عندما يكون عدد مرات الوصل والفص فى الثانية كبير وأيضا عندما يقضل السرعة فى الفصل والوصل . 3- نوع الخرج على ترياك ، ويستخدم هذا النوع من أجهزة التحكم فى الدوائر التى تحتاج إلى قدرات كبيرة نسبيا لتشغيلها .
وحدة مسار (ناقل) الاتصالات Communication Bus Unit : تقوم هذه الوحدة بتوفير مسار الاتصال اللازم بين وحدة المعالجة المركزية CPU ووحدات ربط المداخل الرقمية والتناظرية وكذلك وحدات ربط المخارج الرقمية والتناظرية .
الأجهزة المصاحبة Peripherals لاستخدام الحاكم المبرمج PLC :
الأجهزة المصاحبة Peripherals لاستخدام الحاكم المبرمج PLC :
أولا : أجهزة المداخل الرقمية Digital Input Devices : هذه الأجهزة توصل بمداخل أجهزة التحكم المبرمج الرقمية وتقوم بالتحكم فى إشارت المداخل تبعا لظروف التشغيل للعملية الصناعية . جميع هذه الأجهزة تحتوى على ريش تلامس مفتوحة طبيعيا NO ومغلقة طبيعيا NC . أو ريش قلاب وفيما يلى أهم أجهزة المداخل الرقمية :
1- المفاتيح الضاغطة اليدوية Push Buttons : فى هذه الأجهزة ينعكس حالة ريش تلامسها ، أى تصبح الريشة المفتوحة طبيعيا NO مغلقة ، والعكس صحيح ، وذلك عند الضغط على رؤوسها .
الانتقال من عالم الإلكترونيات إلى عالم المتحكمات الدقيقة والمتحكمات المنطقية المبرمجة
