دورة الميكروكونترولر PIC وتطبيقاته على الإنترنت On-Line Course - الصفحة 7

F.Abdelaziz · 30-09-2011, 01:16 AM

سلسلة الميكروكونترولر PIC18F
عرفت سلسلة الميكروكونترولر PIC16 منذ سنين عديدة . على الرغم من أن هذه السلسلة ممتازة لميكروكونترولر الأغراض العامة إلا أن عليها بعض القيود . على سبيل المثال , مقدرة ذاكرة البرنامج وذاكرة البيانات محدودة , المكدس صغير , وهيكل المقاطعة بدائى , جميع مصادر المقاطعة تتقاسم فى نفس متجة المقاطعة .
كما أن سلسلة الميكروكونترولر PIC16 لا توفر الدعم المباشر للواجهات المحيطية المتقدمة مثل USB و ناقل CAN ..ألخ والربط مع مثل هذه الأجهزة ليس سهلا .
مجموعة التعليمات لهذه السلسلة أيضا محدودة . على سبيل المثال , لا توجد تعليمات للضرب أو القسمة كما أن التفرع بسيط إلى حد ما كونه توليفة من تعليمات التخطى و goto .
أنتجت شركة ميكروشيب سلسلة الميكروكونترولر PIC18 للاستخدام فى التطبيقات المعقدة والتى تتطلب عدد أطراف مرتفع و كثافة مرتفعة . يقدم الميكروكونترولر حلول منخفضة التكاليف للتطبيقات ذات الأغراض العامة مكتوبة بلغة السى والتى تستخدم نظام النشغيل فى الوقت الحقيقى (RTOS) وتتطلب بروتوكول اتصال معقد مثل TCP/IP, CAN, USB, ZigBee .
توفر أجهزة PIC18F ذاكرة برنامج وميضية فى الحجم من 8 إلى 128Kbytes و ذاكرة بيانات من 256 إلى 4Kbytes وتعمل على جهد فى المدى من 2.0 إلى 5.0 volts وبسرعة من DC إلى 40MHz .

الخصائص الأساسية لسلسلة الميكروكونترولر PIC18F :

77 تعليمة .
متوافقة مع شفرة المصدر source code للسسلسلة PIC16 .
عنواين ذاكرة البرنامج حتى 2 ميجا بايت .
عنواين ذاكرة البيانات حتى 4 كيلو بايت .
تردد العمل من الصفر DC حتى 40 ميجا هرتز .
أجهزة ضرب 8X8 .
مستويات لأسبقية المقاطعات .
مسار التعليمات بعرض 16 بت و مسار البيانات بعرض 8 بت .
حتى 2 مؤقت / عداد 8 بت .
حتى 3 عداد / مؤقت 16 بت .
حتى 4 مقاطعة خارجية .
المقدرة على العمل بنظام "منبع التيار"source أو "مصب التيار " sink بتيار مرتفع (25mA).
حتى 5 موديول CCP "إلتقاط capture / مقارنة compare / تعديل فى عرض النبضة PWM.
موديول منفذ تسلسلى متزامن قائد (ماستر) ( نظام SPI و نظام I2C ) .
حتى 2 موديول USART .
منفذ تفرعى تابع slave (خادم) (PSP).
محول من تناظرى لرقمى 10 بت سريع .
موديول كشف الجهد المنخفض قابل للبرمجة (LVD).
الإعادة عند توصيل القدرة (POR) و مؤقت بناء القدرة (PWRT) و مؤقت بدء المذبذب(OST) .
مؤقت الحراسة (WDT) بمذبذب RC داخل الشريحة .
البرمجة فى الدائرة ICP .

علاوة على ذلك , بعض الميكروكونترولر من العائلة PIC18F يوفر الخصائص الخاصة التالية :

واجهة مباشرة لناقل نظام CAN 2.0 .
واجهة مباشرة لناقل نظام USB 2.0.
واجة مباشرة للتحكم فى وحدة العرض LCD .
واجهة للنظام TCP/IP .
واجهة للنظام ZigBee .
واجة مباشرة للتحكم فى المحرك .

معظم أجهزة العائلة PIC18F متوافقة المصدر مع بعضها البعض . الجدول 2-1 يعطى خصائص بعض الأجهزة الشائعة من هذه العائلة .

هذا الفصل يقدم دراسة مفصلة للميكروكونترولر PIC18FXX2 . بناء معظم باقى العائلة متماثل .
قد يكون القارىء على دراية ببرمجة وتطبيقات السلسلة PIC16F , قبل الخوض فى تفاصيل السلسلة PIC18F من المفيد مقارنة الخصائص الموجودة بالسلسلة PIC18F مع تلك الموجودة بالسلسلة PIC16F .

فيما يلى أوجه التشابه بين PIC16F و PIC18F :

تماثل الأغلفة والأطراف .
تماثل أسما ووظائف سجلات الوظائف الخاصة SFR .
تماثل الأجهزة الطرفية .
مجموعة فرعية من تعليمات PIC18F .
تماثل أدوات التطوير .

وفيما يلى الجديد فى PIC18F :

تضاعف عدد التعليمات .
كلمة التعليمات بحجم 16 بت .
جهاز ضرب 8X8 .
مقاطعات خارجية أكثر .
أولوية مستندة على المقاطعات .
سجل الحالة محسن .
زيادة حجم ذاكرة البرنامج وذاكرة البيانات .
المكدس أكبر .
مولد ساعة بنظام "حلقة مسك الوجة " Phase-locked loop (PLL) .
تحسين بنية منفذ الدخل / الخرج .
مجموعة من سجلات التهيئة .
سرعة عمل أعلى .
عمل بقدرو منخفضة .

2-1 بناء PIC18FXX2

F.Abdelaziz · 30-09-2011, 12:16 PM

2-1 بناء (عمارة) PIC18FXX2
كما هو مبين بالجدول 2-1 , تتكون السلسلة PIC18FXX2 من أربعة أجهزة . الميكروكونترولر PIC18F2X2 أجهزة ذات 28 طرف (رجل) , فى حين أن الميكروكونترولر PIC18F4X2 أجهزة ذات 40 طرف (رجل) .
وأبنية كل من المجموعتين متطابقة تقريبا إلا أن الأجهزة الأكبر لديها منافذ مداخل ومخارج I/O وقنوات تحويل من تناظرى لرقمى A/D أكثر . فى هذا القسم سوف نتناول بناء الميكروكونترولر PIC18F452 بالتفصيل . وأبنية باقى سلسلة الميكروكونترولر PIC18F متماثلة , والمعلومات المكتسبة فى هذا القسم يجب أن تكون كافية لفهم عمل باقى سلسلة الميكروكونترولر PIC18F .
الشكل 2-1 يوضح مظهر أطراف (أرجل) الميكروكونترولر PIC18F452 (النوع DIP) , وهو ميكروكونترولر موجود فى غلاف من النوع DIP ومظهر الأطراف يماثل مظهر أطراف الميكروكونترولر PIC16F887 المعروف .

F.Abdelaziz · 30-09-2011, 12:20 PM

الشكل 2-2 يبين مخطط صندوقى داخلى للميكروكونترولر PIC18F452 .

F.Abdelaziz · 30-09-2011, 12:22 PM

وحدة المعالجة المركزية CPU فى وسط المخطط وتتكون من وحدة الحساب والمنطق ذات 8 بتات 8-bit ALU و سجل العمل المتراكم (WREG) بحجم 8 بت و جهاز ضرب (مضاعف) 8X8 multiplier . يتم تخزين البايت العلوى والبايت السفلى لحاصل الضرب فى سجلين بحجم 8 بت يسميان PRODH و PRODL على الترتيب .

F.Abdelaziz · 30-09-2011, 12:23 PM

عداد البرنامج وذاكرة البرنامج موضحان فى يسار الجزء العلوى من المخطط . عناوين ذاكرة البرنامج مكونة من 21 بت , وقادرة على الوصول إلى 2 ميجا بايت 2Mbytes من مواقع ذاكرة البرنامج . الميكروكونترولر PIC18F452 لديه 32 كيلو بايت 32Kbytes فقط من ذاكرة البرنامج , الأمر الذى لا يتطلب سوى 15 بت فقط . الستة بتات المتبقية زائدة عن الحاجة وغير مستخدمة . يوفر "مؤشر الجدول" table pointer الوصةل للجداول وللبيانات المخزنة فى ذاكرة البرنامج . تحتوى ذاكرة البرنامج على "مكدس" ذات 31 مستوى 31-level stack والذى يستخدم عادة لتخزين عناوين المقاطعة interrupt وعودة البرامج الفرعية return.

F.Abdelaziz · 30-09-2011, 12:25 PM

ذاكرة البيانات موضحة بوسط الجزء العلوى من المخطط . ممر ذاكرة البيانات بعرض 12 بت 12-bit bus , وهى قادرة على الوصول إلى 4 كيلوبايت من مواقع ذاكرة البيانات . كما سنرى لاحقا , تتكون ذاكرة البيانات من سجلات الوظائف الخاصة SFR وسجلات الأغراض العامة والجميع منظم فى مجموعات تسمى "بنوك" banks .

F.Abdelaziz · 30-09-2011, 12:27 PM

الجزء السفلى من المخطط يوضح "المؤقتات / العدادات" timers/counters و سجلات "الالتقاط / المقارنة / تعديل عرض النبضة CCP" capture/compare/PWM و الموديول USART و المحول من تناظرى لرقمى A/D و ذاكرة البيانات من النوع EEPROM . الميكروكونترولر PIC18F452 يتكون من :

4 مؤقت /عداد .
2 موديول CCP .
2 موديول أتصال تسلسلى .
8 قناة تحويل من تناظرى لرقمى بحجم 10 بت 8 10-bit A/D .
256 بايت من الذاطرة EEPROM .

F.Abdelaziz · 30-09-2011, 12:29 PM

دائرة المذبذب موضحة بالجانب الأيسر من المخطط وتتكون من الدوائر التالية :

مؤقت بناء القدرة Power-up timer.
مؤقت بدء المذبذب Oscillator start-up timer .
الإعادة عند توصيل القدرة Power-on reset .
مؤقت الحراسة Watchdog timer .
الإعادة عند البناء التدريجى Brown-out reset .
برمجة الجهد المنخفض Low-voltage programming .
التصحيح فى الدائرة In-circuit debugger .
دائرة PLL circuit .
دائرة توليد التوقيت Timing generation circuit .

الدائرة PLL جديدة بالسلسلة PIC18F وتوفر خيار ضرب تردد المذبذب لتسريع العملية ككل . يمكن استخدام مؤقت الحراسة لإجبار الميكروكونترولر على الإعادة reset فى حالة وقوع حادث للبرنامج . المصحح فى الدائرة , مفيد خلال تطوير البرنامج ويمكن استخدامه لاستعراض البيانات بما فى ذلك قيم السجلات أثناء قيام الميكروكونترولر بتنفيذ البرنامج .