كتاب ودورة جديدة Embedded C Programming PIC والمترجم CCS PIC C

[F.Abdelaziz]

كتاب ودورة جديدة Embedded C Programming PIC والمترجم CCS PIC C













عام :

الميكروكونترولر المدمج هو كومبيوتر دقيق والذى يحتوى على معظم أجهزته المحيطة والذاكرة المطلوبة بداخل دائرة متكاملة واحدة مع وحدة المعالجة المركزية CPU . فهو بالفعل "كومبيوتر دقيق فى شريحة" .

[F.Abdelaziz]

الفصل الأول :





لغة السى المدمجة Embedded C Language :



1-1 الهدف:



عند نهاية هذا الفصل , يجب أن تكون قادرا على ما يلى :

تعريف , ووصف , ووتحديد أنواع المتغير variable والثابت , ومجالها واستخداماتها .
بناء إعلانات المتغير والثابت لجميع حجوم البيانات العددية numeric والسلاسل النصية strings.
تطبيق قوائم السرد الإحصائية enumeration على إعلانات المتغير .
تخصيص assign قيم للمتغيرات والثوابت عن طريق "عامل التخصيص" .
تقييم نتائج جميع "العوامل" المستخدمة فى لغة السى .
شرح النتائج التى تمتلكها "عبارات التحكم" عند سريان البرنامج .
إنشاء "دوال" functions والتى تشتمل على متغيرات , وعوامل , وعبارات تحكم لمهام كاملة .
تطبيق "المؤشرات" pointers , و"المصفوفات" arrays و "الهياكل" structures و "الاتحادات" unions كمتغيرات للدالة .
إنشاء برامج بلغة السى لمهام كاملة باستخدام مفاهيم هذا الفصل .
1-2 مقدمة :

هذا الفصل يغطى الدورة الأساسية فى البرمجة بلفة السى عند تطبيقها على تطبيقات الميكروكونترولر المدمج. سوف تتقدم من المفاهيم الأولية وحتى كتابة البرامج الكاملة , مع أمثلة يمكن تنفيذها على الميكروكونترولر .



يتم تقديم المعلومات بالترتيب الذى يحتاجه المبرمج :

إعلان declaring المتغيرات والثوابت .
المداخل / المخارج I/O البسيطة , بحيث يمكن عمل برامج للمنافذ المتوازية للميكروكونترولر .
تخصيص قيم إلى المتغيرات والثوابت وعمل عمليات حسابية مع المتغيرات .
عبارات البناء والتحكم بلغة السى لتشكيل برامج كاملة بلغة السى .
الأقسام الأخيرة تغطى المواضيع المتقدمة مثل المؤشرات , والمصفوفات , والهياكل , والاتحادات , واستخدامها فى برامج لغة السى . المفاهيم المتقدمة مثل برمجة "الزمن – الحقيقى" real time والمقاطعات تكمل الفصل .

[F.Abdelaziz]

1-3 المفاهيم الأساسية :

كتابة برنامج بلغة السى يشبه بناء منزل من الطوب البلوك : يتم وضع الأساس , يستخدم الرمل والأسمنت لعمل الطوب , يتم ترتيب هذا الطوب لعمل صف ( مدماك – طبقة) من البلوكات ثم يتم تكديس الصفوف لإنشاء البناء . فى برامج السى المدمجة , يتم وضع مجموعات من التعليمات معا لتشكيل "دوال" functions , يتم معاملة تلك الدوال كعمليات " مستوى – مرتفع " , والتى بعد ذلك يتم تجميعها لتشكيل البرنامج .

كل برنامج بلغة السى يجب أن يمتلك دالة واحدة على الأقل , هذه الدالة تسمى "الدالة الرئيسية" main() .

الدالة main() هى "الأساس" لبرنامج لغة السى , وهى نقطة البداية عند تنفيذ كود البرنامج . جميع الدوالت يتم إطلاقها عن طريق الدالة الرئيسية main() سواء مباشرة أو غير مباشرة . على الرغم من أن الدوال يمكن أن تكون كاملة وخاصة بذاتها , إلا أن المتغيرات والبارامترات يمكن أن تستخدم لريط تلك الدوال مع بعضعا البعض .

الدالة الرئيسية main() تعتبر مهمة "المستوى – المنخفض" , لأنها الدالة الأولى التى تستدعى من نظام بدء البرنامج . فى الكثير من الحالات , سوف تحتوى الدالة الرئيسية main() على قليل من العبارات فقط والتى لا تعمل شىء سوى أعداد وقيادة عمل البرنامج من أحد الدوال إلى الأخرى .

برنامج لغة السى المدمجة فى أبسط شكل له يبدو كما يلى :

void main( )

{

           While(1)         //do forever….

                       ;

}

البرنامج الموضع بأعلاه سوف يتم ترجمته ويعمل على نحو تام , ولكنك لن تتأكد من ذلك لعدم وجود بيان لنشاط من أى نوع .

#include <stdio.h>

void main( 0

{

           printf("HELLO WORLD");            /* the classic C test program..  */

           while(1)                                              //do forever..

                       ;

}

هذا البرنامج سوف يطبع الكلمات "HELLO WORLD" إلى الخرج القياسى , وهو فى الغالب المنفذ التسلسلى . الميكروكونترولر سوف يجلس وينتظر إلى الأبد أو حتى يتم إعادتة reset . وهذا يعرض واحد من أهم الاختلافات الرئيسية بين برنامج الكومبيوتر الشخصى والبرنامج المصمم للميكروكونترولر المدمج , وهو , أن تطبيقات الميكروكونترولر المدمج تحتوى على حلقة لا نهائية .الكومبيوتر الشخصى يمتلك نظام تشغيل , ونجرد تنفيذ البرنامج , يعود التحكم إلى نظام التشغيل . الميكروكونترولر المدمج لا يمتلك نظام تشغيل لذلك لا يمكن السماح بالخروج من البرنامج فى أى وقت . لذلك فإن كل تطبيق للميكروكونترولر المدمج يمتلك حلقة لا نهائية فى بنائه الداخلى فى مكان ما , مثل while(1) فى المثال أعلاه . هذا يمنع البرنامج من الهروب من الأشياء التى يقوم بفعلها ويفعل أشياء عشوائية والتى قد تكون غير مرغوب فيها . سوف يت شرح بناء while فيما بعد .

يحتوى برنامج المثال أيضا على أول "موجه" شائع الاستخدام للمترجم . الموجه #include يخبر المترجم بضم ملف يسمى stdio.h ليكون كجزء من هذا البرنامج .

الدالة printf() متوفرة من أجل المكتبة الخارجية وتكون متاحة لنا لأن تعريفها يقع بالملف stdio .

هناك بعض العناصر التى يجب تعريفها فى المثال السابق :

; فاصلة بنقطة تستخدم لبيان نهاية التعبير . التعبير فى أبسط أشكاله هو فاصلة بنقطة منفردة .
{ } تستخم هذه الأقواس لاحتواء (تطويق) بداية ونهاية محتويات الدالة . تستخدم هذه الأقواس أيضا عندما يتم معالجة سلسلة من العبارات كمجموعة (بلوك) واحدة .
"text" تستخدم علامات الاقتباس المزدوجة كعلامة على بداية ونهاية سلسلة نصية .
// أو /*….*/ تستخدم شرطة – شرطة أو شرطة – نجمة ... نجمة – شرطة للتعليقات . التعليقات هى مجرد ملاحظات المبرمج . التعليقات مهمة للغاية للقدرة على قراءة وفهم البرنامج . هذه حقيقة سواء عند قراءة البرنامج بالمبرمج نفسه فى وقت لاحق أو بشخص آخر . التعليقات المبينة بهذا النص تستخدم لشرح وظيفة كل سطر فى البرنامج .
يستخدم الرمز /*….*/ لإنشاء مجموعة (بلوك) تعليقات . بمجرد أن يجد المترجم (/*) فسوف يتجاهل النص الذى يليه , حتى إذا كانت مجموعة التعليقات فى سطور عديدة , حتى يجد (*/) .

عندما يجد المترجم الرمز (//) فسوف يتجاهل نص التعليق حتى يصل نهاية السطر فقط .

[F.Abdelaziz]

بعض التعاريف :

"معرف أو محدد الهوية" identifier : هو اسم لمتغير أولدالة يتكون من حرف أو الشرطة التحتية ( _ ) , متبوعا بتسلسل من الحروف و /أو الأرقام و / أو الشرط التحتية .
معرفات الهوية عامة تكون حساسة للحالة . يستخدم الموجه #case للتحكم فى حساسية الحالة فى المترجم CCS-PICC .
يمكن أن تكون معرفات الهوية بأى طول , لكن بعض المترجمات قد يتعرف على عدد محدود من الحروف .
الكلمات المحجوزة : يوجد كلمات معينة لها معنى خاص للمترجم وتعتبر "كلمات محجوزة" . هذه الكلمات المحجوزة يجب إدخالها فى الحالة الصغيرة ويجب عدم استخدامها بتاتا كمعرفات للهوية . الجدول التالى يبين قائمة بالكلمات المحجوزة .





المسافة البيضاء : لأن لغة السى لغة " حرة الشكل" فإن "المسافة البيضاء spaceيتم تجاهلها ما لم يتم تطويقها بأقواس . وهذ يشمل الفراغات , والتبويبات tab والسطر الجديد .

[F.Abdelaziz]

1-4 المتغيرات والثوابت :

حان وقت البحث فى البيانات المخزنة فى شكل متغيرات وثوابت . المتغيرات variables , كما فى الجبر, هى "قيم يمكن أن تتغير" . الثوابت constants ثابتة القيمة . تأتى المتغيرات والثوابت فى أشكال وأحجام كثيرة , ويتم تخزينها قى ذاكرة البرنامج فى أشكال مختلفة والتى سوف نتعرف عليها تباعا .

1-4-1 أنواع المتغير variable types :

يتم إعلات (تعريف) المتغير عن طريق "الكلمة المحجوزة الدالة على نوعه وحجمه" يتبعها معرف الهوية (الاسم) :

unsigned char Peabody;

int dogs , cats ;

long int total_dogs_and_cats ;

يتم تخزين المتغيرات والثوابت فى الذاكرة المحدودة للميكروكونترولر , ويحتاج المترجم معرفة مقدار الذاكرة التى يحددها لكل متغير دون استهلاك حيز الذاكرة دون داع . وبالتالى يجب على المبرمج إعلان المتغيرات , وتحديد كل من حجم المتغير ونوع المتغير . من المهم فهم حجم كل نوع من البيانات للمترجم الذى تستخدمه لأنه ليست كل المترجمات سواء . الخطأ الرياضى سوف يقل لأدنى حد طالما أنك تفهم حجم وإشارة الذى تعلن عنه . الجدول التالى يبين قائمة بأنواع المتغير القياسية وحجمها المناظر .










الأنواع الافتراضية من أجل المترجم CCS-PICC للأحجام المعطاة , مدونة بالعامود "Size" بالجدول . الأنواع int1,int8,int16,int32 مخصصة للمترجم CCS-PICC .

[F.Abdelaziz]

1-4-2 مجال المتغير :

لعلك لاحظت أنه يجب إعلان الثوابت والمتغيرات قبل استخدامها . "مجال" المتغير هو مدى القدرة على الوصول إليه داخل البرنامج . يمكن إعلان المتغير بحيث يكون مجاله إما "محلى" local أو "عمومى" global .

المتغيرات المحلية Local Variables :

المتغيرات المحلية هى مواقع بالذاكرة مخصصة عن طريق "دالة" . هذه المتغيرات لا يمكن الوصول إليها من أى دالة أخرى , بمعنى أن مجالها محدد بالدوال التى أعلنتها . يمكن استخدام إعلان متغير محلى فى دوال عديدة بدون تعارض لأن المترجم يرى كل من هذه المتغيرات كما لو كانت جزء من من هذه الدالة فقط .



المتغيرات العمومية Global Variables :

المتغير العمومى أو الخارجى هو موقع بالذاكرة مخصص عن طريق المترجم ويمكن الوصول إليه عن طريق جميع دوال البرنامج ( مجال غير محدود) . يمكن تعديل المتغير العمومى عن طريق أى دالة وسوف يحتفظ بقيمته لكى يستخدمها عن طريق الدوال الأخرى . عادة يتم مسح ( تحديدها بصفر) المتغيرات العمومية عند بدء الدالة الرئيسية main( ) . هذه العملية غالبا يتم تنفيذها عن طريق كود البداية المتولد بواسطة المترجم ولا يراه المبرمج .

قطعة الكود التالية تبين مجال المتغيرات :

unsigned char globey ;            // a global variable 

void function_z (void)             //this is a function called from main( )

{

          unsigned int tween;               //a local variable

          tween = 12 ; //OK because tween is local

          globey = 47 ; // OK because globey is global 

          main_loc =12 ; //.This line will generate an error

                                  //because main_loc is local to main

}

 

void main( )

{

          unsigned char main_loc; // a variable local to main( ) 

          globey = 34 ; // OK because globey is global 

             tween = 12 ; // will cause an error – tween is locat to function function_z

while(1)//do forever..

{

;

}

}

عندما يتم استخدام متغيرات داخل دالة , إذا كان متغير محلى يمتلك نفس اسم المتغير العمومى , فإن المتغير المحلى سوف يستخدم عن طريق الدالة . قيمة المتغير العمومى , فى هذه الحالة , سوف لا يسمح بالوصول إليها من الدالة وسوف تظل على ما هى عليه ولن تمس .



1-4-3 الثوابت Constants :

[haysem]

جزاك الله خيرا استاذنا العزيز
فعلا انا بدأت بتعلم PICC بدلا من مايكروسى حيث ان برنامج Protues
يدعم اومره ويمكن مشاهدتها و هى تنفذ سطر سطر داخل البروتوس

[F.Abdelaziz]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة haysem

جزاك الله خيرا استاذنا العزيز
فعلا انا بدأت بتعلم picc بدلا من مايكروسى حيث ان برنامج protues
يدعم اومره ويمكن مشاهدتها و هى تنفذ سطر سطر داخل البروتوس

أخى الكريم

شكرا جزيلا لك

بارك الله فيك

مع تمنياتى بدوام التوفيق

[F.Abdelaziz]

1-4-3 الثوابت Constants :

الثوابت هى "قيم ثابتة" والتى قد لا يتم تعديلها أثناء تنفيذ البرنامج . فى كثير من الحالات تكون الثوابت جزء من البرنامج المترجم نفسه , موضوعة فى ذاكرة القراءة فقط ROM , بدلا من ذاكرة الوصول العشوائى RAM القابلة للتغيير .

فى التخصيص التالى :

x = 3 + y ;

العدد "3" هو "ثابت" وسوف يتم تشفيره مباشرة فى عملية "جمع" عن طريق المترجم .

يمكن أيضا أن تكون الثوابت فى شكل حروف أو سلسلة نصية كما يلى :

printf("hello world");

//The text hello world is placed in program memory and never changes.

x = 'B' ;

//The letter 'B' is permanently set in program memory.

يمكنك أيضا إعلان الثابت عن طريق "الكلمة المحجوزة" const ثم الإشارة إلى نوعه وحجمه . لكى يكون الإعلان تام مطلوب "معرف الهوية" أو الاسم و "القيمة" كما يلى :

cons char c = 57 ;

تعريف متغير كثابت سوف يؤدى إلى أن هذا المتغير يخزن فى حيز ذاكرة البرنامج بدلا من حيز ذاكرة المعطيات RAM المتغيرة المحدودة . هذا يساعد على الحفاظ على حيز ذاكرة RAM المحدود .

الثوابت العددية Numeric Constants :

يمكن إعلان الثوابت العددية بعدة طرق عن طريق الإشارة إلى "الأساس العددى" وجعل البرنامج أكثر قدرة للقراءة .

يمكن كتابة ثوابت "الأعداد الصحيحة" integer و "الأعداد الصحيحة الطويلة" long integer بالأشكال التالية :

· الشكل "العشرى" decimal بدون "سابقة" (مثل (1234 .

· الشكل "الثنائى" binary مع السابقة "0b" (مثل 0b101001 ) .

· الشكل "السداسى عشر" hexadecimal مع السابقة "0x" (مثل 0xff ).

· الشكل "الثمانى" octal مع السابقة "0" ( مثل 0777 ) .

يوجد أيضا "معدلات" modifiers للتعريف بشكل أفضل للحجم المراد وتستخدم مع الثوابت كما يلى :

· ثوابت "الأعداد الصحيحة بدون إشارة" Unsigned integer يمكن أن تمتلك "اللاحقة" U ( مثل 10000U ) .

· ثوابت "الأعداد الصحيحة الطويلة" Long integer يمكن أن تمتلك اللاحقة L (مثل 99L ).

· ثوابت "الأعداد الصحيحة الطويلة بدون إشارة" Unsigned long integer يمكن أن تمتلك اللاحقة UL ( مثل 99UL ) .

· ثوابت "الأعداد الحقيقية" Floating point يمكن أن تمتلك اللاحقة F (مثل 1.234F ) .

· ثوابت "الحروف" Character يجب أن تحاط بعلامات "اقتباس مفردة" ( مثل 'a' و 'A' ).



ثوابت الحرف Character constants :



ثوابت الحرف يمكن أن تكون "قابلة للطباعة" ( مثل 0 – 9 و A – Z ) أو حروف "غير قابلة للطباعة" ( مثل "سطر جديد" new line أو "عودة العربة" carriage return أو "التبويب" tab ) . ثوابت الحرف القابلة للطباعة قد يتم إحاطتها بعلامتى اقتباس مفردة ( مثل 'a' ) . علامتى الاقتباس المفرد التى تحيط "الشرطة المائلة" backslash المتبوعة بقيمة ثمانية أو سداسية عشر يمكن أيضا أن تمثل ثوابت الحرف كما يلى :

't' يمكن تمثيلها عن طريق '\164' (ثمانى) .
't' يمكن تمثيلها عن طريق 'x74' (سداسى عشر) .
الجدول التالى يبين الحروف الغير قابلة للطباعة والتى يمكن التعرف عليها من خلال لغة السى :










قوائم السرد Enumerations والتعريفات Definitions :

القدرة على قراءة برامج لغة السى هام للغاية . قوائم السرد والتعريفات تمكن المبرمج من استبدال الأعداد بأسماء أو عبارات أخرى تكون أكثر معنى .

"قوائم السرد" هى قائمة من الثوابت . تستخدم "الكلمة المحجوزة" enum لتخصيص قيم أعداد صحيحة ثابتة متتابعة لقائمة من المعرفات "المسميات" كما يلى :

int num_val ; //declare an integer variable 

//declare an enumeration

enum { zero_val , one_val , two_val , three_val ) ; 

num_val = two_val ; // the same as : num_val = 2 ;

الاسم zero_val مخصص له القيمة "0" والاسم one_val مخصص له القيمة "1" والاسم two_val مخصص له القيمة "2" وهكذا .

القيمة الابتدائية قد تجبر على التحديد كما فى :

enum { start=10 , next1 , next2 , end_val } ;

والتى تؤدى إلى أن تكون القيمة الابتدائية بالقيمة "10" وبعد ذلك بالتتابع سوف يتزايد الاسم بواحد . قيمة next1 تكون "11" وقيمة next2 تكون "12" والقيمة النهائية end_val تكون "13" .

تستخدم قوائم السرد لاستبدال الأعداد الصرفة , والتى سوف يبحث فيها المبرمج , بكلمات أو عبارات تساعد فى وصف استخدام الأعداد .

تستخدم التعريفات definitions بطريقة مشابه إلى حد ما بقوائم السرد , فى أنها سوف تسمح "باستبدال سلسلة نصية بأخرى" . لاحظ المثال التالى :

…

…

enum { red_led_on = 1 , green_led_on, both_leds_on } ;

#define leds PORTB

…

…

PORTB = 0x1 ; // means turn the red LED on

leds = red_led_on ; // means the same thing

السطر #define leds PORTB يتسبب فى قيام المترجم باستبدال (التعويض عن) المسمى PORTB أينما وجد بالكلمة led . لاحظ أن سطر #define لا ينتهى بالفاصلة المنقوطة وفقط قد يكون به تعليق محاط بالرموز /*….*/ .

قائمة السرد تحدد red_led_on بالقيمة "1" وتحدد green_led_on بالقيمة "2" وتحدد كلاهما both_leds_on بالقيمة "3" . هذه القيم قد تستخدم فى برنامج للتحكم فى ليد أحمر وليد أخضر , حيث إخراج القيمة "1" تضىء الليد الأحمر والقيمة "2" تضىء الليد الأخضر وهكذا . التقطة هى أن

" leds = red_led_on" أسهل بكثير فى فهم سياق البرنامج عن "PORTB=0x1" .

الموجة #define ليس جزء فعلى من بناء جمل لغة السى . التوجيه منفصل عن عملية ترجمة البرنامج حيث يحدث قبل بداية الترجمة الفعلية .



1-5 عمليات الدخل / الخرج I /O Operations :

[F.Abdelaziz]

1-5 عمليات الدخل / الخرج I /O Operations :

المتحكمات الدقيقة المدمجة يجب أن تتفاعل مباشرة مع الأجهزة hardware الأخرى . لذلك , فإن الكثير من عمليات الدخل والخرج تتم عن طريق استخدام "المنافذ المتوازية" المدمجة بها .

معظم مترجمات لغة السى توفر طريقة مناسبة للتفاعل مع المنافذ المتوازية من خلال "مكتبة" library أو "ملف رأس" header file . المترجم CCS-PICC يستخدم الأمر #byte لتخصيص مسميات labels لكل منفذ متوازى بالإضافة إلى أجهزة الدخل / الخرج الأخرى . هذا الأمر سوف يتم مناقشته فيما بعد , لكن المثال التالى سوف يساعد على استعراض استخدام المنافذ المتوازية :

#include <16F877.h>                         //register definition header file for

#fuses HS,NOWDT                           //a Microchip PIC16F877 and fuses 

unsigned  char z ;                               // declare z 

void main (void) 

 {

            set_tris_d(0x00);                   //set all bits of port D for output 

            set_tris_b(0Xff);                    //set port B for all input

            while(1)

            {

                        z = input_b( ) ;           // read the binary value on the 

//port B pins ( i.e., input from port B)  

                        output_d(z+1) ;          // write the binary value read from B

// plus 1 to port D

            }

}

هذا المثال يبين كل من طرق القراءة والكتابة لمنفذ المتوازى .

الحرف "z" تم إعلانه كمتغير نوع "بدون إشارة" unsigned وحجم "حرف" char لأن المنفذ هو منفذ 8 بتات 8-bit port . والمتغير من هذا النوع سوف يخزن بيانات بطول 8-bit .
تستخدم السجلات TRISx لمعالج الميكروكونترولر PIC لتحديد أى بتات المنفذ ( A,B,… تبعا للمعالج) يتم استخدامها كمخارج . عند الإعادة reset , جميع منافذ الدخل / الخرج تكون فى الحالة الافتراضية كمداخل عن طريق كتابة الميكروكونترولر القيمة "1" على جميع بتات السجلات TRISx . لذلك على المبرمج تحديد بتات TRISx تبعا لأى من البتات تستخدم كمخارج . على سبيل المثال :

set_tris_b(0xc3);       //set the upper 2 and lower 2 bits of 

//port B for input , the rest for output

//0xc3=0b11000011

هذا المثال يهىء البتين العلويين والبتين السفليين للاستخدام كبتات دخل والبقية كمخارج .