الميكروكونترولر من البداية وحتى الاحتراف -الفصل الاول

[F.Abdelaziz]

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
تهنئة قلبية الى الجميع وكل عام وانتم بالف خير
وبهذه المناسبة الطيبة اسمحوا لى ان اشارك بهذا الموضوع


الميكروكونترولر من البداية وحتى الاحتراف

مقدمة :



1- ما هو الكمبيوتر (الحاسوب)؟ Computer


يتكون الكمبيوتر من الأجهزة ( المكونات المادية ) hardware والبرمجيات software.
وتتألف المكونات المادية للحاسوب من أربعة أنواع من المكونات وهي :


• المعالج :Processor

المعالج هو المسؤول عن أداء جميع العمليات الحسابية وتنسيق استخدام موارد الحاسوب . وقد يحتوى نظام حاسوبي على معالج واحد أو على عدة معالجات. وهناك معالج يمكن أن يؤدي العمليات الحسابية للأغراض العامة واخر للعمليات الحسابية للاغراض الخاصة . مثل تقديم الرسوم البيانية والطباعة ، أو لتجهيز الشبكات ( التشبيك ).

• اجهزة الدخل (المدخلات ) : Input devices

يصمم الكمبيوتر لتنفيذ البرامج التى تتعامل مع البيانات (المعطيات ) data.واجهزة الدخل ضرورية لتوصيل بيانات الدخل الى البرنامج المطلوب تنفيذه ويتم معالجتها فى الحاسب . هناك طائفة واسعة من أجهزة المدخلات مثل : لوحات المفاتيح keyboards ، والماسحات الضوئية scanners ، وقارئة الشفرة الخطية bar code readers ، وأجهزة الاستشعار ( الحساسات ) sensors ، وهلم جرا.



• اجهزة الخروج ( الاخراج )Output devices

لا يهم إذا كان المستخدم يستعمل الحاسوب للقيام ببعض العمليات الحساببية أو للحصول على معلومات من شبكة الإنترنت أو قاعدة بيانات ، النتائج النهائية يتم عرضها و / أو طباعتها على الورق حتى يتسنى للمستخدم مشاهدتها.هناك العديد من الوسائل والاجهزةالتي يمكن استخدامها لعرض المعلومات : كالشاشات العادية و المسطحة ، واجهزة الرض من نوع seven-segment والطابعات ، والدايودات المشعة للضوء LEDsوغيرها.


• اجهزة الذاكرة( التذكر ) : Memory devices

لكى يتم تنفيذ البرنامج ولكى تعالج البيانات يجب ان تخزن فى اجهزة ذاكرة ( تذكر )بحيث يستطيع المعالج الوصول اليها بسرعة .

• المعالج : Processor

يسمى المعالج أيضا وحدة المعالجة المركزية(CPU) .ويتكون المعالج على الاقل من العناصر الثلاثة التالية :

• السجلات :Registers

السجل هو موقع التخزين داخل وحدة المعالجة المركزية.وهو يستخدم للاحتفاظ و / او عنونة الذاكرة أثناء تنفيذ التعليمات . ولان السجل قريب للغاية من وحدة المعالجة المركزية فانه يوفر وصول سريع إلى المعاملات operands اللازمة لتنفيذ البرنامج . عدد السجلات تختلف من معالج إلى معالج اخر .


• وحدة الحساب والمنطق Arithmetic logic unit (ALU)

تؤدي وحدة الحساب والمنطق كل العمليات الحسابية والمنطقية للمعالج . تستقبل وحدة الحساب والمنطق البيانات من الذاكرة ، وتقوم باجراء العمليات عليها ، وإذا اقتضى الأمر ، تعود لتكتب النتيجة فى الذاكرة.

يستطيع الحاسوب العملاق اليوم أداء تريليونات العمليات في الثانية الواحدة.إن وحدة الحساب والمنطق والسجلات معا يعرفان بانهما ممر(طريق) البيانات للمعالج.

• وحدة التحكم Control unit:

تحتوى وحدة التحكم على العتاد hardwareلمنطق التعليمات . ووحدة التحكم تفك الشفرة
( تترجم ) وتراقب ( تتابع ) تنفيذ التعليمات .

وحدة التحكم أيضا تقوم بدور الحكم( الوسيط) عندما تتنافس مختلف اجزاء الحاسب موارد
( امكانات ) وحدة المعالجة المركزية.
انشطة ( اعمال ) وحدة المعالجة المركزية تعمل متزامنة من قبل ساعة النظام
system clock.

وحدة التحكم يوجد بها مسجل يسمى عداد البرنامج (PC) يحافظ على تتبع عنوان التعليمة التالية فى التنفيذ .

اثناء تنفيذ البرنامج قد يحدث فائض overflow او حمل carry من عملية الجمع او استعارة او استدانة او سلف borrow فى عملية الطرح وما إلى ذلك حيث يقوم النظام بالاشارة اليها ( بالعلام عليها ) flagged وتخزن فى مسجل يسمى مسجل الحالة status register .
والاعلام الناتجة تستخدم بواسطة المبرمج للتحكم فى سير البرنامج واتخاذ القرار .


نتابع

المرجع على الرابط


http://www.4shared.com/file/12675191...4/_____-_.html

عينة من المحتوى








وشكرا

[ابو نادر]

فعلا
من البدايه حتى الاحتراف

شكرا يامحترف على هذا العلم الشامل

[F.Abdelaziz]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة ابو نادر

فعلا
من البدايه حتى الاحتراف

شكرا يامحترف على هذا العلم الشامل

شكرا لك اخى الكريم
وكل عام وانت والجميع والامة الاسلامية بالف خير

[فوتون]

ما شاء الله بداية قوية و رائعة تبشر بكل خيرا وتشوقنا الى البقية

جزاك الله خيرا على هذا العمل وجعله فى ميزان حسناتك

[F.Abdelaziz]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة فوتون

ما شاء الله بداية قوية و رائعة تبشر بكل خيرا وتشوقنا الى البقية

جزاك الله خيرا على هذا العمل وجعله فى ميزان حسناتك

شكرا جزيلا اخى الفاضل وكل عام وانت بالف خير

[ابو نادر]

موضوع يثبت نفسه بنفسه ويستحق مقدمه افضل تقييم

بارك الله فيك يا مهندس فتح الله

[F.Abdelaziz]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة ابو نادر

موضوع يثبت نفسه بنفسه ويستحق مقدمه افضل تقييم

بارك الله فيك يا مهندس فتح الله

اخى الكريم
لا اجد الكلمات التى ارد بها ليس على كلامك ولكن على ما تقوم به من مجهود لا يقوم به الا كل مخلص غيور على دينه وافضل رد اقوله هو اننى اعترف انه بعد مشيئة الله لولا وجودك بمجهوداتك المخلصة ما كان اى موضوع ياخذ شكله السليم
دعواتى لك بالتوفيق

[F.Abdelaziz]

الميكروكونترولر: Microcontrollers

اولا : مقدمة

التجهيز للانطلاق :

فى عام 1960 بدات الالكترونات عصرا جديدا باكتشاف المواد الموصلة ومن ثم الترانزستور وسرعان ما تطور الى الدوائر المتكاملة والمعالجات الدقيقة .

بداية الميكروكونترولر :

فى عام 1971 وبعد ما تطور المعالج الدقيق والذاكرات واصبح من الممكن تجميع المعالج الدقيق والذاكرات ودوائر الدخل والخرج ودوائر المؤقتات فى شريحة واحدة كان هناك اختياران اما ان نترك الاشياء والمكونات كما هى (منفصلة ) ويكون الاسم كما هو المعالج الدقيق ( كما هو الحال فى الكومبيوتر )او ندمج الكل معا ونسميه الميكروكونترولر او المتحكم الدقيق .

معظم المتحكمات الدقيقة متشابهة :

بمجرد ان نتعلم قيادة السيارة فانه من السهل التعرف على قيادة معظم السيارات لانها متشابهة . وجميع المتحكمات الدقيقة بينها تشابه . ولقد تعرفنا على بناء المعالج الدقيق ومن ثم يمكننا التحرك ( الانتقال ) بسهولة الى المتحكم الدقيق . وسوف لا نفاجىء بان كل المتحكمات الدقيقة متشابة جدا فى اساسها .

الانواع الاكثر انتشارا واستعمالا من المتحكمات الدقيقة هى ثلاثة انواع (وكل نوع به عائلات منه وكل عائلة بها افراد) . الاول 8051 وربما الاوسع استخداما منذ عشرون عاما ومازال يتم تطويره بشركات متعددة ولا توجد دلائل على هبوطه والثانى هو عائلة AVR المنتجة بمعرفة شركة اتميل Atmel وهى احدى الشركات القائدة فى هذا المجال . اما الاخير وهو المتحكم الدقيق PIC الذى سنتناوله بالتفصيل .

الميكروكونترولر : PIC
الميكروكونترولر PIC هو الاختيار الشائع المعتاد للبدء فى مجال الميكروكونترولر. والسبب الاساسى ان شركة ميكروشيب المنتجة له اعتمدت بجدية نظام الكومبيوتر ذو التعليمات المخفضة RISC . كما ان عدد التعليمات فقط 35 تعليمة ( للعائلة الوسطى كما سنرى بالتفصيل ) ويمكن بعدد قليل منها كتابة برنامج يمكن استخدامه . كما ان كل حركة ( انتقال ) للبيانات تعتمد على مسجل واحد فقط يسمى مسجل العمل ‘W’ اختصارا لكلمة ‘working’

عائلة الميكروكونترولر PIC :
الاختصار PIC فى اغلب المراجع هو اختصار للعبارة
Peripheral Interface Controller اى المتحكم ذو الربط ( الاتصال ) بالمحيط الخارجى . وفى بعض المراجع هو اختصار للعبارة
“Programmable Intelligent Computer” اى الكومبيوتر الذكى القابل للبرمجة .
وفى البعض الاخر هو اختصار للعبارة “Programmable Interface Controller.”
اى المتحكم ذو الربط (الاتصال) والقابل للبرمجة .
على الرغم من تواجد المئات من الموديلات للميكروكونترولر PIC الا انه يمكن تقسيم العائلة الى ثلاث مجموعات رئيسية وهى :

1- مجموعة تعمل بكلمة تعليمة بعرض 12-bit مثال PIC12C508 وتسمى عائلة خط الاساس ‘baseline’ او العائلة الصغرى .

2- مجموعة تعمل بكلمة تعليمة بعرض 14 – bit مثل (PIC16F84 و PIC16F628 وPIC16F676 وPIC16F877 ) وتسمى العائلة الوسطى “mid-range” او عائلة المدى الاوسط .

3- مجموعة تعمل بكلمة تعليمة بعرض 16 – bit ( PIC18 ) وتسمى عائلة الخصائص المرتفعة او ‘high-end’.

وسوف نتناول مجموعة العائلة الوسطى بالتفصيل والتى تسمى PICmicro X14 نسبة الى عدد الخانات (البتات) فى كلمة التعليمة . تم بعد ذلك نذكر الاختلافات مع بقية المجاميع .

[F.Abdelaziz]

ثانيا :التركيب البنائى للميكروكونترولر PIC

( العائلة الوسطى المسماه PICmicro x14 )

الخصائص العامة للتركيب البنائى


1- يعتمد الميكروكونترولر PIC فى تركبيه البنائى على نظام الكومبيوتر ذو التعليمات المخفضة RISC .

2- يحقق اكبر قدر من الكفاءة نتيجة اعتماده على التركيب البنائى المسمى هارفارد Harvard حيث يوجد ممرات منفصلة لكل من البيانات والعناوين وكذلك حيزان منفصلان لكل من ذاكرة البرنامج وذاكرة البيانات .

3- تفيذ التعليمة بما يعرف بطريقة خطوط النقل pipelining مما يعطى سرعة اعلا بينما المسجل ( او يسمى مسجل الملف ) يسمح لك بالقيام بنفس العمل بالمسجلات كما تفعل مع اى نوع من ال RAM .

4- تعليمات ذو دورة واحدة : بما يسمح بسرعة عالية فى تنفيذ الكود واستخدام تعليمات ذو كلمة واحدة يحسن الاداء الانتاجى ويخفض من مساحة الذاكرة المطلوبة .


5- استخدام تعليمة بكلمة كبيرة : يعطى امكانية حفظ البيانات النوع الفورى او المباشر immediate فى نفس سطر الكود كالتعليمة نفسها والذى يؤدى الى تخفيض مجموعة التعليمات الى اقل عدد .

6- التعليمات متعامدة ومتماثلة : وهذا يعنى ان لكل مجموعة من التعليمات هناك تعليمة مسح Clear ولكل تعليمة زيادة بواحد Increment يوجد تعليمة انقاص بواحد Decrement وهكذا .

يمكنك اجراء كل التعليمات مع اى من المسجلات وبالتالى لا يوجد وظيفة خاصة او تعليمة خاصة للتعامل مع مسجل بعينه .


لنتناول هذه الخصائص بشىء من التفصيل :

[F.Abdelaziz]

لنتناول هذه الخصائص بشىء من التفصيل :


اولا :مقارنة بين التركيب البنائى نوع هارفارد والتركيب البنائى نوع فون نيومان(الموجود بالميكروكونترولر ذو ال 8 بت الاخرى ) :

التركيب البنائى نوع فون نيومان به حيز واحد فقط لحفظ كل من ذاكرة البرنامج وذاكرة البيانات . وهذا يعنى ان من الضرورى جلب fetch التعليمات والبيانات من نفس حيز الذاكرات . مما يحدد مجال العمل لانك تستطيع فقط ارسال اما قطعة من البيانات او تعليمة واحدة فى نفس الوقت .

مع التركيب البنائى نوع هارفارد يوجد حيزان منفصلان للذاكرات . حيز للتعليمات ( ذاكرة البرنامج ) وحيز اخر للبيانات ( ذاكرة البيانات ) مما يمكنك من زيادة الطاقة الانتاجية لانه اثناء جلب التعليمة التالية يمكنك فى نفس الوقت كتابة نتائج التعليمة السابقة .

والميزة الاخرى هى : حيث ان الميكروكونترولر نوع 8-bit فان ذاكرة البيانات تكون بعرض

8-bit ولكن ذاكرة البرنامج يمكن ان تكون باى عرض نختاره ( لانفصالهما عن بعضهما )

فى التركيب البنائى الحالى فان ذاكرة البرنامج المستخدمة تكون بعرض 12-bit او 14-bit او 16-bit . التركيب البنائى الذى سوف نناقشه يستخدم حيز ذاكرة البرنامج بعرض 14-bit .