الفصل السابع PIC مقدمة إلى المتحكمات

؟Microchip ماذا عن شركة 7-1 GI(General instruments بالتأسيس بعد أن اتخذت شركة )Microchipشركةبدأت

حيث تم تصفية هذه الشركة وانقسامها إلى1989تركيبتها الجديدة في عام التي أصبحت فيما بعدMicroelectronics group والثانية GI powerاألولىكتلتين

. Microchip أو اختصاراً Arizona Microchip technology Incتعرف بشركة األساسية إلى ثالث منتجات :Microchipتنقسم منتجات شركة

.PIC (PIC MCU )متحكمات -1 التسلسلية .EEPROMالذواكر -2 .EPROMالذواكر-3

ومع ازدياد القاعدة االستهالكية لمنتجات هذه الشركة كان عليها أن تقدم أقصى جهودها بحيث تضمن اإلنتاج األفضل مع سهولة التعامل والسعر المنافس

وكان ثمرة ذلك بروز عوائل المتحكمات المتعددة ذات المواصفات المتميزة ودعم هذه المتحكمات بالعديد من أدوات التطوير التي تسهل التعامل مع هذه

( والمبرمجات المتطورة وبذلك كانsimulatorالمتحكمات كالمحاكي البرمجي ) لهذه الشركة أسبقية ملحوظة ومبيعات تزداد عاماً بعد عام ، وبإمكانك لمزيد من المعلومات حول هذه الشركة ومنتجاتها المتنوعة الدخول إلى موقع هذه

. www . microchip . comالشركة على شبكة اإلنترنت على العنوان بالذات ؟PIC لماذا متحكمات 7-2

كأساس إلنجازPICسؤال يطرح نفسه بقوة لماذا اعتمدنا على متحكمات تصاميمنا المختلفة ؟ ولن يكون أي جواب مقنعاً إال إذا أقترن ببرهان واضح على أرض الواقع ، أقصد أن استخدم هذه المتحكمات في التطبيقات هو وحده الذي

سيبرهن على مدى فعاليتها وقوتها ، وهذا ما سنتركه للمصمم ليلمسه عن قرب . : PIC مميزات متحكمات

( coder efficiencyفعالية الشيفرة البرمجية ) -1 (bit microcontroller-8 هو عبارة عن متحكم ثماني الخانة ) PICإن المتحكم

والتي تعني وجود ممرين داخلين منفصلينharvardيعتمد على تقنية بنية ( من وإلى ذاكرة المعطيات واآلخر لنقلdataأحدهما لنقل المعطيات )

( من ذاكرة البرنامج مما يؤدي إلى زيادة السرعةinstructionsالتعليمات ) وذلك بسبب الوصول المتوازي إلى كلتا ذاكرتي المعطيات والبرنامج وتتجلى

هذه الميزة أكثر إذا ما قارنا هذه المتحكمات مع المتحكمات األخرى ذات البنية التقليدية – نيومان – والتي تحتوي فقط على ممر داخلي وحيد لنقل

( إذا2/1المعطيات والتعليمات مما سيخفض سرعة األداء على األقل بنسبة ) .PICما قورنت مع متحكمات

12 هي ذات كلمة برنامج إما بـ PIC ( إن متحكمات reliabilityالوثوقية ) -2 خانة وبالتالي ليس هناك وال أدنى احتمال أن يتم16 خانة أو 14خانة أو بـ

خانة وهذا األمر8االنتقال بالخطأ إلى ذاكرة المعطيات ذات عرض الكلمة ممكن الحدوث في العديد من المتحكمات األخرى التي لها عرض كلمة

خانة .8 ( هو نفسه عرض كلمة المعطيات أي programالبرنامج )مجموعة التعليمات المختزلة و البسيطة. -3

-90-

تعليمة33 أو PIC16CXX تعليمة فقط لبرمجة متحكمات 35 عليك أن تتقن وجميع هذه التعليمات هي بطول كلمةPIC16C5Xفقط لبرمجة متحكمات

خانة كما في12 أو ذات 16CXX خانة كما في متحكمات 14واحدة – إما ذات وتحتاج كل تعليمة إلى دورة تعليمة واحدة فقط لتنفيذها .16C5Xمتحكمات

وفق الشكل السابق ستجعل كالً من البرمجة )PICإن تعليمات متحكمات programming ( والتنقيح ) debuggingأمرين في غاية البساطة فضالً عن )

سهولة تعلمها . (. speedالسرعة ) -4

y على القيمة oscillator تقسيم تردد الهزاز ) PIC يتم في متحكمات 4 ( داخلياً للحصول على تردد الشريحة الداخلي ، مما سيجعل حساب زمن تنفيذ العملية

الواحدة وبالتالي البرنامج بأكمله أمراً بغاية السهولة ال سيما إذا استخدمنا ، وبسهولة سنجد أن زمن تنفيذ تعليمة4MHzترددكريستالة للهزاز ذات

مما يعني أنه يتم تنفيذ ما يقارب مليون1usواحدة ألجل هذا التردد إنما هو مليون من أجل5تعليمة خالل ثانية واحدة وسيضاعف هذا الرقم الضخم إلى

.MHz 20التردد األعظمي ( .static operationالعمل الساكن )-5

(fully static microprocessor معالج ساكن بشكل كامل ) PICإن لمتحكمات ( فإن مسجالتclockوبمعنى آخر عندما تقوم بإيقاف نبضات الساعة )

المتحكمات ستحافظ على محتوياتها . وستالحظ ذلك عندما يتم إدخال في نمط الراحة حيث سيتم توقف نبضات الساعة وتقوم عدةPICالمتحكم

أعالم ضمن المتحكم بتعريفك على حالة المتحكم وبالتالي أثناء حالة الراحة ( لفترة معينة يمكن أن تكونstandbyيدخل المتحكم في النمط االحتياطي )

أو أكثر .1uAأقل من( driver capabilityإمكانية القيادة )-6

إمكانية قيادة خرج عالية حيث يستطيع قيادة الليداتPICيتوفر لمتحكم ( وغير ذلك . وبكلمات أخرى يستطيع أيtriacs والترياكات )LEDsالضوئية

وألجل25mA ( تياراً قيمته sink ( أن يسحب )I / O pinقطب دخل / خرج ) ويمكن ألي100mAجميع أقطاب النافذة الثمانية يمكن امتصاص تيار حتى

.20mA ( تياراً قدره sourceقطب أيضاً أن يعطي )( several optionsالخيارات المتعددة )-7

خيارات عديدة من حيث السرعة ودرجة الحرارةPICتتوفر من متحكمات ( packageوالتغليف ) (serial comms والوظائف الزمنية واالتصاالت التسلسلية )I /Oواألقطاب

( وغير ذلك من الخيارات المتعددة والتيADCsوالمحوالت التشابهية الرقمية )ستناسب جميع متطلباتك .

( versatilityاالستعمال متعدد الجوانب )-8 في تطبيقات متنوعة جداً وذات أحجام مختلفةPICيمكن استخدام متحكمات

بعمليةPICحتى أنه يمكنك استبدال عدة بوابات منطقية بأحد متحكمات :مجاالت استخدام هذه المتحكماتاقتصادية أيضاً . وبإمكاننا أن نعدد

.محيطيات الحواسيب. أنظمة التحكم الصناعية. أنظمة األمان واإلنذار( أنظمة االتصاالت واالتصاالت عن بعدtelecommunication ). التنظيمات المكتبية واإلدارية

-91-

. تطبيقات عديدة متوزعة على مجاالت مختلفة أخرى( securityضمان السرية )-9

(code protection خاصية حماية البرنامج أو الشيفرة )PIC تمتلك متحكمات فبعد أن يتم برمجة شيفرة الحماية ال يمكن اختراق ذاكرة البرنامج وقراءة

محتوياتها بأي طريقة كانت إال باستخدام نفس شيفرة الحماية .( development tools- أدوات التطوير) 10

عن سواها بتعدد وقوة أدوات التطوير التي تجعل منPICتتميز متحكمات y غير معقد . ومن هذه األدوات استثمار هذا المتحكم أمراً سهالً ونموذجياً

(emulator( والمحاكي الصلب أو المقلّد )simulatorنذكر المحاكي البرمجي )والمبرمجات المختلفة باإلضافة إلى العديد من أدوات التطوير .

PIC عوائل متحكمات 7-3 ثمانية الخانة )PIC أربع عوائل أساسية من متحكمات Microchipقدمت شركة

8-bit MCUs. وذلك بغية توفير المتطلبات المختلفة للتصاميم المتنوعة ) هي األكثر فعالية وأدائية في مجال التقنية الصناعيةPIC17CXXالعائلة -1

) المتحكمات ذاتRISCوتعتمد هذه المتحكمات في بنيتها على تقنية .PICمجموعة التعليمات المختصرة ( كما في جميع عوائل متحكمات

( وتتميز هذه المتحكماتbit-16 ذات كلمة برنامج )PIC17CXXومتحكمات بإمكانية معالجة المقاطعات بشكل فعال بحيث يتم تنفيذ خدمة المقاطعة

( في شرائح هذهperipheralsبأقصر زمن ممكن وتم توسيع المحيطيات ) (serial portsالمتحكمات بحيث أصبحت تشمل النوافذ التسلسلية )

PWMمسجالت مسك / مقارنة ، عدادات / مؤقتات، قنوات تعديل .ADCsوحموالت تشابهية رقمية

PIC16CXX (mid range family)عائلة المجال الوسطي -2 توفر هذه العائلة للمصمم العديد من الخيارات حيث تضم بين أفرادها

قطباً وذلك تبعا68 قطباً وحتى 18شرائح ذات أقطاب يتراوح عددها من ً لعدد الخدمات المحيطية المتوفرة في كل منها وعدد أقطاب الدخل / الخرج بحيث تناسب جميع التطبيقات الصغيرة والمتوسطة والضخمة .

من أجل كلbit-14تتميز كلمة البرنامج في هذه العائلة بأنها ذات عرض ( بعمق ثمانيةstackتعليمة كما وتتميز شرائح هذه الحالة بوجود مكدس )

مستويات باإلضافة إلى إمكانية معالجة المقاطعات ، والميزة األهم ذاتADCsلمتحكمات هذه العائلة هي وجود المحوالت التشابهية الرقمية

(comparatorsاألدائية الصناعية العالية باإلضافة إلى وجود المقارنات ) ( وأخيراً دارات قيادةPWMوالنوافذ التسلسلية وقنوات التعديل )

.LCDالشاشات الكريستالية ونظراً ألن متحكمات هذه العائلة تعتبر نموذجاً عن جميع المتحكمات

فسندرس أحدPICوتحتوي على غالبية الوظائف المقصودة من متحكمات أفراد هذه العائلة.

PIC16C5X (base range family)عائلة المجال األساسي -3 أنتجت هذه العائلة منذ البدايات األولى حيث كانت حجر األساس لمنتجات

التي شكلتRISC( ولقد اعتمدت على البنية GL Microelectronicالشركة ) الالحقة . إن كلمة البرنامج لهذهPICاألساس المتين لشرائح متحكمات

وتمتلك مؤقتاً واحداً ومكدساً بعمق مستويين فقطBIT-12العائلة هي بعرض قطباً .20 أو 18وتتوفر شرائح هذه المتحكمات بـ

-92-

PIC12C5OX (the little acorns of the PIC الصغير PICعائلة مجال المتحكم -4range)

PIC16C5xتعتمد عناصر هذه العائلة بشكل أساسي على تركيبة عناصر العائلة إال أنها تشغل مساحة فيزيائية أصغر مع درجة عالية من التكامل وعرض كلمة

(2.5v ويكون جهد التشغيل لها )bit-14 أو bit-12البرنامج في هذه العائلة هو وتمتاز بوجود مكدس بعمق مستويين والتعامل الفعال مع عدة مصادر

في بعض عناصرها كل هذهEEPROMللمقاطعات مع وجود ذاكرة معطيات المواصفات جعلت هذه العائلة تتبوأ مستوى متقدماً في مجاالت األتمتة

والذكاء وأنظمة األمان. . وهي ذات عرضPIC18CXXX- ظهرت أخيراً العائلة المتممة المسماة 5

خانة وتتميز بالعديد من الخواص الهامة منها وجود مكدس16كلمة برنامج مستوى باإلضافة إلى تعدد مصادر المقاطعة الداخلية والخارجية مع32بعمق

10إمكانية المفاضلة فيما بينها . أما المحول التشابهي الرقمي فأصبح بدقة bit 40 ، وميزة أخرى هامة هي التعامل مع ترددات تشغيل عالية MHzوتم

تعليمة . ومن أهم ما تتميز به العائلة75تطوير مجموعة التعليمات إلى PIC18CXXXهو التقليل من العناصر الخارجية المطلوبة مما يخفض من تكلفة

النظام ويزيد من وثوقيته ويوفر استهالك القدرة إلى حد كبير . PIC العوامل المميزة لشرائح متحكمات 7-4

فيما بينها بعدة عوامل بحيث يتمكن المصمم منPICتتميز شرائح متحكمات اختيار الشريحة المناسبة لتطبيقه كي تكون هذه الشريحة هي األكثر فعالية

واقتصادية ، تتضمن هذه العوامل المميزة النقاط التالية : .memory technologyتقنية الذاكرة .1 .operating voltageجهد التشغيل .2 .operating temperature rangeمجال درجة حرارة التشغيل .3 .operating frequencyتردد التشغيل .4 .packagingالتغليف .5

memory technology تقنية الذاكرة- 1 على الرغم من األهمية العظمى التي تحظى بها نوعية تقنية الذاكرة في المتحكم

PIC فإنها ال تؤثر على منطق عمل الشريحة إطالقاً . تتوزع متحكمات PICمن حيث تقنية بناء الذاكرة على ثالثة أصناف ويشار إلى صنف ذاكرة المتحكم

بواسطة حرف رمزي يشير إلى نوع الذاكرة كما يلي : الرمزC كما في المتحكمات - PIC16CXXXيشير إلى أن ذاكرة –

.EPROMالبرنامج من النوع الرمزCR كما في المتحكمات – PIC16CRXXXيشير إلى أن ذاكرة –

.ROMالبرنامج من النوع الرمزF كما في المتحكمات – PIC16FXXXيشير إلى أن ذاكرة البرنامج –

.FASHمن النوع EPROMأ-شرائح الذاكرة

والتي تعني ذاكرة القراءة فقطEPROM على الذاكرة Microchip تركز شركة ( حيثErasable Programmable Read Only Memoryالقابلة للبرمجة والمحي )

تعطي هذه الذاكرة للمصممين مرونة كبيرة أثناء كامل دورة التصميم .وتتوفر هذه التقنية بعدة خيارات تغليف مناسبة لجميع االستخدامات.

ROM ب- شرائح الذاكرة

-93-

( وفقmasked ROM المقنعة )ROM ذات الذاكرة PIC تتوفر شرائح متحكمات العديد من السعات المختلفة والكبيرة وذلك بغية إعطاء المستثمر التصميم

األقوى بالسعر األخفض .Flash الذاكرة شرائح ج-

( هي نوع من الذواكر غيرflash memoryإن الذاكرة الوميضية أو المسماة ) وهي تشبه من حيث الناحية الوظيفية الذاكرة (nonvoltile MEMالمتطايرة

EEPROM ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة والمحي كهربائياً ( وتتميز الذواكر Flash أنه يتم محوها على شكل كتل في حين أن الذواكر EEPROMيتم

محوها بمعدل بايت واحد كل مرة )وسبب طبيعتها الكتلية يتم استخدامها كمكملأو بديل لألقراص الصلبة في الحواسيب المحمولة (.

وبالتالي فان شرائح الذاكرة الوميضية قابلة للمحو كهربائيا وتمتاز هذه الشرائحتبعاً لكونها ذات محي كهربائي بأنها قابلة للمحي وإعادة البرمجة )

reprogramming ). بدون أن تنزع من الدارةoperating voltag - جهد التشغيل2

وستجد معPICويقصد به مجال تغير جهد التغذية المسموح به في متحكمات خيارين لجهد التشغيل هما : PICمتحكمات

(جهد التشغيل المعياريstandard operating voltag ).(جهد التشغيل الموسعextended operating voltage) .

ويتم اإلشارة إلى الشرائح التي تعتمد على جهد التشغيل الموسع بإضافة( التالي:1-7 كما في الجدول) "Lالحرف"

مجال الجهد نوع( STANDARD المعياري)( EXTENDEDالموسع)الذاكرة

PIC16CXXX PIC16CXXX EPROMPIC16LCRXXXPIC16CRXXX ROM

PIC16LFXXX PIC16FXXX Flash 0( توزيع المتحكمات حسب نوع الذاكرة ومجال الجهد1-7 ) الجدول

أما بالنسبة للشرائح ذات مجال الجهد الموسع فإنه يتم التحفظ بقيمة الجهد حتى يتم ضمان تقابل خواص الشريحة مع الهدف المحدد بخواص التصميم النهائي أي

deviceأن مجال جهد التشغيل الموسع سيعتمد على نتائج توصيف الشريحة )characterization( وذلك موضح في الجدول )التالي:2-7 )

EPROMROMFlashمجال جهد التشغيلC4.5-6.0vCR4.5-6.0vF4.5-6.0v(standardالمعياري)

قبلالموسع توصيف

LC3.0-6.0vLIR3.0-6.0vLF3.0-6.0v

-94-

(extended) الشريحة عند

الخواصالنهائية

LC2.5-6.0vLCR2.5-6.0vLF2.0-6.0v

( مجاالت الجهد المعيارية والموسعة.2-7 ) الجدولpackaging التغليف- 3

ستجد ثالثةPICأثناء قيامك بتصميم المشاريع المختلفة معتمداً على متحكمات أنماط للتغليف التي يمكنك استخدامها:

( الغالف ذو نافذة المحيeraser windowsوتكون ذات هيكل سيراميكي,أما ) استعماالتها فتكثر مع التطبيقات التي تتطلب تطويراً مستمراً حيث يمكن

محي ذاكرة البرنامج وإعادة برمجتها مرات عديدة .( الغالف البالستيكي منخفض التكلفةlow cast plastic packageويتم :)

استخدام الغالف السابق إلنتاج الشرائح ذات الحدود الدنيا من التكلفة . الغالف من النمطDIEوفي الحقيقة تستطيع أن تقول النمط غير المغلف

(UNPACKAGEDوتستخدم هذه الشرائح في التصاميم منخفضة التكلفة ) والتي تتطلب مساحة صغيرة .

من حيث هيئة تغليفهاPICسنقدم في ما يلي أنواع شرائح متحكمات بشيء من التفصيل لألنماط الثالثة سابقة الذكر .

(UVالشرائح القابلة للمحي بواسطة األشعة فوق البنفسجية ).1 وهي مناسبة لتطوير البرامج وتحديثEPROMتستخدم هذه الشرائح تقنية

التصميم وذلك ألنها قابلة إلعادة البرمجة بعد أن يتم مسحها بواسطة ( وتعتمد سرعة محي الشريحة بواسطة هذهUVاألشعة فوق البنفسجية )

األشعة على عدة عوامل أهمها طول موجة الضوء-كثافة الشريحة-البعد.UV عن المنبع يجب تغطية نافذة المحي بطبقة كتيمة لمنع اختراق األشعة: مالحظة

فوق البنفسجية المنبعثة مع أشعة الشمس أو من مصابيح الفلوريسانت والتيتؤدي مع مرور الزمن إلى ضياع المعلومات إذا لم يتخذ االحتياط الالزم.

(OPT.الشرائح القابلة للبرمجة مرة واحدة فقط )2 مخصصة لتلكOPT(One Time Programmable devices)إن الشرائح

التطبيقات المستقرة والتي يتوقع تطويرها لمرة واحدة في المستقبل,وتكون ذات غالف بالستيكي وتسمح للمبرمج برمجتها مرة واحدة وذلكOTPشرائح

(data mem)( وذاكرة المعطيات program memيشمل برمجة ذاكرة البرنامج )(.configuration bitsوخانات التهيئة )

( flash.الشرائح ذات الذاكرة الوميضية )3 بتغيير محتوى ذاكرتها بواسطة الشحنflashتسمح الشرائح ذات الذاكرة

الكهربائي مما يعطي ميزة البرمجة ضمن الدارة وعلى ذلك ال تحتاج هذه الشرائح إلى وجود نوافذ محي وغالباً ما يتم استخدام األغلفة البالستيكية رخيصة

الثمن مع تلك األنواع من الشرائح .ROM.الشرائح ذات الذاكرة 4

تتميز بأن ذاكرة البرنامج فيها ثابتة ال يمكن تغييرها ولهذا السبب فإنهاتغلف بأغلفة بالستيكية منخفضة التكلفة .

DIE الشرائح 5. تتميز هذه الشرائح بأنها تقدم المساحة الفيزيائية األصغر ويتطلب تصنيع

مثل هذه الشرائح تقنيات خاصة لذلك غالباً ما تكون محدودة

-95-

خدمات خاصة : مالحظة ذات البرامج المستقرة يوجد خدمتان خاصتان بهاOTPمن أجل الشرائح

من حيث البرمجة وذلك بغية اختصار زمن التصنيع لدى المستثمرين . OTPالبرمجة وفق نمط اإلنتاج السريع أ.

OTPتستخدم للنماذج المستقرة وذات األعداد الكبيرة وهي مطابقة لتقنية وخيارات التهيئة يتم برمجتها في المصنعEPROMإال أن جميع مواقع الـ

في حين أن إجراءات تثنيت شيفرة البرنامج والنموذج األولي ستطبق قبلعمليات اإلنجاز النهائي للسلعة .

SOTPب . البرمجة وفق نمط اإلنتاج السريع المتسلسل serialized OTPً تستخدم هذه البرمجة ) ( بحيث تعطي لكل شريحة رقما

مميزاً يمكن أن يستخدم كشيفرة دخول أو كلمة مرور من أجل االستعماالت المتعددة .

الفصل الثامن PIC البنية العامة لمتحكمات

PIC the architectureRISC Reduced Instruction Set Computer تقنية 8-1

بمالمح أساسية متعددة إليها يعزى األداء العالي لجميعRISCتتميز تقنية المعالجات التي تعتمد هذه التقنية في التصميم ومن بين هذه المعالجات المعالج

SPARC ومعالجات MOTOROLA 8880 باإلضافة إلى متحكمات PICالتي هي موضوع دراستنا.

: RISC أهم هذه المالمح التي تتميز بها تقنية المتوازية.( Harvardبنية هارفارد ).1جميع التعليمات لها نفس الحجم وتكون كلمة التعليمة فيها كلمة طويلة ..2كل تعليمة تحتاج إلى كلمة واحدة..3مجموعة التعليمات الخاصة بها تكون مخفضة ..4مجموعة التعليمات تكون متناسقة فيما بينها..5

Harvard architecture بنية هارفارد 8-1-1 ( مفصولة عن ذاكرةprogram memoryتكون في هذه البنية ذاكرة البرنامج )

( منفصلينbuses( حيث يتم الوصول إليها عبر ممرين )data memoryالمعطيات)(.1-8وذلك كما هو موضح في الشكل )

( الوصول إلى ذاكرتي البرنامج والمعطيات اللتينNeumanيتم في بنية نيومان ) تقعان معاُ بنفس الموقع الذكري من خالل نفس الممر وفي المعالجات المعتمدة

ثم bit 8على هذه البنية يلزم لتنفيذ التعليمة أوال جلب التعليمة بواسطة الممر التي سيتم تنفيذ التعليمة عليها مما يعني تأخرا زمنياُ وهذا يتم جلب المعطيات(.1-8واضح في الشكل )

-96-

وبواسطةRISC( التي تتميز بها معالجات تقنية Harvard) أما في بنية هارفارد ممر المعطيات وممر التعليمات فيتم جلب التعليمات خالل دورة تعليمية واحدة وبنفس الوقت يتم إحضار المعطيات من ذاكرة المعطيات المستقلة عن ذاكرة

البرنامج مما يعني توفيرا في الزمن وسرعة في األداء .

neuman وبنية Harvard ( مقارنة بين بنية 1-8 )الشكل

long word instruction كلمة التعليمة: طويلة 8-1-2 يمكنRISCبما أن ممر التعليمات مفصول عن ممر المعطيات فإنه في معالجات

14 حيث نجد أن ممر التعليمات هو بعرض bit_8أن تكون كلمة التعليمة أكبر من bit 14 وبالتالي فإن كلمة التعليمة هي ذات_bit مما يعطي فعالية أكثر في

.(program memoryاستخدام ذاكرة البرنامج ) single word instruction كلمة التعليمة: وحيدة 8-1-3

مما يعطي إمكانية أكبر ألن تكونbit 14إن شيفرة كلمة أي تعليمة هي بعرض التعليمة بكلمة واحدة فقط وبالتالي فإن عدد التعليمات المتاحة يساوي إلى سعة

ذاكرة البرنامج . (multi byteأما في بنية نيومان فإن معظم التعليمات تحتاج إلى أكثر من بايت )

2k فإنها ستسمح تقرينا بتخزين k byte_4فإذا كانت هنا ذاكرة البرنامج ذات سعة .2:1من التعليمات أي بنسبة

reduced instruction مجموعة التعليمات : مخفضة 8-1-4 تقوم بدور العديد من التعليمات األبسط التي RISCإن أي تعليمة من معالج

تنفذ بمجموعتها عمال واحدا ,مما يخفض عدد التعليمات الالزمة إلنجاز البنية يوجدPICي متحكمات فالبرمجية و هذا يسهل أمر تعلم وإتقان هذه التعليمات ,و

تعليمة. 35فقط (single cycle instruction زمن تنفيذ التعليمة :دورة واحدة )

يتعامل مع أوامر أبسط فإن قدراته يمكن أن تظل بسيطة , RISCبما أن معالج تمر عبر عدد أقل من الترانزستورات في دارات أقصر مما يودي RISCوأوامر

زمنا قدره دورة RISCإلى تنفيذ األوامر بشكل أسرع حيث تتطلب معالجات واحدة باستثناء التعليمات التي تقوم بتفريغ البرنامج فهي تحتاج إلى دورتين.

-97-

symmetric مجموعة التعليمات : متناسقة فيما بينها 8-1-5instruction

يعني هذا التناسق أنه باإلمكان تحميل أي عملية بأي مسجل وفق أي نمط من أنماط العنونة بدون الحاجة إلى تعليمات خاصة مما يجعل البرمجة أكثر فعالية

وبساطة باإلضافة إلى انخفاض الجهد المبذول في تعلم التعليمات وإتقانها. على الرغم من أن التعمق بمثل هذهCISCإنه لمن المفيد التعرض إلى تقنية: مالحظة

المواضيع ليس من شأن كتابنا هذا ولكن إلتمام الفائدة وإبراز الفروق بين هذه التقنية وتقنية RISC:سوف نضئ هذه التقنية بشكل مختصر كما يلي ويشار بهاcomplex instruction Set computing هو مختصر من العبارة CISCإن مصطلح

إلى المعالجات التي تستخدم التعليمات الحسابية المعقدة بدال من التعليمات البسيطة ويقوم هذا المعالج بإجراء العمليات الحسابية المعقدة والتي تتطلب درجة دقة عالية ولكنه يأخذ وقتا

عادة بين أربع إلىCISC حيث تحتاج معالجة RISCأطول في تنفيذ التعليمات من معالجات ليس كلها بنفس الحجم لذا تحتاج إلىCISCعشر دورات ساعة لتنجز تعليمة واحدة وأوامر

التي لها حجم واحد والتي تعتمد على طريقةRISCعدة طرق لتحميلها وتخزينها بعكس أوامر واحدة في التخزين والتحميل.

PIC البنية الداخلية لمتحكمات 8-2 تمهيد8-2-1

من الطبيعي أن نعرف الدارس بنية المتحكم الداخلية حتى يتثنى له من خاللها أن يتصور مجمل المواصفات التي يتميز بها هذا المتحكم وبالتالي يجول بفكره حول التطبيقات التي يمكن أن يستثمر مثل هذه المواصفات في

تنفيذها. فإننا نقدم لذلكPICوقبل أن نخوض بتفاصيل المخطط الداخلي لمتحكمات

مخططا صندوقيا بسيطا يحوي أمثلة لمجمل فعاليات المتحكم كما موضح في-8الشكل )

2: )

(2-8 لشكل )ا

المخططPICالصندوقي البسيط لمتحكمات

كقلب أساسي فيALUتظهر لنا في هذا المخطط وحدة الحساب والمنطق مسجل الحالة )ALU ويرتبط مع الوحدة CPUوحدة المعالجة المركزية

STATUS. ما هو الحال في جميع المعالجات ) EPROM التي هي من نوع program memoryكما نالحظ وجود ذاكرة البرنامج )) ( كمؤشر لحجراتها الذي يحمل عناوينPCويترافق معها دائما عداد البرنامج )

-98-

( يستخدم لتخزين قيمSTACKحجراتها باإلضافة لذلك يوجد المكدس الذي ) RAM عند تغير سير البرنامج ونالحظ ذاكرة أخرى من نوع PCعداد البرنامج

جميع هذه المكونات وأخرى لم تذكر هناOSCوالهزاز C, B ,Aباإلضافة إلى النوافذ وسوف يتم شرحها بالتفصيل في الفصول القادمة.

PICبنية متحكمات 8-2-2 أو أي متحكمات أخرى فإننا نصنف بنية المتحكماتPICعند دراستنا لمتحكمات

بحيث تنقسم في مجوعتين أساسيتين :( .coreنواة المتحكم ).1.(peripheralsمحيطيات المتحكم ).2

تحدثنا سابقاً حول ماهية االختالف بين بنية المعالجات وبنية المتحكمات حيث الحظنا أن المتحكم هو عبارة عن معالج قد طور بإضافة بعض المحيطيات بشكل

تأخذ تسميتها نسبة( peripheralsمدمج في دارته المتكاملة, وهذه المحيطيات )ُ إلى قلب المتحكم األساسي الذي هو المعالج والذي سنصطلح على تسميته بنيويا

ويجب االنتباه إلى الفرق بين المحيطات التي هي جزء(coreباسم نواة المتحكم ) أو المتممة التي تكون خارج شريحةمن بنية المتحكم وبين الدارات الملحقة

المتحكم والتي ربما تسمى أحياناً محيطيات.Peripheral Microcontroller = the core + the

(the coreأ. نواة المتحكم ) تشتمل نواة المتحكم على المكونات والفعاليات األساسية التي يتشكل منها المعالج األساسي مع ذاكرتيه )ذاكرة البرنامج وذاكرة المعطيات ( وعلى هذا

سندرس المكونات األساسية التالية لنواة المتحكم: .CPUوحدة المعالجة المركزية .1الذاكرة وتنظيم الذاكرة..2آليات المقاطعة..3هزاز الشريحة. .4مؤقت المراقبة ونمط الراحة. .5نظام التصفير..6

تنقسم محيطات المتحكم إلى(THE PERIPHERALSب. محيطات المتحكم ) I/0قسمين أولهما ما يقوم بربط المتحكم مع عالمه الخارجي مثل )األقطاب

)خرج (...( والقسمPWM )دخل(, وحدة التعديل ADC)دخل /خرج(, المحوالت الثاني ما ينفذ فعاليات داخلية ) كالمؤقتات (, والمحيطيات المتاحة مع متحكمات

PIC :هي ذات األغراض العامة. I/0نوافذ الدخل/الخرج .1. Timer2,Timer1,Timer0المؤقتات .2. (BIT-8 ثماني الخانة )ADCالمحول التشابهي الرقمي .3. CCP( المسمى PWMنظام )المسك-المقارنة-التعديل .4. الداخليةEEPROMذاكرة المعطيات .5. SSPنافذة االتصاالت التسلسلية المتواقتة .6 نظام اإلرسال –االستقبال المتزامن/غير المتزامن ذو األغراض العامة.7

USART .(comparatorsالمقارنات ).8.(bit-10 عشري الخانة )ADCالمحول التشابهي الرقمي .9. PSPالنافذة المقادة التفرعية .10 باإلضافة إلى بعض المتممات األخرى. . LCDقائد الشاشة .11

-99-

PIC المخطط الصندوقي لبنية متحكمات 8-2-3 الذي اعتمدناه ممثالً عن متحكماتPIC16C71 بنية المتحكم (3-8يبين الشكل)

PIC من العائلة PIC16CXXX( المسماة عائلة المجال الوسطي mid rang family ).

Not : 1- Higher order bits are from the STUATUS register.2-Browb-out Rest is not available on the PIC 16C71.

وعناصرPIC16C71( المخطط الصندوقي لبنية المتحكم 3-8 )الشكل PIC16C71Xالعائلة

والتي تتضمنPIC16C71X هو أحد عناصر العائلة الفرعية PIC16C71إن المتحكم وهذه العائلة جزء من عائلة أخرى هيPIC16C(710,71,711,715) المتحكمات

PI16C7X والتي تحتوي باإلضافة إلى المتحكمات السابقة المتحكمات PIC16C(73,73A,72,74,74A).

سنبين فيما يلي المخططات والجداول األساسية المتعلقة بهذه العائلة والتي تحتوي على مجمل المعلومات حول كل فرد من أفراد هذه العائلة السيما

(. 1-8 )انظر إلى الجدول PIC16C71المتحكم

-100-

PIC16CX العوامل المميزة لعناصر العائلة 1-8 لجدول ا

ووحدة الحسابCPU وحدة المعالجة المركزية 8-2-4 ALUوالمنطق

مسؤولة عن وضعCPU (central processing unit) تعتبر وحدة المعالجة المركزية التعليمات المخزنة في ذاكرة البرنامج قيد التنفيذ وذلك للتحكم بعمل مجمل

بما يتوافق مع العملية التقنية. PICشريحة المتحكم ً إن العديد من هذه التعليمات تنفذ على محتويات ذاكرة المعطيات ونحتاج غالبا

ALU (Arithmetic Logic Unit)لتنفيذ هذه التعليمات إلى وحدة الحساب والمنطق والتي تقوم باإلضافة إلى إنجاز العمليات الحسابية والمنطقية بتحديث خانات

( حيث أن تنفيذ العمليات الحسابيةSTATUSالحالة )الموجودة في المسجل yًً لنتيجة هذه التعليمات . والمنطقية سيغير خانات الحالة تبعا

CPUوحدة المعالجة المركزية 8-2-4-1 بمثابة الدماغ البشري في شريحة المتحكم,وهيCPU تعتبر وحدة المعالجة

مسؤولة عن : جلب التعليمة المراد تنفيذها(Fetching. )( فك شيفرة هذه التعليمةDecoding). (تنفيذ هذه التعليمةExecuting.)

من أجل إتمامALU بوحدة الحساب والمنطق CPUوتستعين وحدة المعالجة تنفيذ التعليمة –بتنفيذ العمليات الحسابية والمنطقية – وتتحكم وحدة المعالجة

CPU: بما يلي ممر عنونة ذاكرة البرنامج(program memory address bus .( ممر عنونة ذاكرة المعطياتdata memory address bus.)

-101-

PIC16CR72

PIC16C72

PIC16C715

PIC16C711

PIC16C71

PIC16C710

202020202020MAXIMUN FREQUENCY OF OPERATIONCLOCK

_2K2K1K1K512EPROM PROGRAM MEMORY(X14WORDS)_MEMORY

2K_____ROM PROGRAM MEMORY (14KWORDS)

128128128683636DATA MEMORY()BYTESTMP0TMP1TMP2

TMP0TMP1TMP2

TMP0TMP0TMP0TMP0TIMER MODULE(S)

PERPHERALS

11____CAPTURE/COMPARE/PWM

MODULESPI/I2CSPI/I2C____SERIAL PORT

(SP/I2C,USART)______PARALLEL SALVE PORT

554444A/DCONVERTER(8-BIT)CHANNELS

884444INTERUPT SOURCES

FEATUREES222213131313I/O PINS

3.0-5.5

2.5-6.0

2.5-5.52.5-6.03.0-6.02.5-6.0VOLTAGE RANGE(VOLTS)

YESYESYESYESYESYESIN_CIRCUIT SERIAL PROGRAMMING

YESYESYESYES_YESBROWN_OUT RESET

( الوصول إلى المكدسaccess to the stack .) ALU وحدة الحساب والمنطق 8-2-4-2

( باإلضافةbit-8 ثمانية الخانة )ALU وحدة حساب ومنطقPICتمتلك متحكمات إلى المراكم.

هو مسجل ثماني الخانة يستخدم في العمليات التي تنفذها وحدة :المراكم وهو مسجل غير قابل للعنونة.ALUالحساب والمنطق

( بالمراكم والذي يرمز لهworking registerاصطلحنا على تسمية مسجل العمل ): مالحظة وذلك من أجل توافق التسمية مع التسميات المعتادة في المعالجات التيwبالرمز اصطالحاً

.اعتدنا على التعامل معها بهذا االسم بتنفيذ الوظائف الحسابيةALU( كيف تقوم الوحدة 4-8)نبين في الشكل

.w بالتعاون مع المراكم ( Boolean functionوالوظائف البوليانية المنطقية )

مع المركمALUآلية عمل الوحدة ( 4-8 الشكل ) واألعالم ALUوظائف وحدة الحساب والمنطق 8-2-4-3

تتمكن الوحدةALU( من تنفيذ عمليات الجمع ADITION) ( أو الطرحSUBTRACTION( و عمليات اإلزاحة )SHIFT( والتوابع المنطقية )

XOR,OR,AND.)غالباً ما تكون العمليات الرياضية والمنطقية ذات طرفين أحدهما سيكون

Wًحصراً المراكم أو قيمة مباشرة , F والطرف اآلخر إما أن يكون مسجال أما العمليات أحادية الطرف فإن هذا الطرف سوف يكون المراكم أو

.Fمسجل ما تقوم الوحدةALU بعد تنفيذ التعليمة بالتأثير على األعالم الثالثة C,Z,DC

(Status bitsوذلك تبعاً لنتيجة التعليمة وهذه األعالم نسميها خانات الحالة ) (zero يمثل علم الصفرية )Z( وdigit carry يمثل علم نصف الحمل )Cحيث

-102-

علمي االستعارة, نصف االستعارة . وجميعDC,Cوفي حال الطرح يسمى (.status registerهذه األعالم موجودة في مسجل الحالة )

PIC16C71 بنية أقطاب المتحكم 8-3.PIC16C71( مخطط أقطاب المتحكم 5-8يبين الشكل )

(PIC16C71X) PIC16C71 ( مخطط توزيع أقطاب المتحكم 5-8 الشكل )

من حيث نوع هذه PIC16C71و حتى نتعر ف مبدئياً على أقطاب المتحكم األقطاب )دخل /خرج( ونوع العازل لكل منها ووظيفتها بإمكاننا اإلطالع على

( .2-8الجدول )

BUFFER TYPE I/I TYPE PIN وصف أقطاب الشريحة ( description)

ST-CM0SIمدخل مذبذب كريستالي/مدخل نبضات ساعة OSC1/CLKT

خارجية )مصدر( O OSC2/CLKOUTمخرج مذبذب كريستالي-يتصل إلى كريستالة

أو دارة طنين في نمط المذبذب الكريستالي ونمط RCخرج نبضات ساعة بتردد /- (وهو يدل على معدل0SC1 /التردد على 4 )

دورات التعليمة

buffer type I/I TYPE PIN MAMEوصف أقطاب الشريحة

-103-

(description) ST I/O MCLR/Vppمدخل تصفير أساسي أو مدخل الجهد البرمجي

فعال عند المستوى المنخفض PORT A is bi-directional I/O PORT

0TLL I/ORA0/AN0ويمكن أن يكون مدخل تشابهي TLL I/ORA1/AN1 1 ويمكن أن يكون مدخل تشابهيTLL I/0RA2/AN2 2 ويمكن أن يكون مدخل تشابهيTLL I/ORA3/AN3/vref أو مدخل 3ويمكن أن يكون مدخل تشابهي

جهد مرجعي ST I/Oويمكنأن يكون مدخل نبضات ساعة للمؤقت

RA4/T0CKITimer 0 وهو خرج ذو مصرف مفتوح

PORT B is bi-directional I/O ويمكن أن يكون بعض أقطابها للمقاطعة ويمكن تفعيل مقاومات السحب /ألجل

الدخول/ ST/TTL I/O RB0/INTويمكن أن يكون مدخل مقاطة خارجية

TTL I/O RB1 TTL I/0 RB2

TTL I/0 RB4قطب مقاطعة عند تغير حالته قطب مقاطعة عند تغير حالته

TTL I/O RB5 TTL/ST I/0 RB6قطب مقاطعة عند تغير حالته وقطب ساعة

برمجة تسلسلية TTL/ST I/0 RB7قطب مقاطعة عند تغير حالته وقطب معطيات

برمجة تسلسلية I/0 P VSS األرضي من أجل المنطق الثنائي واألقطاب

I/0 P VDDتغذية موجبة من أجل المنطق الثنائي واألقطاب

PIC16C71X ( أقطاب المتحكم 2-8 )الجدول

(I/Oنوافذ الدخل / الخرج ) 8-3-1 يمكن القول أن أقطاب المتحكم المتمثلة بأقطاب الدخل/ الخرج أو التي

إال أنهاPICهي األبسط من بين محيطيات المتحكم I/Oسنصطلح على تسميتها inputsاألكثر فاعلية وتأثيراً في الوسط المحيط بها فهي التي تراقب اإلشارات

.outputsوهي التي تقود الفعاليات المختلفة مهاما متعددة ,I/O فعالية ومرونة فإن لبعض أقطاب PICوحتى يكون للمتحكم

TMR0 )مثل المؤقت PICكل من هذه المهام تدعم إحدى محيطيات المتحكم .software ( حيث يتم التحكم بتفعيل إحدى هذه المهام برمجياً ADCوالمحول

أهي أقطابوهناك ناحية هامة عندما تتكلم عن األقطاب فيجب أن تعرف ؟! في الحقيقة أن هذا األمر ستقرره بنفسك وذلك من خاللدخل أم خرج

1 فمجرد وضعك القيمة . I/O التي تحدد اتجاه األقطاب TIRS(X)مسجالت يصبح كقطب TRISA من المسجل A1 في الخانة التي تقابل القطب

أما إذا وضعت 1 و I , ولسهولة الحفظ أربط في ذهنك بين input دخل سيصبح خرجا ولكي ال تنسى A في الخانة السابقة فإن القطب 0

. O و 0 ذلك اربط في ذهنك بين

-104-

يمثل ماسكا للمعطيات المراد إخراجها ولكل نافذة مسجلPORT Xإن المسجل .PORTB, PORTAخاص بها مثل

وعندما تتم أي عملية قراءة للنافذة فإن ما يتم قراءته في الحقيقة وليس محتوياتI/Oإنما هو المستويات الحالية على األقطاب

. لذلك يجب أن تكون حذراً عندما تقوم بأي من العمليات قراءة –الماسكتعديل- كتابة وتغير االتجاه على القطب من دخل إلى خرج.

بنية األقطاب8-3-2 نموذجي غير مستخدم مع أي I/O( تفصيالً لبنية قطب 6-8نقدم في الشكل )

تعني PORTXوظيفة محيطية أخرى, وهنا نعود ونذكر أن قراءة مسجل النافذة قراءة حاالت األقطاب في حين أن الكتابة إلى هذا المسجل تعني

.PO(port latch ) الكتابة إلى ماسك النافذة مثل(write operating)والمسألة الهامة المطروحة هنا أن جميع عمليات الكتابة

هي عمليات قراءة – تعديل –كتابة مما يعني أن هذه العملياتBSF,BCF تعليمات تؤدي إلى قراءة النافذة ثم تعدل حسب التعليمة ثم تكتب إلى ماسك معطيات

النافذة. لمهام متعددة فإن تغيرات تطرأ على بنية هذهI/Oعندما يتم استخدام أقطاب

( يجب أن تالئم متطلبات النموذج المحيطي الذي ستدعمهhardware)األقطاب . وعند تصفير الشريحةLCD وقائد شاشات ADCوتتصل به كما في حالة محوالت

سيجبر للعمل مع الوظيفة المحيطية الخاصة به ويعزى ذلك- كماI/Oفإن القطب –إلى منع الشريحة من استهالك تيار زائد إذا ما بقيADCفي حالة المحول

بعد عملية التصفير .I/Oالجهد التشابهي موصوالً إلى القطب ستهمش لذا منTRISXعند تفعيل بعض المحيطات فإن خانات المسجل

والتيBSF,BCFالضروري هنا أن نتجنب تعليمات قراءة- تعديل –كتابة مثل هو الهدف لذا فعلى المستخدم أن يقابل كل محيطيةTRISسيكون فيها المسجل

.TRISXبتوضيع مناسب لها في الخانات

نموذجي مستقل عن أي وظيفة I/Oقطب ( 6-8 ) الشكلمحيطية

)أي جعلهاTRIS. يجب أن يتأكد المستخدم من توضيع خانات 1:مالحظة( عندما يتم اختيار األقطاب المقابلة لها كمداخل تشابهية."1"

-105-

( فإن هذهcomparator) كمداخل المقارن I/Oإذا استخدمت أقطاب . 2 كمداخلPRO(power on - reset)األقطاب سوف تهيأ بعد عملية التصفير

,وعند قراءةCMCONتشابهية كما هو متحكم بها بواسطة المسجل ".0أقطاب النافذة المهيأة كأقطاب دخل تشابهية تقرأ أصفاراً "

فإن هذه األقطابLCD مع قائد الشاشة I/Oإذا استخدمت أقطاب . 3 كما هوLCD بحيث تخدم الشاشة PROسوف تهيأ بعد عملية التصفير وحتى يتم تهيئة هذه األقطابLCDSEمتحكم بها بواسطة المسجل

يجب أنLCDSEكأقطاب رقمية فإن الخانات المقابلة لها في المسجل له األسبقية علىLCDSEيتم تصفيرها وتوضع أي خانة في المسجل

.TRISتوضع أي خانة مناظرة في المسجل

A PORT A النافذة 8-3-2-1 وهيPIC ألنها تتضمن أهم ميزات متحكم PIC هي من أهم نوافذ المتحكم

عداRAX والتي نسميها PORT Aاألقطاب التشابهية. جميع أقطاب النافذة أما القطبCMOS هي كمداخل ذات مستويات متوافقة مع دارات RA4القطب

RA4فهو مزود بقادح شميت عند استخدامه كمدخل أما عند استخدامه كمخرج فهو عبارة عن ترانزستور حقلي ذو مصرف مفتوح. ويمكنك تحديد نوع قطب

التي تحددTRISA أي هل هو دخل أم خرج بواسطة خانات المسجل Aالنافذة فإن هذاTRISAاتجاه المعطيات, فعندما تقوم بتفعيل إحدى خانات المسجل

( سوف يجعل قائد الخرج ) ترانزستور7-8األمر وكما هو موضح في الشكل )CMOS على القطب المقابل لتلك الخانة في نمط الممانعة العالية )(hi-

impedance mode أي يبقى أمام هذا القطب ممر وحيد هو عازل )TTLبمعنى أن TRISA( في حين أن تصفير أي من خانات input)يعمل هذا القطب كقطب دخل

دون حاجز وبالتاليI/O( إلى القطب Dسينقل محتويات ماسك الخرج )القالب (.outputفهو يعمل كقطب خرج )

: A تهيئة النافذة عندما تتكلم عن تهيئة نافذة ما هذا يعني أننا نحدد وظيفة كل قطب من أقطاب

هذه النافذة أهو قطب دخل أم خرج, وفي مراحل متقدمة هل معه وظيفة أخرى (0.3أم ال. ولنفرض أنه قد طلب منا في أحد التطبيقات أن نستخدم األقطاب )

4.5ً كأقطاب دخل أما األقطاب الباقية )Aمن النافذة ( فهي كأقطاب خرج علما . والبرنامج البسيطA ذو خمسة أقطاب فقط في النافذة PIC16C71أن المتحكم

على الوضعية السابقة هو كما يلي:Aالذي يهيئ لنا النافذة ; CLRF STATUS (bank0)اختيار البنك

; A CLRF PORTAتصفير ماسك معطيات خرج النافذة ;BSF STSTUS,PRO( BANK)1العودة إلى البنك

; MOVLW 0XCF بحيث يحمل في المسجل Aتهيئة النافذة TRAISA حيث 1111 1100 القيمة أي

;(ويتم قراءتها أصفاراً 6.7يتم إهمال الخانتين )وظائف أقطاب النافذة:

ووظيفة كل قطب ونوع عازلهport A( أقطاب النافذة 3-8 نبين في الجدول ). PIC16C7X التابعة للعائلة PICوذلك في متحكمات

اسم القطب

نوعالعازل

الوظيفة

RA0/AN0 TTL 0قطب دخل/خرج ومدخل تشابهيRA1/AN1 TTL 1قطب دخل/خرج ومدخل تشابهيRA2/AN2 TTL 2قطب دخل/خرج ومدخل تشابهي

-106-

RA3/AN3/VREF TTL جهد مرجعي3قطب دخل/خرج ومدخل تشابهي/ ADCللمحول

RA4/TOCI ST قطب دخل/خرج أو مدخل ساعة خارجي للمؤقت TNRO وخرجه هو ذو مجمع مفتوح

RA5/AN4/ ss TTL أو قطب4قطب دخل/خرج أو مدخل تشابهي

من أجل النافذة التسلسليةSlaveاختيار التابع المتواقتة

ووظائفهاA أقطاب النافذة ( 3-8) الجدول(.schmit tigger قادح شميث ) STحيث : AN1,AN0.مداخل للقنوات التشابهية .... ss (slave select)اختيار التابع

: A بنية أقطاب النافذة :مبينة في الشكل)RA5 والقطب A (RA0:RA3).البنية العامة ألقطاب النافذة 18-7.)

(7-8 )الشكل

أقطاب بنيةAالمنفذ

لقد دخل على بنية هذا القطب بعض التعديل لمالئمة : RA4 بنية القطب الوظيفة اإلضافية له حيث يمكن استخدامه أيضاً كمدخل ساعة خارجي

(.7-8.وهذه البنية موضحة بالشكل)TMR0)مدخل عد( للمؤقت

(7-8 )الشكل

بنية القطبRA4

على خمسة أقطاب تماماً مثل متحكماتPIC16C73X:تحتوي المتحكمات مالحظةPIC16C7X( المسجالت المتعلقة بالنافذة 4-8 ونبين في الجدول)A في المتحكم PIC16C7X.

-107-

Value

on all other resets

Value on POR,BO

R

BIT0BIT 1

BIT2BIT3BIT4BIT5BIT6BIT7NAME ADDRES S

0000 U---

0000 X--

RA0RA1

RA2RA3

RA4---PORT A05H

1111 1---

1111 1--

PORT DATA DIRECTIONREGISTER---TRISA85H

00--- ---

00--- ---PCFG0PCF

G1

------ADCON1

9FH

A ( ملخص للمسجالت المتعلقة بالنافذة4-8 ) الجدول

B النافذة 8-3-2-2 هي نافذة ذات ثمانية أقطاب ثنائية االتجاه ويتم تحديد اتجاه المعطياتBالنافذة

بنفس الطريقة التي يتحكم بهاTRISEألقطاب هذه النافذة بواسطة المسجل .A بأقطاب النافذة TRISAالمسجل

ولهذه النافذة مميزتين أساسيتين األولى إمكانية المقاطعة عند تغير الحالة المنطقية لبعض أقطابها والمميزة الثانية هي وجود مقاومات االنحياز )الشد(

العلوي. B تهيئة النافذة

( أقطاب دخل واألقطاب )0:3بحيث تكون األقطاب )Bنريد تهيئة النافذة ( أقطاب دخل .بعد قليل سنكتشف أن6:7(أقطاب خرج واألقطاب )4:5

هو البرنامج التالي :Bبرنامجنا الصغير لتهيئة النافذة CLRF Status;CLRF PORTB;BSF Status, PRO;MOVLOW OXCF;MOVLOW TRISB;

B ( ألقطاب النافذة pull - up االنحياز العلوي ) -internal pull إمكانية االنحياز العلوي الداخلي )Bلكل قطب من أقطاب النافذة

up تفعيل هذه اإلمكانية أو حجبها بواسطة الخانة .)RBPU من المسجل OPTION " في الخانة السابقة الذكر .0حيث تفعل هذه اإلمكانية بوضع "

وسيتم حجب إمكانية االنحياز العلوي بشكل تلقائي عند تهيئة األقطاب كأقطاب أي التصفير عندPORخرج ونفس األمر يحدث لجميع األقطاب بعد عملية التصفير

وصل التغذية. B بنية أقطاب النافذة

فهيRB4:RB7( أما بنية األقطاب 8-8 مبينة في الشكل )RB0:RB3بنية األقطاب (9-8مبينة في الشكل )

-108-

(8-8) الشكل

(9-8الشكل ) B مقاطعة تغيير النافذة

حيث أن حدوثRB4:RB7 باألقطاب Bتتعلق ميزة المقاطعة التي تحملها النافذة تغيير على أحد هذه األقطاب – في السوية المنطقية – سوف ينتج عنه تفعيل

, والشرط األساسي في حدوث مثلBالمقاطعة المسماة مقاطعة تغيير النافذة كأقطاب دخل حيث يتم مقارنة القيمةRB4:RB7ألقطاب هذه المقاطعة هو تهيئة ا

مع القيمة السابقة وعند وجود اختالف يتم اإلعالم عنRB4:RB7الحالية لألقطاب .INTCON من المسجل RBIFوجود مقاطعة بواسطة الخانة من حالة الراحة )PIC أن تخرج شريحة المتحكم Bتستطيع مقاطعة تغير النافذة

SLEEPويمكن للمستخدم أن ينهي هذه المقاطعة ضمن روتين خدمة المقاطعة ) (interrupt service routine) ISR :بإحدى الطرق التالية .RBIFمسح الخانة .1

مما يؤدي إلى إنهاء عملية المقارنةBأي عملية قراءة أو كتابة من/إلى النافذة )الكشف عن التغيير(.

وعندما تتمRBIF( حتى تفعل الخانة MISMATICHحيث تستمر عملية المقارنة ) بالتصفير. RBIF ستنتهي عملية المقارنة وتسمح للخانة Bعملية قراءة للنافذة

)االنحياز والمقاطعة( تجعالن النافذةB إن الميزتين السابقتين للنافذة مالحظة :Bمالئمة إلى حد كبير جداً في عمليات تخديم لوحة المفاتيح من حيث المسح

وإخراج الشريحة من حالة الراحة عند الضغط على أحد المفاتيح وفي هذه الحالةال ينصح باستخدام إمكانية االنحياز.

-109-

: والمسجالت المتعلقة بها B وظائف أقطاب النافذة ووظيفة كل منها ونوع العازل.B أقطاب النافذة 5-8يبين الجدول

القطب

العازل

الوظيفة

RBO/INT TTL/ST قطبI/Oمدخل مقاطعة خارجية مع مقاومة انحياز علوية داخلية

RB1 TTL قطبI/O مع مقاومة انحياز علوية داخلية RB2 TTL قطبI/Oمع مقاومة انحياز علوية داخلية RB3 TTL قطبI/Oمع مقاومة انحياز علوية داخلية RB4 TTL قطبI/Oمع مقاطعة عند التغير مع مقاومة انحياز

علوية داخليةRB5 TTL قطبI/Oمع مقاطعة عند التغير مع مقاومة انحياز

علوية داخليةRB6 TTL/ST قطبI/Oمع مقاطعة عند التغير مع مقاومة انحياز

مدخل نبضات البرمجة التسلسلية . علوية داخليةRB7 TTL/ST قطبI/Oمع مقاطعة عند التغير مع مقاومة انحياز

مدخل معطيات البرمجة التسلسلية . علوية داخلية5-8الجدول

وباقي عناصر العائلةPIC16C71مزايا المتحكم 8-4PIC16C71X

حتى نمتلك تصوراً الPIC16C71سنأخذ هنا فكرة مجملة عن مزايا المتحكم قبل الخوض في التفاصيل المعمقة.PICبأس به عن بنية ومزايا متحكمات

المزايا المتعلقة بنواة المتحكم. أ. عالية األدائية . RISC ذات تقنية CPUمعالجة. وحدة 1 تعليمة فقط.35. له 2 . جميع تعليماته ذات دورة تعليمية واحدة ما عدا تعليمات تفريع البرنامج3

فتحتاج دورتين . . DC-20 MHZ ( قدرهCLOCK INPUT.سرعة التشغيل :تردد دخل )4

DC-200 ns ودورة تعليمة زمنها 2k X 14. سعة ذاكرة البرنامج حتى 5

X 8 128 سعة ذاكرة المعطيات حتى (interrupt capability). إمكانية المقاطعة 6. مكدس بعمق ثمانية مستويات 7(indirect) وغير المباشرة (direct. إمكانية العنونة المباشرة )8( POR). إمكانية تصفير الشريحة عند وصول التغذية الكهربائية 9

(OST( وهزاز خاص باإلقالع )PWRT. وجود مؤقت لإلقالع)10(WDT )(watchdog timer. وجود مؤقت مراقبة )11. شيفرة حماية قايلة للبرمجة 12( لتوفير الطاقة Sleep. إمكانية الدخول في نظام الراحة )13. اختيارات متعددة لهزاز الشريحة14( التي تتميزCMOS. يتمتع بتقنية)15

تقنيةEPROM ذات الطاقة المنخفضة والسرعة العالية )تصميم ساكن بشكل كامل )ال يحتوي على متحركة (6-2.5)مجال جهد تشغيل عريضvolt

-110-

2استهالك منخفض للطاقة يبلغ أقل من MA 5 ألجل جهد تغذيةV (standby) وعند دخول الشريحة في النمط االحتياطي MHZ 4وتردد

mA 1يبلغ االستهالك حتى أقل من لكل من mA 25( عالي يكافئ source(/)إصدار sink. تيارات قيادة )تصرف 16

التيارين السابقين . دارة فحص خطأ االزدواجية في ذاكرة البرنامج مع إمكانية التصفير عند17

. PERحدوث هذا الخطأ المزايا المتعلقة بمحيطات المتحكم يبرمج كل على حده I/0 قطب 13توفر .1(prescaler( ثماني الخانة مع مقسم )timer0)مؤقت/عداد .2أقنية محول تشابهي رقمي ثماني الخانة .3

كما أسلفنا سابقاً وهي عائلة PICاعتمدنا على دراسة إحدى عوائل متحكمات ( والتي تأخذmind rang familyالمتحكمات التي تسمى عائلة المجال الوسطي )

وذكرنا أن السبب في ذلك هو أن جميع العوائل لها نفس PIC16CXXXالصيغة البنية والتركيب وتختلف فيما بينها بأمور تتعلق معظمها باألنظمة المحيطية التي

قد توجد في بعض الشرائح وتفتقد في البعض اآلخر ولما كانت عائلة المتحكماتPIC16CXXXهي التي تحتوي على معظم إذا لم نقل على جميع األنظمة

المحيطية فإن دراسة هذه العائلة بإمكانه أن ينوب عن دراسة باقي العوائلغير. األخرى مالحظة بعض األمور فقط ال

PIC16CXXXُولما كانت العائلة تحتوي ضمنها على عدة شرائح فإننا سنعتمد غالبا كعنصر قياسي تنطبق عليه معظم األمثلةPIC6C71على شريحة المتحكم

والتوضيحات إال إذا ورد خالف ذلك . باالعتماد على ما سبق فإننا نقترح أن تكون الدراسة األولى لموضوع متحكمات

PICدراسة سهلة بسيطة وسريعة تجنباً للوقوع في الملل وذلك بمالحظة نتائج في وقت مبكر . PICدراستك لموضوع متحكمات

نظام نبضات الساعة ومفهوم دورة التعليمة 8-5Instruction Cycle تعرف دورة التعليمة بأنها الزمن الالزم لتنفيذ

. Tycالتعليمة ويرمز لها اصطالحاً بالزمن تقسمOSC1 فإن النبضات الداخلة إلى الشريحة عبر القطب PICوفي متحكمات

ونرمزTYCداخلياً إلى أربعة أرباع غير متداخلة تشكل بمجموعها دورة التعليمة والتي ستتكرر بشكل دوري . حيثQ1,Q2,Q3,Q4( بالرمز 6-8لها كما في الشكل )

جديدة ويتم جلب التعليمة من ذاكرةQ1 مع قدوم نبضة PCسيزداد عداد البرنامج , أما شيفرة التعليمةQ4البرنامج وتوضع في مسجل التعليمة في الفترة كما هو مبين في الشكل )1Q4,Qفستفكك ويتم تنفيذها خالل الفترة الالحقة بين

8-6.)

-111-

PIC16C71( دورات اآللة في المتحكم 6-8 )الشكل Q1,Q2,Q3,Q4 الحظنا في الفقرات السابقة كيف أن التعليمة تنفذ خالل الفترات

, وكما هو مبين في الشكلTCYوالتي تشكل بمجوعها ما يسمى بدورة التعليمة ) واحدة ويتم تنفيذها TCY( خالل دورة fetch( فإن التعليمة تجلب )8-7)

execute خالل دورة)TCYتالية وقد يتساءل هنا متسائل كيف أبرزنا أن تنفيذ واحدة ونتفاجئ هنا بأنها دورتينTCY يستغرق دورة PICالتعليمة في متحكمات

TCY!؟ واألمر بكل بساطة يرتكز إلى انفصال ممري المعطيات والبرنامج وذاكرتي

يتم في نفس الوقت )TCYالمعطيات والبرنامج فعند لب تعليمة ما في دورة TCY تنفذ التعليمة المجلوبة في دورة سابقة )TCY -1وهكذا نجد أن جلب أي

تعليمة يترافق مع تنفيذ تعليمة سابقة وعند النظر إلى مجموع التعليمات سنجد واحدة.TCYأن كل تعليمة إنما استغرق تنفيذها دورة تعليمة

والتي تحتاج إلىPCويستثنى من هذه القاعدة تعليمات تفريغ البرنامج . TCYدورتي تعليمة

( مثاالً عن المخطط الزمني لتنفيذ برنامج بسيط موضح7-8ونبين في الشكل ) قدBSF وتعليمة MOVWF , MOVLWجانباً حيث نالحظ أن تعليمتي التحميل

احتاجت إلى دورة واحدة لتنفيذها في حين احتاجت تعليمة استدعاء برنامج إلى دورتي تعليمة من أجل تنفيذها ... CALLفرعي

TCY0 TCY1 TCY2 TCY3 TCY4 TCY5

-112-

1. MOVLW 55H2. MOVWF PORTB3. CALL SBU_1 4. BSF PORTA,BIT3, (PORCED NOP)5. INSTRUCTION ADDRESS SBU_1 All instruction are single cycle ,except for any program branches. These take two cycles since the fetch instruction is "flushed" from the pipeline while the new instruction is begin fetched and then executed.

مخطط سير تنفيذ التعليمة ( 7-8لشكل ) ا

-113-