کدنویسی – وبلاگ آردوینو

به نام خدا
وارد جلسه دوم می شیم.
اول باید بدونیم آردوینو چیه؟
به زبان ساده، آردوینو بردیه که از پردازنده و یک سری قطعات الکترونیکی دیگه مثل خازن و مقاومت و رگولاتور و کریستال و … تشکیل شده . آردوینو انواع مختلفی داره که بسته به نوعش، پردازنده ای که روش استفاده شده متفاوته. مثلا روی آردوینو UNO میکروکنترلر مورد استفاده، ATMEGA32 هست. قطعات الکترونیکی که به صورت پیش فرض روی برد آردوینو قرار گرفته، برای راه اندازی ساده تر میکروکنترلر AVR هست که در ادامه در مورد آنها بیشتر توضیح داده میشه. همین قطعات الکترونیکیه که با قرار گرفتن در کنار AVR بردی متفاوت و پرکاربرد را بوجود آورده. ناگفته نمونه بعضی از بردهای آردوینو میکروکنترلر ARM استفاده میکنن.

حالا چرا از خود AVR استفاده نکنیم و بیایم سراغ آردوینو ?
کسانی که با AVR کار کرده باشن خوب میدونن، حتی اگه بخوای یک پروژه LED چشمک زن ساده هم راه اندازی کنی علاوه برخود AVR به یک سری سخت افزار جانبی مثل رگولاتور و کریستال و سیم بندی واسه تغذیه و زمین کردن(مهم ترین پایه ها) کنترلر AVR نیاز داری. حالا این وسط اگه یه موقع میکرو را بر عکس تو مدار جا بزنی یا اشتباه به یه پایه دیگه اون ولتاژ بدی عملا میکرو می سوزه و تا بخواد دستت بیاد چجوری اشتباه نکنی، عملا مقدار هنگفتی پول خرج کردی و دل زده شدی و الفرار.
این اول داستان نیست. پروگرام کردن AVR هم یه سری مشکلات داره .در بهترین حالت که پروگرامر از نوع USB باشه، باید AVR را از مدار خارج کنی، وصلش کنی روی پروگرامر، کد رو آپلود کنی، دوباره از برد پروگرامر جداش کنی و بزاریش تو مدار ( اگه اشتباه نزاری). اگه از کد نویسی مطمئن باشی و نخواد به خاطر یه اشتباه کوچک کد را عوض کنی 4 مرحله وجود داره تا آپلود کنی.
اینم یک نمونه از پروگرامر که اگه قصد دارید از AVR به تنهایی استفاده کنید باید همه جا دنبالتون باشه .

تا این قسمت از جلسه توضیح راه اندازی پروژه LED چشمک زن با AVR بود. از این جای داستان به بعد پروژه LED چشمک زن را با آردوینو پیاده سازی میکنیم .(الان صرفا یک شمای کلی از نحوه کار با آردوینو بیان میشه. جزئیات بحث آردوینو، مطمئنا در جلسات بعدی مطرح خواهد شد.)
خب شروع میکنیم .
قطعات مورد نیاز: برد آردوینو + کابل USB .
سخت افزار همین جا تمام میشه .شما به هیچ چیز دیگری (حتی LED) احتیاج ندارید. رگولاتور و کریستال و همه سخت افزارهای دیگه ای که برای راه اندازی پروژه LED چشمک زن لازمه روی این برد به صورت پیش فرض قرار گرفته. برای آپلود کردن کد کافیه کابل USB رو به آردوینو وصل کنید، در نرم افزار آردوینو با اشاره یک کلید آپلود کنید. یعنی بعد از آماده شدن کد فقط با 2 حرکت می تونید آپلود کنید.
اگر فرض کنیم کسی در کد نویسی وارد نباشه، مطمئنا چندین بار لازمه کد برنامه را تغییر بده. حالا اگه با AVR کار کنه به ازای هر تغییری که در کد بوجود بیاره و بخواد آپلود کنه باید 4 مرحله را طی کنه اما، اگه بخواد با آردوینو پروژه انجام بده هیچ نیازی نداره میکرو از مدار جدا بشه، همونطوری که تمام اجزای مدار سر جاشه کابل USB وصل میشه و برنامه آپلود میشه.
خیلی قابل درکه که پروگرام کردن و ساخت مدار پروژه چشمک زن توسط آردوینو نسبت به AVR کار بسیار ساده تری است.
حالا اگه قصد داشته باشیم در حوزه کد نویسی وارد بشیم و تفاوت ها را در این حوزه هم بیان کنیم، یه بار دیگه برمی گردیم به پروژه LED چشمک زن. اگر بخواهیم با نرم افزار های مخصوص AVR کد نویسی کنیم، اول برنامه(هدر برنامه) باید تعدادی تابع را include کنیم تا بتونیم از توابع مورد نیاز استفاده کنیم. بعد برای این که پین میکرو را 0 و 1 کنیم (تا LED روشن و خاموش بشه) اول باید به ریجسترها مقدار بدیم تا اون پین خروجی بشه، بعد پایه را 0 و 1 کنیم. ریجسترهایی که استفاده میشه معمولا اسم هایی دارن که به خاطر سپردنشون برای بعضی افراد کار مشکلیه .
حالا اگه بخواهیم همین کد رو توی آردوینو بنویسیم نه نیازه تابعی را include کنیم نه به ریجستری مقدار بدیم .با یک خط کد نویسی پین به عنوان خروجی در نظر گرفته میشه. دستوری که با اون پین را معرفی می کنیم، دستور pinMode هست که به خاطر سپردنش کار ساده ایه. در نرم افزار آردوینو کدنویسی به زبان ++c است.
برای مقایسه، دو تا کد میزاریم اولی کدنویسی AVR است:

define F_CPU 4000000UL#
 <include <avr/io.h#
 <include <avr/delay.h#
 "include “myTimer.h#
 (int main (void
 }
 ;DDRC = 0xFF
 } (while(1
 ;(PORTC |=(1<<0
 ;(delay_ms(250
 ;(PORTC &= ~(1 << 0
 ;(delay_ms(250
 ;{
 {

دومی کد نویسی آردوینو است:

}()void setup
 ;(pinMode(13, OUTPUT
 {
 }()void loop
 ;(digitalWrite(13, HIGH
 ;(delay(250
 ;(digitalWrite(13, LOW
 ;(delay(250
 {

پایان این جلسه را اعلام میکنیم.
در صورت داشتن هر گونه سوالی به لینک فروم در آفتاب رایانه مراجعه کنید.

میکروکنترلر چیست؟
قطعه ای که این روزها دارد جای خود را در خیلی از وسایل الکتریکی باز میکند .از تلفن گرفته تا موبایل از ماوس لیزری که الان دستتان روی آن است و دارین باهاش کامپیوتر رو کنترل میکنید تا هر وسیله ای که بتوان پیچیدگی رو در اون دید میتونید یک میکروکنترلر رو ببینید .
کلمه میکروکنترلراز دو کلمه میکرو و کنترلر تشکیل شده است.
میکرو : میدونین که این یک واحد یونانی است و برابر با 10 به توان منفی 6 متر است. یعنی یک ملیونیوم متر….
کنترلر : یعنی کنترل کننده به تعبیری یعنی “مغز ” البته بدون تفکر فقط دستوراتی که به اون داده میشه به نحو احسن انجام میده.
کلمه میکرو به دو منظور استفاده شده منظور اول و مهم ،سرعت عمل میکروکنترلر است که میتواند تا یک ملیونیوم ثانیه باشد یعنی میتواند در یک ثاینه یک میلیون عملیات رو انجام بده به همین خاطر واژه میکرو رو به اون اختصاص دادن . معنی دوم آن شاید کوچیکی این قطعه باشد که تا یک ملیونیوم متر کوچیک شده شاید باور کردنی نباشه ولی در یک تراشه ممکنه بیش از یک میلیون تراتزیستور به کار رفته باشه. این کلمه وقتی اهمیتش کامل میشه که با واژه کنترلر عجین بشه تا معنیش کامل بشود .

نحوه انجام دادن کار میکروکنترلر:
تا حالا همه شما با ماشین حساب کار کردین تا حالا به نحوه کار کردنش فکر کردین شما اطلاعاتتون را که همون عملیات ریاضی هست به وسیله صفحه کلید به اون میدید بعد ماشین حساب این اطلاعات رو بر مبنای دستوراتی که قبلا به اون داده شده پردازش میکند و جواب را روی lcd نمایش میدهد. در واقع یک میکروکنترلر برنامه ریزی شده به عنوان مغز ماشین حساب این اطلاعات رو از صفحه کلید میگیره روشون پردازش انجام میده و بعد بر روی lcd نمایش میده.
کار میکروکنترلر دقیقا مشابه این است میکرو کنترلر بر مبنای یک سری ورودی که به اون داده میشه مثلا این ورودی از یک سنسور دما باشه که درجه حرارت رو میگه یا از هر چیز دیگه مثل صفحه کلید ، بر مبنای این ورودی ها و برنامه ای که قبلا ما به اون دادیم خروجیشو تنظیم میکنه که ممکنه خروجیش یک موتور باشه یا یک lcd یا هر چیز دیگری که با الکتریسیته کار بکند.

ساختمان داخلی میکروکنترلر:
کامپیوتری که الان بر روی اون دارین کار انجام میدین دارای یک پردازنده مرکزیه به نام cpu که از کنار هم قرار گرفتن چندین ملیون ترانزیستور تشکیل شده و بر روی اطلاعات پردازش انجام میده . میکرو کنترلر هم عینا دارای یک پردازنده مرکزی به نام cpu است که دقیقا کار cpu کامپیوتر رو انجام میده با این تفاوت که قدرت و سرعت پردازشش از cpu کمتره که به اون میکروپرسسور میگن.
میکروکنترلر علاوه بر cpu دارای حافظه است که ما برنامه ای که بهش میدیم در اون قرار میگیره .در کنار حافظه در میکروکنترلرهای امروزی تایمرها برای تنظیم زمان کانتر ها برای شمردن کانال های آنالوگ به دیجیتال پورت های برای گرفتن و دادن اطلاعات و امکاناتی تشکیل شده و همه اینها در یک چیپ قرار گرفته که تکنولوژی جدید اونو تو یک تراشه به اندازه یک سکه قرار داده.

تمام میکروکنترلرها جزء این 4 قسمت هستنند:
8051(1
Pic(2
Avr(3
Arm(4
خوشبختانه همه میکروکنترلر هایی که جزء هر کدام از 4 نوع بالا باشند از یک برنامه پیروی میکنند. بدین معنا که اگر شما کار با یکی از مدل های آن میکرو را یاد گرفته باشید مثل اینکه کار با تمام میکروکنترلرهای آن نوع را یاد گرفته اید.مثلا شما اگر با یکی از مدل های میکروکنترلر avr مثلا atmega8 را یاد گرفته باشید دیگر با صد ها مدل دیگر میکروکنترلر avr مشکلی ندارید وتقریبا بدون هیچ مشکلی میتوانید با دیگر مدل های این میکرو کار کنید.
اما یه مشکل که در میکروکنترلر ها وجود دارد این است که این4 نوع از لحاظ برنامه نویسی به هیچ وجه با هم دیگر سازگاری ندارند . به طور مثال اگر شما میکروکنترلر های avr و 8051 را کامل یاد گرفته باشید حتی ساده ترین برنامه رو روی یک میکروکنترلر pic نمیتوانید اجرا کنید. واین یکی از بزرگترین عیب و مشکل برای یاد گیری میکرو است .بنابراین از همون اول باید یک انتخاب درست داشته باشید و میکروکنترلر مناسب را برگزینید تا با یادگیری آن میکروکنترلر بتوانید بعدا به سادگی پروژه های خود را اجرا کنید .

8051 :
اولین میکروکنترلری بود که به دست بشر ساخته شد . ابتدا این میکروکنترلر توسط شرکت بزرگ intel ساخته شد .اما بعدا intel این امکان را به دیگر شرکت ها داد که این میکروکنترلر را تولید کنند و شرکت هایی مانند ATMEL , PHILIPS , SIEMENS , DALLAS و… به تولید این میکروکنترلر پرداختنند. یکی از شرکت هایی که به صورت گسترده به تولید این تراشه پرداخت ATMEL بود. اما اگربخواهیم به صورت کلی سیر پیشرفت این نوع میکروکنترلر رو در نظر بگیریم اولین میکروکنترلر هایی که ساخته شد با جدیدترین میکروکنترلرهای 8051 که الان تولید میشود با توجه به این پیشرفت شگفت در تمام زمینه ها که صنایع دیگر در دنیا دارند پیشرفت زیادی ندارد به طور مثال AT89S5X که میکروکنترلر 8051 جدید ساخت ATMEL است نسبت به مدل های اولیه 8051 پیشرفت آنچنانی ندارد . امکانات این میکرو نسبت به AVR و PIC قابل مقایسه نیست . به صورتی که که همین مدل جدید 8051 تقریبا حافظه ای برابر یک صدم (0.01 ) میکروکنترلر های AVR را دارد و سرعتش 4 برابر کمتر از میکروکنترلر های PIC و 12 بار کمتر از میکروکنترلر های AVR است . از لحاظ امکانات دیگر هم چنین ضعفی احساس میشود. اما برای کارهای ساده تر که پیچیدگی زیادی در آن نباشد به خاطر قیمت بسیار پایینی که این میکروکنترلر دارد بسیار مناسب است . قیمت همین مدل جدید AT89S5X حول و حوش 1000 تومان است که قیمت بسیار مناسبی است.
این میکرو کنترلر از زبان اسمبلی و C پشتیبانی میکند که زبان برنامه نویسی اصلی آن اسمبلی است که واقعا نوشتن با این زبان برنامه نویسی نسبت به زبان های برنامه نویسی دیگر هم مشکل تر و هم طولانی تر است. در کل این میکروکنترلر امروزه دیگر توانای رقابت با AVR و PIC رو ندارد و امروزه رقابت اصلی بین این دو میکروکنترلر است.

PIC :
واقعا میکروکنترلر خیلی قوی است که بر اساس بعضی آمار ها بیشترین کاربر را به خود اختصاص داده است البته متذکر شوم که در ایران این آمار به نفع AVR است. این میکروکنترلر ساخت شرکت میکرو چیپ است که PIC رو در مدل های خیلی زیادی با امکانات مختلف برای کارهای مختلف میسازد .چون بحث اصلی ما روی AVR هست از توضیح بیشتر این میکروکنترلر میگذریم.

AVR :
به میکروکنترلر AVR میرسیم .اول از همه سرعت این میکروکنترلر بسیار بالاست و به قولی دستوراتی که بهش داده میشه در یک سیکل کلاک انجام میده. AVR از زبان های برنامه نویسی سطح بالا یا به اصطلاح (HIGH LEVEL LANGUAGE) HLL پشتیبانی میکند که باعث تولید کدهای بیشتری میشود که در کل برنامه نوشته شده نسبت به برنامه هایی که برای 8051 و PIC نوشته میشود کوتاهتر است. امکانات جانبی این میکروکنترلر بسیار مناسب است و شما را از خرید بعضی لوازم جانبی مانند چیپ های آنالوگ به دیجیتال (ADC) , مقایسه گر آنالوگ و… راحت میکند .در ضمن AVR از بسیاری از استاندارد های ارتباطی مانند SPI,UART,12C,JTAG پشتیبانی میکند که به راحتی میتوان این میکروکنترلر را با میکروکنترلر دیگر یا و سایل دیگر وصل کرد و با وسایل دیگر به راحتی ارتباط برقرار کند. قیمت این میکروکنترلر هم به نسبت امکانات فراوانی که داره بسیار پایین است به طوری که یک میکروکنترلر AVR تقریبا پیشرفته رو با قیمت حول و حوش 3 تا 4 هزار تومان خرید .
AVRها به پنج گروه تقسیم شده اند:
tinyAVR (1
megaAVR (2
AVR (3 XMEGA
AVR32 UC3 (4
AVR32 AP7 (5

ARM :
ARM یک میکرو کنترلر قدرتمند با کاربردهای متنوع است. ARM ها بیشتر در جاهایی که ظاهر زیبای کار مورد توجه است استفاده می شوند چرا که این میکروکنترلرها می توانند سیستم عامل های لینوکس و ویندوز رو راه اندازی کنند.
پروگرام میکروکنترلر :
شاید تا حالا به نظرتون رسیده باشه که این میکروکنترلر رو چگونه میشه برنامه ریزی کرد تا کار مورد نظرمان را انجام بده در صورتی که یک میکروکنترلر برنامه ریزی نشده هیچ کاری رو نمیتونه انجام بده و هیچ کاربردی نداره در واقع برنامه هر میکرو روح وجانی است که در اون دمیده میشه و اون رو زنده میکنه.
برای برنامه ریزی میکروکنترلر نیاز به دستگاه یا بردی هست به نام پروگرامر که یه پل ارتباطیه بین کامپیوتر و میکروکنترلر . پروگرامر را هم میشه از بازار تهیه کرد و هم میشه اون رو ساخت.
البته پروگرامرهای مختلفی در بازار هستنند که متانسب با کاربردشان قیمت های مختلفی دارند بعضی ها فقط چند مدل رو پروگرام میکنند بعضی از پروگرامر ها همه فن حریفند و تمام میکروکنترلر های 8051AVR ,ARM, PIC , رو برنامه ریزی میکنند به طبع قیمت زیادتری دارند.

لینک فروم جلسه اول برای پرسش و پاسخ.
به ما سر بزنید دوستان.

جلسه دوم : چرا آردوینو ؟

جلسه اول : آشنایی با میکروکنترلر

Tag Archives: کدنویسی