كتاب التحكم في المحركات الحثية ثلاثية الأوجه

البرنامج الشهير Proteus لمحاكاة اردوينو و دوائر ال Microcontroller 

بسم الله الرحمن الرحيم والصلاة والسلام على أشرف المرسلين سيدنا محمد وعلى آله وصحبه ومن تبعه بإحسان إلى يوم الدين ، أما بعد ، احبتي متابعي مدونة engennersall للمهندسين العرب ،سوف نتعرف اليوم على البرنامج الشهير بروتوس لمحاكاة اردوينو و دوائر المكركونترلور .

قبل البدء في تحميل البرنامج أعرض عليك معلومات مهمة بخصوص الاردوينو والمكركونترلور تعريفهما انواعهما وطرق اشتغالهما .

 الاردوينو :

• لأردوينو هو منصة مفتوحة المصدر تستخدم لبناء المشاريع الإلكترونية. يتكون الأردوينو من لوحة قابلة للبرمجة الفعلية (يشار إليها غالباً باسم microcontroller) وقطعة من برنامج ما، أو برنامج أردوينو IDE (بيئة تطوير متكاملة)، الذي يعمل على الكمبيوتر الخاص بك ، ويستخدم في كتابة وتحميل رمز الكمبيوتر إلى اللوحة الفعلية.
• أصبحت منصة الأردوينو شعبية للغاية مع الناس الذين بدأوا للتو في مجال الإلكترونيات، ولسبب وجيه. على عكس معظم لوحات الدوائر الإلكترونية القابلة للبرمجة، لا يحتاج الأردوينو إلى قطعة منفصلة من الأجهزة (تسمى مبرمج) من أجل تحميل كود جديد على اللوحة – يمكنك ببساطة استخدام موصل ال USB. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم أردوينو IDE إصدارًا مبسطًا من++ C، مما يسهل تعلم البرنامج. وأخيرا، يوفر الأردوينو عامل الشكل القياسي الذي يكسر وظائف وحدة تحكم الصغرى أكثر سهولة في الحزمة.

• تعتبر أردوينو Uno واحدة من أكثر الشرائح شعبية في عائلة الأردوينو، وهي خيار رائع للمبتدئين. ولذلك سنتناول كل ما يخص ال UNO.

ماذا يفعل:

• تم تصميم أجهزة وبرمجيات الأردوينو للفنانين والمصممين والهواة والمبتدئين وأي شخص مهتم بإنشاء كائنات أو بيئات تفاعلية. يمكن أن يتفاعل الأردوينو مع المصابيح، المحركات، السماعات، وحدات GPS، الكاميرات، الإنترنت، وحتى هاتفك الذكي أو التلفزيون الخاص بك! هذه المرونة جنبا إلى جنب مع حقيقة أن برنامج الأردوينو مجاني، لوحات الأجهزة رخيصة جدا، وكل من البرامج والأجهزة سهلة التعلم أدت إلى مجتمع كبير من المستخدمين الذين ساهموا في التعليمات البرمجية وإصدار تعليمات لمجموعة كبيرة من مشاريع الأردوينو.

ماذا يوجد في الشريحة:

• الطاقة (1): كل لوحة اردوينو تحتاج إلى طريقة للاتصال بمصدر الطاقة. يمكن تشغيل أردوينو UNO من موصل ال USB قادم من الكمبيوتر الخاص بك. 
• اتصال USB هو أيضا كيف ستقوم بتحميل الرمز على لوحة اردوينو الخاصة بك.

ملاحظة: لا تستخدم مورد طاقة أكبر من 20 فولت الذي سيعمل على تدمير الأردوينو الخاص بك. الجهد الموصى به لمعظم نماذج الأردوينو هو 6-12 فولت.

• GND: اختصار لـ “Ground”. هناك العديد من دبابيس GND على الأردوينو، والتي يمكن استخدام أي منها لإرساء دائرتك.

• 5V ) و 3.3V (5): كما قد يتبادر إلى ذهنك ، فإن دبوس 5V يمد 5 فولت من الطاقة ، و دبوس 3.3V يوفر 3.3 فولت من الطاقة. معظم المكونات البسيطة المستخدمة مع الأردوينو تعمل على 5 أو 3.3 فولت.تناظري Analog (6): (A0 إلى A5 على UNO) هي دبابيس تناظرية. يمكن لهذه المسامير قراءة الإشارة من مستشعر تمثيلي (مثل مستشعر درجة الحرارة) وتحويلها إلى قيمة رقمية يمكننا قراءتها.

•  Digital : (من 0 إلى 13 على UNO). يمكن استخدام هذه المسامير لكل من المدخلات الرقمية والمخرجات الرقمية (مثل تشغيل مصباح LED).PWM (8): قد تكون لاحظت التلدة (~) بجانب بعض المسامير الرقمية (3 ، 5 ، 6 ، 9 ، 10 ، و 11 على UNO). هذه المسامير بمثابة دبابيس رقمية عادية ، ولكن يمكن أيضا أن تستخدم لشيء يسمى (PWM). حيث أنها قادرة على محاكاة المخرجات التناظرية (مثل تلاشي LED داخل وخارج).AREF (9): يقف لمرجع تماثلي (Analog). معظم الوقت يمكنك الاستغناء عنه. يتم استخدامه أحيانًا لتعيين جهد مرجعي خارجي (بين 0 و 5 فولت) كحد أقصى لدبابيس الإدخال التناظرية.زر إعادة الضبط (10: يؤدي الضغط على الزر إعادة التعيين مؤقتًا وإعادة تشغيل أي رمز تم تحميله على الأردوينو.مؤشر الطاقة (11) LED : يجب أن يضيء هذا الصمام عندما تقوم بتوصيل جهاز الأردوينو الخاص بك إلى مصدر طاقة. إذا لم يتم تشغيل هذا الضوء ، فهناك احتمال كبير بأن هناك خطأ ما.اضاءات TX: RX, TX للارسال القصير، RX للاستلام القصير.

• تظهر هذه العلامات قليلاً في الإلكترونيات للإشارة إلى المسامير المسؤولة عن الاتصال التسلسلي. هناك مكانان في أردوينو UNO حيث تظهر TX و RX – احداهما بواسطة دبابيس رقمية 0 و 1 ، والأخرى بجانب مصابيح LED TX و RX (12). تعطي هذه المصابيح بعض المؤشرات البصرية الجيدة عندما يتلقى الأردوينو البيانات أو ينقلها (كما هو الحال عندما نقوم بتحميل برنامج جديد على اللوحة).IC الرئيسي (13): يعتبر عقل الأردوينو. يختلف نظام IC الرئيسي في الأردوينو اختلافًا طفيفًا من نوع اللوحة إلى نوع اللوحة ، ولكنه عادة ما يكون من خط ATmega في IC من شركة ATMEL.

         قد يكون ذلك مهمًا ، حيث قد تحتاج إلى معرفة نوع IC (مع نوع اللوحة الخاصة بك) قبل تحميل برنامج جديد من برنامج               الأردوينو. يمكن العثور على هذه المعلومات عادةً في الجانب العلوي من IC.

• منظم الجهد (14): يتحكم في مقدار الجهد الذي يتم إدخاله في لوحة الأردوينو. الحد الأقصى للجهد هو 20 فولت.لمايكروكونترولير : هو دائرة الكترونية متكاملة تحتوي على معالج صغري داخلي وذاكرة داخلية قابلة للبرمجة لتخزين برنامج التحكم فيها وذاكرة أخرى لخزن البيانات كما أنها تحتوي على منافذ إدخال وإخراج البيانات وأوامر التحكم كما وقد تحتوي على أدوات أخرى كالمحولات الرقمية التشابهية (ADC) وبالعكس وعلى مقارنات الجهد ومكبرات العمليات و مولد نبضات الساعة (المذبذب) والعدادات والمؤقتات وغيرها .
• من أشهر الشركات التي قامت بتطوير وتصنيع المايكروكونترولر :إنتل INTELوأتمل Atmelو سوني SONY ومايكرو شيب Microchip وتوشيبا TOSHIBA وإن إي سي NEC .ببساطة أن للميكروكنترولر وحدة معالجة مركزية بالإضافة إلي أنواع من الذاكرة مبنية داخله ومؤقتاتOscillator ومخارج ومداخل I/O ومحولات و ADC و DAC و الخ.
• كل هذا في IC واحد كلفته تصل إلى اقل من دولار أحيانا و 25 دولار أحيانا أخرى. وهذه المتحكمات تضاهي أحيانا بل وفي أحيانا كثيرة قدرة الـ PC بالتحكم. إذ أن الميكروكنترولر أو المتحكم عبارة عن كمبيوتر مصغر في IC.لهذا نجد الأجهزة الحديثة قليلة القطع بعكس الأجهزة القديمة والتي أساسها الدوائر المنطقية والتي ترفع من كلفة الأجهزة نظرا لكثرة القطع وكبر اللوحة الالكترونية وبالتالي فالتكاليف اكبر، والميكروكنترولر هو الحل لمعظم المشاكل الالكترونية وهو أساس معظم الأجهزة ، حتى الريموت كنترول يحتوي على ميكروكنترولر وكذلك الماوس والميكروويف وكل جهاز يتصرف بتلقائية .كما ذكر سابقا فأن هناك أنواع كثيرة من المتحكمات وشركات عديدة تنتجها ولاختيار المتحكم المناسب نحصر أولا المتطلبات مثل كم مدخل وكم مخرج و عدد ساعات التوقيت و حجم الذاكرة المطلوبة .ونحاول استخدام الميكروكنترولر الذي يحوي بداخله كل ما نريد لنتمكن من صنع الجهاز بأقل عدد قطع ممكنه وبأقل تكاليف مادية .

ماهو المكركونترلور:

بألنسبة للمتحكم الدقيق Microcontroller :و هو عبارة عن معالج دقيق Microprocessor تم تطويره بحيث تم وضع جميع المكونات التالية في شريحة واحدة مدمجة :

•  ذاكرة مؤقتة (عشوائية)2- ذاكرة قابلة للقراءة و الكتابة كهربائية EEPROM3- مداخل الربط المنطقية بين المعالج و الوسط الخارجي Peripheral I/O Unitsويجب أن نذكر أن هناك بعض الحالات التي يتم استخدام ذاكرة إضافية للمعالج عندما تكون كمية المعلومات المراد تخزينها أكبر من سعة الذاكرة الداخلية للمعالج .

يمكن القول بأن المتحكم الدقيق Microcontroller هو جيل جديد و مطور عن المعالج الدقيق Microprocessor و أن جميع ملحقات المعالج تم وضعها في شريحة واحدة و من هنا فبناء دائرة تحتوي على متحكم دقيق تكون بسيطة و صغيرة و ليست معقدة .هناك أيضا المعالج الدقيق بحيث تم صنع أول ميكروبروسيسور في بداية السبعينيات يتألف المعالج الدقيق من وحدة معالجة مركزية تدعى بـ CPU و هي اختصاراً لـ ـ Central Processing Unit ومن وحدتي الربط – وهى التي تربط المعالج مع الوسط الخارجي- المنطقي و تدعى عادةً بـ Peripheral I/O Ports .

كما توجد ذاكرة عشوائية صغيرة السعة RAM أما ذاكرة البرنامج فهي صغيرة جدا و قد صممت لحفظ جزئ صغير من البرنامج (وعادةً يكون جزء القراءة و الكتابة من و إلى (EEPROM كما يتم تخزين بعض عناوين المعلومات المتوفرة في الذاكرة الخارجية EEPROM .لذلك فالمايكروبروسيسور بحاجة إلى ذاكرة مساعدة و هذا يقتضي أن تكون وحدتي الاتصال مؤلفة من جزئيين :

1. الأول هو مدخل البيانات التي يجب أن يتم إيصالها للمعالج ليقوم بمعالجتها . و لها 8 أو 16 أو 32 مدخل Pin على حسب نوع المعالج و قدرته أي 8 بت أو 16 بت أو 32 بت أما هذه البيانات تكون متوفرة عادة في الذاكرة المساعدة الخارجية.
2. الثاني هو مخرج من المعالج يرسل عليه عناوين المعلومات المتوفرة في الوسط الخارجي (الذاكرة المساعدة مثلا) فيقوم المعالج بوضع العنوان على شكل 8 أو 16 أو 32 بت و من ثم يقرأ المعلومة التي يحتاجها عن طريق مدخل البياناتData Lines. و مثالا على بعض أصناف معالجات الميكروبروسيسور هو معالج (68000) من شركة Motorola و المعالج الشهير (Z80).إن بعض المساعدات مثلاً الدواكر ضرورية لأن المعالج الدقيق لا يمكنه أن يعمل مستقلاً بدون وجودها وإذا ما نظرنا إلى دائرة تحوي معالج دقيق فيمكننا أن نشاهد بالقرب من المعالج الذواكر المساعدة مثل ROM-EPROM-EEPROMإذن فدائرة الميكروبروسيسور هي الأكثر تعقيدا من الميكروكنترولر .

يمكنك تحميل البرنامج من خلال الرابط أسفله