מיקרו בקרים לחובב איתן ברוגרדי 4z7EIG

1. מיקרו בקרים לחובב איתן ברוגרדי 4z7EIG

2. הקדמה ומטרת ההרצאה • הכרות עם בקרים בסיסיים (ממשפחת MICROCHIP ו PICAXE). • הכרות עם צורבים והתהליך מכתיבת קוד לצריבה. • הכרות עם שפת תכנות בסיסית. • הכרות עם שפת תכנות גרפית. • סימולציית קוד. • עבודה מעשית.

3. מהו מיקרו בקר : • מיקרו-בקרהינו רכיב מתוכנת, שהוא למעשה מערכתמחשבפונקציונלית שלמה, המוכללת ברכיב אלקטרוניבודד. כך ניתן למצוא בתוך הרכיב את כל המרכיבים המקובלים של מערכת מחשב, כמויחידת עיבודוזיכרון. כפי ששמו מרמז, מטרתו של המיקרו-בקר היא לבקר על תהליכים, ולצורך כך, נמצא במיקרו-בקרים גם רכיבי כניסות ויציאות (I/O), המשמשים לבקרה ולתקשורתעם העולם החיצוני. • מיקרו-בקרים מצויים כיום כמעט בכל מוצר המכיל אלמנט אלקטרוני/חשמלי כלשהו, כגוןכלי-רכב, מכונות ביתיות ומשרדיות וצעצועים. השימוש במיקרו-בקר כמעגל משולבבודד, במקום מספר רכיבים נפרדים (מיקרו-מעבד, זכרונות ובקרי I/O), מאפשר להקטין בגודל ועלות היצור של מוצרים.

4. מבנה: • יחידת העיבוד המרכזית – הרכיב המרכזי במיקרו-בקר הוא יחידת העיבוד המרכזית CPU. יחידה זו אחראית בעיקר על הבאת פקודות הקוד מהזכרון, פענוחן, הבאת נתונים שונים מהזיכרות וביצוע הפקודות עליהן. רוחב המילה במיקרו בקרים נע מ 4 ביט בפשוטים ביותר ועד 32 ביט. • זיכרון – באופן כללי ניתן לחלק את הזכרונות לשני קבוצות:א. זיכרון תוכנה – עליו נשמר הקוד שכתב המשתמש. זיכרון זה יהיה כמעט תמיד לא נדיף. כיום מרבית זכרונות אלה הם מסוג פלאש FLASH כך שניתן לצרוב עליהם את הקוד מספר רב של פעמים (יעיל לשלבי פיתוח ולעדכוני תוכנה/שינויים אצל הלקוח). בייצור המוני וכשיודעים שלא יעשה שינוי לקוד לאחר הייצור, עושים שימוש גם בROM..ב. זיכרון מידע – עליו נשמרים נתונים וערכים שונים של משתנים. זכרון זה הוא בדרך כלל נדיף ומסוג RAM. • כניסות/יציאות דיגיטאליות – דרכם יכול הבקר לקבל נתונים של אותות דיגיטאליים ולשלוט בהתקני פלט דיגיטאליים (למשל נוריות, LCDוכו'). • מנגנון פסיקות – מנגנון המאפשר הפסקת התוכנית הראשית וקפיצה לקטע תוכנה אחר כדי לטפל באירוע חריג , ב REAL TIME. • כניסות/יציאות לתקשורת – דרכם הבקר יכול לתקשר עם רכיבים דיגיטאליים אחרים. ישנם מספר פרוטוקלים שהנפוצים שבהם UART, I2C,SPI,SSP,CAN חלק מהגדרות/דרישות הפרוטוקול ממומש בחומרה בבקר. ישנם בקרים מתקדמים שאף תומכים בפרוטוקלי תקשורת כגון Ethernet , USB ועוד.

5. תת משפחות וארכיטקטורה

6. בקרים ממשפחת MICROCHIP • שפות תכנות: • אסמבלר – סביבת פיתוח חינמית – MPLAB IDE – ניתן להוריד באתר החברה www.microchip.com/ יתרון: חינמי,תכנות זמן אמת. חיסרון: שפת מכונה, מסובך לבצע פעולות פשוטות. • שפת C– קיימים מספר מהדרים ברשת ואפילו חינמיים. יתרון: נוח, פשוט לתכנת הממוצע. חיסרון: יש צורך בידע מוקדם. • PICBASIC – סביבת פיתוח העולה 200-300$ . יתרון: פשוט מאוד לכתוב קוד, המון פונקציות בנויות, תמיכה במגוון מוצרים (כגון SERVO, LCD, תקשורות ועוד). חיסרון: לא למשתמש המבקש בקרות REAL TIME. • http://www.rentron.com/PicBasic1.htm • סביבה גראפית: סביבה המאפשרת לצייר FLOWCHART של התוכנה ללא צורך לכתוב קוד. • http://www.picaxe.com/Software/PICAXE/Logicator-for-PICAXE/

7. בקרים ממשפחת PICAXE • משפחת PICAXE • A PICAXE microcontroller is designed to be the brain of your electronic project. Originally designed as an educational system for schools, the PICAXE system has now also been widely adopted by hundreds of thousands of 'hobbyists' due to its ease of use. Each year thousands of high school students are also introduced to electronics and microcontrollers via building a PICAXE project. • PICAXE chips are popular because they are very low-cost, and simple to program using free, easy-to-learn software. • The PICAXE chip can react to input sensors and switch outputs on and off accordingly. • The various different PICAXE chip sizes (8, 14, 18, 20, 28 and 40 pins) give great flexibility on how the system can be used - simply select the chip size as required for your project. On  PICAXE parts almost all the pins can be user configured to be an output, a digital (on/off) input, an analogue input or a touch sensor. Advanced features such as PWM, I2C, SPI,  RS232 and 1-Wire interfacing can also be easily achieved if required. • PICAXE Microcontrollers • A PICAXE chip is a standard Microchip PIC microcontroller that has been pre-programmed with the PICAXE bootstrap firmware code. The bootstrap code enables the PICAXE microcontroller to be re-programmed 'in position' directly via a simple 'three wire' download cable connection. This eliminates the need for an (expensive) conventional PIC programmer, making the whole download programming system a low-cost USB cable. The same software and download cable is used for all PICAXE chip sizes and project boards

8. בקרים ממשפחת PICAXE • תכנות PICAXE • רכיבי ה PICAXE תומכים באופן מלא בתוכנות גרפיות. • רכיבי ה PICAXE אינם נצרבים ע"י צורבים אלא ע"י כבל תקשורת - יתרון גדול.

9. בקרים ממשפחת PICAXE • מה צריך כדי להתחיל • רכיב PICAXE מחובר בתצורת מעגל בסיסי. • כבל תכנות (10$). • מקור מתח – 4.5V – 5.5V. • INPUTS + OUTPUTS

10. בקרים ממשפחת PICAXE • מעגל בסיסי עבור 28X2

11. בקרים ממשפחת PICAXE שימוש בתוכנת LOGICATOR כסביבת עבודה http://www.picaxe.com/Software/PICAXE/Logicator-for-PICAXE/ • סביבה גראפית. • תמיכה בכתיבת קוד ב PICBASIC. • אפשרות לצריבה ישר מהתוכנה. • סימולציה. • תמיכה בריצה במודLIVE ICE. • המון פונקציות מובנות(תקשורות, LCD,חיישני טמפ',SERVO,AUDIOוכו') • MANUALS : • 1)GETTING STARTED: http://www.picaxe.com/docs/picaxe_manual1.pdf • 2)BASIC COMMANDS : http://www.picaxe.com/docs/picaxe_manual2.pdf • 3)MICRO. INTERFACES: http://www.picaxe.com/docs/picaxe_manual3.pdf

12. תפעול פין יציאה • תכנות בסיסי – הבהוב נורות • שינויי מוצאים. • יצירת השהייה

13. קריאת פין כניסה • תכנות בסיסי – הדלקת נורות כתלות בכניסה • בדיקת כניסה דיגיטלית. • שינויי מוצאים. • יצירת השהייה.

14. שימוש בתצוגת LCD • שימוש בתצוגה (SERIAL LCD) • יתרונות ה SERIAL LCD: • ממשק חסכוני בפינים (דרוש קו אחד במקום 6 או 10). • שימוש בפונקצית תקשורת בסיסית (UART). • פשטות ההפעלה. • מחיר 15-20$ • צורת החיבור:

15. SERIAL LCD • כתיבת טקסט על תצוגת LCD

16. שימוש ב ADC והצגה על מסך • מדידת כניסה אנלוגיתADC)) והצגה על מסך LCD

17. מדידת טמפרטורה • מדידתטמפ' והצגה על מסך • שימוש ברכיב DS18B20

18. שליטה על מנוע סרוו • מהו מנוע סרוו?: • מנוע סרוו הוא מנוע זרם ישר בעל מערכת תמסורת פנימית של גלגלי שיניים ובקרה אלקטרונית על מיקום המנוע. מה שמיחד מנועי סרוו היא העובדה שהם אינם מסתובבים בצורה חופשית כמו מנועי DC, אלא נעים על פי זווית – לרוב בין 0 ל-180 מעלות.מנועי סרוו פועלים בחוג סגור, כלומר הינם בעלי בקרה על מיקום המנוע, ובעלי יכולת תיקון פערים מהמיקום הרצוי. • כיצד שולטים במנוע סרוו? • שליטה במנועי סרוו מבוצעת על ידי שליחת אות דיגיטאלי אל חוט הבקרה של המנוע. הרעיון הכללי הוא שליחת גל מרובע (Square Wave) אל המנוע, כאשר אורך הגל הוא זה שקובע את הזווית אליה ינוע המנוע. • לדוגמה, כאשר נספק למנוע גל בו רוחב הפולס הוא 1מילי-שנייה, המנוע ינוע אל זוויתו המינימאלית – 0 מעלות.כאשר נספק למנוע גל בו רוחב הפולס הוא 1.5 מילי-שנייה, המנוע ינוע אל זוויתו האמצעית – 90 מעלות.כאשר נספק למנוע גל בו רוחב הפולס הוא 2 מילי-שנייה, המנוע ינוע אל זוויתו הגדולה ביותר – 180 מעלות. • תרשים סכמטי:

19. שליטה על מנוע סרוו • סרוו המשך • שליטה על הסרוו ע"י פונקציה מוכנה .

20. שליטה אלחוטית אינפרה אדום • יתרונות: • שליטה נפוצה וזולה במערכות ביתיות. • חומרה פשוטה במקלט ואו במשדר. • מקלט ומשדר נתמכים באופן מלא ע"י LOGICATOR. • ניתן לקנות שלטים מוכנים לפרוטוקול המתאים(10$). • מימוש מקלט:

21. פרוייקט גמר • מערכת אזעקה • 4 חיישנים דיגיטליים(ON OFF) • 2 חיישנים אנלוגיים (שימוש ב ADC) • שימוש ב INFRARED כדי לדרוך ואו לכבות את המערכת. • שימוש ב LCD • שימוש בתקשורת למחשב (RS232 UART) • יצירת AUDIO בדמות אזעקה בהצלחה