آموزش ساخت ربات (میکروکنترلر)

میکروکنترلر چیست: میکروکنترلر رو درواقع می توان یه کامپیوتر کوچولو در قالب یه چیپ برای کنترل وسایل الکترونیکی (در اینجا ربات) تلقی کرد. تفاوت میکروکنترلر با میکروپروسسور در اینه که میکروکنترلر دارای یک CPU ٫مقدار محدودی RAM ٬ ROM ٬ پورت های I/O و تایمر در درون خود می باشد در صورتی که میکروپروسسور فقط یه CPU هست و شما باید RAM, ROM ,… رو به صورت اجزای جانبی به اون متصل کنید (درست مثل CPU کامپیوتر). برای همین میکروکنترلرها تک منظوره ولی میکروپروسسورها همه منظوره هستند. با این تفاسیر میکروکنترلرها دارای کارایی های خاص خودشون مثلا در ماشین لباسشویی٬ ماکروویو٬ تلفن و البته ربات هاو… هستند یعنی جایی که استفاده از میکروپروسسور نه از نظر کارایی و نه از نظر اقتصادی عقلانیه! تازه فهمیدیم میکرو یعنی چی

انتخاب میکرو(مناسب ربات ما:

 در انتخاب میکرو فاکتورهای زیادی دخیله: ۱-هزینه  ۲-سرعت  ۳-کارایی و قابلیت ها  ۴-راحتی کار با آن و… در حال حاضر در بازار ایران میکروهای متنوعی ازجمله ۸۰۵۱ از اینتل٬ PIC از میکروچیپ تکنولوژی و AVR از شرکت ATMEL هواخواهان زیادی دارن. همچنین آمارها نشون داده که در ساخت ربات اکثرا از PIC استفاده شده (در آمریکا :)) ولی من می خوام این پروژه رو با AVR انجام بدم چون تقریبا کم هزینه (۳۵۰۰) هستش٬ هم کارایی های مناسبی داره٬ هم برنامه نویسی برا اون آسونه (هم C داره هم Basic تازه کلی هم نرم افزار Emulator, Simulator ,… داره) و تازه پروگرمر ائن بسیار ساده و کم خرجه. با این حال فکر نمی کنم نوع میکرو تفاوتی در نقشه مدار و.. بزاره بجز کد و کامپایلر میکرو که سعی می کنم مال PIC یا حتی ۸۰۵۱ رو هم در کنار AVR زمیمه کنم. پس کسایی که با AVR کار نکردن اصلا نگران نباشن.راستی یادم رفت بگم برا این ربات از AVR مدل Atmega32 استفاده خواهم کرد (مفت ۳۵۰۰  و برای آموزش برنامه نویسی اون با وجود کامپایلرهای متنوعی چون Bascom (بیسیک) و CodeVision (سی) من Bascom رو انتخاب می کنم تا تازه کارهای برنامه نویسی هم مشکلی نداشته باشن (بیسیک که دیگه کاری نداره!). فکر نمی کنم چیزی ناگفته مونده باشه! پس از جلسه بعد آموزش ساخت پروگرمر و یکم آموزش برنامه نویسی AVR ٬البته فقط در حد کار خودمون -ربات- رو خواهیم داشت.

جلسه قبل کمی در مورد میکرو و میکروی مناسب کار خودمون صحبت کردیم. این جلسه می خوام به طور کلی تر راجع به قابلیت های میکروی AVR بخصوص مدل Atmega32 صحبت کنم. بزارین بعضی از قابلیت های مهم مربوط به کار خودمون رو بصورت لیست بنویسم:

  • کارایی بالا و توان مصرف کم
  • سرعت بسیار بالا نسبت به سایر میکروها
  • 32K حافظه فلش داخلی قابل برنامه ریزی
  • پایداری حافظه فلش: قابلیت 10000 بار نوشتن و پاک کردن
  • 2K حافظه داخلی SRAM
  • 2 تایمر-کانتر 8 بیتی و یک تایمر-کانتر 16 بیتی
  • …..

برنامه نویسی

Atmega32:
همونطور که گفته بودم برای برنامه نویسی این میکرو از Basic و کامپایلر معروف Bascom استفاده می کنم (لینک دانلود این کامپایر رو آخر پست گذاشتم). چون من می خوام خیلی گزرا به چند تکنیک وتابع این زبان اون که در برنامه نویسی رباتمون استفاده میشه اشاره کنم اصلا وقت نمیشه درباره یکی یکی ابزارهای محیط این کامپایلر توضیح بدم. اما در آینده با آموزش پروپه های دیگه حتما اونا رو هم پوشش خواهم داد.

همونطور می بینید فقط 7 تا منو از قرار File, Edit, Program, Options, Tools, Window, Help داره. منوی File, Edit, Window, Help تمام برنامه های ویندوز که با هم مو نمی زنه پس اینا هیچ :). منوی Options هم که از اسمش پیداست برای تنضیمات کامپایلر و معرفی نوع و مدل میکرو و.. هست که البته هنگام پروگرام کردن میکرومون سراغش میایم و توضیحات کافی رو میدم. می مونه منوی Program که درواقع گزینه هایی برای کامپایل کد, Syntax Check و شبیه سازی داره که به مجرد شروع برنامه نویسی باهمینا باید سروکله بزنیم.حتما Bascom رو دانلود کنید و یکم وارسیش کنید چون پس فردا که برگشتم دیگه تفره نمی رم و دیگه آموزش کد نویسی رو خواهیم داشت که اون هم یکی دو جلسه بیشتر طول نمی کشه و بعد میریم سر مباحث الکترونیکی رباتمون. اما باور کنبد لذت برنامه نویسی و سروکله زدن با میکرو اونم AVR چیزی کم از ساخت ربوت نداره

بدنه یک برنامه در محیط

Bascom:
منظور از بدنه حداقل کد یک برنامه هستش بدون هیچ فرمانی)  بدنه یک برنامه در محیط Bascom شامل تعیین نوع میکرو مورد استفاده٬ کریستال٬ پایان و گزینه های اختیاری دیگری است که در زیر معرفی میشن.

معرفی میکرو:

برای شروع یک برنامه در محیط Bascom ابتدا بایستی میکروی مورد نظر تعریف گردد. چون توصیه من در استفاده از مدل ATMEGA16|32|128 بود٬ بنابراین فعلا به علت زیق در همه چی فقط به تعریف همین ۳ مدل بسنده می کنم:

$REGFILE = VAR       ‘فرم کلی تعریف٫ “وار” یه رشته معرف مدل خاص میکروی مورد نظر هستش
$REGFILE =  “M16def.dat”       ‘MEGA 16 MCU این برا مدل
$REGFILE =  “M32def.dat”       ‘MEGA 32 MCU این برا مدل
$REGFILE =  “M128def.dat”     ‘MEGA 128 MCU این برا مدل

کریستال:

برای مشخص کردن فرکانس کریستال (میکرو ها باید به یه قطعه خارجی بنام کریستال وصل بشن) استفاده شده برحسب هرتز از دستور CRYSTAL = X$ استفاده می نماییم X فرکانس کریستال استفاده شده بر حسب هرتز است. خوشبختانه AVR دارای یک کریستال 1MHZ داخلی هستش که واقعا یک نعمته! اما حتی برای استفاده از اون هم باید این دستور رو بکار ببریم. مثال:

$CRYSTAL = 100000        ‘1MHz internal
$CRYSTAL = 140000        ’14MHz external

یاداشت(اختیاری): گاهی نیاز است یاداشتهایی برای اطلاعات بیشتر در برنامه اضافه کنید٬ در Bascom هم مثل بیسیک می تونید با علامت “ ‘ ” یا REM اینکارو انجام بدید. درست مثل یادداشت های اضافی که من در مثالهای قسمتهای قبل استفاده کردم! مثال:

Print “Hello World”      ‘این دستور بعدا معرفی میشه

REM این هم یه مدل دیگه از یادداشت اختیاریه

همچنین در پایان هر برنامه باید از کلمه END استفاده کنید که مثل یک حلقه بی پایان عمل می کنه (مثلا در سی باید همیشه یه حلقه درست کنی. یه کار تکراری) و دلیل استفادش چه در این کامپایر و برای این میکرو و چه در سایر کامپایلرها و برای میکروهای دیگه٬ اینه که سیستم برنامه میکرو با کامپیوتر فرق فوکوله و اگه از END یا حلقه بی پایان استفاده نکنیم برنامه همینطور میره پایین و سایر آدرس های حافظه میکرو رو به خیال ادامه برنامه میخونه که این باعث Error میشه دیگه! پس End یادتون نره!خوب دیگه از گزینه های اجباری بدنه تغریبا چیزی نموند و برای اینجلسه هم کافیه! جلسه بعد آموزش نحوه تعریف شرط و حلقه و … در Bascom رو داریم پس حتما مطلب رو دنبال کنید.