کلاس آموزش زبان c و نرم افزار کدویژن

[hadi elec]

به نام خدا

با سلام به همه دوستان
خب با توجه به برنامه ریزی قبلی برای اموزش زبان c و نرم افزار کدویژن و برنامه نویسی AVR تصمیم به شروع اموزش گرفتیم
و در این تاپیک بصورت مرحله مرحله مطالب عنوان خواهند شد


ترتیب مطالب:
1- توضیح زبان c و بیان نکته های مربوط به برنامه نویسی
2- توضیح نرم افزار کد ویژن و نکته های مربوط به برنامه نویسی
3- توضیح طراحی پروژه و نحوه پروگرم کردن میکروکنترلر

با تشکر از همه

[hadi elec]

از اونجایی که اگر دوستان سوالات خودشونو اینجا بپرسن نظم مطالب به هم میخوره و ممکنه سوالات پس و پیش باشن و رشته کلام پاره بشه
خواهشا تمام سوالات خود را صرفا در این تاپیک مطرح کنید تا هم سوالات در یک محل متمرکز باشند و هم سوالات شما به راهنمایی بقیه هم کمک کند



-سوال و جواب مربوط به اموزش c و کدویژن



ممنون

[hadi elec]

مقدمه ای بر زبان c و c++

قبل ار هر مطلبی این نکته رو بگم که برای برنامه نویسی AVR و کار با کدویژن بین زبان C و C++ هیچ تفاوتی نیست

تاریخچه زبان C برای بررسی تاریخچه زبان C باید به سال 1967 بازگردیم که مارتین ریچاردز زبان BCPL را برای نوشتن نرم افزارهای سیستم عامل و کامپایلر در دانشگاه کمبریج ابداع کرد. سپس در سال 1970 کن تامپسون زبان B را بر مبنای ویژگیهای زبان BCPL نوشت و از آن برای ایجاد اولین نسخه های سیستم عامل Unix در آزمایشگاههای بل استفاده کرد. زبان C در سال 1972 توسط دنیس ریچی از روی زبان B و BCPL در آزمایشگاه بل ساخته شد و ویژگیهای جدیدی همچون نظارت بر نوع داده ها نیز به آن اضافه شد. ریچی از این زبان برای ایجاد سیستم عامل Unix استفاده کرد اما بعدها اکثر سیستم عاملهای دیگر نیز با همین زبان نوشته شدند. این زبان با سرعت بسیاری گسترش یافت و چاپ کتاب "The C Programming Language" در سال 1978 توسط کرنیگان و ریچی باعث رشد روزافزون این زبان در جهان شد.

متاسفانه استفاده گسترده این زبان در انواع کامپیوترها و سخت افزارهای مختلف باعث شد که نسخه های مختلفی از این زبان بوجود آید که با یکدیگر ناسازگار بودند. در سال 1983 انستیتوی ملی استاندارد آمریکا (ANSI) کمیته ای موسوم به X3J11 را را مامور کرد تا یک تعریف فاقد ابهام و مستقل از ماشین را از این زبان تدوین نماید. در سال 1989 این استاندارد تحت عنوان ANSI C به تصویب رسید و سپس در سال 1990، سازمان استانداردهای بین المللی (ISO) نیز این استاندارد را پذیرفت و مستندات مشترک آنها تحت عنوان ANSI/ISO C منتشر گردید.

در سالهای بعد و با ظهور روشهای برنامه نویسی شی گرا نسخه جدیدی از زبان C بنام C++ توسط بیارنه استراوستروپ در اوایل 1980 در آزمایشگاه بل توسعه یافت. در C++ علاوه بر امکانات جدیدی که به زبان C اضافه شده است، خاصیت شی گرایی را نیز به آن اضافه کرده است.

با گسترش شبکه و اینترنت، نیاز به زبانی احساس شد که برنامه های آن بتوانند برروی هر ماشین و هر سیستم عامل دلخواهی اجرا گردد. شرکت سان مایکروسیستمز در سال 1995 میلادی زبان Java را برمبنای C و C++ ایجاد کرد که هم اکنون از آن در سطح وسیعی استفاده می شود و برنامه های نوشته شده به آن برروی هر کامپیوتری که از Java پشتیبانی کند (تقریبا تمام سیستمهای شناخته شده) قابل اجرا می باشد. شرکت مایکروسافت در رقابت با شرکت سان، در سال 2002 زبان جدیدی بنام C# (سی شارپ) را ارائه داد که رقیبی برای Java بشمار می رود .

برنامه نویسی ساخت یافته در دهه 1960 میلادی توسعه نرم افزار دچار مشکلات عدیده ای شد. در آن زمان سبک خاصی برای برنامه نویسی وجود نداشت و برنامه ها بدون هیچگونه ساختار خاصی نوشته می شدند. وجود دستور پرش (goto) نیز مشکلات بسیاری را برای فهم و درک برنامه توسط افراد دیگر ایجاد می کرد، چرا که جریان اجرای برنامه مرتبا دچار تغییر جهت شده و دنبال کردن آن دشوار می گردید. لذا نوشتن برنامه ها عملی بسیار زمان بر و پرهزینه شده بود و معمولا اشکال زدایی، اعمال تغییرات و گسترش برنامه ها بسیار مشکل بود. فعالیتهای پژوهشی در این دهه باعث بوجود آمدن سبک جدیدی از برنامه نویسی بنام روش ساخت یافته گردید؛ روش منظمی که باعث ایجاد برنامه هایی کاملا واضح و خوانا گردید که اشکال زدایی و خطایابی آنها نیز بسیار ساده تر بود.

اصلی ترین نکته در این روش عدم استفاده از دستور پرش (goto) است. تحقیقات بوهم و ژاکوپینی نشان داد که می توان هر برنامه ای را بدون دستور پرش و فقط با استفاده از 3 ساختار کنترلی ترتیب، انتخاب و تکرار نوشت.

ساختار ترتیب، همان اجرای دستورات به صورت متوالی (یکی پس از دیگری) است که کلیه زبانهای برنامه نویسی در حالت عادی به همان صورت عمل می کنند.

ساختار انتخاب به برنامه نویس اجازه می دهد که براساس درستی یا نادرستی یک شرط، تصمیم بگیرد کدام مجموعه از دستورات اجرا شود.

ساختار تکرار نیز به برنامه نویسان اجازه می دهد مجموعه خاصی از دستورات را تا زمانی که شرط خاصی برقرار باشد، تکرار نماید.

هر برنامه ساختیافته از تعدادی بلوک تشکیل می شود که این بلوکها به ترتیب اجرا می شوند تا برنامه خاتمه یابد (ساختار ترتیب). هر بلوک می تواند یک دستورساده مانند خواندن، نوشتن یا تخصیص مقدار به یک متغیر باشد و یا اینکه شامل دستوراتی باشد که یکی از 3 ساختار فوق را پیاده سازی کنند. نکته مهم اینجاست که درمورد دستورات داخل هر بلوک نیز همین قوانین برقرار است و این دستورات می توانند از تعدادی بلوک به شرح فوق ایجاد شوند و تشکیل ساختارهایی مانند حلقه های تودرتو را دهند.

نکته مهم اینجاست که طبق قوانین فوق یک حلقه تکرار یا بطور کامل داخل حلقه تکرار دیگر است و یا بطور کامل خارج آن قرار می گیرد و هیچگاه حلقه های متداخل نخواهیم داشت.

از جمله اولین تلاشها در زمینه ساخت زبانهای برنامه نویسی ساختیافته، زبان پاسکال بود که توسط پروفسور نیکلاس ویرث در سال 1971 برای آموزش برنامه نویسی ساختیافته در محیطهای آموزشی ساخته شد و بسرعت در دانشگاهها رواج یافت. اما بدلیل نداشتن بسیاری از ویژگیهای مورد نیاز مراکز صنعتی و تجاری در بیرون دانشگاهها موفقیتی نیافت.

کمی بعد زبان C ارائه گردید که علاوه بر دارا بودن ویژگیهای برنامه نویسی ساختیافته بدلیل سرعت و کارایی بالا مقبولیتی همه گیر یافت و هم اکنون سالهاست که بعنوان بزرگترین زبان برنامه نویسی دنیا شناخته شده است.


خب تا اینجا این مقدمه فکر میکنم کافی باشه

[hadi elec]

خب تا اینجا با ماهیت و دلیل به وجود اومدن زبان C اشنا شدید
اما قبل از اینکه شروع به گفتن نکته ها و دستورات برنامه لازمه کمی در مورد نوع برنامه نویسی و ایده پردازی صجبت کنیم

ببینید دوستان وقتی که میخوایم برنامه نویسی کنیم و برنامه ای برای پروژه ای بنویسیم مثلا میخواهیم برنامه ای برای چشمک زدن یه led بنویسیم
اول باید بدونیم که از چه دستوراتی و با چه شرایطی میخوایم استفاده کنیم
و اینکه مهم تر اینه که چه اتفاقاتی برای اجر و به انجام رسیدن برنامه میخواد بیوفته
مثلا برای همون چشمک زدن led اول led باید روشن بشه و مدتی روشن بمونه و بعد خاموش بشه و مدتی خاموش بمونه تا دوباره روشن بشه
این اتفاق رو در غالب فلو چارت بصورت الگوریتمی مینویسیم و ترتیب اجرای برنامه رو بررسی میکنیم و اگر ایرادی توش ندیدیم شروع میکنیم به معادل سازی برنامه با دستورات برنامه نویسی و فرمول نویسی
فولچارت هم قوانین خاص خود را دارد ولی در کل مطلب مهمی به حساب نمیاد
و صرفا برای اینکه نکات برنامه نویسی رو تفهیم کنیم ازش استفاده میکنیم

برای تبدیل همین برنامه ای که در بالا بصورت فارسی عنوان شد به فرمول زبان c نیاز به دونستن بعضی مطالب ساده هست
اول اینکه برنامه رو در غالب یک تابع باید بنویسیم
برای توضیح تابع میتونم این مثال ساده رو بزنم که وقتی میخوایم مقاله ای بنویسیم همونطور که تمام مطالب پشت سر هم نوشته نمیشن و پاراگراف بندی میکنیم تابع هم تقریبا همچین حکمی رو داره
ما یک تابع اصلی داریم به اسم:
}()main
{
در واقع محدوده دستورات داخلی تابع با {} مشخص میشود و دستورات تابع دستوراتی به حساب میایند که درون اکولاد نوشته میشن
و نوع تابع رو داخل پرانتز مینوسیم
وقتی چیزی نوشته نمیشود به این معنی میباشد که تابع قرار نیست نتیجه محاسبات خود را به تابع دیگری منتقل کند و اصطلاحا مقداری را بر نمیگرداند
پس تمام دستورات داخل این تابع اصلی قرار میگیرد
اما هنوز تا کامل شدن برنامه زمان زیادی مانده است

[hadi elec]

اما قبل از نوشتن تابع اصلی ما نیاز داریم که متغیر هایی که قراره باهاشون کار کنیم رو معرفی کنیم تا کامپایلر اونا رو بشناسه و باتونه تغییرات لازم رو روشنو انجام بده
ما چند نوع متغیر داریم که در نوع و اندازه نکاتی دارن
در تصویر زیر جدول بندی متغیر ها و اندازشونو رو میبینید


به عنوان مثال:
;int x
bit y;
در تعاریف بالا متغیر بدون مقدار اولیه تعریف شده است

int x=2;
bit y=1;
در متغیر های بالا مقداری برای متغیر ها تعریف شده است که در اولین خطی که از متغیر در برنامه استفاده میشود با این مقدار متغیر وارد کار میشود

[hadi elec]

خب باز هم برای نوشتن یه برنامه یه کار دو کار مونده
اولیش دونشتن فایلهای کتابخونه ای هست
دومیشم اشنایی با دستورات

برای هر نوع محاسبه ای یه فابل کتابخونه ای تعریف میکنن که تمام فرمول هاو الگوریتم های محاسبه رو توی خودش داره و ما با دونستن مشخصات فایل و نیاز خودمون اون رو اول برنامه فراخوانی میکنیم
مثلا برای انجام محاسبات ریاضی در حد سینوس و کسینوس و غیره باید حتما فایل math.h رو اول برنامه فراخوان کنیم
و اینطوری هم باید نوشتن< include<math.h# درواقع این دستورات کتابخونه ای اولین دستوراتی هستند که باید بنویسیم
بعد تعریف متغیر و بعد ایجاد تابع اصلی نوشتن دستورات
#include<math.h>
int x;
main()
{
mahale neveshtane dasturate mohasebati
}

دوستان فراموش نکنید ما فعلا در حال مطالعه دستورات هستیم و هنوز در مورد منطق برنامه نویسی صحبت نکردیم
فعلا شما نمیتونید با این اطلاعات برنامه نویسی کنید

[hadi elec]

خب ما تا اینجا با تقریبا 70 درصد نکات مربوط به شروع برنامه نویسی اشنا شدیم
قبل از ادامه دو تا نکته باید بگم
1- حجم مطالب مربوط به زبانc خیلی زیاده در صورتی که شاید برای کار با avr تنها به 10 درصد این مطالب نیاز باشه
بنابر این ما توی این اموزش بنا رو روی کاربرد زبان c روی avr گذاشتیم و صرفا در همون حد اموزش داده میشه
ما از زبان c برای کار با avr فقط به این اطلاعات نیاز داریم
انواع متغیر ها و محدوده هاشون و نوع مقدار دهیشون- انواع دستورات شرطی و حلقه ها و نوع و محل استفادشون- و نکته خیلی مهمتر : نوع تابع نویسی و فراخوانی توابع


2- نحوه اجرای یک برنامه توی محیط ویندوز و با cpu با نحوه اجرای یک برنامه تو میکروکنترلر فرق داره


پس این دو نکته رو به خاطر بسپارید
اول یه توضیح مختصری درباره نکته دوم میگم و بعد میرم سراغ ادامه کار چون از اینجا به بعد باید به منطق اجرای برنامه تو میکروکنترلر مسلط باشیم خوب به این مطالب دقت کنید

وقتی شما یه برنامه رو توی محیط ویندوز مینویسید و به کامپایلر دستور run میدید برنامه با سرعت و فرکانس کاری cpu شروع به کار میکنه
این موضوع توی میکروکنترلر با فرکانس کتری میکرو کنترلر میشه که اون فرکانس رو هم با انتخاب کریستال (قطعه نوسان ساز و تولید کننده کلاک پالس میکرو) مناسب تعیین میکنیم
فرکانس کاری میکر.کنترلر های avr بین 0 تا 16 مگاهرتز هست

معمولا توی محیط کامپیوتر برنامه تا زمانی اجرا میشه که ما میخواهیم و تعیین میکنیم ولی توی میکرو برنامه به هیچ عنوان نباید قفل کنه و یا از اجرا شدن بیوفته
و معمولا مدت زمان طولانی باید در حالتrun باشه
شما فرض کنید که یک برنامه چشمک زن ساده نوشتید این برنامه شاید حتی به مدت چند سال روی یه برد قرار باشه اجرا بشه پس ما باید جوری برنامه رو بنویسیم که صرفا بصورت کنترل شده متوقف بشه
برای همین منظور ما تمام برنامه ها رو توی یه حلقه بینهایت (حلقه ای که هیچ وقت شرطش نقض نمیشود و دائما درست است) مینویسیم تا همیشه در حال اجرا بمونه
اینکه دستور این شرط چیه باشه برای کمی بعد تر که به بحث زبان c برگشتیم

همیشه یادتون باشه وقتی یه برنامه میخواد run بشه کامپایلر یک بار بصورت سریع و کلی برنامه رو میخونه تا تعداد و مقدار متغیر ها رو متوجه بشه
و بعد از آن بصورت خط به خط شروع به خواند و اجرای برنامه میکنه و اگر روی یه خط گیر کنه تا زمانی که اونو اجرا نکنه و یا شرط محقق نشه همونجا میمونه و به خط بعد نمیره
بنابراین باید توی نوشتن شرطها و بخصوص حلقه ها خیلی دفت کنید

کد دستور حلقه بی نهایت رو هم الان دربارش صحبت میکنیم و ادامه دستورات باشه برای پست بعدی
یکی از حلقه های ساده و معروف و پر کاربرد حلقه while هست
و بصورت زیر نوشته میشه
}()while


{

شرط این حلقه داخل پرانتز نوشته میشه
و دستوراتی که در زمان اجرای حلقه باید اجرا بشن بین دو اکولاد نوشته میشن

برای این که این حلقه به یه حلقه بی نهایت تبدیل بشه باید شرطش همیشه درست باشه و هیچوقت نقض نشه
خب برای اینکار یه راه حل ساده هست
}(1)while
{

به همین سادگی
الان این حلقه تا ابد میتونه بدون هیچ مشکلی کار کنه

[hadi elec]

خب با توجه به اطلاعات گفته شده تا اینجا
یه برنامه خیلی ساده مینویسیم و تحلیلش میکنیم

#include<delay.h>
#include<mega16.h>
;int x
viod main()
{
while()
{
x=1;
delay_ms(1000);
x=0;
delay_ms(1000);
q
}}

خب اول دو تا فایل کتابخونه ای معرفی کردیم یکی مربوط به میکرو atmrga16 هست و اون یکی هم مربوط به تاخیر زمانی هست(delay)
بعد یه متغیر از نوع اینتیجر تعریف میکنیم
و بعد تابع اصلی برنامه باز میشه
یه نکته درباره اکولاد ها یادتون باشه که تعداد باز شدن و بسته شدن ها باید برابر باشه
وقتی تابعی شروع میشه اکولادشو هم باز میکنیم
بعد یه حلقه بی نهایت شروع میشه
و به متغیر مقدار یک میدیم
توی خط بعدی یه تاخیر 1000 میلی ثانیه ای(یک ثانیه ای) تعریف میکنیم
و دوباره بعدش مقدار صفر رو به متغیر میدیم
و باز هم بعدش همون تاخیر رو اعمال میکنیم
و بعد برنامه تموم میشه
البته کد ها تموم میشه وگرنه این برنامه بعد از اجرای تاخیر دوم به خط بعد از خود دستور while میپره و این کار بی نهایت بار انجام میشه
همون طور که میبینیدبه تعداد همون دو اکولاد باز شده دو اکولاد رو میبندیم
تا اینجا اگر سوالی هست بپرسید البته توی قسمت سوال و جواب

[hadi elec]

خب دوستان بعد ز توضیحات اجمالی درباره نحوه اجرای برنامه و منطق برنامه به بخش مهم برنامه نویسی میرسیم
در واقع خوب یاد گرفتن دستورات خیلی خیلی مهم هست
این دستورات حکم ابزار کار رو دارن براتون

اولین و پر کاربرد ترین دستور دستوره if هست
و بصورت زیر نوشته میشه
}(شرط)if

{


و نحوه اجرا به این صورت هست که در صورتی که شرط داخل پرانتز درست بود دستورات داخل اکولاد شروع به اجرا شدن میکنن و در صورتی که شرط داخل پرانتز نقض شد برنامه به اولین خط بعد از اکولاد ها میپره و دستورات اونجا اجرا میشه

نکته جالب اینه که چون اینجا این فقط یه شرط هست برای اجرای دستورات فقط یک بار درستی شرط بررسی میشه
از اونحایی که ما این if رو داریم توی یه حلقه بی نهایت مینویسیم که توی اون دستورات خط به خط بررسی میشن
اگر شرط درست باشه دستورات داخل اکولاد if اجرا میشن و برنامه ادامه پیدا میکنه تا زمانی که دوباره به اول شرط برسه و دوباره بخواد درستی شرط رو بررسی کنه
و اینبار اگر شرط غلط باشه برنام از بعد از اکولاد اجرا میشه و ادامه پیدا میکنه دوباره تا زمانی که دوبراه به شرط برسه برنامه

if(x>0){
x=x+1;
{

خب توی برنامه بالا وقتی برنامه به اول دستور میرسه شرط رو بررسی میکنه
اگر متغیر مقداری مثبت داشت وارد دستورات این شرط میشه که این دستور هم میگه که یک واحد به این متغیر اضافه بشه
الان ببینید چجوری یه واحد به یه متغیر اضافه میکنیم
این چیزی که نوشته شده رو با قوانین ریاضی مقایسه نکنید که هنگ میکنید
این مدل برنامه نویسیه دیگه
حال
ا اگر برنامه به اول دستورif بریسه و شرط نقض بشه دیگه این اضافه شدن یک واحدی اتفاق نمیوفته و برنامه پرش میکنه به بعد از دستور if

[hadi elec]

دستور while رو هم که توضیح دادم
در واقع همونجایی که نوشته شده(while(1
شما میتونید به جای 1 همون شرط خودتونو بنویسید
مثلا (r>2) ,
یا (t!=8)
اگر هم بخوایم دو تا شرط رو با هم andکنید میتونید از علامت&& بین دوتا شرط استفاده کنید (w >9 && e<7)
برای or هم میتونید از علامت || استفاده کنید

توضیح عملکرد دستور:
وقتی برنامه به دستور while میرسه شرط رو بررسی میکنه
اگر درست بود وارد حلقه میشه و تمام دستوراتی که توی اکولاد هست رو اجرا میکنه و وقتی به خط آخر رسید باز به اول میره و دوباره شرط رو بررسی میکنه
اگر درست بود دوباره به همون رویه قبلی ادامه میده این کار n بار میتونه ادامه پیدا کنه
در واقع تا جایی که شرط نقض بشه اونوقت برنامه به اولین خط بعد از بسته شدن اکولاد حلقه while میره و از اونجا شروع به اجرا میکنه
ما توی این دستور انتخابی برای تعداد دفعات اجرای دستورات حلقه نداریم
مگر اینکه با محاسباتی جوری شرط رو تعیین کنیم که فقط یه تعداد دفعه خاص دستورات اجرا بشت و در نهایت شرط نقض بشه
اما دستوری هست که دقیقا ما میتونیم تعداد دفعات خونده شدن دستورات حلقه رو تعیین کنیم