مقاله بررسی علم الكترونیك (تایمرها و …)

مقاله بررسی علم الكترونیك (تایمرها و …)در 67 صفحه ورد قابل ویرایش  

چكیده:

تایمر دیجیتالی كه دراین پروژه طراحی شده است و معرفی می گردد دارای مشخصات زیر است:

- نمایش مراحل برنامه بر روی سون سگمنت (26 مرحله).

- حفظ مرحله برنامه در هنگام قطع برق با استفاده از باطری BACKUP .

-  انتخاب شروع از هرمرحله برنامه با استفاده از كلیدهای PROGRAM .

- كوچك بودن حجم مدار نسبت به نمونه های مشابه دیجیتالی .

اصولاً تایمر برای شمارش اتفاقات بكار می رود. و تعداد خاصی از این اتفاقات برای ما اهمیت دارد تا در این زمانهای خاص به یك دستگاه فرمان روشن یا خاموش بودن را بدهیم. دراصل تایمر دیجیتالی یك شمارنده است كه تعداد پالسهای ورودی را بصورت باینری می شمارد و اگر ما از میان این اعداد موردنظر خودمان را به وسیله یك دیكودر، دیكودر كنیم، به راحتی می توانیم به تعدادی خروجی فرمان دهیم.

مقدمه:

درعصری كه ما در آن زندگی می كنیم، علم الكترونیك یكی از اساسی ترین و كاربردی­ترین علومی است كه در تكنولوژی پیشرفته امروزه نقش مهمی را ایفا می كند.

الكترونیك دیجینتال یكی از شاخه های علم الكترونیك است كه منطق زیبای آن انسان را مجذوب خود می كند.

امروزه اكثر سیستمهای الكترونیكی به سمت دیجیتال سوق پیدا كرده است و این امر به علت مزایای زیادی است كه سیستمهای دیجیتال نسبت به مدارهای آنالوگ دارند.

مداری كه ادر این پروژه معرفی می گردد یك مدار فرمان میكرویی است كه به منظور جایگزینی برای نمونه مكانیكی آن طراحی گردیده است.

برای طراحی و ساخت یك تایمر ماشین لباسشویی، قبل از هرچیز باید ماشین لباسشویی، طرزكار و همچنین عملكرد قسمتهای مختلف آن را بشناسیم. برای این منظور در ابتدات به شرح قسمتهای مختلف آن می پردازیم:

اجزای زیر قسمتهای مختلف یك ماشین لباسشویی را تشكیل می دهند:

موتور ، پمپ تخلیه، المنت گرمكن، شیربرقی، اتوماتیك دما، هیدرو سوئیچ و تایمر.

اگر بخواهیم عملكرد ماشین لباسشویی را بطور خلاصه بیان كنیم، به این صورت است كه ابتدا شیرآب (شیربرقی) بازشده و آب مخزن را پر می كند. سپس درصورت نیاز، گرمكن آب مخزن را به گرمای مجاز می رساند. سپس موتور شروع به چرخاندن لباسهای كثیف می كند. سپس پمپ، آب كثیف را از مخزن به بیرون از ماشین پمپ    می كند. این سلسله عملیات ادامه دارد تا در انتها ماشین بطوراتوماتیك خاموش شده و متصدی دستگاه می تواند لباسهای شسته شده را از دستگاه خارج كند. فرمان تمام اجزای فوق را تایمر می دهد. برای آشنایی با تایمر مكانیكی، مختصری درمورد آن توضیح    می دهیم:

این تایمر به ا ین صورت عمل می كند كه یك موتور الكتریكی كوچك، یك محور را توسط چرخ دنده هایی می چرخاند و این محور یك سری دیسك های پلاستیكی هم محور را می چرخاند. این دیسك ها بر روی خود دارای برجستگی هایی است و برروی این برجستگی ها زائده هایی قرار می گیرند كه با چرخیدن دیسك، این زائده ها بالا و پایین رفته و پلاتین هایی را بازوبسته می كنند. و این پلاتین ها نیز به نوبه خود یك سری اتصال های الكتریكی قطع و وصل می شوند كه می توانند به عنوان فرمان های الكتریكی قسمتهای مختلف لباسشویی به كار روند. شكل زیر نحوه عملكرد این نوع تایمر را نشان می دهد:

تایمرهای مكانیكی دارای عیوب و مزایایی هستند كه در زیر به آنها اشاره می شود:

بسیارگران هستند، استفاده از این نوع تایمر باعث پیچیدگی سیم كشی داخل ماشین لباسشویی می شود، بر اثر كاركرد پلاتین های آن اكسیده شده و به خوبی عمل نمی كند.

از مزیتهای مهم تایمر مكانیكی می توان نویزپذیر نبودن آن را نام برد. قبل از تشریح مدار تایمردیجیتالی و عملكرد آن، ابتدا كمی درمورد دو عنصر هیدروسوئیچ و اتوماتیك دما كه درتمام ماشین های لباسشویی وجود دارد (وكمتر در دستگاههای الكتریكی دیده می شود) توضیح می دهیم:

تایمرهای لباسشویی یك سری مشخصات عمومی دارند كه برای همه انواع آن صادق است.

این مشخصات به قرار زیر است:

- نشان د ادن مرحله برنامه در هرلحظه.

- حفظ مرحله برنامه درهنگام قطع برق.

- انتخاب شروع برنامه از هرمرحله دلخواه.

- خاموش كردن  لباسشویی پس از اتمام به صورت اتوماتیك.

هیدروسوئیچ كه مخفف سوئیچ هیدرولیكی است یك عنصر مكانیكی است كه پربودن یا خالی بودن مخزن لباسشویی از آب را، تشخیص می دهد.

این عنصر از یك مخزن كوچك تشكیل شده كه داخل آن یك دیافراگم قراردارد. این مخزن دارای یك ورودی هوا است. وقتی هوا تحت فشار معینی به داخل آن برسد، دیافراگم به جلو حركت كرده و یك اتصال الكتریكی را قطع و یا وصل می كند.

علت استفاده از هیدروسوئیچ در ماشین لباسشویی یكی به این دلیل است كه وقتی شیربرقی آب را بازكرده وآب وارد مخزن لباسشویی می شود، پس از رسیدن حجم آب بیش از حد مجاز وارد مخزن شود.

حافظه نیمه رسانا : RAM و ROM

برنامه ها و داده در حافظه ذخیره می شوند. حافظه های كامپیوتر بسیار متنوعند و اجزای همراه آنها بسیار، و تكنولوژی بطور دائم و پی در پی موانع را برطرف می كند، بگونه ای كه اطلاع از جدیدترین پیشرفتها نیاز به مطالعه جامع و مداوم دارد. حافظه هایی كه بطور مستقیم توسط CPU قابل دستیابی می باشند، IC های (مدارهای مجتمع) نیمه رسانایی هستند كه RAM  و ROM نامیده می شوند. دو ویژگی RAM و ROM را از هم متمایز میسازد : اول آن كه RAM حافظه خواندنی / نوشتنی است درحالی كه ROM حافظه فقط خواندنی است و دوم آن كه RAM فرار است (یعنی محتویات آن هنگام نبود ولتاژ تغذیه پاك می شود) درحالی كه ROM غیر فرار می باشد .

اغلب سیستمهای كامپیوتری یك دیسك درایو ومقدار اندكی ROM دارند كه برای نگهداری روال های نرم افزاری كوتاه كه دائم مورد استفاده قرار می گیرند و عملیات ورودی / خروجی را انجام می دهند كافی است. برنامه های كاربران و داده، روی دیسك ذخیره می گردند و برای اجرا به داخل RAM بار می شوند. با كاهش مداوم در قیمت هربایت RAM، سیستمهای كامپیوتری كوچك اغلب شامل میلیونها بایت RAM       می باشند.

گذرگاهها : آدرس ، داده و كنترل

یك گذرگاه عبارت است از مجموعه ای از سیم ها كه اطلاعات را با یك هدف مشترك حمل می كنند. امكان دستیابی به مدارات اطراف CPU توسط سه گذرگاه فراهم        می شود: گذرگاه آدرس، گذرگاه داده و گذرگاه كنترل. برای هرعمل خواندن یا نوشتن، CPU موقعیت داده (یا دستورالعمل) را با قراردادن یك آدرس روی گذرگاه آدرس مشخص می كند و سپس سیگنالی را روی گذرگاه كنترل فعال می نماید تا نشان دهد كه عمل موردنظر خواندن است یا نوشتن. عمل خواندن، یك بایت داده را از مكان مشخص شده در حافظه برمی دارد و روی گذرگاه داده قرار می دهد. CPU داده را می خواند و دریكی از ثبات های داخلی خود قرار می دهد. برای عمل نوشتن CPU داده را روی گذرگاه داده می گذارد. حافظه، تحت تأثیر سیگنال كنترل، عملیات را بعنوان یك سیكل نوشتن، تشخیص می دهد و داده را درمكان مشخص شده ذخیره می كند.

اغلب، كامپیوترهای كوچك 16 یا 20 خط آدرس دارند. با داشتن n خط آدرس كه هریك می توانند در وضعیت بالا(1) یا پایین (0) باشند، ⁿ 2 مكان قابل دستیابی است. بنابراین یك گذرگاه آدرس 16 بیتی می تواند به 65536 = ¹⁶ 2 مكان، دسترسی داشته باشد و برای یك آدرس 20 بیتی 1048576 = ²⁰ 2 مكان قابل دستیابی است. علامت اختصاری K (برای كیلو) نماینده 1024 = ¹⁰ 2 می باشد، بنابراین 16 بیت می تواند     K 64 = ¹⁰ 2 × ⁶ 2 مكان را آدرس دهی كند درحالی كه 20 بیت می تواند                K 1024 = ¹⁰ 2 × ¹⁰ 2 ( یا Meg 1) را آدرس دهی نماید.

گذرگاه داده اطلاعات را بین CPU و حافظه یا بین CPU و قطعات I/O منتقل می كند. تحقیقات دامنه داری كه برای تعیین نوع فعالیتهایی كه زمان ارزشمند اجرای دستورالعملها را دریك كامپیوتر صرف می كنند، انجام شده است نشان می دهد كه كامپیوترها دوسوم وقتشان را خیلی ساده صرف جابجایی داده می كنند. ازآن جا كه عمده عملیات جابجایی بین یك ثبات CPU و RAM یا ROM خارجی انجام می شود تعداد خطهای (یا پهنای) گذرگاه داده در كاركرد كلی كامپیوتر اهمیت شایانی دارد. این محدودیت پهنا، یك تنگنا به شمار می رود: ممكن است مقادیر فراوانی حافظه در سیستم وجود داشته باشد و CPU از طریق گذرگاه داده – توسط پهنای گذرگاه داده محدود   می شود. به علت اهمیت این ویژگی، معمول است كه یك پیشوند را كه نشان دهنده اندازه این محدودیت است اضافه می كنند. عبارت «كامپیوتر 16بیتی» به كامپیوتری با 16 خط در گذرگاه داده اشاره می كند. اغلب كامپیوترها در طبقه بندی 4 بیت، 8 بیت، 16 بیت یا 32 بیت قرار می گیرند و توان محاسباتی كلی آنها با افزایش پهنای گذرگاه داده، افزایش می یابد.

ورودی های نوسان ساز روی تراشه

همان طور كه در شكل 2-2 نشان داده شده است. 8051 دارای یك نوسان ساز روی تراشه است و معمولاً با یك كریستال كه به پایه های 18 و19 متصل می شود، به راه   می افتد. خازنهای پایدار كننده نیز به صورت نشان داده شده، مورد نیاز هستند. فركانس نامی كریسال برای اغلب ICهای خانواده MCS-51^TM ، 12 مگاهرتز است، هر چند كه 80C31BH-1 می تواند با فركانسهایی تا 16 مگاهرتز نیز كار كند. نوسان ساز روی تراشه الزاماً نیازی به یك كریستال ندارد.

اتصالات تغذیه

8051 با یك تغذیه 5+ ولتی كار می كند. اتصال V_cc به پایه 40 و V_ss (زمین) به پایه 20 وصل می شود.

ساختار درگاه I/O

نوشتن در پایه یك درگاه، داده را در یك ذخیره ساز درگاه بار می كند. در اثر این عمل یك ترانزیستور اثر میدانی (FET) كه به پایه درگاه وصل شده است، راه اندازی میشود. قابلیت راه اندازی برای درگاههای 2,1 و 3 به اندازه چهار TTL شاتكی كم مصرف و برای درگاه 0 به اندازه هشت عدد از همین نوع TTL می باشد.

توجه كنید كه مقاومت بالابرنده در درگاه 0 وجود ندارد. (مگر هنگامی كه به عنوان گذرگاه خارجی آدرس و داده عمل می كند). ممكن است یك مقاومت بالابرنده خارجی بسته به مشخصات ورودی وسیله ای كه توسط درگاه راه اندازی می شود، مورد نیاز باشد.

در 8051 دو قابلیت «خواندن ذخیره ساز» و «خواندن پایه» وجود دارد. دستورالعملهایی كه عمل بخوان- تغییر بده- بنویس را بكار می برند (مثل CPL P1.5)، برای پرهیز از تشخیص نادرست سطح ولتاژ در مواقعی كه پایه بشدت تحت بار قرار دارد (مثل هنگامی كه بیس یك ترانزیستور را تحریك می كند)، عمل خواندن را از ذخیره ساز انجام می دهند و دستورالعملهایی كه یك بیت از درگاه وارد می كنند (مثل P1.5، MOV C)، پایه را  می خوانند. ذخیره ساز درگاه در این مورد باید شامل1 منطقی باشد و گرنه EET راه انداز روشن می شود و خروجی را پایین می كشد. Reset كردن سیستم همة ذخیره سازهای درگاه را 1 می كند. پس اگر یك ذخیره ساز درگاه پاك شود (مثل CLR P1.5)، متعاقب آن نمی توان از پایه به عنوان ورودی استفاده كرد، مگر این كه ابتدا ذخیره ساز 1 شود. (SET P1.5)