مقاله بررسي علم الكترونيك (تايمرها و …)

مقاله بررسي علم الكترونيك (تايمرها و …)در 67 صفحه ورد قابل ويرايش  

چكيده:

تايمر ديجيتالي كه دراين پروژه طراحي شده است و معرفي مي گردد داراي مشخصات زير است:

- نمايش مراحل برنامه بر روي سون سگمنت (26 مرحله).

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

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

- كوچك بودن حجم مدار نسبت به نمونه هاي مشابه ديجيتالي .

اصولاً تايمر براي شمارش اتفاقات بكار مي رود. و تعداد خاصي از اين اتفاقات براي ما اهميت دارد تا در اين زمانهاي خاص به يك دستگاه فرمان روشن يا خاموش بودن را بدهيم. دراصل تايمر ديجيتالي يك شمارنده است كه تعداد پالسهاي ورودي را بصورت باينري مي شمارد و اگر ما از ميان اين اعداد موردنظر خودمان را به وسيله يك ديكودر، ديكودر كنيم، به راحتي مي توانيم به تعدادي خروجي فرمان دهيم.

مقدمه:

درعصري كه ما در آن زندگي مي كنيم، علم الكترونيك يكي از اساسي ترين و كاربردي­ترين علومي است كه در تكنولوژي پيشرفته امروزه نقش مهمي را ايفا مي كند.

الكترونيك ديجينتال يكي از شاخه هاي علم الكترونيك است كه منطق زيباي آن انسان را مجذوب خود مي كند.

امروزه اكثر سيستمهاي الكترونيكي به سمت ديجيتال سوق پيدا كرده است و اين امر به علت مزاياي زيادي است كه سيستمهاي ديجيتال نسبت به مدارهاي آنالوگ دارند.

مداري كه ادر اين پروژه معرفي مي گردد يك مدار فرمان ميكرويي است كه به منظور جايگزيني براي نمونه مكانيكي آن طراحي گرديده است.

براي طراحي و ساخت يك تايمر ماشين لباسشويي، قبل از هرچيز بايد ماشين لباسشويي، طرزكار و همچنين عملكرد قسمتهاي مختلف آن را بشناسيم. براي اين منظور در ابتدات به شرح قسمتهاي مختلف آن مي پردازيم:

اجزاي زير قسمتهاي مختلف يك ماشين لباسشويي را تشكيل مي دهند:

موتور ، پمپ تخليه، المنت گرمكن، شيربرقي، اتوماتيك دما، هيدرو سوئيچ و تايمر.

اگر بخواهيم عملكرد ماشين لباسشويي را بطور خلاصه بيان كنيم، به اين صورت است كه ابتدا شيرآب (شيربرقي) بازشده و آب مخزن را پر مي كند. سپس درصورت نياز، گرمكن آب مخزن را به گرماي مجاز مي رساند. سپس موتور شروع به چرخاندن لباسهاي كثيف مي كند. سپس پمپ، آب كثيف را از مخزن به بيرون از ماشين پمپ    مي كند. اين سلسله عمليات ادامه دارد تا در انتها ماشين بطوراتوماتيك خاموش شده و متصدي دستگاه مي تواند لباسهاي شسته شده را از دستگاه خارج كند. فرمان تمام اجزاي فوق را تايمر مي دهد. براي آشنايي با تايمر مكانيكي، مختصري درمورد آن توضيح    مي دهيم:

اين تايمر به ا ين صورت عمل مي كند كه يك موتور الكتريكي كوچك، يك محور را توسط چرخ دنده هايي مي چرخاند و اين محور يك سري ديسك هاي پلاستيكي هم محور را مي چرخاند. اين ديسك ها بر روي خود داراي برجستگي هايي است و برروي اين برجستگي ها زائده هايي قرار مي گيرند كه با چرخيدن ديسك، اين زائده ها بالا و پايين رفته و پلاتين هايي را بازوبسته مي كنند. و اين پلاتين ها نيز به نوبه خود يك سري اتصال هاي الكتريكي قطع و وصل مي شوند كه مي توانند به عنوان فرمان هاي الكتريكي قسمتهاي مختلف لباسشويي به كار روند. شكل زير نحوه عملكرد اين نوع تايمر را نشان مي دهد:

تايمرهاي مكانيكي داراي عيوب و مزايايي هستند كه در زير به آنها اشاره مي شود:

بسيارگران هستند، استفاده از اين نوع تايمر باعث پيچيدگي سيم كشي داخل ماشين لباسشويي مي شود، بر اثر كاركرد پلاتين هاي آن اكسيده شده و به خوبي عمل نمي كند.

از مزيتهاي مهم تايمر مكانيكي مي توان نويزپذير نبودن آن را نام برد. قبل از تشريح مدار تايمرديجيتالي و عملكرد آن، ابتدا كمي درمورد دو عنصر هيدروسوئيچ و اتوماتيك دما كه درتمام ماشين هاي لباسشويي وجود دارد (وكمتر در دستگاههاي الكتريكي ديده مي شود) توضيح مي دهيم:

تايمرهاي لباسشويي يك سري مشخصات عمومي دارند كه براي همه انواع آن صادق است.

اين مشخصات به قرار زير است:

- نشان د ادن مرحله برنامه در هرلحظه.

- حفظ مرحله برنامه درهنگام قطع برق.

- انتخاب شروع برنامه از هرمرحله دلخواه.

- خاموش كردن  لباسشويي پس از اتمام به صورت اتوماتيك.

هيدروسوئيچ كه مخفف سوئيچ هيدروليكي است يك عنصر مكانيكي است كه پربودن يا خالي بودن مخزن لباسشويي از آب را، تشخيص مي دهد.

اين عنصر از يك مخزن كوچك تشكيل شده كه داخل آن يك ديافراگم قراردارد. اين مخزن داراي يك ورودي هوا است. وقتي هوا تحت فشار معيني به داخل آن برسد، ديافراگم به جلو حركت كرده و يك اتصال الكتريكي را قطع و يا وصل مي كند.

علت استفاده از هيدروسوئيچ در ماشين لباسشويي يكي به اين دليل است كه وقتي شيربرقي آب را بازكرده وآب وارد مخزن لباسشويي مي شود، پس از رسيدن حجم آب بيش از حد مجاز وارد مخزن شود.

حافظه نيمه رسانا : RAM و ROM

برنامه ها و داده در حافظه ذخيره مي شوند. حافظه هاي كامپيوتر بسيار متنوعند و اجزاي همراه آنها بسيار، و تكنولوژي بطور دائم و پي در پي موانع را برطرف مي كند، بگونه اي كه اطلاع از جديدترين پيشرفتها نياز به مطالعه جامع و مداوم دارد. حافظه هايي كه بطور مستقيم توسط CPU قابل دستيابي مي باشند، IC هاي (مدارهاي مجتمع) نيمه رسانايي هستند كه RAM  و ROM ناميده مي شوند. دو ويژگي RAM و ROM را از هم متمايز ميسازد : اول آن كه RAM حافظه خواندني / نوشتني است درحالي كه ROM حافظه فقط خواندني است و دوم آن كه RAM فرار است (يعني محتويات آن هنگام نبود ولتاژ تغذيه پاك مي شود) درحالي كه ROM غير فرار مي باشد .

اغلب سيستمهاي كامپيوتري يك ديسك درايو ومقدار اندكي ROM دارند كه براي نگهداري روال هاي نرم افزاري كوتاه كه دائم مورد استفاده قرار مي گيرند و عمليات ورودي / خروجي را انجام مي دهند كافي است. برنامه هاي كاربران و داده، روي ديسك ذخيره مي گردند و براي اجرا به داخل RAM بار مي شوند. با كاهش مداوم در قيمت هربايت RAM، سيستمهاي كامپيوتري كوچك اغلب شامل ميليونها بايت RAM       مي باشند.

گذرگاهها : آدرس ، داده و كنترل

يك گذرگاه عبارت است از مجموعه اي از سيم ها كه اطلاعات را با يك هدف مشترك حمل مي كنند. امكان دستيابي به مدارات اطراف CPU توسط سه گذرگاه فراهم        مي شود: گذرگاه آدرس، گذرگاه داده و گذرگاه كنترل. براي هرعمل خواندن يا نوشتن، CPU موقعيت داده (يا دستورالعمل) را با قراردادن يك آدرس روي گذرگاه آدرس مشخص مي كند و سپس سيگنالي را روي گذرگاه كنترل فعال مي نمايد تا نشان دهد كه عمل موردنظر خواندن است يا نوشتن. عمل خواندن، يك بايت داده را از مكان مشخص شده در حافظه برمي دارد و روي گذرگاه داده قرار مي دهد. CPU داده را مي خواند و دريكي از ثبات هاي داخلي خود قرار مي دهد. براي عمل نوشتن CPU داده را روي گذرگاه داده مي گذارد. حافظه، تحت تأثير سيگنال كنترل، عمليات را بعنوان يك سيكل نوشتن، تشخيص مي دهد و داده را درمكان مشخص شده ذخيره مي كند.

اغلب، كامپيوترهاي كوچك 16 يا 20 خط آدرس دارند. با داشتن n خط آدرس كه هريك مي توانند در وضعيت بالا(1) يا پايين (0) باشند، ⁿ 2 مكان قابل دستيابي است. بنابراين يك گذرگاه آدرس 16 بيتي مي تواند به 65536 = ¹⁶ 2 مكان، دسترسي داشته باشد و براي يك آدرس 20 بيتي 1048576 = ²⁰ 2 مكان قابل دستيابي است. علامت اختصاري K (براي كيلو) نماينده 1024 = ¹⁰ 2 مي باشد، بنابراين 16 بيت مي تواند     K 64 = ¹⁰ 2 × ⁶ 2 مكان را آدرس دهي كند درحالي كه 20 بيت مي تواند                K 1024 = ¹⁰ 2 × ¹⁰ 2 ( يا Meg 1) را آدرس دهي نمايد.

گذرگاه داده اطلاعات را بين CPU و حافظه يا بين CPU و قطعات I/O منتقل مي كند. تحقيقات دامنه داري كه براي تعيين نوع فعاليتهايي كه زمان ارزشمند اجراي دستورالعملها را دريك كامپيوتر صرف مي كنند، انجام شده است نشان مي دهد كه كامپيوترها دوسوم وقتشان را خيلي ساده صرف جابجايي داده مي كنند. ازآن جا كه عمده عمليات جابجايي بين يك ثبات CPU و RAM يا ROM خارجي انجام مي شود تعداد خطهاي (يا پهناي) گذرگاه داده در كاركرد كلي كامپيوتر اهميت شاياني دارد. اين محدوديت پهنا، يك تنگنا به شمار مي رود: ممكن است مقادير فراواني حافظه در سيستم وجود داشته باشد و CPU از طريق گذرگاه داده – توسط پهناي گذرگاه داده محدود   مي شود. به علت اهميت اين ويژگي، معمول است كه يك پيشوند را كه نشان دهنده اندازه اين محدوديت است اضافه مي كنند. عبارت «كامپيوتر 16بيتي» به كامپيوتري با 16 خط در گذرگاه داده اشاره مي كند. اغلب كامپيوترها در طبقه بندي 4 بيت، 8 بيت، 16 بيت يا 32 بيت قرار مي گيرند و توان محاسباتي كلي آنها با افزايش پهناي گذرگاه داده، افزايش مي يابد.

ورودي هاي نوسان ساز روي تراشه

همان طور كه در شكل 2-2 نشان داده شده است. 8051 داراي يك نوسان ساز روي تراشه است و معمولاً با يك كريستال كه به پايه هاي 18 و19 متصل مي شود، به راه   مي افتد. خازنهاي پايدار كننده نيز به صورت نشان داده شده، مورد نياز هستند. فركانس نامي كريسال براي اغلب ICهاي خانواده MCS-51^TM ، 12 مگاهرتز است، هر چند كه 80C31BH-1 مي تواند با فركانسهايي تا 16 مگاهرتز نيز كار كند. نوسان ساز روي تراشه الزاماً نيازي به يك كريستال ندارد.

اتصالات تغذيه

8051 با يك تغذيه 5+ ولتي كار مي كند. اتصال V_cc به پايه 40 و V_ss (زمين) به پايه 20 وصل مي شود.

ساختار درگاه I/O

نوشتن در پايه يك درگاه، داده را در يك ذخيره ساز درگاه بار مي كند. در اثر اين عمل يك ترانزيستور اثر ميداني (FET) كه به پايه درگاه وصل شده است، راه اندازي ميشود. قابليت راه اندازي براي درگاههاي 2,1 و 3 به اندازه چهار TTL شاتكي كم مصرف و براي درگاه 0 به اندازه هشت عدد از همين نوع TTL مي باشد.

توجه كنيد كه مقاومت بالابرنده در درگاه 0 وجود ندارد. (مگر هنگامي كه به عنوان گذرگاه خارجي آدرس و داده عمل مي كند). ممكن است يك مقاومت بالابرنده خارجي بسته به مشخصات ورودي وسيله اي كه توسط درگاه راه اندازي مي شود، مورد نياز باشد.

در 8051 دو قابليت «خواندن ذخيره ساز» و «خواندن پايه» وجود دارد. دستورالعملهايي كه عمل بخوان- تغيير بده- بنويس را بكار مي برند (مثل CPL P1.5)، براي پرهيز از تشخيص نادرست سطح ولتاژ در مواقعي كه پايه بشدت تحت بار قرار دارد (مثل هنگامي كه بيس يك ترانزيستور را تحريك مي كند)، عمل خواندن را از ذخيره ساز انجام مي دهند و دستورالعملهايي كه يك بيت از درگاه وارد مي كنند (مثل P1.5، MOV C)، پايه را  مي خوانند. ذخيره ساز درگاه در اين مورد بايد شامل1 منطقي باشد و گرنه EET راه انداز روشن مي شود و خروجي را پايين مي كشد. Reset كردن سيستم همة ذخيره سازهاي درگاه را 1 مي كند. پس اگر يك ذخيره ساز درگاه پاك شود (مثل CLR P1.5)، متعاقب آن نمي توان از پايه به عنوان ورودي استفاده كرد، مگر اين كه ابتدا ذخيره ساز 1 شود. (SET P1.5)