مقاله بررسی علم الكترونیك (تایمرها و …)

تحقیق بررسی علم الكترونیك (تایمرها و …);پژوهش بررسی علم الكترونیك (تایمرها و …);مقاله بررسی علم الكترونیك (تایمرها و …);دانلود تحقیق بررسی علم الكترونیك (تایمرها و …);بررسی علم الكترونیك (تایمرها و …);علم الكترونیك ;تایمرها

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.

دلیل دیگر استفاده از هیدروسوئیچ، وابسته نبودن حجم آب پرشده درون مخزن، به فشار آب ورودی است. اتوماتیك دما هم یك نوع ترموستات الكتریكی است كه با قطع و وصل به موقع المنت گرمكن، دمای آب مخزن لباسشویی را طبق انتخاب ما ثابت نگه می دارد.

مدارتغذیه:

درشكل نمای كلی از مدار تغذیه به كار برده شده در این پروژه را نشان می دهیم. كه آن را به اختصار شرح می دهیم.

باتری V1 ولتاژ كمتری نسبت به V2 دارد پس D2 هدایت كرده و روشن است و D1 خاموش است. ما دراینجا از رگولاتور (7805) استفاده كرده ایم كه ولتاژ ورودی آن بین 6 تا 10 و كاهنده می باشد كه 5 ولت خروجی دارد.

در اینجا به خاطر رسیدن به 5 ولت از Ic(7805) استفاده می كنیم.

مدار داخلی (7805):

یك مدار كلكتور مشترك است كه تقویت ولتاژ ندارد و تقویت جریان دارد.

علت استفاده از دیود D1 در مدار تغذیه:

اگر D1 در مدار نباشد باتری 9 ولت همیشه در مدار است اما ا گر D1 در مدار باشد وقتی باتری 9 ولت وارد مدار می شود كه ولتاژ تغذیه شهر قطع شود.

علت استفاده از D2: برای اینكه ولتاژی از باتری به منبع تغذیه نرود.

مدار تشخیص قطع و وصل بودن برق شهر:

1- نحوه قرارگرفتن پایه های رگولاتور به صورت زیراست:

2- مقاومتهای بایاس ترانزیستور با مقادیر مشخص شده به كار رفته اند.

3- علت استفاده از خازن C1 : یك صافی است، برای اینكه روی میكرو پارازیت نیافتد.

این مدار به منظور رساندن پیامی به میكرو در مدار قرارداده شده تا میكرو را از وضعیت برق شهر مطلع كند .

این مدار یك ولتاژ نمونه از منبع تغذیه اصلی دریافت كرده و اگر جریان برق شهر برقرار باشد خروجی این مدار صفر و در غیراین صورت خروجی مدار 1 می باشد. كه میكرو از روی این اختلاف ولتاژ به بودن یا نبودن برق شهر پی می برد.

این مدار تغذیه دارای یك مدار فرمان است كه این مدار فرمان به میكرو متصل می باشد. تا زمانی كه برق شهر رفت، به میكرو فرمان دهد كه تمام خروجی ها را خاموش كند.

این مدار تغذیه 2 ورودی دارد كه درحالت seven segment دستگاه خاموش میشود ، و میكرو به حالت استندبای می رود.

«مدار قدرت»

این مدار ، مدار اپتو كوپلر (بایاس ترایاك) است .

اپتوكوپلرها برای ایزوله كردن مدار فرمان از مدار قدرت بكار می روند به این ترتیب كه فرمان گیت ترایاك توسط یك LED به آن اعمال می شود. بین LED و ترایاك هیچ پایه مشتركی وجود ندارد.

درصورت مستقیم وصل كردن مدار فرمان به مدار قدرت علاوه براین اشكالات نویز باعث برق دار شدن مدار فرمان می شود.

برای برطرف كردن این اشكال 2 راه وجود دارد. 1- استفاده از ترانس پالس 2- اپتو كوپلر در روش ترانس پالس، به وسیله یك ترانس پالس مدار فرمان از قدرت جدا می شود.

به این ترتیب كه با اعمال پالس ازطرف مدارفرمان در سر دیگر ترانس پالس یك پالس مربعی ایجاد می شود كه ازآن می توان برای فرمان دادن مدارات قدرت استفاده كرد.

1- ترانزیستور: از خروجی میكرو جریان كمی می گذرد به خاطر تقویت جریان برای رسیدن به ورودی opto IC IC استفاده می شود.

* مدار پیشنهادی برای راه اندازی تریاك IC(opto copler) توسط اپتوكوپلر

میكروها، مینی ها و كامپیوترهای مركزی

به عنوان یك نقطه شروع، كامپیوترها براساس اندازه و توان آنها با عنوان میكروكامپیوترها، مینی كامپیوترها و كامپیوترهای مركزی دسته بندی می شوند. یك ویژگی كلیدی میكروكامپیوترها اندازه و بسته بندی CPU می باشد كه از یك مدار مجتمع واحد – یعنی یك ریزپردازنده تشكیل شده است. از طرف دیگر مینی كامپیوترها و كامپیوترهای مركزی علاوه بر آن كه در برخی جزئیات معماری، پیچیده تر هستند، CPU هایی مشتمل برچندین IC دارند كه از چند IC (در مینی كامپیوترها) تا چندین برد مدار متشكل از IC ها (در كامپیوترهای مركزی) تغییر می كند و این برای به دست آوردن سرعت های بالا و توان محاسباتی كامپیوترهای بزرگتر ضروری است.

میكروكامپیوترهایی مثل Apple Macintosh IBM PC و Commodore Amiga یك ریزپردازنده را به عنوان CPU بكار برده اند. ROM RAM و مدارهای واسطه به IC های زیادی نیاز دارند و تعداد قطعات اغلب به همراه توان محاسبه افزایش می یابد. مدارهای واسطه از لحاظ پیچیدگی بسته به ابزارهای I/O تفاوت قابل ملاحظه ای دارند. برای مثال راه اندازی بلندگو كه در اغلب میكروكامپیوترها وجود دارد تنها نیازمند یك جفت گیت منطقی است و درمقابل، رابط دیسك معمولا شامل IC های زیادی است كه بعضاً در بسته های LSI قرار دارند.

ویژگی دیگری كه میكروها را از مینی ها و كامپیوترهای مركزی جدا می كند آن است كه میكروكامپیوترها سیستمهایی تك اجرایی و تك كاربر هستند یعنی با یك كاربر ارتباط متقابل دارند و یك برنامه را دریك زمان اجرا می كنند. از طرف دیگر مینی ها و كامپیوترهای مركزی سیستمهایی چند اجرایی و چندكاربر هستند یعنی می توانند به كاربران و برنامه های زیادی بطور همزمان سرویس دهند. درعمل، اجرای همزمان برنامه ها توهمی است كه در نتیجه عمل «برش زمان» توسط CPU بوجود می آید (با این همه سیستمهای چندپردازشی از چندین CPU برای انجام همزمان وظایف استفاده می كنند).

مقایسه ریزپردازنده ها با میكروكنترلرها

پیش از این خاطر نشان شد كه ریزپردازنده ها CPU هایی تك تراشه هستند و درمیكروكامپیوترها به كار می روند. پس فرق میكروكنترلرها با ریزپردازنده ها چیست؟ با این سؤال از سه جنبه می توان برخورد كرد: معماری سخت افزار، كاربردها و ویژگی های مجموعه دستورالعمل ها .

معماری سخت افزار

برای روشن ساختن تفاوت بین میكروكنترلرها و ریزپردازنده ها، شكل 2-1 برای نشان دادن جزئیات بیشتر دوباره رسم شده است (شكل 6-1 را ملاحظه كنید).

درحالی كه ریزپردازنده یك CPU ی تك تراشه ای است، مكروكنترلر دریك تراشه واحد شامل یك CPU و بسیاری از مدارات لازم برای یك سیستم میكروكامپیوتری كامل می باشد. علاوه بر CPU میكروكنترلرها شامل ROM RAM یك رابط سریال، یك رابط موازی، تایمر و مدارات زمان بندی وقفه می باشند كه همگی دریك IC قراردارند . البته مقدار RAM روی تراشه حتی به میزان آن دریك سیستم میكروكامپیوتری كوچك هم نمی رسد اما آنطور كه خواهیم دید این مسأله محدودیتی ایجاد نمی كند زیرا كاربردهای میكروكنترلر بسیار متفاوت است.

یك ویژگی مهم میكروكنترلرها، سیستم وقفه موجود در داخل آنهاست. میكروكنترلرها به عنوان ابزارهای كنترل گرا اغلب برای پاسخ بی درنگ به محركهای خارجی (وقفه ها) مورد استفاده قرار می گیرند. یعنی باید در پاسخ به یك «اتفاق»، سریعا یك فرآیند را معوق گذارده، به فرآیند دیگر بپردازند. بازشدن دریك اجاق مایكروویو مثالی است از یك اتفاق كه ممكن است باعث ایجاد یك وقفه در یك سیستم میكروكنترلری شود. البته اغلب ریزپردازنده ها می توانند سیستمهای وقفه قدرتمندی را به اجرا بگذارند، اما برای این كار معمولا نیاز به اجزای خارجی دارند. مدارات روی تراشه یك میكروكنترلر شامل تمام مدارات موردنیاز برای بكارگیری وقفه ها می باشد.

كاربردها

ریزپردازنده ها اغلب به عنوان CPU در سیستم های میكروكامپیوتری بكار می روند. این كاربرد دلیل طراحی آنها و جایی است كه می توانند توان خود را به نمایش بگذارند. با این وجود میكروكنترلرها در طراحی های كوچك با كمترین اجزاء ممكن كه فعالیتهای كنترل گرا انجام میدهند نیز یافت می شوند. این طراحی ها در گذشته با چند دوجین یا حتی صدها IC دیجیتال انجام می شد. یك میكروكنترلر می تواند در كاهش تعدا كل اجزا، كمك كند. آنچه كه موردنیاز است عبارت است از یك میكروكنترلر، تعداد كمی اجزاء پشتیبان و یك برنامه كنترلی در ROM. میكروكنترلرها برای «كنترل» ابزارهای I/O در طراحی هایی با كمترین تعداد اجزاء ممكن مناسب هستند، اما ریزپردازنده ها برای «پردازش» اطلاعات در سیستمهای كامپیوتری مناسبند.

ویژگیهای مجموعه دستورالعمل ها

به علت تفاوت در كاربردها، مجموعه دستورالعمل های موردنیاز برای میكروكنترلرها تا حدودی با ریزپردازنده ها تفاوت دارد. مجموعه دستورالعمل ها ی ریزپردازنده ها برعمل پردازش تمركز یافته اند و در نتیجه دارای روشهای آدرس دهی قدرتمند به همراه دستورالعمكل هایی برای انجام عملیات روی حجم زیاد داده می باشند. دستورالعمل ها روی چهاربیت ها، بایت ها، كلمه ها یا حتی كلمه های مضاعف عمل می كنند. روشهای آدرس دهی با استفاده از فاصله های نسبی و اشاره گری های آدرس امكان دسترسی به آرایه های بزرگ داده را فراهم می كنند. حالت های افزایش یك واحدی اتوماتیك و كاهش یك واحدی، حركت گام به گام روی بایت ها، كلمه ها و كلمه های مضاعف را در آرایه ها آسان می كنند. دستورالعمل های رمزی نمی توانند در داخل برنامه كاربر اجرا شوند وبسیاری ویژگی های دیگر از این قبیل.

از طرف دیگر میكروكنترلرها مجموعه دستورالعمل هایی مناسب برای كنترل ورودی ها و خروجی ها دارند. ارتباط با بسیاری از ورودی ها و خروجی ها تنها نیازمند یك بیت است. برای مثال یك موتور توسط یك سیم پیچ كه توسط یك درگاه خروجی یك بیتی انرژی دریافت می كند، روشن و خاموش شود. میكروكنترلرها دستورالعمل هایی برای 1كردن و 0كردن بیت های جداگانه دارند و دیگر عملیات روی بیت ها مثل OR AND یا EXOR كردن منطقی بیت ها، پرش درصورت1 یا پاك بودن یك بیت و مانند آنها را نیاز انجام می دهند. این خصیصه مفید بندرت در ریزپردازنده ها یافت می شود زیرا آنها معمولا برای كار روی بایت ها یا واحدهای بزرگتر داده طراحی می شوند.

برای كنترل و نظارت بر ابزارها (شاید توسط یك رابط تك بیتی)، میكروكنترلرها مدارات داخلی و دستورالعمل هایی برای عملیات ورودی/ خروجی، زمانبندی اتفاقات و فعال كردن و تعیین اولویت وقفه های ناشی از محرك های خارجی دارند. ریزپردازنده ها اغلب به مدارات اضافی (IC های رابط سریال، كنترل كننده های وقفه، تایمرها و غیره) برای انجام اعمال مشابه نیاز دارند. با این همه در قدرت پردازش محض، یك میكروكنترلر هرگز به ریزپردازنده نمی رسد (اگر در بقیه موارد یكسان باشند)، زیرا بخش عمده «فضای واقعی» IC میكروكنترلر صرف تهیه امكانات روی تراشه می شود البته به قیمت كاهش توان پردازش.

از آنجا كه فضاهای واقعی در تراشه برای میكروكنترلرها اهمیت دارند دستورالعمل ها باید بی نهایت فشرده باشند و اساسا در یك بایت پیاده سازی شوند. یكی از نكات در طراحی جادادن برنامه كنترلی در داخل ROM روی تراشه است، زیرا افزودن حیت یك ROM روی تراشه است، زیرا افزودن حتی یك ROM خارجی هزینه نهایی تولید را بسیار افزایش می دهد. به رمزدرآوردن فشرده برای مجموعه دستورالعمل های میكروكنترلر اساسی است ، در حالی كه ریزپردازنده ها بندرت دارای این ویژگی می باشند، روشهای آدرس دهی قدرتمند آنها بعث به رمزدرآوردن غیر فشرده دستورالعمل ها می شود.
بررسی اجمالی پایه ها

در اینجا، معماری سخت افزار 8051 با نگاهی از بیرون به پایه های آن، معرفی می‌شود (شكل 2-2) و در ادامه شرح مختصری از عملكرد هر پایه ارائه می گردد.

همان طور كه در شكل 2-2 دیده می شود 32 پایه از 40 پایه 8051 به عنوان خطوط درگاه I/O عمل می كنند. معهذا 24 خط از این خطوط دو منظوره هستند (26 خط در 8032/8052). هر یك از این خطوط می توانند به عنوان I/O یا خط كنترل و یا بخشی از گذرگاه آدرس یا گذرگاه داده به كار روند.

در طراحی هایی كه با كمترین مقدار حافظه و دیگر قطعات خارجی انجام می شوند، از این درگاهها به عنوان I/O همه منظوره استفاده می كنند. هر هشت خط یك درگاه می تواند به صورت یك واحد در ارتباط با وسایل موازی مانند چاپگرها و مبدلهای دیجیتال به آنالوگ بكار رود. و یا هر خط به تنهایی با وسایل تك بیتی مثل سوئیچ ها، LEDها، ترانزیستورها، سیم پیچ ها، موتورها و بلندگوها ارتباط برقرار كند.
درگاه 0

درگاه 0، یك درگاه دو منظوره از پایه 32 تا 39 تراشه 8051 می باشد. این درگاه در طراحی های با كمترین اجزای ممكن به عنوان یك درگاه I/O عمومی استفاده می شود. در طراحی های بزرگتر كه از حافظه خارجی استفاده می كنند، این درگاه یك گذرگاه آدرس و داده مالتی پلكس شده می باشد. (به بخش 6-2 حافظة خارجی مراجعه كنید)
درگاه 1

درگاه 1 درگاه اختصاصی I/O روی پایه های 1 تا 8 است. پایه های P1.0 تا P1.7 در صورت نیاز برای ارتباط با وسایل خارجی بكار می روند. وظیفه دیگری برای پایه های درگاه 1 درنظر گرفته نشده است، بنابراین آنها گهگاه برای ارتباط با وسایل خارجی بكار می روند. استثناء در IC های 8032/8052 كه از P1.0 و P1.1 به عنوان خطوط I/O و یا ورودی تایمر سوم استفاده می شود.
درگاه 2

درگاه 2 (پایه های 21 تا 28) یك درگاه دو منظوره است كه به عنوان I/O عمومی و یا بایت بالای گذرگاه آدرس در طراحی با حافظه كد خارجی به كار می رود. این درگاه همچنین در طراحی هایی كه به بیش از 256 بایت از حافظه داده خارجی نیاز دارند نیز استفاده می شود.
درگاه3

درگاه 3 یك درگاه دو منظوره روی پایه های 10 تا 17 می باشد. علاوه بر I/O عمومی این پایه ها هر یك وظایف دیگری نیز در رابطه با امكانات خاص 8051 دارند. وظایف خاص پایه های درگاه 3 و درگاه 2 در جدول 2-2 خلاصه شده است.

لینک دانلود و توضیحات فایل”مقاله بررسی علم الكترونیك (تایمرها و …)”