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

چکیده:

تایمر دیجیتالی که 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 کلیدهای PROGRAM .

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

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

مقدمه:

درعصری که ما در آن زندگی می کنیم، علم الکترونیک یکی از اساسی ترین و کاربردی­ترین علومی است که در تکنولوژی پیشرفته امروزه نقش مهمی را ایفا می کند.

الکترونیک دیجینتال یکی از شاخه های علم الکترونیک است که منطق زیبای آن انسان را مجذوب خود می کند.

امروزه اکثر سیستمهای الکترونیکی به سمت دیجیتال سوق پیدا کرده است و این امر به علت مزایای زیادی است که سیستمهای دیجیتال نسبت به مدارهای آنالوگ دارند.

مداری که ادر این پروژه معرفی می گردد یک مدار فرمان میکرویی است که به منظور جایگزینی برای نمونه مکانیکی آن طراحی گردیده است.

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

اجزای زیر قسمتهای مختلف یک ماشین لباسشویی را تشکیل می دهند:

موتور ، پمپ تخلیه، المنت گرمکن، شیربرقی، اتوماتیک دما، هیدرو سوئیچ و تایمر.

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

این تایمر به ا ین صورت عمل می کند که یک موتور الکتریکی کوچک، یک محور را توسط چرخ دنده هایی می چرخاند و این محور یک سری دیسک های پلاستیکی هم محور را می چرخاند. این دیسک ها بر روی خود دارای برجستگی هایی است و برروی این برجستگی ها زائده هایی قرار می گیرند که با چرخیدن دیسک، این زائده ها بالا و پایین رفته و پلاتین هایی را بازوبسته می کنند. و این پلاتین ها نیز به نوبه خود یک سری اتصال های الکتریکی قطع و وصل می شوند که می توانند به عنوان فرمان های الکتریکی قسمتهای مختلف لباسشویی به کار روند. شکل زیر نحوه عملکرد این نوع تایمر را نشان می دهد:

تایمرهای مکانیکی دارای عیوب و مزایایی هستند که در زیر به آنها اشاره می شود:

بسیارگران هستند، استفاده از این نوع تایمر باعث پیچیدگی سیم کشی داخل ماشین لباسشویی می شود، بر اثر کارکرد پلاتین های آن اکسیده شده و به خوبی عمل نمی کند.

از مزیتهای مهم تایمر مکانیکی می توان نویزپذیر نبودن آن را نام برد. قبل از تشریح مدار تایمردیجیتالی و عملکرد آن، ابتدا کمی درمورد دو عنصر هیدروسوئیچ و اتوماتیک دما که درتمام ماشین های لباسشویی وجود دارد (وکمتر در دستگاههای الکتریکی دیده می شود) توضیح می دهیم:

تایمرهای لباسشویی یک سری مشخصات عمومی دارند که 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 کردن  لباسشویی پس از اتمام به صورت اتوماتیک.

هیدروسوئیچ که مخفف سوئیچ هیدرولیکی است یک عنصر مکانیکی است که پربودن یا خالی بودن مخزن لباسشویی از آب را، تشخیص می دهد.

این عنصر از یک مخزن کوچک تشکیل شده که داخل آن یک دیافراگم قراردارد. این مخزن دارای یک ورودی هوا است. وقتی هوا تحت فشار معینی به داخل آن برسد، دیافراگم به جلو حرکت کرده و یک اتصال الکتریکی را قطع و یا وصل می کند.

علت استفاده از هیدروسوئیچ در ماشین لباسشویی یکی به این دلیل است که وقتی شیربرقی آب را بازکرده 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 کامپیوتر بسیار متنوعند و اجزای همراه آنها بسیار، و تکنولوژی بطور دائم و پی در پی موانع را برطرف می کند، بگونه ای که اطلاع از جدیدترین پیشرفتها نیاز به مطالعه جامع و مداوم دارد. حافظه هایی که بطور مستقیم توسط CPU قابل دستیابی می باشند، IC های (مدارهای مجتمع) نیمه رسانایی هستند که RAM  و ROM نامیده می شوند. دو ویژگی RAM و ROM را از هم متمایز میسازد : اول آن که RAM حافظه خواندنی / نوشتنی است درحالی که ROM حافظه فقط خواندنی است و دوم آن که RAM فرار است (یعنی محتویات آن هنگام نبود ولتاژ تغذیه پاک می شود) درحالی که ROM غیر فرار می باشد .

اغلب سیستمهای کامپیوتری یک دیسک درایو ومقدار اندکی ROM دارند که برای نگهداری روال های نرم افزاری کوتاه که دائم مورد استفاده قرار می گیرند و عملیات ورودی / خروجی را انجام می دهند کافی است. برنامه های کاربران و داده، روی دیسک ذخیره می گردند و برای اجرا به داخل RAM بار می شوند. با کاهش مداوم در قیمت هربایت RAM، سیستمهای کامپیوتری کوچک اغلب شامل میلیونها بایتRAM       می باشند.

گذرگاهها : آدرس ، داده و کنترل

یک گذرگاه عبارت است از مجموعه ای از سیم ها که اطلاعات را با یک هدف مشترک حمل می کنند. امکان دستیابی به مدارات اطراف CPU توسط سه گذرگاه فراهم        می شود: گذرگاه آدرس، گذرگاه داده و گذرگاه کنترل. برای هرعمل خواندن یا نوشتن، CPU موقعیت داده (یا دستورالعمل) را با قراردادن یک آدرس روی گذرگاه آدرس مشخص می کند و سپس سیگنالی را روی گذرگاه کنترل فعال می نماید تا نشان دهد که عمل موردنظر خواندن است یا نوشتن. عمل خواندن، یک بایت داده را از مکان مشخص شده در حافظه برمی دارد و روی گذرگاه داده قرار می دهد. CPU داده را می خواند و دریکی از ثبات های داخلی خود قرار می دهد. برای عمل نوشتن CPU داده را روی گذرگاه داده می گذارد. حافظه، تحت تأثیر سیگنال کنترل، عملیات را بعنوان یک سیکل نوشتن، تشخیص می دهد و داده را درمکان مشخص شده ذخیره می کند.

اغلب، کامپیوترهای کوچک 16 یا 20 خط آدرس دارند. با داشتن n خط آدرس که هریک می توانند در وضعیت بالا(1) یا پایین (0) باشند، ⁿ 2 مکان قابل دستیابی است. بنابراین یک گذرگاه آدرس 16 بیتی می تواند به 65536 = ¹⁶ 2 مکان، دسترسی داشته باشد و برای یک آدرس 20 بیتی 1048576 = ²⁰ 2 مکان قابل دستیابی است. علامت اختصاری K (برای کیلو) نماینده 1024 = ¹⁰ 2 می باشد، بنابراین 16 بیت می تواند     K 64 = ¹⁰ 2 × ⁶ 2 مکان را آدرس دهی کند درحالی که 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 کند. تحقیقات دامنه داری که برای تعیین نوع فعالیتهایی که زمان ارزشمند اجرای دستورالعملها را دریک کامپیوتر صرف می کنند، انجام شده است نشان می دهد که کامپیوترها دوسوم وقتشان را خیلی ساده صرف جابجایی داده می کنند. ازآن جا که عمده عملیات جابجایی بین یک ثبات CPU و RAM یا ROM خارجی انجام می شود تعداد خطهای (یا پهنای) گذرگاه داده در کارکرد کلی کامپیوتر اهمیت شایانی دارد. این محدودیت پهنا، یک تنگنا به شمار می رود: ممکن 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 که یک پیشوند را که نشان دهنده اندازه این محدودیت است اضافه می کنند. عبارت «کامپیوتر 16بیتی» به کامپیوتری با 16 خط در گذرگاه داده اشاره می کند. اغلب کامپیوترها در طبقه بندی 4 بیت، 8 بیت، 16 بیت یا 32 بیت قرار می گیرند و توان محاسباتی کلی آنها با افزایش پهنای گذرگاه داده، افزایش می یابد.

ورودی های نوسان ساز روی تراشه

همان طور که در شکل 2-2 نشان داده شده است. 8051 دارای یک نوسان ساز روی تراشه است و معمولاً با یک کریستال که به پایه های 18 و19 متصل می شود، به راه   می افتد. خازنهای پایدار کننده نیز به صورت نشان داده شده، مورد نیاز هستند. فرکانس نامی کریسال برای اغلب ICهای خانوادهMCS-51^TM ، 12 مگاهرتز است، هر چند که 80C31BH-1 می تواند با فرکانسهایی تا 16 مگاهرتز نیز کار کند. نوسان ساز روی تراشه الزاماً نیازی به یک کریستال ندارد.

اتصالات تغذیه

8051 با یک تغذیه 5+ ولتی کار می کند. اتصال V_cc به پایه 40 و V_ss (زمین) به پایه 20 وصل می شود.

ساختار درگاه I/O

نوشتن در پایه یک درگاه، داده را در یک ذخیره ساز درگاه بار می کند. در اثر این عمل یک ترانزیستور اثر میدانی (FET) که به پایه درگاه وصل شده است، راه اندازی میشود. قابلیت راه اندازی برای درگاههای2,1 و 3 به اندازه چهار TTL شاتکی کم مصرف و برای درگاه 0 به اندازه هشت عدد از همین نوع TTL می باشد.

توجه کنید که مقاومت بالابرنده در درگاه 0 وجود ندارد. (مگر هنگامی که به عنوان گذرگاه خارجی آدرس و داده عمل می کند). ممکن است یک مقاومت بالابرنده خارجی بسته به مشخصات ورودی وسیله ای که توسط درگاه راه اندازی می شود، مورد نیاز باشد.

در 8051 دو قابلیت «خواندن ذخیره ساز» و «خواندن پایه» وجود دارد. دستورالعملهایی که عمل بخوان- تغییر بده- بنویس را بکار می برند (مثل CPL P1.5)، برای پرهیز از تشخیص نادرست سطح ولتاژ در مواقعی که پایه بشدت تحت بار قرار دارد (مثل هنگامی که بیس یک ترانزیستور را تحریک می کند)، عمل خواندن را از ذخیره ساز انجام می دهند و دستورالعملهایی که یک بیت از درگاه وارد می کنند (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 کشد. Reset کردن سیستم همة ذخیره سازهای درگاه را 1می کند. پس اگر یک ذخیره ساز درگاه پاک شود (مثل CLR P1.5)، متعاقب آن نمی توان از پایه به عنوان ورودی استفاده کرد، مگر این که ابتدا ذخیره ساز 1 شود. (SET P1.5)