پروژه تایمر دیجیتالی

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 سیستم های 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.

دلیل دیگر استفاده از هیدروسوئیچ، وابسته نبودن حجم آب پرشده درون مخزن، به فشار آب ورودی است. اتوماتیک دما هم یک نوع ترموستات الکتریکی است که با قطع و وصل به موقع المنت گرمکن، دمای آب مخزن لباسشویی را طبق انتخاب ما ثابت نگه می دارد.

مدارتغذیه:

درشکل نمای کلی از مدار تغذیه به کار برده شده در این پروژه را نشان می دهیم. که آن را به اختصار شرح می دهیم.

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

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

مدار داخلی (7805):

یک مدار کلکتور مشترک است که 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 که ولتاژ تغذیه شهر قطع شود.

علت استفاده از  D2: برای اینکه 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 کار رفته اند.        

3- علت استفاده از خازن C1 : یک صافی است، برای اینکه روی میکرو پارازیت نیافتد.

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

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

این مدار تغذیه دارای یک مدار فرمان است که این مدار فرمان به میکرو متصل می باشد. تا زمانی که برق شهر رفت، به میکرو فرمان دهد که تمام خروجی ها را خاموش کند.

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

«مدار قدرت»

این مدار ، مدار اپتو کوپلر (بایاس ترایاک) است .

اپتوکوپلرها برای ایزوله کردن مدار فرمان از مدار قدرت بکار می روند به این ترتیب که فرمان گیت ترایاک توسط یک LED به آن اعمال می شود. بین LED و ترایاک هیچ پایه مشترکی وجود ندارد.

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

برای برطرف کردن این اشکال 2 راه وجود دارد. 1- استفاده از ترانس پالس 2- اپتو کوپلر در روش ترانس پالس، به وسیله یک ترانس پالس مدار فرمان از قدرت جدا     می شود.

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

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

* مدار پیشنهادی برای راه اندازی تریاک IC(opto copler) توسط اپتوکوپلر

«مدار سنسور آب»:

در این مدار از زوج دارلینگتون استفاده شده برای اینکه ضریب تقویت بالا رود. برای سنس کردن سطح آب می توان از مدار زیر استفاده کرد به این ترتیب که چون آب عنصر خالص نیست پس دارای مقاومتی می باشد.که حدود 300k است .

در شرایط عادی وقتی0 که بین 2 پایه قطع ما هیچ مقاومتی وجود ندارد ترانزیستور Q1 و Q2 که به صورت زوج دارلینگتون برای بالابردن ضریب تقویت بسته شده و درحالت قطع می باشد. در این حالت خروجی مدار یک 1 می باشد اما اگر مقاومتی بین دوپایه قطع قرارگیرد: ترانزیستورهای Q1 و Q2 به حالت اشباع رفته در این حالت ولتاژ خروجی مدار صفر می شود.

مقاومت R1 به منظور حفاظت ترانزیستورها از اتصال کوتاه دوسر سنسور به کاربرده شده، به این ترتیب که اگر این مقاومت در مدار نباشد هنگام اتصال کوتاه شدن دوسر سنسور تمام ولتاژ دوسر بیس– امتیر ترانزیستورها خواهد افتاد که موجب سوختن و از بین رفتن آنها می شود.

مقاومت R2 به منظور بایاس ترانزیستورها و کنترل حساسیت مدار به کار رفته است به این ترتیب که هرچقدر مقدار مقاومت R2 بیشتر باشد حساسیت مدار بیشتر شده و برعکس.

اگر مقاومت R2 از مدار خارج شود سنسور ما با اشاره دست فعال می شود مانند   (سوئیچ های finger tuch )…

:(ADC0804) IC

یک IC آنالوگ به دیجیتال است که ولتاژ را به کددیجیتالی تبدیل می کند.

سنسور دما یک IC سه پایه است که به ازای هردرجه حرارت 10mv خروجی دارد.

پورتهای Po مقاومتهای بالای IC پورت صفر احتیاج به مقاومت Pull Up دارد که از مقاومت 10k برای این کار استفاده می شود.

پایه Reset  شماره 9 می باشد که به هنگام روشن شدن میکرو آن را Reset می کند و باعث می شود که برنامه ما از ابتدا اجرا می شود. این مقاومت با یک خازن یا (یک میکرو) سری شده و به Vcc متصل شده است.

کریستال 12mHz میکرو، برای تولید پالس بکار می رود. کلاک میکرو می باشد. P0.0 برای خروجی کلاک برای ATOD می باشد.

مدارمتصل به پایه 9 میکرو به صورت زیر است که در آن خازن (میکروفاراد) به Vcc  متصل است و مقاومت به کاربرده شده 10k بوده و مدار Reset سخت افزاری میکرو  می باشد.

نمودار صفحه نمایش مدار :

«آشنایی با میکروکنترلرها»

گرچه کامپیوترها تنها چند دهه ای است که با ما همراهند ، با این حال تأثیر عمیق آنها بر زندگی ما با تأثیر تلفن، اتومبیل و تلویزیون رقابت می کند. همگی ما حضور آنها را احساس می کنیم، چه برنامه نویسان کامپیوتر و چه دریافت کنندگان صورت حسابهای ماهیانه که توسط سیستمهای کامپیوتری بزرگ چاپ شده و توسط پست تحویل داده  می شود. تصور ما از کامپیوتر معمولا «داده پردازی» است که محاسبات عددی را بطور خستگی ناپذیری انجام می دهد.

ما با انواع گوناگونی از کامپیوترها برخورد می کنیم که وظایفشان را زیرکانه و بطرزی آرام، کارا و حتی فروتنانه انجام می دهند و حتی حضور آنها اغلب احساس نمی شود. ما کامپیوترها را به عنوان جزء مرکزی بسیاری از فرآورده های صنعتی و مصرفی از جمله، در سوپرمارکت ها داخل صندوق های پول و ترازوها، درخانه، دراجاق ها، ماشین های لباسشویی، ساعت های دارای سیستم خبردهنده و ترموستات ها، در وسایل سرگرمی همچون اسباب بازی ها، VCR ها، تجهیزات استریو و وسایل صوتی، در محل کار در ماشین های تایپ و فتوکپی، و در تجهیزات صنعتی مثل مته های فشاری و دستگاههای حروفچینی نوری می یابیم. در این مجموعه ها کامپیوترها وظیفه «کنترل» را در ارتباط با «دنیای واقعی»، برای روشن و خاموش کردن وسایل و نظارت بر وضعیت آنها انجام   می دهند. میکروکنترلرها (برخلاف میکروکامپیوترها و ریزپردازنده ها) اغلب در چنین کاربردهایی یافت می شوند. با وجود این که بیش از بیست سال از تولد ریزپردازنده  نمی گذرد، تصور وسایل الکترونیکی و اسباب بازیهای امروزی بدون آن کار مشکلی است. در 1971 شرکت اینتل، 8080 را به عنوان اولین ریزپردازنده موفق عرضه کرد. مدت کوتاهی پس از آن، موتور رولا، RCA و سپس MOS Technology و Zilog انواع مشابهی را به ترتیب به نامهای 6800، 1801، 6502، Z80 عرضه کردند. گرچه این مدارهای مجتمع (IC) ها به خودی خود فایده چندانی نداشتند اما به عنوان بخشی از یک کامپیوتر تک بورد (SBC)، به جزء مرکزی فرآورده های مفیدی برای آموزش طراحی با ریزپردازنده ها تبدیل شدند. از این SBC ها که بسرعت به آزمایشگاههای طراحی در کالج ها، دانشگاهها و شرکت های الکترونیک راه پیدا کردند می توان برای نمونه از D2 موتور رولا، KIM-1 ساخت MOS Technolog و SDK-85 متعلق به شرکت اینتل نام برد.

میکروکنترلر قطعه ای شبیه به ریزپردازنده است . در 1976 اینتل 8748 را به عنوان اولین قطعه خانواده میکروکنترلرهای MCS-48TM معرفی کرد . 8748 با 17000 ترانزیستور در یک مدار مجتمع ، شامل یک CPU، 1 کیلو بایت EPROM، 64 بایت RAM، 27 پایه I/O و یک تایمکر 8 بیتی بود . این IC و دیگر اعضای MCS-48TM که پس از آن آمدند، خیلی زود به یک استاندارد صنعتی در کاربردهای کنترل گرا تبدیل شدند جایگزین کردن اجزاء الکترومکانیکی در فرآورده هایی مثل ماشین های لباسشویی و چراغ های راهنمایی از ابتدای کار، یک کاربرد مورد توجه برای این میکروکنترلرها بودند و همین طور باقی ماندند. دیگر فرآورده هایی که در آنها میتوان میکروکنترلر را یافت عبارتند از اتومبیل ها، تجهیزات صنعتی، وسایل سرگرمی و ابزارهای جانبی کامپیوتر. (افرادی که یک IBM PC دارند کافی است به داخل صفحه کلید نگاه کنند تا مثالی از یک میکروکنترلر را دریک طراحی با کمترین اجزاء ممکن ببینند).

توان، ابعاد و پیچیدگی میکروکنترلرها با اعلام ساخت 8051 ، یعنی اولین عضو خانواده میکروکنترلرهای MCS-51MT‏ در 1980 توسط اینتل پیشرفت چشمگیری کرد. در مقایسه با 8048 این قطعه شامل بیش از 60000 ترانزیستور، K 4 بایت ROM، 128 بایت RAM، 32 خط I/O، یک درگاه سریال و دوتایمر 16 بیتی است. که از لحاظ مدارات داخلی برای یک IC بسیار قابل ملاحظه است، (شکل 1-1 را ببینید). امروزه انواع گوناگونی از این IC وجود دارند که به صورت مجازی این مشخصات را دوبرابر     کرده اند. شرکت زیمنس که دومین تولیدکننده قطعات MCS-51TM است SAB80515 را به عنوان یک 8051 توسعه یافته دریک بسته 68 پایه با شش درگاه I/O 8 بیتی ، 13 منبع وقفه، و یک مبدل آنالوگ به دیجیتال با 8 کانال ورودی عرضه کرده است . خانواده 8051 به عنوان یکی از جامعترین و قدرتمندترین میکروکنترلرهای 8 بیتی شناخته شده و جایگاهش را به عنوان یک میکروکنترلر مهم برای سال های آینده یافته است.

این کتاب درباره خانواده میکروکنترلرهای MSC-51TM نوشته شده است. فصل های بعدی معماری سخت افزار و نرم افزار خانواده MCS-51TM را معرفی می کنند و از طریق مثالهای طراحی متعدد نشان می دهند که چگونه اعضای این خانواده می توانند در طراحی های الکترونیکی با کمترین اجزاء اضافی ممکن شرکت داشته باشند.

در بخشهای بعدی از طریق یک آشنایی مختصر با معماری کامپیوتر، یک واژگان کاری از اختصارات و کلمات فنی که دراین زمینه متداولند (واغلب باهم اشتباه می شوند) را ایجاد خواهیم کرد. از آن جا که بسیاری اصطلاحات در نتیجه تعصب شرکتهای بزرگ و سلیقه مؤلفان مختلف دچار ابهام شده اند، روش کار ما در این زمینه بیشتر عملی خواهد بود تا آکادمیک. هر اصطلاح در متداول ترین حالت با یک توضیح ساده معرفی شده است.