میکرو کنترولرهای PIC

میكرو كنترولر های PIC

مقدمه

اگر به مجله های الكترونیكی كه در این كشور و سایر كشورها چاپ میشوند توجه كنید مقاله هایی را مشاهده خواهید كرد كه در طراحی مدارهای آنها بطور مستقیم یا به صورت تركیبی از میكروكنترلرها استفاده شده است . میكرو ها به دلیل انعطاف پذیری زیادی كه دارند با صرف هزینه اندك می توانند قدرت زیاد كنترل و انتخابهای مختلفی را ارائه كنند. به همین دلیل كه مهندسین الكترونیك و افرادی كه علاقه مند به كارهای الكترونیكی هستند برنامه ریزی میكروها را فرا میگیرند تا از مزایای میكروها در مدارات خود بهره برند و سطح كیفی مدار خود را در حد بالایی حفظ كنند .

استخراج آسان ارز دیجیتال جدید Pi Network بدون نیاز به برق و اینترنت

2-1) میكروكنترلر چیست؟

میكروكنترلر در واقع یك كامپیوتر تك تراشه ای می باشد. كامپیوتر تك تراشه ای بدین معنا است كه كل سیستم كامپیوتر در داخل تراشه مدارمجتمع جای داده شده است. میكروكنترلری كه بر روی ترتشه سیلیكونی ساخته می شود دارای خصوصیاتی مشابه خصوصیات كامپیوترهای شخصی استاندارد است.

نخستین ویژگی میكرو قابلیت ذخیره سازی و اجرای برنامه است. یك میكرو تمامی خصوصیات یك كامپیوتر را به صورت محدودتر داراست.

3-1) چرا از میكروكنترولر استفاده كنیم ؟

میكروها كامپیوترهای ارزان قیمت هستند. قابلیت ذخیره سازی و اجرای برنامه های منحصربه فرد موجب شده است تا میكروكنترلرها بسیار انعطافپذیر شوند . قابلیت انجام عملیات ریاضی و منطقی موجب شده است تا میكروكنترلر بتواند عملكرد مدارهای منطقی پیچیده و مدارهای الكترونیكی را تقلید كند.

برنامه های دیگر می توانند موجب شوند كه میكرو مشابه یك مدار در شبكه عصبی و یا به صورت یك كنترل كننده با منطق فازی عمل كند . میكروها وظیفه هوش مصنوعی را در دستگاههای مربوط به حسابهای هوشمند در جاهای مختلف بر عهده دارند .

4-1) میكروكنترلر های PIC

امروزه انواع بسیار زیادی از میكروها در بازار وجود دارند. ما توجه خود را به میكروكنترلرهایی معطوف می كنیم كه تراشه های PIC نامیده میشوند.

مجموعه میكروكنترلرهای ساخت شركت Microchip Technology به نام pic نامیده می شوند.شركت مذكور كلمه PIC را به عنوان علامت تجاری بركزیده و ار آن برای مشخص كردن میكروكنترلرهای خود استفاده می كند . كلمه PIC سرنام كلمات Programmable Interface Controller میباشد .

این تراشه یك میكرو قابل انعطاف با حافظه فلش می باشد. حافظه فجود در این تراشه تحمل حداقل 1000 مرتبه نوشتن و پاك شدن را دارد زمان نگهداری برنامه بین چرخه نوشتن/ پاك كردن تقریبا 40 سال است . در نوع 18 پایه آن از این تعداد پایه موجود 13 پایه آن مربوط به خطوط ورودی خروجی می باشد . هر یك از این پایه ها را می توان به طور مجزا به صورت ورودی و خروجی تعریف كرد . علاوه بر این ویژگیهایی نظیر كاهش توان مصرفی در حالت خواب بازنشانی در هنگام روشن شدن زمان سنج هنگام روشن شدن و حفاظت كد برنامه از دیگر مزایای این برنامه است .

5-1) مراحل استفاده و بكارگیری PIC

برای نوشتن برنامه برایPIC Basic به یك واژه پرداز نیاز داریم . هر واژه پردازی كه بتواند فایل های متنی خود را به صورت متن داس ذخیره كند قابل استفاده است . كامپایلر نیاز دارد تا برنامه بیسیك به صورت استاندارد در یك فایل متنی ذخیره شود زیرا علائم خاص صفحه بندی و كدهای چاپ كه مختص خود واژه پردازها می باشند در فایل هایی كه به صورت اسكی هستند ذخیره نمی شوند .

كامپایلر بیسیك فایل برما را به دو فایل با پسوند های asm وhex كامپایل می كند .

با نسب پروگرمر به یكی از پرت های كامپیوتر میتوانیم برنامه مورد نظر را روی تراشه بریزیم و از آن استفاده كنیم.

6-1) میكروكنترلر 16F84 PIC

مطالبی كه در مورد این میكروكنترلر فرا میگیریم در اعلب میكروكنترلرهای دیگر خانواده PIC قابل استفاده است . بدین دلیل این میكرو را انتخاب كردیم كه مدار مجتمع مذكور نماینده تمام میكروكنترلرهای خانواده PIC میباشد .

تفاوت میكروهای دیگر این خانواده در قیمت و قابلیت می باشد . از جمله این ویژگی ها میتوان به مبدل آنالوگ به دیجیتال حافظه و یا خطوط ورودی و خروجی بیشتر اشاره كرد .

1-7-1) معماری هاروارد وI\O نگاشت یافته در حافظه

در میكروهای PIC از معماری هاروارد استفاده شده است . این بدان معنی است كه حافظه این میكروها به دو قسمت ((حافظه برنامه)) و ((حافظه داده ها)) تقسیم شده است . همچنین این میكروها برای ایجاد ارتباط با هر یك از این قسمت های حافظه از گذرگاه های مجزا استفاده می كنند . معماری هاروارد در مقایسه با كامپیوترهای سنتی كه از معماری فون نیومن استفاده می كنند پهنای باند بهتری دارد.

در 16F84 ثبات ها در آدرسهای خاصی از حافظه داده نگاشت یافته اند. زبان PICBASIC به ما این امكان را می دهد كه این ثبات ها را همانندبایت های استاندارد حافظه بنویسیم و بخوانیم .

2-7-1)ثبات ها و درگاهها

PIC 19F84 شامل دو درگاه ورودی/خروجی به نامهای درگاه A و درگاه B است . به هر یك از این درگاهها دو ثبات اختصاص داده شده است . یكی ثبات TRIS و دیگری ثبات آدرس درگاه می باشد.

ثباتTRIS مشخص میكند كه یك پایه خاص در یك درگاه به صورت خط ورودی پیكر بندی شود یا به صورت خط خروجی . كاربر می تواند پس از پیكربندی شدن درگاهها با استفاده از ثبات آدرس درگاه اطلاعات را در آن درگاه بنویسد و یا از آن بخواند .

در درگاه B ,8 خط ورودی/خروجی وجود دارد . در دگاه A ,5 خط ورودی خروجی در اختیار کاربر قرار دارد .

3-7-1) استفاده از TRIS و ثباتهای درگاه

ثبات TRIS یك ثبات 1 بایتی قابل برنامه ریزی در PIC 16F84 می باشد كه پیكربندی پایه های ورودی/خروجی را كنترل می كند . برای هر یك از درگاهها ، یك ثبات وجود دارد .

ثبات TRISA وضعیت ورودی یا خروجی بودن پایه های درگاه A و TRISBنیز وضعیت ورودی یا خروجی بودن پایه های درگاه B را كنترل می كند.

اگر در موقعیت یك بیت ص در TRIAB مقدار 0 باینری را قرار دهید ، پایه متناظر با آن موقعیت در درگاه B یك پایه خروجی خواهد بود . اگر در موقعیت یك بیت خاص در TRISB ، مقدار1 باینری را قرار دهید ، پایه متناظر با آن موقعیت در درگاه B ، یك پایه ورودی خواهد بود .

آدرس TRISB در حافظه داده برای درگاه B ، 134 می باشد .

برای پیكربندی درگاه A ، ما از ثبات TRISA كه آدرس آن 133 اعشاری است استفاده می كنیم .

در درگاه A تنها 5 خط از TRISA و خطوطI/O متناظر آن برای كاربر قابل دسترسی است . با بررسی پایه های I/O در 16F84 متوجه خواهید شد كه درگاه A تنها 5 خط I/O دارد.

در هنگام روشن شدن یا ریست شدن، تمامی پایه های مربوط به درگاههای A و B به صورت ورودی پیكر بندی می شوند . البته می توان به كمك برنامه این وضعیت را تغییر داد .

4-7-1) باینری الكتریكی، TTL و CMOS

در منطق TTL ،1 باینری معادل ولتاژ مثبت بین 2 تا 5 ولت و صفر باینری نیز معادل ولتاژ بین 0 تا 0.8 ولت است . ولتاژ بین 0.8 تا 2 ولت تعریف نشده است .

در CMOS تعریف 0 و 1 تاینری اندكی متفاوت است . ولتاژ ورودی بین 0 تا 1.5 ولت ، صفر باینری محسوب شده و ولتاژ بین 1.5 تا 5 ولت نیز 1 باینری به حساب می آید.

خروجی ادوات CMOS در كل محدوده تغذیه آنها تغییر میكند لذا یك تراشه CMOS با تغذیه 5 ولت می تواند مستقیما تراشه های خانواده TTL ، NMOS ،CMOS را كه تغذیه آنها 5 ولت است راه اندازی كند .

از طرف دیگر در ادوات TTL ، واتلژ خروجی به قدری نیست كه ادوات CMOS را راه اندازی كند. این مورد ممكن است مسئله ساز شود .چون PIC 16F84 یك تراشه CMOS است .طراحان برای رفع این مشكل خطوط I/O را به بافرهای TTL مجهز كرده اند ، لذا خطوط I/O از این میكروها می توانند سطوح ولتاژ TTL را قبول كنند و این در حالی است كه این خطوط می توانند محدوده كامل ولتاژهای CMOS را به عنوان خروجی فراهم كنند . این امر به ما این امكان را می دهد تا میكرو را بطور مستقیم به ادوات دیجیتال وصل كنیم .

RAM قابل استفاده برای كاربر

می توان به RAM هم به صورت بایت ، و هم به صورت كلمه دسترسی داشت . در PICBASIC تعدادی از متغیرهای از پیش تعیین شده برای استفاده ما وجود دارد . متغیرهای بایتی نظیر:

B51, … , B1 , B0

متغیرهای كلمه ای نیز بدین شكل هستند: W52, … , W1 , W0

متغیرهای بایتی و كلمه ای از یك فضای مشترك در حافظه استفاده می كنند . متغیرها را می توان برای ذخیره سازی اعداد به كار برد . با استفاده از فرمان های خاصی این امر را انجام داد و متغیرها را نامگذاری نمود .

8-1)مشخصات میكروكنترلر 16F84

حداكثر مقدار جریانها برای درگاههای ورودی خروجی

حداكثر جریان خروجی هر یك از پایه های I/O 20 میلی آمپر

حداكثر جریان ورودی هر یك از پایه های I/O 25 میلی آمپر

حداكثر جریان سورس شده از درگاه A 50 میلی آمپر

حداكثر جریان سینك شده به درگاه A 80 میلی آمپر

حداكثر جریان سورس شده از درگاه B 100 میلی آمپر

حداكثر جریان سینك شده از درگاه B 1.8 میلی آمپر

عوامل دیگر نظیر میزان بار ، ولتاژ و فركانش، همگی بر روی جریان مصرفی تاثیر می گذارند .

جریان در حالت SLEEP ، 7 میكرو آمپر می باشد .

9-1) نوسان سازهای CLOCK

میكرو كنترلرهای PIC قادر هستند كه در 4 حالت نوسان سازی مختلف كار كنند .این 4 حالت عبارتند از :

LP كریستال توان پایین

XT كریستال/ تشدید كننده

HS كریستال سرعت بالا/تشدید كننده

RC مقاومت/خازن

در حالت XT، LP یا HS یك كریستال با تشدید كننده سرامیكی به پایه های OSC1/CLKIN و OSC2/CLKIN وصل می شوند تا نوسان انجام شود . در كریستال های 2 تا 10 مگاهرتز ، مقدار خازن پیشنهادی یرای C1 و C2 در محدوده 15 تا 33 پیكوفاراد می باشد

مقاومتهای نوری و هادی های نوری

مقدمه

بسیاری از مواد هستند كه مقدار مقاومت الكتریكی شان متناسب با نور تابیده شده به آنها تغییر می كند. توجیه تئوری این پدیده به این صورت است كه این مواد ، نیمه هادی هستند و در شرایط معمولی تعداد الكترون ها و هفره های آنها كم است. در اثر تابش نور ، الكترونها از حفره ها جدا میشوند و باعث می شوند هم حفره ها و هم الكترونهای آزاد شده از آنها در داخل ماده شروع به حركت كنند و جریان الكتریكی بیشتری ایجاد شود .

به دلیل این كه برای جدا سازی یك الكترون از یك حفره، مقدار معینی انرژی لازم است، مقدار كوانتوم نور مهم می باشد . اما یافتن موادی كه در آنها مقدار انرژی كوچك بوده و این مقدار مربوط به یك كوانتوم پرتو فرو سرخ باشد ، ساده است .

علاوه بر این، چون در عمل این مواد به آسانی قابل تهیه هستند، لذا استفاده از مقاومت های نوری و یا هادی های نوری بسیار رایج است . استفاده از هر دو نام فوق كه معرف یك قطعه هستند معمول است اما بیشتر به مقاومت نوری یا LDR معروفند.

PHOTORESISTOR (2-2

به دلیل پدیده فیزیكی حفره و الكترونها ، مقاومت نوری دارای این خاصیت است كه مقدار مقاومت الكتریكی آن در تاریكی زیاد است و زمانی كه در معرض نور قرار گیرد مقاومت الكتریكی آن كاهش میابد . اثر نور بر فوتودیود نیز در جهت كاهش مقاومت است ، منتها بایستی دیود در جهت معكوس بایاس شده باشد .

رایج ترین شكل سلول هدایت كننده نوری ، سلول كادمیوم سولفاید است كه نام آن از ماده اصلی تشكیل دهنده سلول گرفته شده است . این قطعه بیشتر به LDR (مقاومت وابسته به نور) معروف است. ماده كادمیوم سولفاید به صورت مسیر پیچ در پیچ روی یك لایه عایق نشانیده می شود و چون طول این مسیر روی حساسیت قطعه تاثیر می گذارد، شكل مسیر معمولا به صورت زیگزاگ ساخته می شود.

سپس برای محافظت لایه كادمیوم سولفاید از آلودگی به وسیله گردوغبار هوا، در محفظه شیشه ای و یا رزین شفاف بسته بندی می شود.

سلول مقاومت نوری بسیار محكم و مقاوم است و می تواند در محدوده دمای بسیار قابل توجهی چه در انبار و چه در كار ، مقاومت كند . محدوده ولتاژ نیز می تواند قابل توجه باشد ، مخصوصا زمانی كه طول شیار كادمیوم سولفاید طولانی تر باشد، تحمل ولتاژ آن نیز بالاتر است و این نوع سلول، از معدود قطعاتی است كه می تواند با ولتاژ AC نیز كار كند . در جدول زیر مشخصات نمونه رایجی از این نوع سلول با نام قطعه ORP 12 را نشان می دهد .

پاسخ پیك طیف نوری آن 610 nm و مربوط به ناحیه زرد-نارنجی طیف نور مرئی است و مقاومت آن در روشنائی به چند اهم كاهش میابد . به دلیل این كه تغییر مقاومت نسبت به تغییر نسبت روشنائی به صورت خطی نیست لذا نمی توان حساسیت LDR را به صورت یك عدد ساده بیان كرد .

قطعه فوق دارای ماكزیمم ولتاژ اسمی 110 VDC و یا AC است و این یك امتیاز برای قطعه فوق از نظر كاربرد منبع تغذیه است و در این شرایط تنها 200 m W تلفات قدرت در آن اتفاق می افتد .

البته انواع مختلفی از سلول LDR در بازار وجود دارد كه افراد بر حسب مقاومت تاریكی و مقاومت اشباع نور نوع خاصی از آنها را انتخاب می كنند .

اشباع نور به حالتی گفته می شود كه دیگر افزایش شدت نور تابیده شده به LDR موجب كاهش بیشتر مقاومت آن نشود .

موتورهای DC

با آهنربای دائم

1-4) اصول عملكرد

موتورهای جریان مستقیم انواع گوناگونی وجود داشته و برای هر یك روشهای متعددی جهت كنترل وضعیت ارائه گردیده است .

متداواترین موتور های DC هاوی تغییر جهت دهنده مبتنی بر آهنربای دائمی می باشند . چنین موتورهایی طوری طراحی شده اند كه وقتی ولتاژ تغذیه DC مناسبی به آن اعمال شود، بخش تغییر جهت دهنده آن می چرخد .

روابط حاكم بر این نوع موتور عبارتند از :

 در آنها R_a ، L_a ، i_a و V_t به ترتیب مقاومت ، اندوكتانس ، جریان و ولتاژ آرمیچر بوده ، E_a نیروی ضد محركه موتور ، امگا سرعت زاویه ای ، تتا وضعیت ، J و B نیز لختی دورانی و ضریب اصطكاك معادل در محور موتور می باشند .

اصول عملكرد چنین موتورهایی به این صورت است كه ولتاژ DC اعمال شده ، جریانی را در مجموعه ای از آرمیچرها ایجاد می كند . میدان الكترومغناطیسی ایجاد شده توسط این جریان نسبت به میدان مغناطیسی آهنربای ثابط واكنش نشان می دهد بطوری كه موجب چرخش آرمیچرها می شود . با این چرخش ، واكنش متقابلی كه در میدانهای الكترومغناطیسی ایجاد می گردد ، نیروی موثر وعكوسی در ولتاژ DC ایجاد می كند كه مقدار آن با سرعت آرمیچرها نسبت مستقیم دارد . نكته های مهمی كه باید در مورد این موتور در نظر داشت عبارتند از :

1- وقتی بار ثابتی به موتور اعمال شود ، سرعت آن با ولتاژ تغذیه نسبت مستقیم خواهد داشت .

2- وقتی تغذیه موتور با استفاده از ولتاژ DC ثابتی فراهم شود ، جریان مصرفی آن با بار اعمال شده نسبت مستقیم خواهد داشت .

3- ولتاژ موثر اعمال شده به موتور ، معادل تفاضل ولتاژ DC اعمال شده ، و ولتاژ موثر معكوس خواهد بود .بنابراین وقتی با ولتاژ DC ثابتی تغذیه شود ، سرعت موتور تمایل میابد كه در محدوده ثابتی به صورت خودكار تنظیم شود . زیرا در صورت افزایش بار اعمال شده به موتور ، سرعت آرمیچرها كاهش میابد ، در نتیجه ولتاژ موثر معكوس نیز كاهش میابد . به این ترتیب با افزایش ولتاژ موثر اعمال شده به موتور ، كاهش سرعت جبران خواهد شد .در مورد سایر تغییرات بار اعمال شده نیز همین طور است .

4- وقتی موتور بدون حركت باشد ، جریان عبوری آرمیچرها حراكثر ، و ولتاژ موثر معكوس نیز صفر وات خواهد بود . چنین جریانی معادل V\R می باشد . چنین شرایطی هنگاه شروع حركت موتور برقرار می شود .

5- با معكوس كردن ولتاژ تغذیه اعمال شده به موتور ، جهت حركت آن نیز معكوس می شود .

كاربرد اصلی مدارهای كنترل كننده توان الكترونیكی در این نوع موتورهای DC عبارتند از :

قطع و وصل كردن ولتاژ تغذیه ، كنترل جهت چرخش موتور ، مدارهای پیشرفته تثبیت كننده سرعت ، و مدارهای تنظیمهای سرعت های مختلف .

2-4) روش كنترل موتور در دو جهت

پل H ، امكان كنترل دو جهته یك موتور DC را فراهم می كند .برای انجام این كار از چهار ترانزیستور استفاده می شود . هر ترانزیستور را به عنوان یك كلید قطع و وصل ساده در نظر می گیریم.

مدار مورد بحث را به این دلیل پل H نامیدیم كه ترانزیستورها با الگوئی شبیه به حروف H لاتین قرار گرفته اند .

وقتی كلیدهای SW1 و SW2 بسته شوند ، موتور در یك جهت شروع به چرخش می كند. وقتی كلیدهای SW3 و SW2 بسته شوند ، موتور در جهت عكس شروع به چرخش میكند. وقتی تمامی كلیدها باز باشند ، موتور متوقف می شود. با جایگزین كردن كلیدها با ترانزیستورها ، یك پل H خواهیم داشت .