آشنايي با ميكروكنترلر ها :

مقدمه :

گرچه كامپيوترها تنها چند دهه اياست كه با ما همراهند با اين حال تأثير عميق آنها بر زندگي ما با تأثير تلفن ، اتومبيل و تلويزيون رقابت مي كند . همگي ما حضور آنها را احساس مي كنيم ، چه برنامه نويسان كامپيوتر و چه دريافت كنندگان صورت حساب هاي ماهيانه كه توسط سيستم هاي كامپيوتري بزرگ چاپ شده و توسط پست تحويل داده مي شود . تصور ما از كامپيوتر معمولا " داده پردازي " است كه محاسبات عددي را بطور خستگي ناپذير انجام مي دهد ، اما با انواعي از كامپيوتر ها برخورد مي كنيم كه وظايفشان را زيركانه و بطرزي آرام و كارآ و حتي فروتنانه انجام مي دهند و حتي حضور انها اغلب احساس نمي شود .

دراين مجموعه ها كامپيوترها وظيفه ي " كنترل " را در ارتباط با " دنياي واقعي " ، براي روشن و خاموش كردن وسايل و نظارت بر وضعيت آنها انجام مي دهند . ميكروكنترلرها ( برخلاف ميكروكامپيوترها و ريز پردارنده ها ) اغلب در چنين كاربردهايي يافت مي شوند .

با وجود اينكه بيش از سي و هفت – هشت سالي از تولد ريز پردازنده نمي گذرد ، تصور وسايل الكترونيكي و اسباب بازيهاي امروزي بدون آن كار مشكلي است . در سال 1971 شركت اينتل ، 8080 را بعنوان اولين ريزپردازنده ي موفق عرضه كرد . مدت كوتاهي پس از آن ، موتورولا ، RCA و سپس MOS Tecnology و Zilog انواع مشابهي را به ترتيب به نامهاي Z80 , 6502 , 1801 , 6800 عرضه كردند . گرچه اين مدارهاي مجتمع (IC ها ) به خودي خود فايده چنداني نداشتند اما بعنوان بخشي از يك كامپيوتر تك بورد (SBC) ، به جزء مركزي فراورده هاي مفيدي براي آموزش طراحي با ريزپردازنده ها تبديل شدند . از جمله ي اين SBC ها ميتوان به D2 موتورولا ، KIM-1 ساخت MOS Tecnology و SDK-85 متعلق به شركت اينتل نام برد .

ميكروكنترلر قطعه اي شبيه ريزپردازنده است . در 1976 اينتل 8748 را بعنوان اولين قطعه خانواده ي ميكروكنترلرهاي MCS-48 TM معرفي كرد .

توان ، ابعاد و پيچيدگي ميكروكنترلرها با اعلام ساخت 8051 ، يعني اولين عضو خانواده MCS-51 TM در 1980 توسط اينتل پيشرفت چشمگيري كرد . در مقايسه با 8048 اين قطعه شامل بيش از 60000 ترانزيستور ، 4K بايت ROM ، 128 بايت RAM ، 32 خط I/O ، يك درگاه سريال و دو تايمر 16 بيتي است . كه از لحاظ مدارات داخلي براي يك IC بسيار قابل ملاحظه است .

اصطلاحات فني : با توجه با اينكه همه ي دوستان با اين اصطلاحات آشنايي دارند ، با اين حال يادآوري اين مطالب خالي از لطف نيست .

حافظه ي نيمه رسانا : RAM و ROM :

برنامه ها و داده در حافظه ذخيره مي شوند .. 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 مي كند : اول آن كه RAM حافظه ي خواندني / نوشتني است در حاليكه ROM حافظه ي فقط خواندني است و دوم آنكه RAM فرار است ( يعني محتويات آن هنگام نبود ولتاژ تغذيه پاك مي شود ) درحاليكه ROM غير فرار مي باشد .

گذرگاه ها : 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 ادرس ، گذرگاه داده و گذرگاه كنترل . گذرگاه داده اطلاعات را بين CPU و حافظه يا بين CPU و قطعات I/O منتقل مي كند .

ابزارهاي ورودي / خروجي :

ابزارهاي I/O يا ابزارهاي جانبي كامپيوتر كه مسيري براي ارتباط بين سيستم و دنياي واقعي را فراهم مي كند . شامل : ابزارهاي ذخيره سازي انبوه كه همونن CD و Flopy و دي وي دي و ... هستند و ابزارهاي رابط با انسان مثل صفحه كليد ، CRT و چاپگر و ... هستند و ابزارهاي كنترل / نظارت كه ابزارهاي نظارت همان ورودي يا حسگر هستند كه با كميت هايي نظير حرارت ، نور ، فشار و ... تحريك شده و آنها را به جريان يا ولتاژي كه توسط CPU خوانده مي شود تبديل مي كنند ( مثل فتوترانزيستور ها ، ترميستورها و سوئيچ ها ) .

برنامه ها : بزرگ و كوچك :

كه همان نرم افزار است كه شامل انواع زير است :

نرم افزار كاربردي ( ارتباط با كاربر ) ، سيستم عامل ( زبان فرمان ، برنامه هاي مفيد ) و زيرروال هاي ورودي ، خروجي ( دسترسي به سخت افزار )

ميكروها ، ميني ها و كامپيوترهاي مركزي :

بعنوان يك نقطه شروع ، كامپيوترها بر اساس اندازه و توان آنها با عنوان ميكروكامپيوترها ، ميني كامپيوترها و كامپيوترهاي مركزي دسته بندي مي شوند . يك ويژگي كليدي ميكروكامپيوترها اندازه و بسته بندي CPU مي باشد كه از يك مدار مجتمع واحد - يعني يك ريزپردازنده تشكيل شده است . از طرف ديگر ميني كامپيوترها و كامپيوترهاي مركزي علاوه بر آن كه در برخي جزئيات معماري ، پيچيده تر هستند ، CPU هايي مشتمل بر چندين IC دارند كه از چند IC ( در ميني كامپيوتر ها) تا چندين برد مدار متشكل از IC ها ( در كامپيوترهاي مركزي ) تغيير مي كند و اين براي به دست آوردن سرعت هاي بالا و توان محاسباتي كامپيوترهاي بزرگتر ضروري است .

ويژگي ديگري كه ميكروها را از ميني ها و كامپيوترهاي مركزي جدا مي كند آن است كه ميكروكامپيوترها سيستمهايي تك اجرايي و تك كاربريا single - user هستند يعني با يك كاربر ارتباط متقابل دارند و يك برنامه را در يك زمان اجرا مي كنند . از طرف ديگر ميني ها و كامپيوترهاي مركزي سيستمهايي چند اجرايي و چند كاربر يا multi – user هستند .

مقايسه ي ريز پردازنده ها با ميكروكنترلرها :

پيش از اين گفتم كه ريز پردازنده ها CPU هايي تك تراشه هستند و در ميكروكامپيوترها به كار مي روند . پس فرق ميكروكنترلرها با ريز پردازنده ها چيه ؟

با اين سوال از سه جنبه ميشه برخورد كرد :

معماري سخت افزار ، كاربردها و ويژگي هاي مجموعه ي دستورالعمل ها .

معماري سخت افزار : در حالي كه ريز پردازنده يك CPU ي تك تراشه اي است ، ميكروكنترلر در يك تراشه واحد شامل يك CPU و بسياري از مدارات لازم براي سيستم ميكروكامپيوتري كامل مي باشد . ميكروكنترلرها علاوه بر CPU داراي Ram و ROM ، يك رابط سريال ، يك رابط موازي ، تايمر و مدارات زمان بندي وقفه مي باشند كه همگي در يك IC قرار دارند . يك ويژگي مهم ميكروها سيستم وقفه ي موجود در داخل انهاست . ميكروها به عنوان ابزارهاي كنترل گرا يا control – oriented devices اغلب براي پاسخ بي درنگ به محركهاي خارجي ( وقفه ها ) مورد استفاده قرار مي گيرند .

كاربردها :

ريزپردازنده ها اغلب به عنوان CPU در سيستم هاي ميكروكامپيوتري بكار مي روند . اين كاربرد دليل طراحي آنها و جايي است كه مي توانند توان خود را به نمايش بگذارند . با اين وجود ميكروكنترلرها در طراحي هاي كوچك با كمترين اجزاء ممكن كه فعاليت هاي كنترل گرا انجام مي دهند نيز يافت مي شوند .اين طراحي ها در گذشته با چند دوجين يا حتي صدها IC ديجيتال انجام مي شد . يك ميكرو كنترلر مي تواند در كاهش تعداد كل اجزاء كمك كند . آنچه كه مورد نياز است عبارت است از يك ميكروكنترلر ، تعداد كمي اجزاء پشتيبان و يك برنامه كنترلي در ROM . ميكروكنترلرها براي " كنترل " ابزارهاي I/O در طراحي هايي با كمترين تعداد اجزاء ممكن مناسب هستند ، اما ريز پردازنده ها براي " پردازش " اطلاعات در سيستم هاي كامپيوتري مناسبند .

ميكروكنترلرها پردازنده هايي اختصاصي هستند . آنها به خودي خود در كامپيوترها بكار نمي روند ، بلكه در فراورده هاي صنعتي و وسايل مصرفي مورد استفاده قرا ر ميگيرند . استفاده كنندگان اين فرآورده ها گاه از وجود ميكروها كاملا بي اطلاع هستند . از ديد آنها اجزاي داخلي وجود دارند اما جزو جزئيات بي اهميت طراحي بشمار مي روند .

برخلاف سيستمهاي كامپيوتري كه توسط قابليت برنامه ريزي و دوباره برنامه ريزي شدن ، باز شناخته مي شوند ، ميكروها يك بار براي هميشه و براي يك كار برنامه ريزي مي شوند .

وظايفي كه ميكروها انجام مي دهند وظايف تازه اي نيستند . آنچه جديد است اين است كه طراحي ها با تعداد اجزاي كمتري از گذشته انجام مي شوند . طراحي هايي كه درگذشته با استفاده از ده ها يا حتي صدها IC انجام مي شدند امروزه با يك ميكروكنترلر و اجزايي به تعداد انگشتان دست قابل انجام اند . كاهش تعداد اجزاء كه نتيجه ي مستقيم قابليت برنامه ريزي و توانايي زياد ميكروكنترلرها در ايجاد يكپارچگي مي باشد ، معمولا منجر به زمان طراحي و ساخت كوتاه تر ، هزينه ي توليد پايين تر ، مصرف توان كمتر و قابليت اطمينان بيشتر مي شود . اعمال منطقي كه نيازمند چندين IC مي باشند ، اغلب توسط يك ميكروكنترلر با اضافه كردن يك برنامه ي كنترلي انجام مي شوند .

عيب كار در سرعت است . راه حل هاي ميكروكنترلي هرگز در سرعت به پاي راه حلهاي مشابه با اجزاي گسسته نمي رسند . در موقعيت هايي كه نياز به پاسخ هاي بسيار سريع به رويدادها وجود دارد ( كه البته به ندرت چنين كاربردهايي پيدا مي شوند ) ميكروها عكس العمل ضعيفي از خود نشان مي دهند .

بكار بردن ميكروها براي چنين عملي چندان مرسوم نيست ، اما اين امكان وجود دارد . در بسياري از كاربردها بويژه آنهايي كه با عملكرد انسان سروكار دارند اين كه تأخير ها به نانوثانيه انداره گيري شوند يا ميكروثانيه و ميلي ثانيه اهميتي ندارند ، ( مثلا هنگامي كه فشار روغن ماشين شما افت ميكند ، آيا لازم است كه ظرف چند ميكروثانيه مطلع شويد ؟) .

ميكروكنترلرها مي توانند عمليات منطقي را انجام دهند و از اين گذشته هر چه طراحي ها پيچيده تر باشند مزاياي طراحي ميكروكنترلري ، بيشتر خود را نشان ميدهند . تعداد كم اجزا مزيتي است كه قبلا به آن اشاره شد و علاوه بر آن عمليات پيش بيني شده در برنامه كنترلي را مي توان تنها با تغيير نرم افزار دگرگون كرد و اين روش كمترين اثر ممكن را روي چرخه ي توليد خواهد گذاشت .

متداولترين روش اتصال كامپيوترها در يك شبكه استفاده از كابل است. كابل‌ها علي‌رغم ساده و ارزان بودن داراي محدوديت‌هايي نيز هستند. مثلاً  نمي‌توان دو دفتر يك شركت را كه در دو نقطه از يك شهر واقع هستند، توسط كابل به هم ارتباط داد. به علاوه استفاده از كابل در بسياري از مواقع دست‌وپا‌گير است.

براي غلبه بر اين محدوديت‌ها در بعضي از شبكه‌ها، از محيط واسطه انتقال راديويي يا  بي‌سيم استفاده مي‌شود. تكنولوژي بي‌سيم به عنوان جايگزين سيستم كابل‌كشي به سرعت در صنعت نرم‌افزار و سخت‌افزار مطرح شده است. در بعضي از شبكه‌ها، از سيستم بي‌سيم براي پشتيباني از شبكه در هنگام آسيب‌ديدگي كابل‌ها استفاده مي‌شود. شبكه‌هايي كه از تكنولوژي بي‌سيم براي ارتباط استفاده مي‌كنند، شبكه‌هاي بي‌سيم‌‌ ‌‌(Wire less) نام دارند.

در شبكه‌هاي بي‌سيم از امواج راديويي به عنوان محيط انتقال استفاده مي‌شود. امواج راديويي مورد استفاده در شبكه‌هاي بي‌سيم را از نظر فركانس به كار رفته به سه گروه تقسيم مي كنند . امواج راديويي، مايكروويو و مادون قرمز.

‌ فركانس امواج راديويي‌‌ ‌‌(RF) به كار رفته در شبكه‌هاي بي‌سيم بين محدوده 10 كيلوهرتز تا چند گيگاهرتز قرار مي‌گيرند. امواج‌ ‌RF به‌خودي خود در تمام جهت‌ها منتشر مي‌شوند، اما مي‌توان به كمك آنتن‌هاي ويژه جهت انتشار اين امواج را محدود به يك سمت خاص نمود.

بُرد انتشار امواج راديويي بسيار زياد است ضمن آن كه مي‌توان به كمك دستگاه‌هاي فرستنده - گيرنده
‌‌(Transceiver) راديويي، اين امواج را براي ارسال به نقاط دورتر تقويت كرد.

سرعت انتقال داده در سيستم‌هاي راديويي بين ‌‌1 تا‌‌ 11Mbps است. سيستم راديويي‌ ‌RF مي‌تواند در سيستم‌هاي شبكه‌اي سيار يا Mobile ‌نيز مورد استفاده قرار گيرد.  ارتباطات در اين محدوده نيازي به مجوز ندارند.

نوع ديگر شبكه‌هاي بي‌سيم از امواج راديويي در باند فركانسي مايكروويو براي محيط انتقال استفاده مي‌كنند. امواج مايكروويو برخلاف امواج‌ ‌RF فقط در يك جهت منتشر مي‌شوند. اين امواج در برابر تداخل حاصل از فعاليت‌هاي الكتريكي اتمسفري نظير رعد و برق بسيار حساس هستند.

در سيستم‌هاي مايكروويو نيز همانند امواج ‌‌RF، سرعت انتقال داده به فركانس سيگنال بستگي داشته و در ناحيه اي بين يك تا ‌‌ده ‌‌ Mbps قرار مي‌گيرد. فركانس سيگنال در سيستم‌هاي مايكروويو بين 4‌‌ تا 14 گيگاهرتز‌  مي‌باشد.

سيستم‌هاي مايكروويو به دو صورت مورد استفاده قرار مي گيرند: سيستم‌هاي زميني و سيستم‌هاي ماهواره‌اي. سيستم‌هاي مايكروويو زميني از آنتن‌هاي بشقابي دوطرفه براي رله امواج استفاده مي‌كنند و بايد داراي مجوز  باشند.

سيستم‌هاي ماهوارهاي مايكروويو از طيف فركانس باند كوتاه استفاده كرده و براي رله آن‌ها از ماهواره ها كمك گرفته مي‌شود.

تضعيف در سيستم هاي راديوي‌ ‌RF و مايكروويو نيز وجود دارد. در اين سيستم‌ها، تضعيف به اندازه آنتن و فركانس سيگنال بستگي دارد.

‌ نوع سوم شبكه‌هاي بي‌سيم از امواج راديويي در فركانس امواج نور در ناحيه مادون قرمز براي محيط انتقال استفاده مي‌كنند. براي توليد امواج مادون قرمز از ديودهاي نورگسيل‌ ‌(LED) يا ديودهاي ليزري‌ ‌(ILD) استفاده مي‌شود. استفاده از امواج نوري مادون قرمز براي محيط‌هاي سربسته بسيار مناسب است. هزينه تجهيزات اين سيستم به كيفيت مورد استفاده و توليدكننده آن‌ها بستگي دارد.

از آن جايي كه فركانس امواج راديويي در ناحيه مادون قرمز بالا است، سرعت انتقال داده در سيستم‌هاي مادون قرمز نيز بالا بوده و بين ‌‌‌1Mbps تا‌‌  16Mbps مي‌باشد.

شبكه‌هاي بي‌سيم براساس كاركرد خود مي‌توانند به سه طبقه تقسيم شوند. اين انواع عبارتند از: سيستم‌هاي رايانه‌اي سيار ‌(Mobile Computing)، شبكه‌هاي‌ ‌LAN بي‌سيم يا ‌‌WLAN و شبكه‌هاي محلي توسعه يافته ‌(ELAN) يا Extended LAN .

 شبكه‌هاي ‌رايانه‌اي سيار از واسطه‌هاي عمومي نظير خطوط تلفني براي انتقال داده استفاده مي‌كنند. سرعت انتقال داده در اين روش بين 8 تا 36.6Mbps است.

با استفاده از اين شبكه‌ها كاربران مي‌توانند حين سفر به مبادله نامه‌هاي الكترونيكي و اطلاعات بپردازند. خطوط تلفني تنها محيط‌هاي انتقال اين شبكه‌ها نيستند. در اين شبكه‌ها نيز مي‌توان از سيستم‌هاي راديويي نظير آن چه كه در تلفن‌هاي سيار و تلفن‌هاي ماهواره‌اي به كار مي رود، نيز استفاده كرد.

داده‌ها در شبكه‌هاي ‌‌WLAN همانند شبكه‌هاي ‌ ‌LAN ارسال مي‌شوند. در شبكه‌هاي‌ ‌WLAN يك نقطه مركزي موسوم به نقطه دسترسي مركزي يا‌ ‌Central Access Point به‌كمك تجهيزات فرستنده و گيرنده تمام كامپيوترهاي شبكه را به هم متصل ميكند. در شبكه‌هاي ‌ ‌WLAN از مادون قرمز، ليزر و امواج راديويي براي انتقال داده استفاده مي‌شود.

شبكه‌هاي نوع سوم يا  ‌ELAN با اتصال دو يا چند شبكه ‌ ‌LAN به‌كمك پل يا ‌Bridge هاي بي‌سيم ايجاد مي‌شوند. براي فواصل بيشتر مي‌توان از ‌Bridge‌هاي بي سيم برد بلند استفاده كرد. برد اين پل‌ها حدود 50 كيلومتر است.

در شبكه‌هاي ‌ELAN، داده و صوت با سرعت‌‌ 1.544Mbps انتقال داده مي‌شوند.

WLAN 
‌WLAN يا Wireless LAN شبكه‌ محلي‌ بدون‌ كابل‌ است‌ كه‌ همان‌ مزايا و وضعيت‌ تكنولوژي ‌LAN را دارد. شبكه‌هاي‌ محلي‌ بي‌سيم‌ به‌ جاي‌ استفاده‌ از  كابل‌هاي‌ هم‌ محور، به‌ هم‌ تابيده‌ يا فيبرنوري‌ از فركانس‌هاي‌ راديويي‌ (RF)  استفاده‌ مي‌كنند.‌

 شبكه‌هاي‌ بي‌سيم‌ با اتكا به امواج طيف‌ گسترده ‌(Spreed Spectrum) كه‌ حساسيت‌ كمتري‌ نسبت‌ به‌ نويز راديويي‌ و تداخل‌ دارند عمل‌ مي‌كنند. لذا براي‌ انتقال‌ اطلاعات‌  بسيار مناسب‌ مي‌باشند.‌

 ‌ حركت‌ از LAN كابلي‌ به‌ بي‌سيم

‌ اترنت‌ تكنولوژي‌ حكمفرما در دنياي‌ كابلي‌ است‌ كه‌ توسط‌ سازمان ‌IEEE با استاندارد 802.3 تعريف‌ شده‌ است‌ و يك‌ استاندارد كامل، با سرعت‌ بالا و  قابليت‌ دسترسي‌ گسترده‌ مي‌باشد. اترنت‌ امكان‌ انتقال‌ اطلاعات‌ با سرعت‌ ده‌ مگابيت‌ در ثانيه‌ را دارد و نوع‌ سريع‌تر آن‌ با سرعت‌ صد مگابيت‌ در ثانيه‌  اطلاعات‌ را انتقال‌ مي‌دهد.‌

 اولين‌ فناوري‌ شبكه‌ محلي‌ بي‌سيم‌ در باند 900 مگاهرتز و سرعت‌ پائين‌ (1 تا 2 مگابيت‌ بر ثانيه) متولد شد. عليرغم‌ كمبودها و به‌ خصوص‌ سرعت‌  پايين، آزادي‌ و انعطاف‌پذيري‌ بي‌سيم‌ باعث‌ شد اين‌ فناوري‌ تازه‌ راه‌ خود را به‌ خرده‌فروشي‌ها و انبارهايي‌ كه‌ دستگاه‌هاي‌ قابل‌ حمل‌ در دست‌ را براي‌  مديريت‌ و دريافت‌ اطلاعات‌ استفاده‌ مي‌كردند، باز كند.‌

 در سال‌ 1991 شبكه‌هاي‌ بي‌سيم‌ از اقبال عمومي گسترده برخوردار شدند. يك‌ سال‌ بعد شركت‌ها به‌ توليد دستگاه‌هاي‌ شبكه‌هاي‌ بي‌سيم‌ كه‌ در باند 4/2  گيگاهرتزي‌ كار مي‌كردند، روي آوردند. ‌

در ژوئن‌ 1997،IEEE استاندارد 802.11 را براي‌ شبكه‌هاي‌ محلي‌ بي‌سيم‌ ارائه‌ داد. استاندارد 802.11 از انتقال‌ با نور مادون‌ قرمز و دو نوع‌ انتقال‌  راديويي‌ با پهناي‌ باند 4/2 گيگاهرتز و سرعت‌ انتقال‌ داده ‌2Mbps پشتيباني‌ مي‌كند. در سپتامبر سال‌ 1999 نيز استاندارد 802.11b براي‌ انتقال‌ اطلاعات‌ به‌صورت‌ بي‌سيم‌ با سرعت 11Mbpsمعرفي‌ گرديد.‌

‌ انعطاف‌پذيري:‌ دسترسي‌ به‌ اطلاعات‌ بلادرنگ‌ در هركجا و در هر زمان‌ در يك‌ ساختمان‌ و يا در چند ساختمان‌ بدون‌ انجام‌ كابل‌كشي.‌

  نرخ‌ سرعت‌ بالا در حد شبكه‌هاي‌ كابلي:‌ امروزه‌ كاربران‌ با سرعت‌ 11 مگابيت‌ در ثانيه‌ به‌ اطلاعات‌ مي‌توانند دسترسي‌ داشته‌ باشند كه‌ همانند سرعت‌ اترنت‌ معمولي‌ است.

‌ نصب‌ آسان‌

 نصب‌ شبكه‌ محلي‌ بي‌ سيم‌ سريع‌ و آسان‌ است‌ و نياز به‌ سيم‌ كشي‌ و ايجاد مسير روي‌ ديوارها و سقف‌ها را از بين‌ مي‌برد.‌

  نگهداري آسان و ارزان:  در طي‌ زمان‌ نگهداري‌ از شبكه‌ محلي‌ بي‌سيم‌ هزينه‌ كمتري‌ دارد. در ضمن‌ تعميرات‌ كابل‌ها، مسيرها و هزينه‌هاي‌ گسترش‌ مسير كابل‌كشي‌ نيز از  ميان‌ رفته‌ است. ‌

WEP  O براي‌ حفاظت‌ از داده‌ها: ‌ همانند شبكه‌هاي‌ كابلي، نسبت‌ داده‌ها از طريق‌ (Wired Equivalent Privacy (WEP تضمين‌ مي‌گردد.‌

1- با داشتن نقشه مدار صفحه كاغذي را تهيه كرده و با توجه به دياگرام مدار و اندازه المانها محل پايه هاي اجزاء به حداقل برسد براي اينكار ميتوان محل اجزاء را نيز تغيير داد و نكات زير را نيز بايد رعايت كنيم .

الف – براي پايه هر المان بايد يك دايره منظور كنيم حتي اگر در يك منطقه چندين پايه نزديك يكديگر قرار داشته باشند .

ب – فواصل بين پايه ها را با توجه به نقشه مدار به يكديگر وصل مي كنيم .

2- چون مدار چاپي در يك طرف فيبر و قطعات مدار در طرف ديگر فيبر قرار ميگيرند لذا طرح نهائي مدار چاپي معكوس مي شود براي جلوگيري از اين مسئله يك كاربن را بطور عكس زير صفحه كاغذي طرحمان قرار ميدهيم بطوريكه قسمت جوهر آن زير كاغذ باشد حال طرحي را كه قبلا بدقت تهيه كرده ايم پر رنگ ميكنيم تا اين طرح بطور كامل و دقيق و بصورت معكوس در پشت صفحه كاغذ بيافتد اين طرح اصلي ما ميباشد .

3- فيبر مدار چاپي را به اندازه لازم مي بريم و آنرا بوسيله پودر يا صابون بدقت تميز و خشك مي كنيم .

4- يك كاربن در پشت طرح اصلي مان گذاشت و ايندو را به فيبر مدار چاپي با چسب مي چسبانيم بطوريكه جوهر كاربن بطرف مس باشد .

5- طرح اصلي را با دقت پررنگ مي كنيم ، ورودي و خروجي طرح و محل تغذيه آنرا مشخص مي نمائيم . در صورت امكان شاسي را پهن تر ميگيريم و نام طرح را نيز مي نويسيم اين اعمال ميبايست به نحوي انجام شود كه طرح و مشخصات مدار بطور واضح روي صفحه مس بيفتد .

6- با ماژيك روغني ( تينري ) آثار طرح اصلي برروي صفحه مسي را پررنگ مي كنيم .

7- صفحه مسي را داخل ظرفي كه محتوي محلول پركلروردوفر ميباشد مياندازيم و آنرا گرم كرده و آهسته تكان مي دهيم بايد دقت كنيم كه محلول اسيد برروي دست و لباسمان نپاشد ضمنا هر چه اين محلول غليظ تر باشد مسهاي روي صفحه مدار چاپي زودتر خورده ميشود بهرحال پس از مدتي مس همه قسمتها ي مدارچاپي بجز طرحي كه با ماژيك مخصوص روغني روي ان كشيده ايم در محلول اسيد حل ميشود .

8- صفحه مدار چاپي را از داخل محلول اسيد خارج كرده و بدقت بوسيله پودر يا صابون آنرا ميشوييم تا خطوط و علائمي را كه با ماژيك كشيده ايم كاملا محو شده و مسهاي خورده نشده ظاهر گردد .

9- دواير و محل پايه هاي المانها را با مته سوراخ مي كنيم .

10- از طرف ديگر فيبر المانها را در محل خود قرار داده و پايه ها را لحيم مي كنيم . طرح آماده بهره برداري مي باشد .

يك طلق بي رنگ كه مخصوص مدار چاپي مي باشد را آماده مي نمائيم و مدار طرح ريزي شده را بوسيله نوارهاي باريك و سياه مخصوص ( براي خطوط رابط ) و پولك هاي مخصوص ( براي محل پايه ها ) روي طلق مي چسبانيم . براي آنكه شكلي كه روي طلق بدست مي آيد كاملا معكوس نقشه باشد ميتوان نوارها را روي طلق طوري چسباند كه اگر از پشت طلق به آن نگاه كنيم طرح اصلي نقشه را مشاهده كنيم .

فيبر مدار چاپي را به اندازه لازم بريده با آب و صابون يا پودر تميز كرده و بلافاصله خشك ميكنيم ( بهتر است از يك وسيله خشك كن مانند سشوار براي اينكار استفاده شود .)

صفحه را به اطاق تاريكي برده و روي آن اسپري مخصوص كه نسبت به نور حساس مي باشد بطور يكنواخت مي پاشيم ( بافاصله 20 سانتيمتر ) .

صفحه را در تاريكي به مدت 20 دقيقه در حرارت 80-70 درجه سانتي گراد خشك مي كنيم ( در كوره اشعه مادون قرمز ) .

طلق را روي فيبر قرار داده و بوسيله لامپ مافوق بنفش به مدت يك دقيقه و از فاصله 30 سانتيمتري به آن نور مي تابانيم بايد توجه داشت كه حتما طلق طوري قرار بگيرد كه طرفي كه نوار چسبانده شده بطرف نور باشد ( اين نور بكمك ماده اي كه در اسپري وجود دارد مس هائي كه در معرض نور بوده اند را تحت تاثير قرار داده و براي مرحله مس برداري آماده مي كند . )

بعد از شستشوي فيبر فوق در سود كاستيك (Caustic) در تاريكي آنرا در دواي ظهور FeCl3) و پرسولفات آمونيوم ) فروكرده و بصورت امواجي از روي آن رد مي كنيم تا مدار ظاهر شود .

فيبر را در استن (Aseton) مي شوييم اكنون مدار براي سوار كردن اجزاء آن حاضر است . مركز پولك ها را بوسيله مته نازك سوراخ كرده و مدار را مطابق طرح اوليه سوار مي كنيم .

دستگاهي كه هم اكنون به شرح آن مي پردازيم يك چشم الكترونيك غير قابل رؤيت با اشعه مادون قرمز است كه مي تواند فاصله ي بين 10 الي 15 متر مانع ايجاد كند . هر گونه انقطاعي كه در اين مانع ايجاد شود و موجب بكار افتادن دستگاه بطور خودكار ميشود . استفاده ا زاين دستگاه براي محافظت هر آنچه كه ايجاب مي كند تا از دسترس فرد در امان باشد ضروري و منطقي است . از اين مانع قابل اطمينان مي توان جهت مغازه ها ، مناطق ممنوعه خطر ناك و يا انبارهاي كالا و همچنين حفاظت اپراتورهاي دستگاههائي نظير گيوتين پرس و ... د رمقابل اتفاقات غير قابل پيش بيني استفاده نمود .

اين اشعه كه در تمام شعاعهاي نوري وجود دارد داراي طول موج 950 نانومتر ( هر نانومتر برابر يك ميلياردم متر ) مي باشد . اشعه فوق در پرتوهاي حرارتي نيز وجود دارد . براي توليد آن ميتوان از ديودهاي مادون قرمز استفاده نمود ، كه در اين صورت براي بدست آوردن انرژي كافي تغذيه مداوم آنها الزامي است . در صنعت براي اين منظور از پالس هاي ضربه اي استفاده مي كنند ، بدين ترتيب كه ديود را براي زمان كوتاهي تحت ولتاژي با فركانس ده ها كيلوهرتز قرار ميدهند . با اين روش ، ديود در مدت اعمال ولتاژ پرتوي دقيق و قوي منتشر مي كند .

در اميتر پالس فرمان با فركانس پائيني بوجود مي آيد كه پس از تقويت به سوي ديودها رفته و آنها را آماده انتشار ميسازد . اشعه ي تابشي سپس توسط فتوديود دريافت شده و تقويت ميگردد . مجموعه ي اين سيگنال ها حالت هاي منطقي بالا يا پائين را براي تابش يا قطع اشعه ي مادون قرمز بوجود مي آورند .

با روشن شدن دستگاه عملكرد آن آغاز مي شود بدون اينكه عنصر اعلام خطر را بكار اندازد . با قطع اشعه رله خروجي بايد تا مدتي بسته باشد كه اعلام خطر بطور متوالي صورت گيرد و لذا در اين مدت بايد قابل تنظيم باشد . هنگامي كه اشعه قطع مي شود پالس ايجاد شده و يك LED روشن ميشود . يك LED ديگر با روشن شدنش اجراي حكم و يا به عبارت ديگر عمل رله را نشان مي دهد . بديهي است كه براي عملكرد در دستگاه بيك كليد نياز است .

يك ترانسفورماتور كاهنده ولتاژ برق شهر را تا 12 ولت پائين آورده و سپس توسط يك پل ديود به موج يك طرفه تبديل مي شود . خازن C1 , C2 براي حذف پارازيت هاي برق شهر تعبيه شده اند . خازن C3 اولين صافي را تشكيل ميدهد . ترانزيستور توان متوسط T1 براي تثبيت ولتاژ كار گرفته شده است . ديود زنري كه در بيس اين ترانزيستور قرار گرفته موجب ميشود كه ولتاژ اميتر آن در سطح ثابت 5/9 ولت باقي بماند . خازن هاي C4 و C5 تغييرات احتمالي را صاف مي كند .

در اين قسمت در مورد اجزائي صحبت مي كنيم كه با آنها آشنائي كامل داريد مثل آي سي 555 . با در نظر گرفتن مقادير R2 , R3 و نيز خازن C6 ملاحضه خواهيد كرد كه زمان تناوب پالس هاي بدست آمده در خروجي شماره 3 از IC1 برابر 50 ميلي ثانيه مي باشد كه با فركانس 20 هرتز مطابقت دارد .

پالس هاي ايجاد شده در قسمت فوق الذكر به دو ترانزيستور T2 , T3 كه بصورت دارلينگتون بيكديگر متصل شده اند وارد شده و پس از تقويت وارد ديودهاي مادون قرمز سري واقع در كلكتور ترانزيستور ها مي شوند .

ديودهاي مادون قرمز اين دستگاه براي انعكاس ، تمركز و گسترش بهتر اشعه به شلجمي هاي كوچكتر مجهز شده اند از اين منعكس كننده ها نمي توان صرفنظر نمود زيرا برد اشعه بدون استفاده از آنها از 5 تا 7 متر تجاوز نمي كند .

راندمان دريافت يك فتوديود هنگامي به حداكثر خود مي رسد كه اشعه تابشي عمودي به آن تابيده شده باشد .

ترانزيستورهاي T4 , T5 دو طبقه پيش تقويت كننده هستند كه توسط مدار R7 و C10 به ولتاژ تغذيه متصل شده اند پس از تقويت از ترانزيستور T6 , T7 وارد ترانزيستور T8 كه از نوع PNP است ميشود .

ارتعاشات جديد در كلكتور اين ترانزيستور ظاهر مي گردد . حضور خازن C21 موجب ميشود فركانس 20 كيلوهرتز در A بوجود آيد كه در برابر فركانس پائين اميتر ناچيز است .

گيت هاي نور شماره 1 و 2 از IC3 بصورت مولتي ويبراتور مونوستابل سوار شده اند بين دو پالس متوالي فرمان ورودي گيت شماره 1 و خروجي گيت شماره 2 در حالت پائين قرار دارند . خروجي گيت 1 و ورودي هاي گيت 2 در حالت بالا قرار ميگيرند . خازن C22 تخليه ميشود .

همچنين وروديهاي گيت 2 نيز در حالت بالا قرار مي گيرند و عمل C22 در لحظات اول همانند اتصال كوتاه است . وقتي پالس فرمان قطع شد خروجي اين گيت به حالت پائين مي رود . خازن C22 از طريق R29 آنقدر شارژ مي شود تا به ولتاژ مثبت تغذيه گيت 2 برسد .

خروجي گيت 1 از سطح منطقي 1 عبور كرده و C22 خالي ميشود . بطريقي كه دستگاه براي دريافت پالس خروجي با حاصلضرب R29 * C22 مطابقت دارد .

نتيجه اين عمل بايد زماني بين 25 تا 30 ميلي ثانيه باشد يعني اين مقدار همواره بايد زير 50 ميلي ثانيه قرار بگيرد .

اين پالس هاي طولاني خازن C23 را از طريق R30 , D2 شارژ مي كنند . با ظاهر شدن قسمت هاي منفي پالس هاي خازن C23 به دليل وجود ديود D2 از طريق R30 تخليه مي شود . مقاومت R30 در ارتباط با مقاومت R31 عمل كنترل جريان شارژ C23 را داشته و يك تقسيم كننده ولتاژ را بوجود مي آورند . و همچنين در ورودي شماره 9 از گيت NOR شماره 3 از IC4 بطور دائم و يكسان براي مدت زيادي حالت بالا وجود داشته و باعث ميگردد كه فتو ديود تحت تأثير اشعه مادون قرمز قرار گيرد .

هدايت T9 موجب روشن شدن يك LED شده و دريافت سيگنال را نشان ميدهد . در حالت قطع اشعه باريك مادون قرمز ، ورودي شماره 9 گيت سوم NOR در حالت بالا قرار گرفته و L1 خاموش ميشود .

از هنگامي كه دستگاه تحت ولتاژ قرار ميگيرد خازن C24 از طريق R33 تا آنجا شارژ ميشود كه ورودي هاي گيت سوم NOR از IC4 كه اولين لحظات در حالت پائين قرار داشتند ، به حالت بالا ميروند . خروجي اين گيت به مولتي ويبراتور مونوستابل متشكل از گيت هاي NOR سوم و چهارم از IC3 فرمان ميدهد . مدت زمان پالس خروجي توسط پتانسيومتر A1 از چند دهم ثانيه تا 25 ثانيه قابل تنظيم است .

با قطع شدن اشعه مادون قرمز در خروجي گيت "نور" سوم از IC4 يك ظاهر ميشود . اين خروجي به ورودي يك مولتي ويبراتور متشكل از گيت هاي NOR شماره 1 و 2 از IC4 متصل مي گردد .

از هنگام بروز يك انقطاع در اشعه مادون قرمز يك حالت بالا و روي ورودي مولتي ويبراتور مونوستابل ظاهر مي گردد . طول مدت دوام پالس مثبت با (R37+A2)*C26 متناسب است . اين مقدار مي تواند بازاي مقادير مختلف A2 از چند دهم تا 25 ثانيه متغير باشد . پالس خروجي از گيت هاي NAND شماره 1 و 2 از IC5 كه بصورت اشميت تريگر بسته شده بوجود مي آيد .

هنگامي كه تايمر T2 توسط مولتي ويبراتور مونوستابل تشكيل شده از گيت هاي يك و دو از IC4 دخالت مي كند لبه پائين رونده در خروجي تريگر متشكل از گيتهاي يك و دو از IC3 مشاهده ميشود و گيت چهارم از IC6 اين سيگنال ها را معكوس ميكند بطوريكه حالت هاي قطع اشعه مادون قرمز براي نتيجه ي كار داراي لبه بالا رونده در خروجي گيت باشند و اين كار پس از t2 كه بوسيله پتانسيومتر A2 تنظيم شده است انجام خواهد گرفت .

 www.sanat-bargh.blogfa.com و به مطلب درایو یا کنورتور فرکانس و یا کنترل کننده دور موتور

در اين طرح با استفاده از يك دستگاه كنترل مركزي مي توان به چهار دستگاه گيرنده براي روشن و خاموش كردن دستگاه هاي الكتريكي كه مستقيما از طريق برق شهر تغذيه مي گردند فرمان داده سيگنال هاي فرمان كه توسط يك اسيلاتور ساخته مي شوند از طريق خطوط برق به دستگاه گيرنده مي رسند و از طريق يك رله 10 آمپر قادر به كنترل دستگاه هايي با توان 2000 وات ميباشد . اين دستگاه درابتدا براي راه اندازي وسايل الكتريكي از طريق كامپيوترهاي خانگي ( نظير سينكلر آتاري ...) و بدون نياز به سيم كشي هاي اضافه ساخته شده ولي از آن مي توان بصورت يك فرمان از راه دور معمولي و بدون استفاده از كامپيوتر نيز استفاده كرد. نكاتي كه بايد به آن توجه داشت :

اين دستگاه براي استفاده در فواصل طولاني مناسب نيست و در محدوده يك منزل معمولي برد دارد .

فاز برق دستگاه هاي كنترل مركزي و گيرنده ها بايد مشابه باشد .

طرح اصلي اين دستگاه بر مبناي استفاده از سيم كشي سه رشته اي ( سيستم اروپايي ) كه داراي سيم زمين جداگانه اي هستند مي باشد . بنابراين در ايران كه اين نوع سيم كشي معمول نيست بايد دقت و توجه بيشتري در ساخت و استفاده از اين دستگاه مبذول داشت تا احتمال خطر برق گرفتگي به صفر برسد . شماي بلوكي اين دستگاه در شكل 1 ديده مي شود كه شامل قسمت كنترل مركزي و يك دستگاه از چهار دستگاه گيرنده مي باشد . قسمت فرستنده كنترل مركزي شامل يك اسيلاتور استكه محدوده فركانس نوسان آن حدود 200 كيلو هرتز است و بطور عادي در حالت خاموش است ولي مي تواند توسط يكي از چهار كليد الكترونيكي روشن گردد ، هر يك ازاين كليدها فركانس خاصي را براي اسيلاتور مشخص ميكند وچون هر يك از چهار گيرنده تنها به يكي از اين فركانس ها حساس است ، دستگاه مورد نظر روشن مي گردد بدون آنكه در بقيه تأثيري داشته باشد . گيرنده ها قادر به دريافت و واكنش به پالس ها يي به كوتاهي تا 5/0 ثانيه هستند با هر پالس يكبار تغيير وضعيت در طريق نول به خطوط برق وارد مي شود . ورودي هر گيرنده شامل يك فيلتر كه يك ترانسفورمر است براي كاهش نويز همراه سيگنال و نيز افزايش امپدانس و ولتاژ و تطبيق امپدانس با طبقه بعدي است .

طبقه بعدي يك (PHASE LOCKEDLOOP)=PLL مدار قفل كننده فاز است كه تا حدودي مدار پيچيده اي محسوب مي شود . شكل 2 شماي بلوكي آي سي PLL است كه در اين مدار از NE567 فيلتر پايين گذر و اسيلاتوري است كه فركانس CCO = (CURRENT CONTROLLED OSC ) مقايسه كننده فاز خروجي CCO را با ورودي IC مقايسه مي كند . اگر فركانس CCO كمتر از فركانس ورودي يا فاز آن عقب تر از فاز ورودي يا فاز آن جلوتر باشد برعكس عمل خواهد شد تا جايي كه فاز و فركانس CCO نظير سيگنال ورودي گردد و اين حالت را اصطلاحا قفل كردن PLL مي نامند . NE567 در محدوده بسيار باريكي از فركانس ورودي (5%مثبت و منفي ) قادر به قفل كردن است به همين خاطر هم مي تواند درحوالي چندين فركانس مختلف تنها روي يكي از فركانس ها تنظيم گردد و نسبت به بقيه بي اثر باشد . فيلتر پايين گذر براي يكنواخت نمودن خروجي مقايسه كننده فاز است تا جريان كنترل نسبتا ثابتي را براي CCO فراهم آورد .

سيگنال ورودي و خروجي CCO در يك طبقه ديگر بنام مقايسه فاز QUADRATURE مقايسه مي شود. اين بخش كه در واقع يك سوئيچ الكترونيكي است تنها در لحظاتي به ورودي اجازه عبور مي دهد كه سيگنال CCO با لبه مثبت اغاز به كار كرده باشد . خروجي اين بخش بشدت تضعيف مي شود و اگر اختلاف فاز 180 درجه باشد، خروجي هم صفر خواهد شد . ولي اگر اختلاف فازي نداشته باشيم سيگنال ورودي بصورت يكسو شده نيم موج در خروجي ظاهر خواهد شد و بعد از صاف شدن ولتاژ مثبتي را پديد مي آورد كه با يك ولتاژ مرجع V.REF مقايسه مي شود و نتيجه آن مي تواند يك ترانزيستور PNP را كه بعنوان خروجي اين آي – سي بكار مي رود به راه بياندازد .

باز مي گرديم به شكل 1 خروجي PLL از طريق يك فيلتر( براي گرفتن اغتشاشات ناشي از تغيير ناگهاني جريان برق كه ممكن است در خروجي PLL نيز ظاهر شود ) به يك فيليپ فلاپ تقسيم بر دو رفته است . بطوريكه بعد از هر بار كه خروجي PLL يك پالس منفي ( نشانه قفل شدن PLL) توليد مي كند ، اين فيليپ فلاپ هم تغيير وضعيت مي دهد و مي تواند يك رله را بكار يا از كار بياندازد و نهايتا دستگاه مورد نظر را روشن يا خاموش كند .

اين مدار از طريق ولتاژ 5/7 ولت غير رگوله تغذيه مي گردد . خروجي آي سي 555 ( كه بصورت يك نوسان ساز عمل مي كند ) از طريق C12 به نول برق شهر كوپل شده است . مقاومت R6 و يكي از چهار مقاومت 7-9-11-13 كه از طريق سوئيچ الكتريكي انتخاب مي شوند . اين سوئيچ خود از مجموع دو ترانزيستور (6-2) و (3-7) و (4-8) و (5-9) تشكيل شده است . علت استفاده از تركيب دو ترانزيستور ( با توجه به بهره زيادي كه به اين صورت پيدا ميكنند ) اينست كه فركانس خروجي كاملا از تغييرات جريان هاي ورودي كه توسط اين درايوها پيش مي آيد مصون باشد . براي راه اندازي اين سوئيچ ها توسط كامپيوتر از IC5 كه يك عايق ساز فوري است استفاده شده بطوريكه با اعمال ولتاژ مثبتي به هر يك از پايه هاي 8-5-4-1 يك LED مادون قرمز در درون آي سي روشن مي شود و به يك ترانزيستور نوري كه خروجي آن پايه هاي 16-13-12-9 مي باشد مي تابد و از اين طريق سوئيچ الكترونيك عمل ميكند ( هر بار تنها يكي از سوئيچ ها بايد عمل كند ) .

مدار گيرنده كه تغذيه آن از دو بخش رگوله 5 ولت براي PLL ( حداكثر ولتاژ كارش 10 ولت است ) و 12 ولت غير رگوله براي بخش هاي ديگر تشكيل يافته است . ولتاژ رگوله توسط IC1 تأمين مي شود . سيگنالي كه از طريق نول براي گيرنده مي رسد با خازن C1 به اوليه فيلتر و ترانسفورمر T2 مي رسد . T2 يك ترانسفورمر 455 كيلوهرتز مربوط به آخرين طبقه IF است كه در اين جا بطور معكوس از آن استفاده شده و در واقع سيگنال ورودي به سيم پيچ ثانويه آن داده شده است . خازن C5 فركانس تشديد T2 را به حدود 200 كيلوهرتز كاهش مي دهد . C6 خازن كوپلاژ IC2 20 ميلي ولت بايد باشد كه خروجي T2 به اندازه كافي براي آن زياد هست . VR1 , R1 , C7 براي مشخص كردن فركانس كار CCO بكار مي رود . با VR1 فركانس اين اسيلاتور را به حد فركانس ورودي آي – سي ( يكي از 4 فركانس فرستنده اصلي ) مي رسانند C8 خازن باي پاس است و C9 خازن صاف كننده در مدار سوئيچينگ است R2 نيز بار ترانزيستور خروجي PLL محسوب مي شود .C10 و R3 نيز بعنوان آخرين مراحل تضعيف نويز و اغتشاش در سيستم بكار مي رود .

IC3 كه يك تقسيم كننده چهارده مرحله اي است در اين جا تنها از اولين طبقه آن و بعنوان يك فيليپ فلاپ استفاده مي شود . C11 و R4 بعنوان ريست (RESET) خودكار مدار در لحظه روشن كردن دستگاه بكار مي رود . TR1 براي راه اندازي رله است و D3 نيز ديود محافظ است . رله RLA براي قطع و وصل فاز بكار مي رود .

سيگنال هايي كه براي راه اندازي سيستم بكار مي رود نبايد كوتاه تر از 0/5 ثانيه باشد . در هنگام تنظيم هر گيرنده VR1 را به آرامي مي چرخانيم تا جايي كه رله براحتي با قطع و وصل شدن سيگنال عمل كند . بطور معمول T2 احتياج به تنظيم ندارد اما اگر لازم باشد ، مي توان تا حدودي تنظيم را با آن انجام داد .