مقاله ميكروكنترلر

مقدمه:
يكي از كميتهايي كه در صنايع دانستن مقدار آن اهميت زيادي دارد دما مي باشد. به خصوص در كوره ها و جاهايي كه امكان دماي بالا وجود دارد داشتن مقدار دقيق دما بسيار حائز اهميت است. پروژه اي هم كه اينجانب به عنوان پروژه پايان دوره تحصيلات كارشناسي خود انتخاب نموده ام نمايش دماي از ۰ تا ۱۵۰۰ درجه سانتي گراد مي باشد كه سنسور دما از نوع ترموكوپل، ميكروكنترلر مورد استفاده از خانواد ۸۰۵۱ و نمايش گر هم از نوع LCD مي باشد.
امروزه اهميت استفاده از ميكروكنترلرها بر كسي پوشيده نيست. ميكروكنترلر داراي يك CPU به همراه مقدار ثابتي ROM , RAM و پورتهاي I/O ، تايمر درون خود مي باشد و اين امر باعث مي شود كه ميكروكنترلر فضاي بسيار كم و قيمتي مناسب و ارزان را دارا مي باشد و در كاربردهاي نه چندان پيچيده و تك منظوره از آنها استفاده مي شود. در حال حاضر تقريباً در تمام وسايلي كه روزانه با آنها سروكار داريم. مانند لوازم خانگي، لوازم اداري، لوازم خودرو و … وجود آنها را احساس مي كنيم.
در اين پروژه هم به عنوان بخش مهم و اصلي سيستم از يك نوع اين ميكروكنترلرها استفاده كرده ايم. ميكروكنترلرها برحسب كارخانه سازنده آنها انواع و مدلهاي مختلفي دارند كه انواع ميكروكنترلرها همراه با كارخانه سازنده آن و زبانهاي برنامه نويسي در زير ليست مي شود.

و خانواده MCS51 شامل انواع IC ها به شرح زير مي باشد.

در پروژه اي كه شرح آن مي رود از ميكروكنترلر ۸۹C51 از خانواده MCS-51Tm استفاده شده است و سخت افزار مدار پايه هاي آن و قابليت هاي موجود در آن در بخش هاي بعدي پروژه توضيح داده مي شود.
اميدوارم دانشجويان و اساتيد محترم با ارائه نظرات و پيشنهادات خود ياري گر اينجانب در انجام پروژه هاي بزرگتر باشند.
با تشكر
فصل اول: مطالب تئوري و توضيح المانهاي مدار
بخش اول: آي سي هاي جبران ساز دما
۱- آدرس هاي مبدل دما به كميت الكتريكي
۲- مبدل دما به ولتاژ
۳- ترموكوپل
۴- قوانين ترموكوپل ها
۵- مدار داخلي جبران ساز دما (AD595) , (AD594)
بخش دوم: LCD
1- مقايسه LCD با LED هاي هفت قسمتي
۲- شرح پايه هاي LCD
3- عملكرد LCD
4- فرستادن اطلاعات به LCD
5- نحوه اتصال به LCD به ميكروكنترلر
بخش سوم: ميكروكنترلر
۱- اجزاء يك سيستم ميكروكامپيوترها
۲- واحد پردازش مركزي (cpu)
3- حافظه RAM و ROM و گذرگاه ها
۴- خانواده MCS – ۵۱Tm
5- بررسي پايه هاي ۸۰۵۱
۶- پورت هاي ورودي و خروجي ميكرو
بخش چهارم: مبدل آنالوگ به ديجيتال (ADC 804)
1- اتصال ADC و سنسورها به ۸۰۵۱
۲- پايه هاي ADC 804
3- خروجي هاي ADC 804
4- زمين آنالوگ و زمين ديجيتال ADC 804
5- تست ADC 804
6- اتصال سنسور حرارت به ۸۰۵۱
مبدل دما به كميت الكتريكي
عناصر نيمه هادي وابستگي زيادي به حرارت دارند. از اين خاصيت جهت ساخت مدارات مجتمع كه سنسور دما مي باشند استفاده مي شود. در اين مدارات مجتمع ولتاژ با جرياني متناسب با دماي مطلق (درجه كلوين) ايجاد مي شود. وابستگي عناصر نيمه هادي به دما به سه صورت ظاهر مي شود.
۱- صورت اول ايجاد زوج الكترون – حفره ناشي از حرارت مي باشد الكترونهاي باند والانس با گرفتن انرژي حرارتي لازم به باند هدايت مي روند. نرخ ايجاد زوج الكترون – حفره در اين فرايند به طور نمايي با حرارت افزايش مي يابد.
۲- در يك پيوند P–N زوج الكترون – حفره هاي ايجاد شده در نزديكي ناحيه تخليه در جهت ميدان الكتريكي پيوند حركت كرده و باعث ايجاد جريان اشباع معكوس مي شوند. پارامترهاي بسياري در وابستگي اين جريان به حرارت نقش دارند. ولي بطور ساده مي توان ديد كه بازاي C100 افزايش حرارت مقدار جريان حدوداً دو برابر مي شود از تغيير جريان اشباع معكوس با دما مي توان به عنوان اندازه گيري دما استفاده كرد ولي متأسفانه اين پارامتر در دو عنصر مشابه يكسان نبوده و علاوه به اين شدت غير خطي است.
۳- اثر ديگر دما روي پيوند P-N تغيير ولتاژ دو سر پيوند در باياس مستقيم و در يك جريان ثابت است.
مبدلهاي دما به ولتاژ:
شكل شماره ۱-۱ زير يك مبدل دما به ولتاژ را نشان مي دهد مجموعه ترانزيستورهاي Q3 الي Q5 تشكيل منبع جريان را مي دهند. سطح مقطع اميترترانزيستور Q5 8 برابر Q3 و Q4 مي باشد.
ولتاژ تقويت شده مي باشد. گين تقويت كننده فوق R3/R2 بوده و لذا ولتاژ خروجي به صورت زير است كه تابعي خطي از دماي مطلق مي باشد بايد توجه داشت كه ساخت چنين مداري بصورت گسسته نياز به مقاومتهاي دقيق با ضريب حرارتي يكسان دارد. مداري كه شرح آن رفت. جزو مبدلهاي سه پايه مي باشد كه پايه هاي آن عبارتند از V+ و زمين و از نمونه هاي عملي چنين مبدلي مي توان به مدار مجتمع LM35 اشاره كرد.

مبدل دما به ولتاژ با دو پايه:
عملكرد اين نوع از مدارات مجتمع مانند يك ديودزنر بوده كه ولتاژ شكست آن با دما به طور خطي تغيير مي كند مانند شكل زير نمونه اي از مدار داخلي اين نوع مبدل را نشان مي دهد در اينجا نيز اساس كار مانند قبل آشكار نمودن اختلاف ولتاژ بيس دو ترانزيستور با جريان متفاوت است. در اين شكل ۲-۱ اگر گين A2 بزرگ باشد، به اجبار ولتاژ كلكتورهاي Q1 و Q2 نيز مساوي خواهد بود. اين مطلب بخاطر وجود فيدبك منفي شديد مي باشد. فرض كنيد كه بنا به دليلي ولتاژ كلكتور Q1 بالا رود. اين حالت باعث مي شود تا خروجي تقويت A2 مثبت باشد و جريان Q3 و Q4 افزايش يابد. اين افزايش جريان كاهش ولتاژ را بدنبال داشته و لذا ولتاژ دو سر مقاومت R4 نيز كاهش مي يابد اين به معني كم شدن Vbe مي باشد كه در نتيجه افزايش جريان Q1 و كاهش ولتاژ كلكتور آن را در پي خواهد داشت.

در صورتيكه فاصله منبع حرارت از دستگاه اندازه گيري خيلي زياد باشد همچنين مي توان ICAD590 كه يك منبع جريان وابسته به حرارت، حساسيت استفاده نمود.
ترموكوپل:
در سال ۱۸۲۱ توماس سي بك موفق به كشف ولتاژ ترموالكتريك (يك ولتاژ سي بك) گرديد كه امروزه به عنوان يكي از ابزار مهم در اندازه گيري حرارت بحساب مي آيد.
اگر در فلز مختلف A و B كه در يك نقطه به يكديگر متصل شوند در محل اتصال آنها يك اختلاف پتانسيل الكتريكي كه به آن پتانسيل تماس، ولتاژ ترمو الكتريك يا emf مي گويند، بوجود مي آيد.
ميزان پتانسيل تماس بستگي به جنس دو فلز A و B و نيز دماي محل تماس (T) دارد و از نظر رياضي توسط يك چند جمله اي قابل بيان مي باشد.

مقادير و و … بستگي به جنس دو فلز A و B دارند. به عنوان مثال مقادير فوق براي دو فلز آهن – كنستانتان كه در طبقه بندي ترموكوپلها نوع J را تشكيل مي دهند بصورت زير مي باشد.

شكل ۳-۱ چند نمونه منحني مشخصه ترموكوپلهاي صنعتي را نشان مي دهد.

همانطور كه در شكل پيداست ترموكوپل يك مدار بسته متشكل از محل اتصال با دماهاي T1 و T2 مي باشد اگر يك ولتمتر با امپدانس ورودي خيلي بالا را در مدار قرار دهيم بطوريكه بتوان از جريان حلقه صرفنظر نمود، در اين صورت ولتاژ اندازه گيري شده عبارت خواهد بود از تفاوت پتانسيل تماس در نقاط اتصال.