مقاله بررسی علم الکترونیک و مدار فرمان میکروبی

مقاله بررسی علم الکترونیک و مدار فرمان میکروبی در 85 صفحه ورد قابل ویرایش
دسته بندی الکترونیک و مخابرات
فرمت فایل doc
حجم فایل 56 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل 85

مقاله بررسی علم الکترونیک و مدار فرمان میکروبی

فروشنده فایل

کد کاربری 6017

مقاله بررسی علم الکترونیک و مدار فرمان میکروبی در 85 صفحه ورد قابل ویرایش

فهرست مطالب

مقدمه ?
موادتغذیه ??
(ADC0804) IC 15
آشنایی با میکروکنترلرها ??
?-? مقدمه ??
?-? اصطلاحات فنی ??
?-? واحد پردازش مرکزی ??
?-? حافظه نیمه رسانا : RAM و ROM 23
5-1 گذرگاهها : آدرس ، داده و کنترل ??
?-? ابزارهای ورودی / خروجی ??
?-?-? ابزارهای ذخیره سازی انبوه ??
?-?-? ابزارهای رابط با انسان ??
?-?-? ابزارهای کنترل / نظارت ??
?-? برنامه ها : بزرگ و کوچک ??
?-? میکروها ، مینی ها و کامپیوترهای مرکزی? ??
?-? مقایسه ریزپردازنده ها با میکروکنترلرها ??
?-?-? معماری سخت افزار ??
?-?-? کاربردها ??
?-?-? ویژگیهای مجموعه دستورالعمل ها ??
??-? مفاهیم جدید ??
??-?- مزیت ها و معایب ??
?-?- مروری برخانواده MCS-51TM 42
2-2- بررسی اجمالی پایه ها ??
?-?-?- درگاه ? ??
?-?-?- درگاه ? ??
?-?-?- درگاه ? ??
?-?-?- درگاه? ??
?-?-?- (Program Store Enable) PSEN 47
6-2-2- (Address Latch Enable) ALE 47
7-2-2- (External Access) 48
8-2-2- (Reset)RST 49
9-2-2- ورودی های نوسان ساز روی تراشه ??
??-?-?- اتصالات تغذیه ??
?-?- ساختار درگاه I/O 50
4-2- سازمان حافظه ??
?-?-?- RAM همه منظوره ??
?-?-?- RAM بیت آدرس پذیر ??
?-?-?- بانک های ثبات ??
?-?- ثبات های کاربرد خاص ??
?-?-?-? پرچم نقلی ??
?-?-?-? پرچم نقلی کمکی ??
?-?-?-? پرچم ? ??
?-?-?-? بیت های انتخاب بانک ثبات ??
?-?-?-? پرچم سرریز ??
?-?-?-? بیت توازن ??
?-?-? ثبات B 63
3-5-2 اشاره گر پشته ??
?-?-? اشاره گر داده ??
?-?-? ثبات های درگاه ??
?-?-? ثبات های تایمر ??
?-?-? ثبات های درگاه سریال ??
?-?-? ثبات های وقفه ??
?-?-? ثبات کنترل توان ??
?-?-?-? حالت معلق ??
?-?-?-? حالت افت تغذیه ??
?-? حافظه خارجی ??
?-?-? دستیابی به حافظه کد خارجی ??
?-?-? دستیابی به حافظه داده خارجی ??
?-?-? رمزگشایی آدرس ??
?-?-? ثبات های تایمر ??
?-?-? ثبات های درگاه سریال ??
?-?-? ثبات های وقفه ??
?-?-? ثبات کنترل توان ??
?-?-?-? حالت معلق ??
?-?-?-? حالت افت تغذیه ??
?-? حافظه خارجی ??
?-?-? دستیابی به حافظه کد خارجی ??
?-?-? دستیابی به حافظه داده خارجی ??
?-?-? رمزگشایی آدرس ??
?-? امکانات اضافی ???? / ???? ??
?-? عملیات راه اندازی مجدد ، reset 86
خروجی آنالوگ ??
هدف طرح ??
رابط بلندگو ??

درعصری كه ما در آن زندگی میكنیم ، علم الكترونیك یكی از اساسی ترین و كاربردی ترین عملومی است كه در تكنولوژی پیشرفته امروزه نقش مهمی را ایفا میكند.

الكتورنیك دیجینتال یكی از شاخه های علم الكترونیك است كه منطق زیبای آن انسان را مجذوب خود میكند .

امروزه اكثر سیستمهای الكترونیكی به سمت دیجیتال سوق پیدا كرده است و این امر به علت مزایای زیادی اتس كه سیستمهای دیجییتال نسبت بهخ مدارهای آنالوگ دارند .

مداری كه ادر این پروژه معرف میگردد یك مدار فرمان میكروبی است كه به منظور جایگزینی برای نمونه مكانیكی آن طراحی گردیده است .

برای طراحی و ساخت یك تایمر ماشین لباسشویی ، قبل از هرچیز باید ماشین لباسشویی ، طرزكار و همچنین عملكرد قسمتهای مختلف آن را بشناسیم . برای این منظور در ابتدات به شرح قسمتهای مختلف آن میپردازیم :

اجزای زیر قسمتهای مختلف یك ماشین لباسشویی را تشكیل میدهند:

موتور ، پمپ تخلیه ، المنت گرمكن ، شیربرقی ، اتوماتیك دما ، هیدرو سوئیچ و تایمر .

اگر بخواهیم عملكرد ماشین لباسشویی را بطور خلاصه بیان كنیم ، به این صورت است كه ابتدا شیرآب (شیربرقی) بازشده و آب مخزن را پر میكند . سپس درصورت نیاز ، گرمكن آب مخزن را به گرمای مجاز میرساند . سپس موتور شروع به چرخاندن لباسهای كثیف میكند . سپس پمپ ، آب كثیف را از مخزن به بیرون از ماشین پمپ میكند . این سلسله عملیات ادامه دارد تا در انتها مشاین بطوراتوماتیك خاموش شده و متصدی دستگاه میتواند لباسهای شسته شده را از دستگاه خارج كند . فرمان تمام اجزاری فوق را تایمر میدهد . برای آشنایی با تایمر مكانیكی ، مختصری درمورد آن توضیح میدهیم :

این تایمر به ا ین صورت عمل میكند كه یك موتور الكتریكی كوچك ، یك محور را توسط چرخ دنده هایی میچرخاند و این محور یك سری دیسك های پلاستیكی هم محور ار میچرخاند . این دیسك ها بر روی خود دارای برجستگی هایی است و برروی این برجستگی ها زائده هایی قرار میگیرند كه با چرخیدن دیسك ، این زائده ها بالا و پایین رفتئه و پلاتین هایی را بازوبسته میكنند . و این پلاتین ها نیز به نوبه خود یك سری اتصال های الكتریكی قطع و وصل میشوند كه میتوانند به عنوان فرمان های الكتریكی قسمتهای مختلف لباسشویی به كار روند . شكل زیر نحوده عملكرد این نوع تایمر را نشان میدهد :

تایمرهای مكانیكی دارای عیوب و مزایایی هستند كه در زیر به آنها اشاره میشود :

بسیار گران هستند ، استفاده از این نوع تایمر باعث پیچیدگی سیم كشی داخحل ماشین لباسشویی میشود ، بر اثر كاركرد پلاتین های آن اكسیده شده و به خوبی عمل نیمكند .

از مزینتهای مهم تایمر مكانیكی میتوان نویزپذیر نبودن آن را نام برد . قبل از تشریح مدار تایم ردیجیتالی و عملكرد آن ، ابتدا كمی درمورد دو عنصر هیدروسوئیچ و اتوماتیك دما كه درتمام ماشین های لباسشویی وجود دارد (وكمتر در دستگاههای الكتریكی دیده میشود) توضیح میدهیم :

تایمرهای لباسشویی یك سری مشخصات عمومی دارند كه 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 كردن لباسشویی پس از اتمام به صورت اتوماتیك .

هیدروسوئیچ كه مخفف سوئیچ هیدرولیكی است یك عنصر مكانیكی است كه پربودن یا خالی بودن مخزن لباسشویی از آب را ، تشخیص میدهد .

این عنصر از كی مخزن كوچك تشكیل شده كه داخل آن یك دیافراگم قراردارد . این مخزن دارای یك ورودی هوا است . وقتی هوا تحت فشار معینی به داخل آن برسد ، دیافراگم به جلو حركت كرده و یك اتصال الكتریك را قطع و یا وصل میكند .

علت استفاده از هیدروسوئیچ در ماشین لباسشویی یكی به این دلیل است كه وقتی شیربرقی آب را بازكرده وآب وارد مخزن لباسشویی میشود ، 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 . اتوماتیك دما هم یك نوع ترموستات الكتریكی است كه با قطع و وصل به موقع المنت گرمكن ، دمای آب مخزن لباسشویی را طبق انتخاب ما ثابت نگه میدارد .

با این توضیحات راجع به قسمتهای مختلف ماشین لباسشویی ، به عملكرد مدار تایمر میپردازیم .

تایمر دیجیتالی كه دراین پروژه طراحی شده است و معرفی میگردد 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 كلیدهای PROGRAM .

– كوچك بودن حجم مدار نسبت به نمونه های مشابه دیجیتالی .

اصولا تایمر برای شمارش اتفاقات بكار میرود . و تعداد خاصی از این اتفاقات برای ما اهمیت دارد تا در این زمانهای خاص به یك دستگاه فرمان روشن یا خاموش بودن را بدهیم . دراصل تایمر دیجیتالی یك شمارنده است كه تعداد پالسهای ورودی را بصورت باینری میشمارد و اگر ما از میان این اعداد موردنظر خودمان را به وسیله یك دیكودر ، دیكود كنیم ، به راحتی میتوانیم به تعدادی خروجی فرمان دهیم .

زمانی كه ما برای كنترل یك لباسشویی نیاز داریم در حدود 1.8 ساعت است و این مقدار برابر 6735 ثانیه خواهد بود . اگر فركانس پالسهای اعمال شده به شمارنده را 1HZ درنظر بگیریم ما به یك شمارنده 13 بیتی نیاز خواهیم داشت (8192 = 2)13 .

برای دیكود كردن این عدد 13 بیتی از یك ایپرام 2764 كه مقدار حافظه آن 8 KB است استفاده میكنیم .

به این معنی كه از خطوط آدرس به عنوان ورودی دیكودر و از خطوط DATA به عنوان خروجی استفاده مینماییم . حال با برنامه ریزی مناسب EPROM میتوانیم در هرزمان خروجی ها را صفر یا یك كنیم . چون EPROM دارای هشت خط DATA است ، میتوانیم هشت خروجی را همزمان كنترل نماییم . در واقع ما به وسیله EPROM یك دیكودر خاص ساخته ایم .

اگر یك نوسان ساز یك هرتز به CLOCK شمارنده اعمال كنیم ، خروجی تایمر ما با سرعت 1HZ عوض خواهد شد و این سرعت تغییرات خروجی ، به ما قدرت مانور زیادی برای كنترل خروجی میدهد . برای مثال اگر بخواهیم خروجی D5 به مدت 20 دقیقه فعال شود ، كافی است 1200 محل از EPROM را پشت سرهم عدد باینری (20 HEX) 00100000 را قرار دهیم .

برای نوشتن برنامه لباسشویی بر روی EPROM ابتدا باید زمانبندی برنامه لباسشویی را بدانیم .

یعنی بدانیم كه درچه لحظاتی باید چه خروجی هایی فعال یا غیرفعال شوند .

برای مثال نمودار زیر را درنظر میگیریم .

درفاصله زمانی t0 و t1 خروجیهای a1 و a3 فعال هستند . درفاصله زمانی t2,t1 خروجی های a3,a2 فعال هستند . درفاصله زمانی t3,t2 خروجی a3 فعال است .

موادتغذیه :

شكل زیر نمای كلی از مدار تغذیه به كاربده شده در این پروژه را نشان میدهد . كه آن را به اختصار شرح میدهیم .

}6cm

باتری V1 ولتاژ كمتری نسبت به V2 دارد پس D2 هدایت كرده و روشن است و D1 خاموش است . ما دراینجا از رگولاتور (7805) استفاده كرده ایم كه ولتاژ ورودی آن بین 6 تا 10 و كاهنده میباشد كه 5 ولت خروجی دارد .

ما به خاطر رسیدن به 5 ولت از Ic(7805) استفاده میكنیم .

مدار داخلی (7805) :

}4cm

یك مدار كلكتور مشترك است كه تقویت ولتاژ ندارد و تقویت جریان دارد .

علت استفاده از دیود D1 در مواد 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 میشود كه ولتاژ تغذیه شهر قطع شود .

علت استفاده از D2 : برای اینكه ولتاژی از باتری به منبع تغذیه نرود .

مدار تشخیص قطع و وصل بودن برق شهر :

1- نحوه قرارگرفتن پایه های دگولاتور به صورت زیراست :

2- مقاومتهای بایاس ترانزیستور با مقادیر مشخص شده به كار رفته اند .

3- علت استفاده از خازن C1 : یك صافی است ، برای اینكه روی میكرو پارازیت نیافتد.

}6cm

شكل

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

این مدار یك ولتاژ نمونه از منبع تغذیه اصلی دریافت كرده و اگر جریان برق شهر برقرار باشد خورچی این مدار صفر و در غیراین صورت خحروجی مدار 1 میباشد . كه میكرو از روی این اختلاف ولتاژ به بودن یا نبودن برق شهر پی میبرد .

این مدار تغذیه دارای یك مدار فرمان است كه این مدار فرمان به میكرو متصل میباشد . تا زمانی كه برق شهر رفت ، به میكرو فرمان دهد كه تمام خروجی ها را خاموش كند .

این مدار تغذیه 2 ورودی دارد كه درحالت seven segment دستگاه خاموش میشود ، و میكرو به حالت استندبای میرود .

2-1 اصطلاحات فنی

یك كامپیوتر توسط دو ویژگی كلیدی تعریف میشود : (1) داشتن قابلیت برنامه ریزی برای كاركردن روی داده بدون مداخله انسان و (2) توانایی ذخیره و بازیابی داده . عموما یك سیستم كامپیوتری شامل ابزارهای جانبی برای ارتباط با انسان ها به علاوه برنامه هایی برای پردازش داده نیز میباشد . تجهیزات كامپیوتر سخت افزار ، و برنامه های آن نرم افزار نام دارند . در آغاز اجازه بدهید كارخود را با سخت افزار كامپیوتر و با بررسی شكل 2-1 آغاز میكنیم .

نبود جزئیات درشكل عمدی است و باعث شده تا شكل نشان دهنده كامپیوترهایی درتمامی اندازه ها باشد . همانطور كه نشان داده شده است ، یك سیستم كامپیوتری شامل یك واحد پردازش مركزی (CPU) است كه از طریق گذرگاه آدرس2 ، گذرگاه داده3 و گذرگاه كنترل4 به حافظه قابل دستیابی تصادفی 5 (RAM) و حافظه فقط خواندنی 6 (ROM) متصل میباشد . مدارهای واسطه 7 گذرگاه های سیستم را به وسایل جانبی متصل میكنند . حال اجازه بدهید تا هریك از اینها را بطور مفصل بررسی كنیم .

3-1 واحد پردازش مركزی

CPU ، به عنوان «مغز» سیستم كامپیوتری ، تمامی فعالیتهای سیستم را اداره كرده و همه عملیات روی داده را انجام میدهد . اندیشه اسرارآمیز بودن CPU در اغلب موارد نادرست است زیرا این تراشه فقط مجموعه ای از مدارهای منطقی است كه بطورمداوم دو عمل را انجام میدهئد : واكشی 8 دستورالعمل ها ، و اجرای آنها . CPU توانایی درك و اجرای دستورالعمل ها را براساس مجموعه ای از كدهای دودویی دارد كه هریك از این كدها نشان دهنده یك عمل ساده است . این دستورالعمل ها معمولا حسابی (جمع ، تفریق ، ضرب و تقسیم) ، منطقی NOT , OR , AND) وغیره) ، انتقال داده یا عملیات انشعاب هستند و با مجموعه ای از كدهای دودویی با نام مجموعه دستورالعمل ها9 نشان داده میشوند .

شكل 3-1 یك تصویر بی نهایت ساده شده از داخل یك CPU است . این شكل مجموعه ای از ثبات ها1 را برای ذخیره سازی موقت اطلاعات ، یك واحد عملیات حسابی و منطقی2 (ALU) برای انجام عملیات روی این اطلاعات ، یك واحد كنترل و رمزگشایی دستورالعمل3 (كه عملیاتی را كه باید انجام شود تعیین میكند و اعمال لازم را برای انجام آنها شروع مینماید.) و دوثبات اضافی را نشان میدهد .

ثبات دستورالعمل (IR) كد دودویی هردستورالعمل را درحال اجرا نگه میدارد و شمارنده برنامه (PC) آدرس حافظه دستورالعمل بعدی را كه باید اجرا شود نشان میدهد .

واكشی یك دستورالعمل از RAM سیستم یكی از اساسی ترین اعمالی است كه توسط CPU انجام میشود و شامل این مراحل است : (الف) محتویات شمارنده برنامه درگذرگاه آدرس قرار میگرد (ب) یك سیگنال كنترل READ فعال میشود (پ) داده (كد عملیاتی4 دستورالعمل) از RAM خوانده میشود و روی گذرگاه داده قرار میگیرد (ت) كد عملیاتی در ثبات داخلی دستورالعمل CPU انجام میشود و (ث) شمارنده برنامه یك واحد افزایش مییابد تا برای واكشی بعدی از حافظه آماده شود . شكل 4-1 نشان دهنده جریان اطلاعات برای واكشی یك دستورالعمل است .

مرحله اجرا مستلزم رمزگشایی كد عملیاتی و ایجاد سیگنالهای كنترلی برای گشودن ثبات های درونی به داخل و خارج از ALU است . همچنین باید به ALU برای انجام عملیات مشخص شده فرمانی داده شود . بعلت تنوع زیاد عملیات ممكن ، این توضیحات تاحدی سطحی میباشند و دریك عملیات ساده مثل «افزایش یك واحدی ثبات»1 مصداق دارند . دستورالعمل های پیچیده تر نیاز به مراحل بیشتری مثل خواندن بایت دوم و سوم به عنوان داده برای عملیات دارند .

یك سری از دستورالعمل ها كه برای انجام یك وظیفه معنادار تركیب شوند برنامه یا نرم افزار نامیده میشود ، و نكته واقعا اسرارآمیز درهمین جا نهفته است . معیار اندازه گیری برای انجام درست وظایف ، بیشتر كیفیت نرم افزار است تا توانایی تحلیل CPU . سپس برنامه ها CPU را «راه اندازی» میكنند و هنگام این كار آنها گهگاه به تقلید از نقطه ضعف های نویسندگان خود ، اشتباده هم میكنند . عباراتی نظیر «كامپیوتر اشتباه كرد» گمراه كننده هستند . اگرچه خرابی تجهیزات غیرقابل اجتناب است اما اشتباه در نتایج معمولا نشانی از برنامه های ضعیف یا خطای كاربر میباشد .

4-1 حافظه نیمه رسانا : RAM و ROM

برنامه ها و داده در حافظه ذخیره میشوند . حافظه های كامپیوتر بسیار متنوعند و اجزای همراه آنها بسیار ، و تكنولوژی بطور دائم و پی در پی موانع را برطرف میكند ، بگونه ای كه اطلاع از جدیدترین پیشرفتها نیاز به مطالعه جامع و مداوم دارد . حافظه هایی كه بطور مستقیم توسط CPU قابل دستیابی میباشند ، IC های (مدارهای مجتمع) نیمه رسانایی هستند كه RAM و ROM نامیده میشوند . دو ویژگی RAM و ROM را از هم متمایز میسازد : اول آن كه RAM حافظه خواندنی / نوشتنی است درحالی كه ROM حافظه فقط خواندنی است و دوم آن كه RAM فرار است (یعنی محتویات آن هنگام نبود ولتاژ تغذیه پاك میشود) درحالی كه ROM غیر فرار میباشد .

اغلب سیستمهای كامپیوتری یك دیسك درایو ومقدار اندكی ROM دارند كه برای نگهداری روال های نرم افزاری كوتاه كه دائم مورد استفاده قرار میگیرند و عملیات ورودی / خروجی را انجام میدهند كافی است . برنامه های كاربران و داده ، روی دیسك ذخیره میگردند و برای اجرا به داخل RAM بار میشوند . با كاهش مداوم در قیمت هربایت RAM ، سیستمهای كامپیوتری كوچك اغلب شامل میلیونها بایت RAM میباشند .

5-1 گذرگاهها : آدرس ، داده و كنترل

یك گذرگاه عبارت است از مجموعه ای از سیم ها كه اطلاعات را با یك هدف مشترك حمل میكنند . امكان دستیابی به مدارات اطراف CPU توسط سه گذرگاه فراهم میشود : گذرگاه آدرس ، گذرگاه داده و گذرگاه كنترل . برای هرعمل خواندن یا نوشتن ، CPU موقعیت داده (یا دستورالعمل) را با قراردادن یك آدرس روی گذرگاه آدرس مشخص میكند و سپس سیگنالی را روی گذرگاه كنترل فعال مینماید تا نشان دهد كه عمل موردنظر خواندن است یا نوشتن . عمل خواندن ، یك بایت داده را از مكان مشخص شده در حافظه برمیدارد و روی گذرگاه داده قرار میدهد . CPU داده را میخواند و دریكی از ثبات های داخلی خود قرار میدهد . برای عمل نوشتن CPU داده را روی گذرگاه داده میگذارد . حافظه ، تحت تأثیر سیگنال كنترل ، عملیات را بعنوان یك سیكل نوشتن ، تشخیص میدهد و داده را درمكان مشخص شده ذخیره میكند .

اغلب ، كامپیوترهای كوچك 16 یا 20 خط آدرس دارند . با داشتن n خط آدرس كه هریك میتوانند در وضعیت بالا(1) یا پایین (0) باشند ، n 2 مكان قابل دستیابی است . بنابراین یك گذرگاه آدرس 16 بیتی میتواند به 65536 = 16 2 مكان ، دسترسی داشته باشد و برای یك آدرس 20 بیتی 1048576 = 20 2 مكان قابل دستیابی است . علامت اختصاری K (برای كیلو) نماینده 1024 = 10 2 میباشد ، بنابراین 16 بیت میتواند K 64 = 10 2 × 6 2 مكان را آدرس دهی كند درحالی كه 20 بیت میتواند 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 میكند . تحقیقات دامنه داری كه برای تعیین نوع فعالیتهایی كه زمان ارزشمند اجرای دستورالعمل ها را دریك كامپیوتر صرف میكنند ، انجام شده است نشان میدهد كه كامپیوترها دوسوم وقتشان را خیلی ساده صرف جابجایی داده میكنند . ازآن جا كه عمده عملیات جابجایی بین یك ثبات CPU و RAM یا ROM خارجی انجام میشود تعداد خطهای (یا پهنای) گذرگاه داده در كاركرد كلی كامپیوتر اهمیت شایانی دارد . این محدودیت پهنا ، یك تنگنا به شمار میرود : ممكن است مقادیر فراوانی حافظه در سیستم وجود داشته باشد و CPU از طریق گذرگاه داده – توسط پهنای گذرگاه داده محدود میشود . به علت اهمیت این ویژگی ، معمول است كه یك پیشوند را كه نشان دهنده اندازه این محدودیت است اضافه میكنند . عبارت «كامپیوتر 16بیتی» به كامپیوتری با 16 خط در گذرگاه داده اشاره میكند . اغلب كامپیوترها در طبقه بندی 4 بیت ، 8 بیت ، 16 بیت یا 32 بیت قرار میگیرند و توان محاسباتی كلی آنها با افزایش پهنای گذرگاه داده ، افزایش مییابد .

توجه داشته باشید كه گذرگاه داده همانطور كه درشكل 2-1 نشان داده شده است ، یك گذرگاه دوطرفه و گذرگاه آدرس ، یك گذرگاه یك طرفه میباشد . اطلاعات آدرس همیشه توسط CPU فراهم میشود (همانطوری كه درشكل 2-1 با فلش نشان داده شده است.) درحالی كه داده ممكن است در هرجهت ، بسته به اینكه عملیات خواندن موردنظر باشد یا نوشتن ، جابجا شود .1 همچنین توجه داشته باشید كه عبارت «داده» در مفهوم كلی بكار رفته است یعنی اطلاعاتی كه روی گذرگاه داده جابجا میشود و ممكن است دستورالعمل های یك برنامه ، آدرس ضمیمه شده به یك دستورالعمل یا داده مورد استفاده توسط برنامه باشد .

گذرگاه كنترل تركیب درهمی از سیگنال ها است ، كه هریك نقش خاصی دركنترل منظم فعالیتهای سیستم دارند . بعنوان یك قاعده كلی ، سیگنال های كنترل سیگنالهای زمانبندی هستند كه توسط CPU برای همزمان كردن جابجایی اطلاعات روی گذرگاه آدرس و داده ایجاد میشوند . اگرچه معمولا سه سیگنال مثل CLOCK ، READ و WRITE وجود دارد ، برای انتقال اساسی داده بین CPU و حافظه ، نام و عملكرد این سیگنال ها بطوركامل بستگی به نوع CPU دارد . برای جزئیات بیشتر در این موارد باید به برگه اطلاعات سازندگان مراجعه كرد .

6-1 ابزارهای ورودی / خروجی

ابزارهای I/O یا «ابزارهای جانبی كامپیوتر» مسیری برای ارتباط بین سیستم كامپیوتری و «دنیای واقعی» فراهم میكنند . بدون ابزارهای جانبی ، سیستمهای كامپیوتری به ماشینهای درون گرایی تبدیل میشوند كه استفاده ای برای كاربران خود ندارند . سه دسته از ابزارهای I/O عبارتند از ابزارهای ذخیره سازی انبوه ،2 ابزارهای رابط با انسان3 و ابزارهای كنترل / نظارت4 .

1-6-1 ابزارهای ذخیره سازی انبوه

ابزارهای ذخیره سازی انبوه نیز مثل RAM ها و ROM های نمیه رسانا جزو نقش آفرینان عرصه تكنولوژی حافظه هستند كه بطور دائم درحال رشد و بهبود است . آنچنان كه از نام آنها برمی آید این ابزارها مقادیر معتنابهی اطلاعات (برنامه یا داده) را نگهداری میكنند و این حجم از اطلاعات به هیچ وجه در RAM یا «حافظه اصلی» نسبتا كوچك كامپیوتر جا نیمگیرد . این اطلاعات پیش از این كه در دسترس CPU قرار بگیرد باید به داخل حافظه اصلی بارشود . دسته بندی ابزارهای ذخیره سازی انبوه برطبق سادگی دستیابی به اطلاعات ، آنها را به دودسته تقسیم میكند ابزارهای آماده كار و ابزارهای بایگانی . در روش ذخیره سازی آماده كار كه معمولا روی دیسك های مغناطیسی انجام میشود ، اطلاعات ذخیره شده در دسترس CPU قرار دارند بدون آن كه نیازی به دخالت انسان از طریق اجرای نرم افزار خاصی باشد . در روش ذخیره سازی بایگانی داده هایی نگهداری میشوند كه بندرت به كار میروند و باید بصورت دستی در سیستم بار شوند . ذخیره سازی بایگانی معمولا روی نوارهای مغناطیسی یا دیسك های مغناطیسی انجام میشود . اگرچه دیسك های نوری مثل CD-ROM ها 3 یا تكنولوژی WORM 4 كه بتازگی ظهور كرده اند ، ممكن است سمت گیری روش ذخیره سازی بایگانی را به علت قابلیت اطمینان ، ظرفیت بالا و قیمت پایین خود تغییر دهند . 5

-1 مفاهیم جدید

میكروكنترلرها مانند دیگر فرآورده هایی كه پیش از آن برای برطرف كردن موانع كار مورد ملاحظه بودند ، توسط دو نیروی مكمل هم یعنی نیاز بازار و تكنولوژی جدید بوجود آمده اند . تكنولوژی جدید همان است كه پیش از این ذكر شد ، یعنی نیمه رساناهایی با ترانزیستورهای بیشتر در فضای كمتر كه با قیمت پایین تری به صورت انبوه تولید میشوند . نیاز بازار ، تقاضای صنعت و مصرف كنندگان وسایل و اسباب بازی های هوشمند میباشد .4 این تعریف گسترده ای است ، بهترین مثال شاید داشبورد خودرو باشد كه شاهد تغییر «مركز كنترل» خودرو درطی دهه گذشته بوده است . زمانی راننده ها باید به دانستن سرعت خود اكتفا میكردند ، اما امروزه نمایشی از سوخت صرفه جویی شده و زمان تقریبی رسیدن را در اختیار دارند . زمانی دانستن این كه یك كمربند ایمنی در شروع حركت محكم شده است یا نه كافی بود امروزه به ما «گفته میشود» كدام كمربند ایمنی ایراد دارد . اگر دری نیمه باز بماند بموقع توسط كلمات به ما اطلاع داده میشود (شاید كمربند ایمنی لای درگیر كرده باشد) .

همه این موارد این مطلب را در ذهن تداعی میكنند كه ریز پردازنده ها ( و دراین مورد میكروكنترلر) به راه حل هایی تبدیل شده اند كه به دنبال یك مسأله میگردند . به نظر میرسد كه آنها در كاهش پیچیدگی مدارات فرآورده های مصرفی بسیار مؤثر عمل كرده اند بطوری كه تولیدكنندگاه اغلب برای افزودن امكانات اضافی اشتیاق زیادی دارند ، فقط به این علت كه میكروكنترلرها خیلی راحت برای فرآورده ها قابل طراحی هستند . نتیجه كار ، اغلب فاقد سادگی لازم میباشد . بهترین مثال ممكن ظهور فرآورده ها قابل طراحی هستند . نتیجه كار ، اغلب فاقد سادگی لازم میباشد . بهترین مثال ممكن ظهور فرآورده های سخنگو در سالهای اخیر است . این فرآورده ها ، چه خودرو و چه اسباب بازی معمولا مثالهایی از زیاده روی ها و طراحی های اضافه برنیاز ، و شاید گوشه ای از هنر دهه هشتاد هستند . در آن زمان هم بسیاری معتقد بودند كه همین كه گرد كهنگی روی این وسایل بنشیند ، تنها چیزی كه برای آنها باقی میماند قابلیت كای آنها خواهد بود .

میكروكنترلرها پردازنده هایی اختصاصی هستند . آنها به خودی خود در كامپیوترها به كار نمیروند ، بلكه در فرآورده های صنعتی و وسایل مصرفی مورد استفاده قرار میگیرند . استفاده كنندگان این فرآورده ها اغلب از وجود میكروكنترلرها كاملا بی اطلاع هستند . از دید آنها اجزای داخلی وجود دارند اما جزو جزئیات بی اهمیت طراحی به شمار میروند . برای مثال اجاق های مایكروویو ، ترموستات های قابل برنامه ریزی ، ترازوهای الكترونیك و حتی خودروها را میتوانید در نظر بگیرید . قسمت الكترونیكی هریك از این فرآورده ها عموما شامل ارتباط میكروكنترلر با كلیدهای فشاری ، سوئیچ ها ، وسایل هشداردهنده و لامپ های روی یك تابلو میباشد . در نتیجه به استثناء برخی امكانات اضافی ، طرز استفاده آنها با فرآورده ها ی الكترومكانیكی قبلی تفاوتی نكرده است و میكروكنترلر آنها از دید استفاده كنندگاه مخفی است .

برخلاف سیستمهای كامپیوتری كه توسط قابلیت برنامه ریزی و دوباره برنامه ریزی شدن ، باز شناخته میشوند ، میكروكنترلرها یك بار برای همیشه و برای یك كاربرنامه ریزی میشوند . این مقایسه به یك تفاوت اساسی در معماری این دو سیستم منجر میشود . سیستمهای كامپیوتری نسبت ‌RAM به ROM بالایی دارند و برنامه های كاربران در یك فضای نسبتا بزرگ RAM اجرا میشود درحالی كه روال های ارتباط با سخت افزار در یك فضای كوچك ROM اجرا میگردد . از طرف دیگر میكروكنترلرها نسبت ROM به RAM بالایی دارند ، برنامه كنترلی آنها كه شاید نسبتا بزرگ هم باشد در ROM ذخیره میشود ، درحالی كه RAM فقط برای ذخیره موقت مورد استفاده قرار میگیرد . از آنجا كه برنامه كنترلی برای همیشه در ROM ذخیره میشود در مرتبه میان افزار1 قرار میگیرد ، یعنی چیزی بین سخت افزار (مدارهای واقعی) و نرم افزار (برنامه هایی در RAM كه هنگام خاموش شدن سیستم پاك میشوند). تفاوت بین سخت افزار و نرم افزار تا حدی شبیه به تفاوت بین یك صفحه كاغذ (سخت افزار) و كلمات نوشته شده روی آن (نرم افزار) میباشد . میان افزار را میتوان به صورت فرم های استانداردی كه برای یك كاربرد مشخص طراحی و چاپ شده اند درنظر گرفت .

-2 حافظه خارجی

برای پرهیز از یك تنگنای بالقوه درطراحی ، میكروكنترلرها باید قابلیت توسعه را فراتر از منابع و امكانات روی تراشه خود داشته باشند . اگر قرار است امكانایت توسعه یابد (حافظه ، I/O و مانند آن) قابلیت آن باید وجود داشته باشد . معماری MCS-51MT این قابلیت را به صورت K64 بایت فضای حافظه خارجی برای داده فراهم كرده است و درصورت نیاز ROM و RAM اضافی را میتوان به آن افزود . IC های ارتباط با ابزارهای جانبی نیز میتوانند برای افزایش قابلیت I/O اضافه گردند . اینها جزئی از فضای حافظه داده خارجی با استفاده از نقشه حافظه برای ‌I/O میباشند .

هنگامی كه حافظه خارجی مورد استفاده قرار میگیرد درگاه 0 به عنوان یك درگاه I/O قابل استفاده نیست . این درگاه به گذرگاه آدرس (A0-A7) و داده (D0-D7) مالتی پلكس شده تبدیل میشود . ALE بایت پایین آدرس را در شروع هرسیكل حافظه خارجی ذخیره میكند . درگاه 2 معمولا (اما نه همیشه) برای بایت بالای گذرگاه آدرس به كارگرفته میشود .

پیش از بحث پیرامون جزئیات خاص مالتی پلكس كردن گذرگاه های آدرس و داده ، ایده كلی درشكل 7-2 نشان داده شده است . یك آرایش بدون مالتی پلكس از 16 خط اختصاصی آدرس و 8 خط اختصاصی داده یعنی كلا از 24 پایه استفاده میكند . آرایش مالیت پلكس شده 8 خط گذرگاه داده را با بایت پایین گذرگاه آدرس مالتی پلكس مینماید . این تعداد با 8 خط دیگر برای بایت بالای گذرگاه آدرس ، كلا 16 پایه میشود . این صرفه جویی در پایه ها باعث میشود كه امكانات و توانایی های بیشتری دریك بسته بندی دو ردیفه 40 پایه ایجاد شود .

حال ببینیم كه آرایش مالتی پلكس شده چگونه كار میكند : درطی نیمه نخست هرسیكل حافظه بایت پایین آدرس در درگاه 0 قرار میگیرد و توسط ALE ذخیره میشود . یك 74HC373 (یا معادل آن) بایت پایین آدرس درطی سیكل حافظه پایدار نگاه میدارد . درطی نیمه دوم سیكل حافظه درگاه 0 به عنوان گذرگاه داده به كار میرود و داده ، بسته به عمل انجام شده خوانده یا نوشته میشود .

1-6-2 دستیابی به حافظه كد خارجی

حافظه كد خارجی یك حافظه فقط خواندنی است كه توسط سیگنال PSEN فعال میشود . هنگامی كه ازیك EPROM خارجی استفاده میكنیم ، درگاه های 0 و 2 به عنوان درگاه های I/O همه منظوره در دسترس ما نیستند . اتصالات سخت افزاری برای حافظه EPROM خارجی در شكل 8-2 نشان داده شده است .

یك سیكل ماشین را 8051 ، برابر با 12 تناوب نوسان ساز است . برای نوسان ساز روی تراشه با یك كریستال 12 مگاهرتز هرسیكل ماشین یك میكروثانیه طول میكشد . درطی یك سیكل ماشین نوعی ، ALE دو پالس میدهد و دو بایت از حافظه برنامه خوانده میشود . ( اگر دستورالعمل درحال اجرا، یك دستورالعمل یك بایتی باشد از بایت دوم استفاده نمیشود). زمانبندی این عملیات كه به واكشی كد عملیاتی معروف است درشكل 9-2 نشان داده شده است .

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *