پایان نامه ساعت دیجیتال

پایان نامه مقطع کاردانی

رشته برق- الکترونیک

چکیده:

در واقع یک تابلوی نمایشگر دیجیتالی، متن مورد نظر خود را از طریق تجهیزات ورودی همچون کیبورد و یا پورت سریال دریافت می کند. و این اطلاعات را در اختیار پردازنده قرار می دهد. سپس پردازنده پس از آنالیز اطلاعات آن را در حافظه تابلو ذخیره نموده. علاوه بر آن حافظه موجود در تابلو
می تواند کدهای برنامه را در خود نگهداری نماید. از طرفی پردازنده با توجه به اطلاعات ذخیره شده، سیگنالهای لازم را جهت نمایش تولید کرده و در اختیار درایورها قرار می دهد. با توجه به اینکه نحوه چیدمان LED‌ ها در نمایشگر به صورت ماتریسی می باشد، لذا دو دسته درایور برای راه اندازی ماتریس نیاز است که شامل درایورهای سطر و درایورهای ستون می باشند. این درایورها با توجه به فرامین دریافتی از سوی پردازنده، با روشن و خاموش نگاه داشتن LED‌ های موجود در ماتریس، باعث به نمایش درآمدن مطالب (اعم از متن و یا تصویر) بر روی ماتریس خواهند شد.

به این تصویر نگاه کنید، تصویر صورتک خندان!

در نگاه اول تصویر به صورت یک تصویر کامل و یکپارچه به نظر می رسد. اما اگر کمی با دقت بیشتر به آن دقت کنید و تا حد امکان آنرا بزرگ نمایید متوجه خواهید شد که در واقع آن تصویر از نقاط (Pixel) متعددی تشکیل شده. پس تصویر را می توان مجموعه نقاطی دانست که دارای رنگهای
متفاوتی اند. هر یک از این نقاط را یک جزء تصویر (Element Picture) و این خاصیت موزائیکی تصویر می نامند.

هر چه تعداد اجزاء تصویر در واحد سطح بیشتر باشد، وضوح بیشتر می باشد. به عبارت دیگر تصویر به واقعیت نزدیکتر بوده، جزئیات آن بهتر دیده می شود. در تابلوهای دیجیتالی نیز خاصیت موزائیکی وجود دارد. تصویر تابلو توسط ماتریسی از LED‌ ها ایجاد می گردد. در اینجا ابعاد یک جزء تصویر به اندازه قطر یک LED است. که از یک فاصله معین چشم بیننده قادر به تمایز نقاط تصویر ایجاد شده نبوده و یک تصویر را یکپارچه احساس می کند.

جهت تشکیل تصویر بر روی پانل تابلو، نیاز به روشن و خاموش نگه داشتن  LED‌های موجود بر روی تابلو متناسب با تصویر مورد نظر است. بنابراین نیاز به کنترل تک تک  LEDهای موجود در تابلو
می باشد. از طرفی هر LED دارای دو پایه است (با فرض تک رنگ بودن) و در صورتی که ما یک پانل LED با ماتریس 10×10 داشته باشیم، دویست پایه و یا دویست سیم جهت کنترل داریم. مسلماً استفاده از این تعداد سیم مقرون به صرفه نخواهد بود و باعث پیچیدگی مدار خواهد شد. جهت برطرف کردن مشکل فوق می توان پایه های یکسان در LED‌ ها را به صورت سطری و ستونی به یکدیگر متصل نمود. به تصویر بالا دقت کنید.

همانطور که در تصویر مشاهده نمودید، در این آرایش آند تمامی LED‌ های موجود در یک سطر یکسان به هم متصل شدند، همچنین کاتد LED‌ های موجود در یک ستون نیز به هم اتصال داده
شده اند. شما در این حالت جهت روشن کردن هر LED کافیست که سطری که آن LED در آنجا قرار دارد را به سطح ولتاژ مثبت اتصال داده و سپس ستون مربوط به همان LED را به زمین مدار وصل کنید.

با این روش ما توانستیم از تعداد سیمهای مورد نیاز جهت کنترل LED‌ ها بکاهیم ولی در مقابل امکان کنترل همزمان تمامی سطرها را از دست دادیم و در هر لحظه فقط و فقط میتوان LED های موجود در یک سطر و یا یک ستون را کنترل نمود.

جهت نمایش نیازی هم به تمامی LED ها نیست و میتوان توسط جاروب نمودن سطرها و یا ستون ها نیز به نمایش تصویر در تابلو روان پرداخت.

به هر حال در صورت عدم استفاده از روش فوق شما مدار پیچیده ای خواهید داشت، مثلاً برای کنترل LED‌ ها موجود در تصویر شما حداقل باید از طریق 41 سیم ماتریس را کنترل می کردید. در حالی که با استفاده از روش ماتریسی شما فقط به 13 سیم نیاز دارید. فقط در این حالت برنامه شما کمی پیچیده خواهد شد.

مختصری راجع به AVR :

زبانهای سطح بالا یا همان HLL‌(HIGH LEVEL LANGUAGES) به سرعت در حال تبدیل شدن به زبان برنامه نویسی استاندارد برای میکروکنترلرها (MCU) حتی برای میکروهای 8 بیتی کوچک هستند. زبان برنامه نویسی BASIC‌ و C بیشترین استفاده را در برنامه نویسی میکروها دارند ولی در اکثر کاربردها کدهای بیشتری را نسبت به زبان برنامه نویسی اسمبلی تولید می کنند. ATMEL ایجاد تحولی در معماری، جهت کاهش کد به مقدار مینیمم را درک کرد که نتیجه این تحول میکروکنترلرهای AVR هستند که علاوه بر کاهش و بهینه سازی مقدار کدها به طور واقع عملیات را تنها در یک کلاک سیکل توسط معماری RISC ‌ (REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER) انجام می دهند و از 32 رجیستر همه منظوره (ACCUMULATORS) استفاده می کنند که باعث شده 4 تا 12 بار سریعتر از میکروهای مورد استفاده کنونی باشند.

تکنولوژی حافظه کم مصرف غیرفرّار شرکت ATMEL برای برنامه ریزی AVR‌ ها مورد استفاده قرار گرفته است در نتیجه حافظه های FLASH‌ و EEPROM در داخل مدار قابل برنامه ریزی (ISP) هستند. میکروکنترلرهای اولیه AVR‌ دارای 1 ، 2 و 8 کیلوبایت حافظه FLASH و به صورت کلمات 16 بیتی سازماندهی شده بودند.

AVR ها به عنوان میکروهای RISK با دستورات فراوان طراحی شده اند که باعث می شود حجم کد تولید شده کم و سرعت بالاتری بدست آید.

عملیات تک سیکل

با انجام تک سیکل دستورات، کلاک اسیلاتور با کلاک داخلی سیستم یکی می شود. هیچ تقسیم کننده ای در داخل AVR قرار ندارد که ایجاد اختلاف فاز کلاک کند. اکثر میکروها کلاک اسیلاتور به سیستم را با نسبت 1:4 یا 1:12 تقسیم می کنند که خود باعث کاهش سرعت می شود. بنابراین
AVR ها 4 تا 12 بار سرعتر و مصرف آنها نیز 12 - 4 بار نسبت به میکروکنترلرهای مصرفی کنونی کمتر است زیرا در تکنولوژی  CMOS‌استفاده شده در میکروهای AVR، مصرف توان سطح منطقی متناسب با فرکانس است.

نمودار زیر افزایش MIPS‌ ( MILLION INSTRUCTION PER SECONDS) را به علت انجام عملیات تک سیکل AVR (نسبت 1:1) در مقایسه با نسبت های 1:4 و 1:2 در دیگر میکروها را نشان
می دهد.

مقدمه :

 -الکترونیک در زندگی امروز

امروزه پیشرفت در الکترونیک ای امکان را به ما داده است تا بتوانیم انواع وسایل الکترونیکی مانند  ماشین حساب های جیبی ، ساعت رقمی ، کامپیوتر برای کاربرد در صنعت در تحقیقات پزشکی و یا طریقه تولید کالا به طور اتوماتیک در کارخانجات و بسیاری از موارد دیگر را مستقیم یا غیر مستقیم مورد استفاده قرار دهیم .

اینها همه به خاطر آن است که فن آوری توانسته مدارهای الکترونیکی را که شامل اجزاء کوچک الکترونیکی هستند ، بر روی یک قطعه کوچک سیلیکن که شاید سطح آن به 5 میلی متر مربع بیشتر نیست ، جای دهد . فن آوری میکروالکترونیک که به مدارهای یکپارچه معروف به آی سی یا تراشه مربوط می گردد ، در بهبود زندگی بشر تاثیر به سزایی داشته و آن را بطور کلی دگرگون نموده است . تراشه ها همچنین برای مصارفی چون کنترل رباتها در کارخانجات ، یا کنترل چراغهای راهنمایی و یا وسایل خانگی مانند ماشین لباس شویی و غیره مورد استفاده قرار می گیرند . از طرفی تراشه ها را می توان مغز دستگاه هایی چون میکرو کامپیوترها و رباتها به حساب آورد .

- سیستم های الکترونیکی

پس از یک نظر اجمالی در داخل یک سیستم الکترونیکی مانند یک دستگاه رادیو ، تلویزیون و یا کامپیوتر ممکن است انسان از پیچیدگی آن و از یادگیری الکترونیک دلسرد شود ، اما در واقع آن طور که به نظر می رسند ، دشوار نیستند و این به دو دلیل است .

      ا ول اینکه اگرچه سیستم های الکترونیکی اجزاو قطعات زیادی را در خود جای می دهند ، اما باید             

      دانست که انواع کلی این اجزا اغلب محدود و انگشت شمار هستند .                

از مهم ترین گروه های این اجزا می توان مقاومت ها ، خازن ها ، القا گرها ، دیودها ، ترانزیستورها ، کلیدها و مبدل ها را نام برد . این اجزا زمانی که به صورت یکپارچه در یک تراشه قرار می گیرند ، هر یک همان وظیفه خود را به عنوان یک قطعه مجزا انجام می دهند و فقط اندازه  فیزیکی آن کوچکتر شده است .

دوم اینکه انواع سیستم های الکترونیکی از تعداد محدودی مدارهای اصولی و یا بلوک هایی که وظیفه هر کدام به کاراندازی قسمتی از سیستم مثلا تقویت یا شمارش است ، تشکیل یافته اند که به منظور عملکرد کل سیستم ، آن را به یکدیگر متصل می نمایند .

- مدارهای خطی و مدارهای رقمی

بسیاری از سیستم های الکترونیکی طوری طراحی شده اند تا با دریافت یک ورودی الکتریکی و با پردازش آن ، یک خروجی الکتریکی تولید کرده تا بتوانند کار معینی را انجام دهند ( که این کار بدون سیستم مورد نظر ، به تنهایی از عهده ورودی الکتریکی مذکور ساخته نخواهد بود . )

مدارهای الکترونیکی که در سیستم ها کاربرد دارند به دو دسته مهم تقسیم می شوند : مدارهای خطی ( یا قیاسی ) و مدارهای رقمی یا دیجیتال .

مدارهای خطی ار نوع مدارهای تقویت کننده هستند که با سیگنال هایی سرو کار دارند که این سیگنال ها معرف کمیت هایی مانند تغییرات صوتی ، صدای انسان یا موسیقی و غیره هستند . در بسیاری از مدارهای خطی از ترانزیستور به عنوان تقویت کننده صوتی استفاده می کنند . مدارهای دیجیتال از نوع مدارهای کلیدزنی هستند ، که مقدار ورودی یا خروجی آنها در هر زمان فقط    می تواند دارای یکی از دو حالت صفر یا یک باشد و اگر قرار است این دو حالت به هم تبدیل شوند این تبدیل حالت بسیار سریع اتفاق می افتد ، در حالی که مدارهای خطی دارای حالت  مداوم بوده و این حالات به تدریج در واحد زمان قابل تغییر هستند .

 مدارهای رقمی دارای فقط دو حالت هستند و ورودی و خروجی آنها به اصطلاح (high) به معنی بالا ، یعنی نزدیک به میزان ولتاژ منبع مدار و یا (low) به معنی پایین ، یعنی نزدیک صفر ولت هستند .

 در این مدارها عمل کلیدزنی به وسیله ترانزیستور انجام می گیرد . دستگاه شمارش گر در واقع یک مدار رقمی است که در آن سیگنال تولید شده توسط سلول نوری ، یا در حالت صفر و یا در حالت یک قرار می گیرد و این امر بستگی به قطع شدن یا نشدن نور دارد . بنابراین مدارهای رقمی علائم الکتریکی را به صورت پالس یا ضربه با خود حمل می کنند . سیستمی که در آن یک لامپ توسط دیمر کنترل و کم و زیاد می شود ، یک سیستم حالت مداوم و سیستمی که همان لامپ را خاموش و روشن می کند یک سیستم دو حالته است ، چون که توسط آن لامپ مذکور یا کاملا روشن یا کاملا خاموش می شود .

مراجع:

1- کتاب میکرو کنترلرهای AVR (مهندس علی کاهه).

2- www.microlearn.co.sr