مقاله میکروکنترلر

مقدمه:
یکی از کمیتهایی که در صنایع دانستن مقدار آن اهمیت زیادی دارد دما می باشد. به خصوص در کوره ها و جاهایی که امکان دمای بالا وجود دارد داشتن مقدار دقیق دما بسیار حائز اهمیت است. پروژه ای هم که اینجانب به عنوان پروژه پایان دوره تحصیلات کارشناسی خود انتخاب نموده ام نمایش دمای از 0 تا 1500 درجه سانتی گراد می باشد که سنسور دما از نوع ترموکوپل، میکروکنترلر مورد استفاده از خانواد 8051 و نمایش گر هم از نوع LCD می باشد.
امروزه اهمیت استفاده از میکروکنترلرها بر کسی پوشیده نیست. میکروکنترلر دارای یک CPU به همراه مقدار ثابتی ROM , RAM و پورتهای I/O ، تایمر درون خود می باشد و این امر باعث می شود که میکروکنترلر فضای بسیار کم و قیمتی مناسب و ارزان را دارا می باشد و در کاربردهای نه چندان پیچیده و تک منظوره از آنها استفاده می شود. در حال حاضر تقریباً در تمام وسایلی که روزانه با آنها سروکار داریم. مانند لوازم خانگی، لوازم اداری، لوازم خودرو و … وجود آنها را احساس می کنیم.
در این پروژه هم به عنوان بخش مهم و اصلی سیستم از یک نوع این میکروکنترلرها استفاده کرده ایم. میکروکنترلرها برحسب کارخانه سازنده آنها انواع و مدلهای مختلفی دارند که انواع میکروکنترلرها همراه با کارخانه سازنده آن و زبانهای برنامه نویسی در زیر لیست می شود.

و خانواده MCS51 شامل انواع IC ها به شرح زیر می باشد.

در پروژه ای که شرح آن می رود از میکروکنترلر 89C51 از خانواده MCS-51Tm استفاده شده است و سخت افزار مدار پایه های آن و قابلیت های موجود در آن در بخش های بعدی پروژه توضیح داده می شود.
امیدوارم دانشجویان و اساتید محترم با ارائه نظرات و پیشنهادات خود یاری گر اینجانب در انجام پروژه های بزرگتر باشند.
با تشکر
فصل اول: مطالب تئوری و توضیح المانهای مدار
بخش اول: آی سی های جبران ساز دما
1- آدرس های مبدل دما به کمیت الکتریکی
2- مبدل دما به ولتاژ
3- ترموکوپل
4- قوانین ترموکوپل ها
5- مدار داخلی جبران ساز دما (AD595) , (AD594)
بخش دوم: LCD
1- مقایسه LCD با LED های هفت قسمتی
2- شرح پایه های LCD
3- عملکرد LCD
4- فرستادن اطلاعات به LCD
5- نحوه اتصال به LCD به میکروکنترلر
بخش سوم: میکروکنترلر
1- اجزاء یک سیستم میکروکامپیوترها
2- واحد پردازش مرکزی (cpu)
3- حافظه RAM و ROM و گذرگاه ها
4- خانواده MCS – 51Tm
5- بررسی پایه های 8051
6- پورت های ورودی و خروجی میکرو
بخش چهارم: مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC 804)
1- اتصال ADC و سنسورها به 8051
2- پایه های ADC 804
3- خروجی های ADC 804
4- زمین آنالوگ و زمین دیجیتال ADC 804
5- تست ADC 804
6- اتصال سنسور حرارت به 8051
مبدل دما به کمیت الکتریکی
عناصر نیمه هادی وابستگی زیادی به حرارت دارند. از این خاصیت جهت ساخت مدارات مجتمع که سنسور دما می باشند استفاده می شود. در این مدارات مجتمع ولتاژ با جریانی متناسب با دمای مطلق (درجه کلوین) ایجاد می شود. وابستگی عناصر نیمه هادی به دما به سه صورت ظاهر می شود.
1- صورت اول ایجاد زوج الکترون – حفره ناشی از حرارت می باشد الکترونهای باند والانس با گرفتن انرژی حرارتی لازم به باند هدایت می روند. نرخ ایجاد زوج الکترون – حفره در این فرایند به طور نمایی با حرارت افزایش می یابد.
2- در یک پیوند P–N زوج الکترون – حفره های ایجاد شده در نزدیکی ناحیه تخلیه در جهت میدان الکتریکی پیوند حرکت کرده و باعث ایجاد جریان اشباع معکوس می شوند. پارامترهای بسیاری در وابستگی این جریان به حرارت نقش دارند. ولی بطور ساده می توان دید که بازای C100 افزایش حرارت مقدار جریان حدوداً دو برابر می شود از تغییر جریان اشباع معکوس با دما می توان به عنوان اندازه گیری دما استفاده کرد ولی متأسفانه این پارامتر در دو عنصر مشابه یکسان نبوده و علاوه به این شدت غیر خطی است.
3- اثر دیگر دما روی پیوند P-N تغییر ولتاژ دو سر پیوند در بایاس مستقیم و در یک جریان ثابت است.
مبدلهای دما به ولتاژ:
شکل شماره 1-1 زیر یک مبدل دما به ولتاژ را نشان می دهد مجموعه ترانزیستورهای Q3 الی Q5 تشکیل منبع جریان را می دهند. سطح مقطع امیترترانزیستور Q5 8 برابر Q3 و Q4 می باشد.
ولتاژ تقویت شده می باشد. گین تقویت کننده فوق R3/R2 بوده و لذا ولتاژ خروجی به صورت زیر است که تابعی خطی از دمای مطلق می باشد باید توجه داشت که ساخت چنین مداری بصورت گسسته نیاز به مقاومتهای دقیق با ضریب حرارتی یکسان دارد. مداری که شرح آن رفت. جزو مبدلهای سه پایه می باشد که پایه های آن عبارتند از V+ و زمین و از نمونه های عملی چنین مبدلی می توان به مدار مجتمع LM35 اشاره کرد.

مبدل دما به ولتاژ با دو پایه:
عملکرد این نوع از مدارات مجتمع مانند یک دیودزنر بوده که ولتاژ شکست آن با دما به طور خطی تغییر می کند مانند شکل زیر نمونه ای از مدار داخلی این نوع مبدل را نشان می دهد در اینجا نیز اساس کار مانند قبل آشکار نمودن اختلاف ولتاژ بیس دو ترانزیستور با جریان متفاوت است. در این شکل 2-1 اگر گین A2 بزرگ باشد، به اجبار ولتاژ کلکتورهای Q1 و Q2 نیز مساوی خواهد بود. این مطلب بخاطر وجود فیدبک منفی شدید می باشد. فرض کنید که بنا به دلیلی ولتاژ کلکتور Q1 بالا رود. این حالت باعث می شود تا خروجی تقویت A2 مثبت باشد و جریان Q3 و Q4 افزایش یابد. این افزایش جریان کاهش ولتاژ را بدنبال داشته و لذا ولتاژ دو سر مقاومت R4 نیز کاهش می یابد این به معنی کم شدن Vbe می باشد که در نتیجه افزایش جریان Q1 و کاهش ولتاژ کلکتور آن را در پی خواهد داشت.

در صورتیکه فاصله منبع حرارت از دستگاه اندازه گیری خیلی زیاد باشد همچنین می توان ICAD590 که یک منبع جریان وابسته به حرارت، حساسیت استفاده نمود.
ترموکوپل:
در سال 1821 توماس سی بک موفق به کشف ولتاژ ترموالکتریک (یک ولتاژ سی بک) گردید که امروزه به عنوان یکی از ابزار مهم در اندازه گیری حرارت بحساب می آید.
اگر در فلز مختلف A و B که در یک نقطه به یکدیگر متصل شوند در محل اتصال آنها یک اختلاف پتانسیل الکتریکی که به آن پتانسیل تماس، ولتاژ ترمو الکتریک یا emf می گویند، بوجود می آید.
میزان پتانسیل تماس بستگی به جنس دو فلز A و B و نیز دمای محل تماس (T) دارد و از نظر ریاضی توسط یک چند جمله ای قابل بیان می باشد.

مقادیر و و … بستگی به جنس دو فلز A و B دارند. به عنوان مثال مقادیر فوق برای دو فلز آهن – کنستانتان که در طبقه بندی ترموکوپلها نوع J را تشکیل می دهند بصورت زیر می باشد.

شکل 3-1 چند نمونه منحنی مشخصه ترموکوپلهای صنعتی را نشان می دهد.

همانطور که در شکل پیداست ترموکوپل یک مدار بسته متشکل از محل اتصال با دماهای T1 و T2 می باشد اگر یک ولتمتر با امپدانس ورودی خیلی بالا را در مدار قرار دهیم بطوریکه بتوان از جریان حلقه صرفنظر نمود، در این صورت ولتاژ اندازه گیری شده عبارت خواهد بود از تفاوت پتانسیل تماس در نقاط اتصال.