دانلود مقاله اندازه گیری مقادیر مقاومت و خازن با میکروکنترلر

مقدمه همانطورکه می دانید محاسبه واندازه گیری مقادیرعناصرالکتریکی درطراحی وپیاده سازی مدارهای الکتریکی والکترونیکی نقش مهمی دارد .

این مسئله زمانی که تفاوت های جزئی درمقادیر محاسباتی این عناصرنتایج متفاوتی رادریک سیستم باعث میشوند اهمیت بیشتری می یابد .

دراین پروژه طراحی وپیاده سازی یک اهم متروخازن سنج دیجیتال بررسی میشود .

هدف ازانجام این پروژه محاسبه مقدارمقاومت برحسب اهم وظرفیت خازن برحسب فاراد می باشد .

شرح مراحل کارومشخصات فنی مداروقطعات به کاررفته به طورمفصل درفصل های بعد مورد بررسی قرارگرفته است که خلاصه ای ازهرفصل درزیربیان می گردد .

درفصل اول به معرفی قطعات وآی سی های مورد استفاده درمدارمی پردازیم .

ازجمله میکروکنترلر8051 وآی سی تایمر555 .

فصل دوم مربوط به مشخصات فنی وشرح کارپروژه می باشد .

دراین فصل با نحوه عملکرد مدارآشنا می شوید .

درفصل سوم نقشه کلی مداروکدبرنامه میکروکنترلرب یان شده است .

فصل اول مقدمه دراین فصل به بررسی اجزای مداروشرح پایه های آنها می پردازیم .

اجزای اصلی مداراهم سنج دیجیتال عبارتند از : میکروکنترلر8051 آی سی تایمر555 کلید 12 پایه لازم به ذکراست که مدارشامل اجزای دیگری نیزمیباشدکه درفصل بعد مورد بررسی قرارگرفته است .

دراین فصل ماتنها به بررسی قطعات اصلی می پردازیم .

میکروکنترلر8051 شکل 1-1 نمودارپایه های8051 پایه VCC : پایه 40 ولتاژ تغذیه را برای تراشه فراهم می کند ولتاژ منبع 5V + است .

پایه GND : پایه 20 زمین است .

پایه های XTAL1 و XTAL2 : شکل 2-1 اتصال XTAL به8051 8051 دارای یک اسیلاتور( نوسان ساز) درون تراشه ای است ولی برای راندن آن به یک ساعت کریستال نیاز است اغلب یک اسیلاتورکریستال کوارتز به ورودیهای XTAL1 ( پایه 19 ) و ) XTAL2پایه 18 ) وصل است اسیلاتورکریستال کوارتزمتصل به XTAL1 و XTAL2 به دوخازن 3OPF وصل می باشد یک طرف هر یک ازخازن ها مثل شکل 2-1 به زمین وصل است .

باید توجه کرد که سرعت های مختلفی درخانواده 8051 وجود دارد غرض ازسرعت حداکثر، فرکانس متصل به XTAL است .

مثلاً یک تراشه 12MHZ باید به فرکانس 12MHZ یاکمتر وصل شود .

پایه RST : پایه 9 ، پایه RESET (بازنشانی ) است .

این پایه به یک ورودی فعال بالاست بعد ازاعمال یک پالس بالا به این پایه ، میکروکنترلربازنشانده شده وچه فعالیت هارارها می کند .

اغلب به این حالت ، بازنشانی به هنگام روشن شدن می گویند .

فعال کردن یک بازنشانی به هنگام روشن شدن موجب ازدست همه مقادیردرعبادت ها می شود .

جدول 1-1 لیست غیرکاملی ازثبات های 8051 ومقادیرآنها را پس ازبازنشانی به هنگام روشن شدن نشان می دهد .

جدول 1-1 مقدارRESET بعضی ازثبات های 8051 پایه EA : هنگامی که برنامه داخل ROM داخلی میکروکنترلراست این پایه به VCC متصل می شود .

درصورتی که برنامه درROM خارجی باشد این پایه به GND وصل می شود .

درهرصورت این پایه نباید آزاد باشد .

پایه PSEN : جهت فعال سازی ROM خارجی است.

پایه ALE : هنگامی که میکروکنترلر به یک حافظه بیرونی وصل است پورت 0 هر دو مقدار آدرس و داده را تهیه می کند.

این پایه جهت تعیین آدرس و یا داده بودن مقادیر روی پورت O است.

پایه های پورت I/O و عملکرد آن ها : چهارپورت P0 ، P1 ، P2 ، P3 هر کدام 8 پایه را بکار می برند تا پورت ها را 8 بیتی سازند.

همه پورت ها پس از RESET بصورت خروجی در می آیند، و آماده استفاده به عنوان خروجی هستند برای استفاده از هریک از این پورت ها به عنوان ورودی، باید آنها را برنامه ریزی کرد.

آی سی تایمر 555 شکل 3-1 نمودار پایه های 555 تایمر 555 یک آی سی 8 پایه است که کاربرد وسیعی در مدارهای الکترونیک دارد.

موارد کاربرد آی سی 555 به شرح زیر می باشد : زمان سنجی دقیق - تولید پالس تولید تأخیر زمانی - تولید امواج مثلثی مدولاسیون محل پالس PPM - زمان سنجی ترتیبی مدولاسیون پهنای پالس PWM این آی سی از دو مقایسه کننده که یک فلیپ فلاپ را بکار می اندازند تشکیل شده است.

پایه های 555 : زمین : ولتاژ این پایه باید پایین ترین ولتاژ اعمال شده به بقیه پایه ها را داشته باشد.

تریگر : در صورتی که ولتاژ آن از حد معینی کمتر شود ، ولتاژ پایه خروجی بالا می رود.

خروجی : در حالت عادی ولتاژ آن ایین است.

غیر فعال کننده : وقتی ولتاژ این سر کمتر از v 4/0 باشد اندازه گیری زمان متوقف می شود.

ولتاژ کنترل : جهت تعیین ولتاژ مرجع است.

ولتاژ آستانه : در صورتیکه ولتاژ این سر از مقدار معینی بیشتر شود Reset می شود و ولتاژ خروجی تغییر می کند.

تخلیه : جهت تخلیه خازن زمان سنج است.

تغذیه : ولتاژ تغذیه ای بین v 5/4 تا v12 را فراهم می کند.

کلید 12 پایه : این کلید همانطور که از اسمش پیداست شامل 12 پایه مطابق شکل 4-1 (الف) است که هر سه پایه یک کلید مستقل همانند شکل 4-1 (ب) است.

همانطور که در شکل 4-1 (ب) مشاهده می شود هر کلید شامل یک سر مشترک و دو سر انتخابی است ، که در هر لحظه یکی از دو مسیر A1 به A ( یا A به A1 ) و یا A2 به A ( یا A به A2 ) برقرار است.

هنگامی که کلید زده می شود همزمان چهار کلید A ، B ، C و D زده می شوند.

برای مثال در هنگام بالا بودن کلیه 12 پایه A به A1 ، B به B1 ، C به C1 و D به D1 وصل می شود.

فصل دوم مقدمه در این فصل به بررسی نحوه عملکرد اجزای مدار و چگونگی قرار گرفتن هر قطعه در مدار می پردازیم.

البته جهت ساده تر شدن مطالب هر قطعه و مدارش جداگانه بررسی می شوند و نقشه کلی مدار در فصل سوم آورده شده است.

رگلاتور: جهت تهیه منبع تغذیه مدار است.

همانطور که در شکل 1-2 مشاهده می شود ولتاژ متغیر v 5 به پایه شماره دو اعمال می شود و از پایه شماره سه ولتاژ ثابت v 5 گرفته می شود،پایه شماره یک به زمین وصل می شود.

LCD (نمایشگر ) : جهت نمایش اطلاعات است که شامل پایه های زیر است : Vss : پایه زمین نمایشگر است.

Vcc : جهت اتصال به منبع تغذیه است.

VEE : برای کنترل میزان درخشندگی نمایش کاراکترها است.

Rs : در داخل LCD دو ثبات وجود دارد و پایه Rs برای انتخاب آنها به ترتیب زیر بکار می رود.

اگر RS=0 باشد ثبات دستورالعمل فرمان انتخاب می شود و اجازه می دهد فرمان هایی همچون پاک کردن نمایشگر، نشاندن مکان نما و غیره صادر شوند.

اگر Rs=1 باشد ثبات داده انتخاب می گردد، و به کاربر اجازه ارسال داده (یا بازیابی) روی LCD برای نمایش را می دهد.

R/W : ورودی RW به کاربر اجازه نوشتن اطلاعات در LCD و یا خواندن از آن فراهم می سازد.

R/w=1 برای خواندن و R/w=0 برای نوشتن است.

E : نمایشگر از این پایه برای لچ کردن اطلاعات ارائه شده به پایه های داده اش استفاده می کند.

D0=D7 : 8 بیت خط داده برای ارسال اطلاعات به LCD یا خواندن محتوای ثبات های داخلی LCD بکار می روند.

البته LCD ممکن است شامل پایه های دیگری باشد.

اما بدلیل استفاده نشدن در این پروژه از توضیح آنها صرف نظر می کنیم.

آی سی 555 : شکل 3-2 (الف) .

نحوه اتصال پایه های 555 جهت تولید پالس شکل 3-2 (ب) .

پالس تولیدی توسط 555 هرگاه پایه 555 مطابق شکل 3-2 (الف) بسته شود، پالس مربعی مطابق شکل 3-2 (ب) بدست می آید که عرض پالس دارای رابطه زیر است .

ما در این پروژه از رابطه استفاده می کنیم.

بدین صورت ابتدا پهنای 2t را اندازه گرفته سپس یکی از RB یا C را ثابت گرفته و دیگری را با توجه به فرمول بدست می آوریم.

البته نحوه تعیین مداری مقاومت و یا خازن مجهول در ادامه فصل در قسمت کلید 12 پایه توضیح داده می شود.

میکروکنترلر 8051 پایه های استفاده شده در این پروژه عبارتند از : پورت P1 : جهت اتصال به پایه های داده نمایشگر (LCD ) است.

پایه های P3.0 P3.1 و P3.2 به ترتیب به پایه های E ، R/W و Rs نمایشگر وصل می شوند.

پایه P3.3 : این پایه به مدار شکل 2.4 متصل است و همانطور که در شکل ملاحظه می شود این مدار یک کلید ساده است و این کلید (کلید start ) جهت شروع به کار میکروکنترلر برای اندازه گیری مقاومت و یا خازن است.

شکل 4-2 .

مدار کلید start پایه P3.4 : میکروکنترلر با چک کردن این پایه می فهمد که مقاومت مجهول در مدار است و یا خازن مجهول در مدار است.

پایه P3.4 :پالس تولید شده توسط آی سی 555 به این پایه اعمال می شود و میکروکنترلر آن را اندازه گیری می کند.

کلید 12 پایه : نحوه اتصال کلید 12 پایه به میکروکنترلر و آی سی 555 مطابق شکل زیر است (حروف مشابه نشانه اتصال آن دو نقطه است برای مثال نقطه B در مدار 555 باید به نقطه B در مدار کلید 12 پایه وصل شود) شکل 5-2 نحوه اتصال کلید 12 پایه نحوه عملکرد مدار : هنگامی که کلید 12 پایه فشرده می شود (در حالت بالا قرار گیرد) Vcc به LED Green وصل شده و آن را روشن می کند و نشان دهنده انتخاب مقاومت مجهول برای کاربر است.

همچنین پایه P3.4 میکروکنترلر به Vcc وصل می شود و این پایه برای میکروکنترلر یک می شود و میکروکنترلر با چک کردن این پایه می فهمد که مقاومت مجهول انتخاب شده است.

محل قرار گرفتن مقاومت مجهول بر روی دوپین هدر مادگی به نامهای Pin+ و Pin- ( + و – برای خازن) است.

هنگامی که کلید 12 پایه بالا است pin- به نقطه F وصل شده و نقطه C یا همان Pin+ به نقطه D وصل می شود و مدار برای مقاومت مجهول برقرار می شود و مقاومت معلوم (اهم)220 = RB از مدار خارج شده و خازن معلوم nf 10 = c در مدار قرار می گیرد.

در هنگام پایین بودن کلید 12 پایه تمام عملیات بالا برای مدار خازن مجهول اجرا می شود.

بدین صورت که خازن مجهول بر روی pin+ و pin- قرار گرفته و Red LED برای نمایش انتخاب مدار خازن مجهول برای کاربر روشن می شود.

پایه P3.4 برای میکروکنترلر صفر می شود و pin- به نقطه G و Pin+ به نقطه B وصل می شود و خازن معلوم nf 10 = c از مدار خارج و مقاومت معلوم (اهم) 220 = RB وارد مدار می شود.

فصل سوم مقدمه در این فصل برنامه میکروکنترلر توضیح داده می شود، بدین صورت که هر قسمت برنامه بصورت جداگانه مورد بررسی قرار می گیرد.

در پایان فصل برنامه کامل میکروکنترلر به همراه نقشه کامل مدار آورده شده است.

توضیح برنامه میکروکنترلر : خطوط 1 تا 9 : جهت تعریف ثابتهای برنامه است.

خطوط 14 تا 26 : در این قسمت پیغامهایی که قرار است در طول اجرای برنامه بر روی LCD نمایش داده شوند تعریف می شوند.

قطعه WAIT-LCD (خطوط 28 تا 35 ) : بدلیل اینکه سرعت نمایشگر (LCD) از میکروکنترلر کمتر است، پس از فرمان دادن میکروکنترلر به LCD جهت نمایش کاراکتری و یا اجرای دستوری مانند پاک کردن صفحه، میکروکنترلر توسط این قسمت صبر می کند تا کار LCD تمام شود تا دستور بعدی را صادر کند.

قطعه CLEAR-LCD (خطوط 36 تا 39 ) : جهت پاک کردن صفحه LCD قطعه LCD – L – NEW ( خطوط 40 تا 43 ) : برای رفتن مکان نما به خط دوم LCD قطعه LCD _ ON (خطوط 44 تا 51 ) : جهت آماده کردن LCD در ابتدای برنامه برای نمایش کاراکترها قطعه LCD – CWRITE (خطوط 52 تا 60 ) : برای دستور دادن به LCD .

دستوراتی از قبیل حرکت مکان نما، پاک کردن صفحه ، ...

قطعه DWRITE-LCD ( خطوط 61 تا 69 ) : برای درج یک کاراکتر در LCD قطعه SWRITE-LCD ( خطوط 70 تا 78 ) : برای درج رشته ای از کاراکترها بر روی نمایشگر قطعه DELAY2OMS ( خطوط 79 تا 86 ) : تأخیری به مدت 20 میکروثانیه تولید می کند.

قطعه DELAY1S ( خطوط 87 تا 98 ) : تأخیری به مدت یک ثانیه تولید می کند.

قطعه GET-KEY ( خطوط 99 تا 123 ) : در این قسمت برنامه منتظر زدن کلید شروع (START) از طرف کاربر می شود سپس با چک کردن پورت P3.4 می فهمد که مدار برای مقاومت است و یا خازن قطعه TITLE ( خطوط 124 تا 137 ) : در ابتدای شروع به کار برنامه ، برنامه با اجرای این قسمت نام سازندگان مدار را بر روی نمایشگر نمایش می دهد.

قطعه F-OUTLCD ( خطوط 138 تا 159 ) : همانطور که در این