معرفی میکروکنترلر 8051

همانطور که در مقاله قبلی به توضیح مختصری از میکرو کنترلر ها پرداختیم سه نمونه معروف و پرکاربرد از میکرو کنترلر ها می توان به8051 و PIC و AVR اشاره نمود که در این مقاله به بررسی یکی از آنها که اولین میکرو نیز می باشد می پردازیم.

8051

اولین میکروکنترلر ساخت دست بشر است که در ابتدا توسط شرکت بزرگ intel ساخته شد. اما بعدا intel این امکان را به دیگر شرکت ها داد که این میکروکنترلر را تولید کنند و شرکت هایی مانند ATMEL , PHILIPS, SIEMENS , DALLAS و... که از بزرگ ترین شرکت های دنیا هستند به تولید این میکروکنترلر پرداختند یکی از شرکت هایی که به صورت گسترده به تولید این تراشه پرداخت ATMEL بود که مدل های مختلف میکروکنترلر را ساخت و محصلات آن در سراسر جهان و در ایران یافت می شود. اما زمانی که ما به صورت کلی سیر پیشرفت این نوع میکروکنترلر را در نظر می گیریم متوجه می شویم اولین میکروکنترلر هایی که ساخته شد با جدیدترین میکروکنترلرهای 8051 که الان تولید می شود پیشرفت زیادی ندارد به طور مثال AT89S5X که میکروکنترلر 8051 جدید ساخت ATMEL است نسبت به مدل های اولیه 8051 پیشرفت آنچنانی ندارد . امکانات این میکرو نسبت به AVR و PIC قابل مقایسه نیست . به صورتی که که همین مدل جدید 8051 تقریبا حافظه ای برابر یک صدم (0.001 ) میکروکنترلر های AVR را دارد و سرعتش 4 برابر کمتر از میکروکنترلر های PIC و 12 بار کمتر از میکروکنترلر های AVR است . از لحاظ امکانات دیگر هم چنین ضعفی احساس می شود. اما برای کارهای ساده تر که پیچیدگی زیادی در آن نباشد به خاطر قیمت بسیار پایینی که این میکروکنترلر دارد بسیار مناسب است . قیمت همین مدل جدید AT89S5X حول و حوش 1000 تومان است که قیمت بسیار مناسبی است.

این میکرو کنترلر از زبان اسمبلی و C پشتیبانی می کند که زبان برنامه نویسی اصلی آن اسمبلی است که نوشتن با این زبان برنامه نویسی نسبت به زبان های برنامه نویسی دیگر هم مشکل تر و هم طولانی تر است. در کل این میکروکنترلر امروزه دیگر توان رقابت با AVR و PIC را دارا نیست و رقابت اصلی بین این دو میکروکنترلر است. 

....................................................................................................................

حسگرهای مافوق صوت

یكی از مسائل مطرح در رباتیك ایجاد درك نسبت به محیط خارجی برای جلوگیری از برخورد نامطلوب به اشیاء موجود در محیط حركت است.

از سوی دیگر ممكن است نیاز داشته باشیم كه ربات بتواند دركی از فاصله ها بدون تماس فیزیكی داشته باشد. برای این منظور از سنسورهای مافوق صوت یا Ultrasonic استفاده می كنند.

فركانسهای این محدوده را می توان بین 40 كیلو هرتز تا چندین مگا هرتز در نظر گرفت.امواجی با این فركانسها  كاربردهایی چون سنجش میزان فاصله،سنجش میزان عمق یك مخزن و ....را دارند.

جهت استفاده از این امواج یك سری سنسورهای مخصوص طراحی شده كه می توان این سنسورها را به دو دسته صنعتی و غیر صنعتی تقسیم بندی كرد.سنسورهای غیر صنعتی در فركانسهایی در حدود 40 كیلو هرتز كار می كنند و در بازار با قیمتهای پایین در دسترس هستند. در این سنسورها دقت كار بالا نبوده و فقط در حد تشخیص یك فاصله یا عمق یك مایع می توان از آنها استفاده كرد.اما بلعکس در سنسورهای صنعتی كه در فركانسهای در حد مگا هرتز كار می كنند و به دلیل همین فركانس بالا ما دقت زیادی را خواهیم داشت

مكانیزم كلی كار این سنسورها ، فرستادن یك بیم و دریافت انعكاس آن و متعاقبا محاسبه زمان رفت و برگشت است. بدین ترتیب می توان فواصل را نیز براحتی با در نظر گرفتن سرعت صوت در دما و فشار محیط ، محاسبه كرد به همین دلیل این سنسور به صورت دو pack مجزای گیرنده و فرستنده موجود می باشد.

اگرچه به صورت یک پک هم یافت می شود که هر دو سنسور را در خود جای دهد

همانند تمامی دستگاه های دیگر این نوع سنسور ها دارای خطا نیز می باشند

یكی از مهمترین خطاهایی كه درآنها مشاهده می شود ، خطای بالقوه در فواصل زیاد است. همانطور كه میدانید امواج مافوق صوت را نمی توان همانند یك بیم لیزر تاباند و انعكاس آن را ثبت كرد. بعنوان مثال در فاصله حدودا 4.5 متری و با زاویه تابش 75 درجه حدود 250 میلیمتر خطا ممكن است پیش آید.

.......................................................................................................................

معرفی آپ امپ (Op-Amp)

تقویت کننده های عملیاتی به اختصار آپ امپ نامیده می شو ندو به صورت مدار مجتمع در دسترس قرار می گیرند.

این تقویت کننده ها از پایداری بالایی برخوردارند.، و با اتصال ترکیب مناسبی از عناصر خارجی مثل مقاومت،خازن،دیود و غیره به آنها،می توان انواع عملیات خطی و غیر خطی را انجام داد.

از ویژگیهای اختصاصی تقویت کننده های عملیا تی ورودی تفاضلی و بهره بسیار زیاد انهاست

این المان الکترونیکی اختلاف میان ولتاژهای ورودی در پای های مثبت و منفی را در خروجی با تقویت بسیار بالایی آشکار می سازد.حتی اگر این اختلاف ولتاژ کوچک نیز باشد.،آن را به سطح قابل قبولی از ولتاژ‌ در خروجی تبدیل می کند.

Op-Amp همواره دارای دو پایه مثبت و منفی در ورودی است که این دو پایه ورودی مستلزم یک پایه در خروجی هستند.

پایه ورودی مثبت را در اصطلاح لاتین noninverting و پایه منفی را inverting می گویند.

اگر inverting > noninverting باشد.خروجی به سمت منفی VSS اشباع می شود.منظور از منفی VSS مقدار منفی ولتاژ تغذیه آی سی است. مثلا اگر ولتاژ ورودی 5 ولت باشد و ورودی پایه منفی دارای ولتاژی بزرگتر از ورودی پایه مثبت باشد.خروجی به سمت منفی 5 ولت به اشباع می رود. و برعکس اگر inverting < noninverting باشد.خروجی به سمت مثبت VSS اشباع می شود.مثلا اگر تغذیه آی سی 5 ولت باشد و ورودی پایه مثبت دارای ولتاژی بزرگتر از پایه منفی باشد خروجی به سمت مثبت 5 ولت به اشباع می رود بدون قرار دادن فیدبک از خروجی به ورودی، ماکزیمم اشباع در خروجی با کمترین اختلاف ولتاژ‌ در پایه های مثبت و منفی ورودی بوجود می آید.در این حالت مدار شما بسیار نویز پذیر است.

.........................................................................................................................

مختصری در مورد آی سی 555
در پست " معرفی آی سی" مختصری در مورد آی سی ها و آی سی 555 صحبت کردیم و عنوان کردیم که با بررسی این آی سی به بیان چند مورد از اصطلاحات الکترونیکی خواهیم پرداخت:

آی سی 555 دارای 8 پایه است و همانطور که بیان شد به آی سی تایمر مشهور است در مدار داخلی این آی سی فلیپ فلاپ به کار رفته است که

با توضیح مختصری از فلیپ فلاپ به بررسی آن می پردازیم

در مدارات الکترونیک و کامپیوتر، فلیپ فلاپ ( Flip Flop ) یک نوع آی سی یا تراشه ( IC ) یا مدار مجتمع دیجیتال است که می تواند به عنوان یک بیت حافظه عمل کند. یک فلیپ فلاپ می تواند شامل دو سیگنال ورودی، صفر یا یک در پایه یا پایه های ورودی باشد. ضمنا یک فلیپ فلاپ دارای یک پایه زمانی ( clock ) و یک خروجی ( out put ) و دو پایه set و reset می باشد. فلیپ فلاپ ها معمولا دارای یک خروجی معکوس خروجی اصلی هم هستند. یعنی از نظر منطقی خروجی معکوس یا متمم ، برعکس خروجی اصلی است و اگر خروجی اصلی مثلا دارای سطح منطقی یک ( مثلا 5 ولت ) باشد خروجی متمم ( مکمل هم می گویند ) به صورت معکوس خروجی اصلی (در این مثال صفر منطقی ) خواهد بود. آن را آلاکلنگ نامیده اند چون خروجی آن بین صفر و یک تغییر می کند. حال با این توضیح به 2 اصطلاح تریگر و ترشولد می پردازیم

3.تریگر: چنانچه ولتاژ پایه 2 از VCC/3 کمتر شود ،با توجه به ورودی های مقایسه کننده آنالوگ دوم خروجی این مقایسه کننده بالا رفته و باعث ست شدن فلیپ فلاپ Q=1 ( که با لبه بالا رونده کار می کند) می گردد.یعنی خروجی فلیپ فلاپ یا خروجی خود IC در این حالت بالا می رود و حتی اگر ولتاژ پایه 2 باز هم از VCC/3 بیشتر شود و خروجی مقایسه کننده پایین بیاید تغییری در خروجی مشاهده نمی شود.

4.ترشولد: چنانچه ولتاژ پایه 6 از 2/3VCC یا ولتاژ 5 بیشتر شود ، با توجه به ورودی های مقایسه کننده اول ،خروجی مقایسه کننده High شده و فلیپ فلاپ را Reset و خروجی IC را صفر می کند.

5.دشارژ: از این عمل بیشتر برای تخلیه خازن و رفتن به سیکل بعدی تایمینگ استفاده می شود ولی بسته به نوع مدار و نظر طراح ، می تواند استفاده های دیگری هم داشته باشد .

.........................................................................................................

یک سوال مهم!!!

یكی از جالب‌ترین و هیجان‌انگیزترین پرسش‌هایی كه تاكنون تاریخ فلسفه به خود دیده...

پرسشی است كه آلن تورینگ، فیلسوف و ریاضیدان انگلیسی در سال 1950 طی مقاله‌ای به نام Computing Machinery and Intelligence یا <ماشین محاسباتی و هوشمندی> مطرح كرد. او پرسید: <آیا ماشین می‌تواند فكر كند؟>

این پرسش به گونه ای شروع تفکر در مورد ساخت ربات های هوشمند را ایجاد کرد

وی برای این‌كه ذهن مخاطب را از پریشانی درباره ماهیت این ماشین دربیاورد، توضیح داد كه منظور او از ماشین، یك كامپیوتر است؛ ماشینی كه قادر به انجام محاسبات نرم‌افزاری است. به این ترتیب برای اولین بار این پرسش در ذهن نوع بشر پدید آمد كه: <آیا كامپیوتر می‌تواند فكر كند؟>

خود تورینگ  پاسخ قطعی این پرسش را پیدا نکرد، اما برای یافتن پاسخ مناسب در آینده، یك راهبرد خلاقانه پیشنهاد كرد. او آزمونی طراحی كرد كه خود آن را <بازی تقلید> نامید. تورینگ پرسید: <آیا یك ماشین، یعنی یك كامپیوتر، می‌تواند آزمون تقلید را با موفقیت پشت سربگذارد؟> آیا یك كامپیوتر می‌تواند با یك انسان چنان گفت‌وگو كند كه او فریب خورده و تصور كند در حال گفت‌وگو با یك انسان است؟

او آزمون بازی تقلید را چنین شرح داد: یك پرسشگر - یك انسان - همزمان در حال گفت‌وگو با دو نفر است. هر یك از این دو نفر در اتاق‌های جداگانه‌ای قرارگرفته‌اند و پرسشگر نمی‌تواند هیچ‌یك از آن‌ها را ببیند. یكی از این دو نفر یك انسان است و دیگری یك ماشین؛ یعنی یك كامپیوتر. پرسشگر باید با این دو نفر شروع به گفت‌وگو كند و بكوشد بفهمد كدام‌یك از این دو انسان است و كدام‌یك ماشین. اگر كامپیوتر بتواند طوری جواب دهد كه پرسشگر نتواند انسان را از ماشین تمیز دهد، آنگاه می‌توان ادعا كرد كه این ماشین هوشمند است.

تورینگ برای آسان‌تركردن شرایط این آزمون و پرهیز از پیچیدگی‌های اضافی، آن را به محاوره‌ای متنی و روی كاغذ محدود كرد تا مجبور به درگیر شدن با مسائل انحرافی مانند تبدیل متن به گفتار شفاهی و تنظیم تُن صدا و لهجه نباشد. او همچنین براساس یك سری محاسبات، پیش‌بینی كرد كه پنجاه سال بعد، یعنی در سال 2000 انسان قادر خواهد بود كامپیوترهایی بسازد كه در یك گفت‌وگوی پنج دقیقه‌ای، فقط هفتاد درصد پرسشگرها بتوانند كشف كنند كه در حال گفت‌وگو با یك انسان هستند یا یك ماشین. او برخورداری از یك میلیارد بیت حافظه (125 میلیون بایت - حدود 120 مگابایت) را یكی از مشخصه‌های اصلی این كامپیوتر دانست.

کسی تصور نمی کرد که روزی این ماشین قادر باشد با انسان بازی فکری شطرنج را نیز انجام دهد و پیروز گردد

.....................................................................................................................

معایب و مزایای ربات ها

در این نوشتار در نظر داریم به طور بسیار اجمالی به تعدادی از معایب و مزایای ربات ها اشاره کنیم

مزایای رباتها :

رباتیک و  اتوماسیون در  بسیاری از موارد می توانند ایمنی ، میزان تولید ، بهره و کیفیت محصولات را افزایش دهند .

رباتها می توانند در موقعیت های خطرناک کار کنند و با این کار جان هزاران انسان را نجات دهند. که از تمیز کردن تیر چراغ برق تا استفاده در جنگ ها می توان اشاره کرد

رباتها به راحتی محیط اطراف خود توجه ندارند و نیازهای انسانی برای آنها مفهومی ندارد . رباتها هیچگاه خسته نمی شوند .

دقت رباتها خیلی بیشتر از انسانها است آنها در حد میلی یا حتی میکرو متر دقت دارند .

رباتها می توانند در یک لحظه چند کار را با هم انجام دهند.

کاهش هزینه در بخش تولید از دیگر مزایای ربات است

حضور ربات ها سبب می گردد که انسان ها مجبور باشند کمتر به کارهای فیزیکی پرداخته و از نیروی کار به ست نیروی کار ذهنی متمایل گردد

معایب رباتها :

رباتها در موقعیتهای اضطراری توانایی پاسخگویی مناسب ندارند که این مطلب می تواند بسیار خطرناک باشد .

رباتها هزینه بر هستند.

قابلیت های محدود دارند یعنی فقط کاری که برای آن ساخته شده اند را انجام می دهند و قابلیت خلاقیت در کار را ندارند

با در کنا ر هم قرار دادن این معایب و مزایا که قطعا فقط به این موارد ختم نمی شود باز می توان دید که ربات ها تا چه اندازه در زندگی انسان تاثیرگذارند که رشد آنها در تمامی جنبه های زندگی دیده می شود.

...................................................................................................................

رادار تصویری

رادار یك سیستم الكترومغناطیسی است كه برای تشخیص و تعیین موقعیت هدف بكار میرود .

با رادار می توان درون محیطی را كه برای چشم ،غیر قابل نفوذ است دید مانند تاریكی ،باران،مه.برف،غبار و غیره . اما مهمترین مزیت رادار توانایی آن درتعیین فاصله یا حدود هدف می باشد .كاربرد رادارها در اهداف زمینی ، هوایی،دریایی، فضایی و هواشناسی می باشد. ایجاد سیستمی با توانایی بالا در ردیابی پدیده ها و ایجاد تصاویر با کیفیت بالا از آنها هدف عمده ساخت رادار تصویری می باشد .

سنجش از راه دور رامی توان به دو بخش فعال وغیر فعال تقسیم کرد . گستره طول موج امواج مایکرویو نسبت به طیف مادون قرمز ومرئی سبب گردیده تا از سنجش از راه دور به وسیله امواج، از این طیف استفاده گردد .

عملکردسیستم های سنجش غیرفعال همانند سیستم های سنجش دما عمل می کنند .در اینگونه سیستم ها با اندازه گیری انرژی الکترومغناطیسی که هر جسم به طور طبیعی از خود ساطع می کند نتایج لازم کسب می گردد.

در سیستم های سنجش فعال از طیف موج مایکرویو برای روشن کردن هدف استفاده می شود . این سنسورها را می توان به دو بخش تقسیم کرد : سنسورهای تصویری وغیرتصویری (فاقد قابلیت تصویربرداری) .

از انواع سنسور های غیر تصویری می توان به ارتفاع سنج و اسکترومتر ها (پراکنش سنج ) اشاره کرد .کاربرد ارتفاع سنج ها در عکس برداری جغرافیایی وتعیین ارتفاع ازسطح دریا می باشد .اسکترومتر که اغلب بر روی زمین نصب میگردند میزان پراکنش امواج را ازسطوح مختلف اندازه گیری می کنند . این وسیله در مواردی همچون اندازه گیری سرعت باد در سطح دریا و کالیبراسیون تصویر رادار کابرد دارد .

معمول ترین سنسور فعال که عمل تصویربرداری را انجام می دهد رادار می باشد . رادار(radio detection and ranging) مخفف وبه معنای آشکارسازی به کمک امواج مایکرویو است .به طور کلی می توان عملکرد رادار را در چگونگی عملکرد سنسورهای آن خلاصه کرد . سنسورها سیگنال های مایکرویو را به سمت اهدف مورد نظر ارسال کرده وسپس سیگنال های بازتابیده شده از سطوح مختلف را شناسایی می کند . قدرت (میزان انرژی) سیگنالهای پراکنده شده جهت تفکیک اهداف مورد استفاده قرارمی گیرد . با اندازه گیری فاصه زمانی بین ارسال ودریافت سیگنال ها می توان فاصله تا اهداف را مشخص کرد . از مزایای شاخص رادار می توان به عملکرد رادار در شب یا روز وهمچنین قابلیت تصویربرداری درشرایط آب و هوایی مختلف اشاره کرد . امواج مایکرویو قادر به نفوذ در ابر مه ,گرد و غبار و باران می باشند.

...............................................................................................................

در مورد میکروکنترلرها بیشتر بدانیم

میکروکنترلر ها حکم یک کامپیوتر در ابعاد کوچک و قدرت کمتر را دارند

بیشتر این آی سی ها برای کنترل و تصمیم گیری استفاده می شود چون طبق الگوریتم برنامه ی آن عمل می کند این آی سی ها برای کنترل ربات ها تا استفاده در کارخانه صنعتی کار برد دارد

میکرو کنترلر ها دارای کامپایلرهای خاصی می باشد که با زبان های Assembly basic, c می توان برای آنها برنامه نوشت سپس برنامه نوشته شده را توسط دستگاهی به نام programmer که در این دستگاه ای سی قرار می گیرد و توسط یک کابل به یکی از در گاه های کامپیوتر وصل می شود برنامه نوشته شده روی آی سی انتقال پیدا میکند و در Rom ذخیره می شود

امکانات میکرو کنترلرها یکسان نیست و هر کدام امکانات خاصی را دارا می باشند و در قیمت های مختلف عرضه می شود.

در صورتی که بخواهیم میکروکنترلر را با میکروپروسسور مقایسه کنیم می توان به مورد زیر اشاره کرد

1. یک میکرو کنترلر را می توان طوری برنامه ریزی کرد که کار چندین گیت منطقی را انجام دهد.

2. تعداد آی سی هایی که در مدار به کار میرود به حداقل می رسد.

3. به راحتی می توان برنامه میکرو کنترلر را تغییر داد و تا هزاران بار میتوان روی میکرو برنامه های جدید نوشت و یا پاک کرد.

4. به راحتی می توان از روی یک مدار منطقی کپی کرد و مشابه آن را ساخت ولی در صورتی که از میکرو کنترلر استفاده شود و برنامه میکرو را قفل کرد به هیچ عنوان نمی توان از آن کپی گرفت .

ممکن است سوال دیگری مطرح گردد و آن تفاوت میکروپروسسور با میکروکنترلر است:

میکروپرسسور نیز یک پردازنده است و برای کار باید به آن چیپ های حافظه و قطعاتی را اضافه کرد این امکان زمانی مناسب است که بر حسب نیاز حافظه مناسب و  قطعات دیگر مانند تایمرها و غیره به میزان بیشتری مورد استفاده باشد عین این نوع ودارات آن است که مدار خیلی پیچیده می شود و از لحاظ هزینه هم هزینه بیشتر می گردد به همین دلیل امروزه از میکروپرسسورها کمتر استفاده می شود زیرا میکرو کنترلر های جدید با حافظه های زیاد تعداد تایمر زیاد پورت های زیاد و تنوع بسیار زیاد انها بر حسب این امکانات دست ما را باز گذاشته است تا دیگر میکروپرسسورها را فراموش کنیم.

.................................................................................................................................

نرم افزار شبیه سازی ربات ها

نرم افزارهای اندکی در زمینه شبیه سازی ربات ها وجود دارد که یکی از آنها نرم افزار Microsoft robotic است که نرم افزاری با حجم زیاد و پر دردسر می باشد.

نرم افزار دیگر که توسط یک فرد سوئدی به نام Olivier Michel طراحی و توسعه داده شده است به نام webots است از مزایای این نرم افزار کم حجم بودن ، سرعت نصب بالا و محیطی تقریبا ساده با آزادی عمل بسیار است که فرد با آشنایی با برنامه نویسی به زبان C یا ++C یا جاوا قادر به اعمال هرگونه تغییری می باشد. همچنین می تواند با نرم افزار matlab ارتباط برقرار کند.

از ویژگی های خوب این نرم افزار دارا بودن تمام سنسورهای لازم برای طراحی ربات است و گرافیک بالا و مثال های متعدد بگونه ای که بیش از 5000 دانشگاه از این نرم افزار برای طراحی ربات استفاده می کنند .

در webots بوسیله محیط گرافیکی تک تک المانهای ربات کنار هم مفصل می شوند و هر کدام داری یک مرز مشخص خواهد بود و جرم و ویژگی های مکانیکی مشخص مانند اینرسی یا ضریب جهش الاستیسیته و سایر خواص به طوری که یک محیط کاملا نیوتنی را نخست فرد آماده می کند و سپس در این محیط ربات خود را می سازد و قرار می دهد و شروع به حرکت می کند و نتایج ان را به عینه می بیند . در صورت برخورد ربات با هر شی خارجی که دارای جرم و حجم است به مانند محیط واقعی تصادم صورت می گیرد و هر اتفاقی بسته به نیروها ممکن است بیفتد . لذا رباتی که در این نرم افزار شبیه سازی شود و با موفقیت ماموریتش را انجام بدهد در محیط طبیعی و پس از ساخت هم با همین موفقیت روبرو خواهد شد و webots یک محک بسیار عالی برای ساخت یک ربات است.

تمام الگوریتم حرکت و گریز از مانع ربات بوسیله برنامه نویسی به زبان C نوشته می شود پس از اینکه ربات در محیط توانست بایستد و شروع به حرکت متعادل کند . همه موتورها و محرکها در نهایت بوسیله برنامه کنترل ربات هدایت می شوند و محیط هم در صورت غیر هوا بودن مانند آب در رباتهای زیرآبی باید بوسیله برنامه نویسی به زبان c شبیه سازی شود و ویژگی هایش توضیح داده شود.

.......................................................................................................................

انواع ترانزیستورهای 3 پایه

بصورت استاندارد دو نوع ترانزیستور بصورت PNP و NPN داریم. انتخاب نام آنها به نحوه کنار هم قرار گرفتن لایه های نیمه هادی و پلاریته آنها بستگی دارد.

در اوایل ساخت این وسیله الکترونیکی و جایگزینی آن ها با لامپهای خلاء، ترانزستورها اغلب از جنس ژرمانیم و بصورت PNP ساخته می شدند اما محدودیت های ساخت و فن آوری از یک طرف و تفاوت بهره دریافتی از طرف دیگر، سازندگان را مجبور کرد که بعدها بیشتر از نیمه هادیی از جنس سیلیکون و با پلاریته NPN برای ساخت ترانزیستور استفاده کنند.

تفاوت خاصی در عملکرد این دو نمونه وجود ندارد.

ترانزیستور دارای سه پایه است

این پایه ها به نامهای Base (پایه) ، Collector (جمع کننده) و Emitter (منتشر کننده) مشخص می شوند. اگر به ساختار لایه ای یک ترانزیستور دقت کنیم بنظر تفاوت خاصی میان Collector و Emitter دیده نمی شود اما واقعیت اینگونه نیست. چرا که ضخامت و بزرگی لایه Collector به مراتب از Emitter بزرگتر است و این عملا" باعث می شود که این دو لایه با وجود تشابه پلاریته ای که دارند با یکدیگر تفاوت داشته باشند. با وجود این معمولا" در شکل ها برای سهولت این دو لایه را بصورت یکسان در نظر می گیرند.

طرز کار ترانزیستور به اینصورت است، چنانچه پیوند BE را بصورت مستقیم بایاس (Bias به معنی اعمال ولتاژ و تحریک است) کنیم بطوری که این پیوند PN روشن شود (برای اینکار کافی است که به این پیوند حدود ۰.۶ تا ۰.۷ ولت با توجه به نوع ترانزیستور ولتاژ اعمال شود)، در آنصورت از مدار بسته شده میان E و C می توان جریان بسیار بالایی کشید.

در حالت عادی میان E و C هیچ مدار بازی وجود ندارد اما به محض آنکه شما پیوند BE را با پلاریته موافق بایاس کنید، این پیوند تقریبا" بصورت اتصال کوتاه عمل می کند و شما عملا" خواهید توانست از پایه های E و C جریان قابل ملاحظه ای بکشید.

بنابراین مشاهده می کنید که با برقراری یک جریان کوچک Ib شما می توانید یک جریان بزرگ Ic را داشته باشید. این مدار اساس سوئیچ های الکترونیک در مدارهای الکترونیکی است. بعنوان مثال شما می توانید در مدار کلکتور یک رله قرار دهید که با جریان مثلا" چند آمپری کار می کند و در عوض با اعمال یک جریان بسیار ضعیف در حد میلی آمپر - حتی کمتر - در مدار بیس که ممکن است از طریق یک مدار دیجیتال تهیه شود، به رله فرمان روشن یا خاموش شدن بدهید.

................................................................................................................

رباتیک چیست؟

رشد روز افزون دانش بشری انسانها را با دست آوردها و علوم جدیدی آشنا می‌سازد که قبل از آن شاید تنها ریشه در تخیل داشت رباتیک یکی از تخیلات انسانی است که کم کم پا به عرصه واقعیت نهاده و زندگی بشری را دست خوش تغییرات شگرفی خواهد کرد.

قوانین رباتیک:

کلمه ربات اولین بار توسط Karel Capek  نویسنده نمایشنامه R.U.R روبات‌های جهانی روسیه در سال 1921 ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چک اسلواکی (robotnic) به معنی کارگر می‌باشد.

در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد از انسان بودن و دارا بودن نقاط ضعف و قوت یک انسان معمولی ، یک انسان دارای قدرت بسیار زیادی بود که در پایان نمایش نامه برای مبارزه علیه سازندگان خود استفاده شد البته لازم به ذکر است که پیش از آن یونانیان نیز مجسمه متحرکی ساخته بودند که نمونه اولیه ماشینی بوده که ما امروزه ان را ربات می‌نامیم.

تعریف امروزه ربات از نظر عوام مردم وسیله ای است که اعمالی هوشمند شبیه انسان انجام می‌دهد در حالی که فرهنگ وبستر ربات را این‌گونه تعریف می‌کند:"یک دستگاه یا وسیله خودکاری که قادر به انجام اعمالی است که معمولا به انسان‌ها نسبت داده می شود و یا مجهز به قابلیتی است که شبیه هوش بشری است".

در این راستا دانشمندان سعی بر آن دارند ربات‌هایی بسازند که به طرق مختلف نیاز ‌های انسان‌ را براورده سازند و در نهایت به رباتی با قابلیت ‌های کامل یک انسان برسند.

------------------------------------------------------------------
قوانین رباتیک مطرح شده توسط آسیموف چنین است:

• ربات ها نباید هیچگاه به انسانها صدمه بزنند.

• رباتهاباید دستورات انسانها را بدون سرپیجی از قانون اوّل اجرا کنند.

• رباتها باید بدون نقض قانون اوّل و دوم از خود محافظت کنند.
---------------------------------------------------------------------

ربات‌ها دارای سه قسمت اصلی هستند:

• مغز که معمولاً یک کامپیوتر است

•  محرک و بخش مکانیکی شامل موتور، پیستون، تسمه، چرخ‌ها، چرخ دنده‌ها و …

• سنسور که می‌تواند از انواع بینایی، صوتی، تعیین دما، تشخیص نور، تماسی یا حرکتی باشد.

 

بر اساس این سه قانون و سه قسمت ذکر شده به معرفی انواع ربات‌ها ، بررسی عملکرد آنها ، اخبار مسابقات ، تحلیل پیشرفت و آموزش آنها خواهیم پرداخت.

...................................................................................................................

از کجا شروع کنیم؟؟

به نظر بنده ورود به عرصه رباتیک مشکل ترین مرحله می باشد به طور کلی رباتیک رشته ای میان رشته ای است با ترکیبی از رشته های مهندسی برق گرایشات الکترونیک و کنترل ، مهندسی مکانیک گرایش طراحی جامدات و مهندسی کامپیوتر گرایش نرم افزار.

در ایران این رشته در مقطع کارشناسی ارشد، مکاترونیک نام دارد که معمولا مورد توجه دانشجویان رشته برق ، کامپیوتر و مکانیک قرار می گیرد.

رشته رباتیک قبل از رشته مکاترونیک تدرس خود را شروع کرده به طوری که رشته مهندسی رباتیک در سال 1381 در مقطع کارشناسی توسط دانشگاه صنعتی شاهرود وارد ایران شد. اما آموزش رشته مکاترونیک از سال 1383 در ایران شروع شد.

برای اطلاعات بیشتر در زمینه رشته رباتیک، دانشگاه ها، دروس و... به لینک زیر (بخشی از سایت تخصصی مهندسی رباتیک) مراجعه فرمایید:

http://www.robotics-engineering.ir/index.php/articles/48-robotics-engineering

و مقاله "رباتیک و جایگاه آن در ایران" نوشته شده توسط آقای محسن جعفر زاده:

http://www.robotics-engineering.ir/index.php/articles/49-robotics-in-iran

واضح است زمانی که می خواهید به مقوله رباتیک بپردازید باید به بخش هایی از این 3 رشته بپردازیم در حالت کلی رباتیک را به 2 بخش شبیه سازی  (Simulation)، و ربات حقیقی (Real) تقسیم بندی می کنند. در شبیه‌سازی در حقیقت رباتی به صورت فیزیکی ساخته نمی‌شود و ساخت ربات در یک محیط مجازی شبیه سازی شده که در آن بعضی از قوانین دنیای واقعی وجود دارد صورت می‌گیرد هدف از برگزاری و کار بر روی این قسمت بیشتر کار بر روی هوش ربات ( یا همان مقوله هوش مصنوعی) می باشد. در این بخش مسابقاتی در رشته های «شبیه سازی امداد و نجات» (Rescue Simulation) و «شبیه سازی فوتبال» (Soccer Simulation) و... هرسال در جهان برگزار می‌شود. در بخش Real مسابقات بسیار متنوعتری نسبت به Simulation وجود دارد زیرا شما با ربات های حقیقی سر و کار دارید که مهم‌ترین آنها عبارتند از: ربات‌های فوتبالیست(در چندین سطح مختلف)، ربات‌های امدادگر، ربات‌های مسیریاب (Path Finder)، ربات‌های آتش نشان (Fire Fighter)، ربات های مین یاب (Deminer)، ربات‌های لابیرنت، ربات‌های انسان نما (Humanoid)، سگها (Four legged Robot)، ربات های خانگی(At home) و... البته واضح است که ساخت ربات واقعی علاوه بر مشکلات متعددی که داراست دارای هزینه های بالاتری نیز می باشد.

ما در اینجا با بخش شبیه سازی و نیازهای اولیه ساخت ربات همچون آموزش برنامه نویسی به زبان #C و آموزش نرم افزار متلب را آغاز کرده  و سپس به ساخت ربات های سخت افزاری ساده همچون ربات خط یاب خواهیم پرداخت.

.................................................................................................................................

نحوه کنترل ربات

یک نوع دیگر از تقسیم بندی ربات جهت کنترل که بسیار متداول تر می باشد:

1. کنترل غیر قابل بازخورد یا فیدبک(Non-Servo control) این نوع از کنترل ساده ترین نوع کنترل است که در حقیقت فیدبکی از خروجی به ورودی برگردانده نمی شود یک مثال خیلی ساده از مدار و یا سیستم بدون فیدبک می توان به ماشین لباسشویی اشاره کرد که تمیز یا کثیف بودن لباس ها چک نمی شود و تنها سیستم یک عمل خاص را در یک زمان خاص انجام می دهد

کنترل غیر قابل فیدبک خود بر دو نوع است

• کنترل ایست مکانیکی(Mechanical stop control):  در این روش حرکت ربات توسط مانعی که آن را ایست (stop)  می نامند معین می شود

• کنترل نقطه به نقطه (Point-to- point Control): در این روش که در رباتهای هیدرولیک به کار می رود بدین صورت است که با کنترل کردن مقدار روغن داخل پمپ در بازوی ربات به اندازه ای که خواسته شده ربات حرکت می کند و کنترل می شود

2. کنترل قابل بازخورد یا فیدبک (Servo-Control): در این نوع از کنترل ما می توانیم بدون استفاده از ایست مکانیک ها ربات را متوقف کنیم این مدار یک مدار بسته است اگر بخواهیم مثالی از آنچه در زندگی روزمره با آن سر و کار داریم داشته باشیم می توان به کنترل کننده های دما اشاره کرد که مثلا شما در تابستان دما را بر روی 35 درجه قرار می دهید زمانی که دما بالای 35 درجه برود کولر روشن شده  و دما را کاهش می دهد زمانی که دما زیر 35 درجه رفت خاموش می شود این یک سیستم مدار بسته است که ورودی بازخورد خروجی است که ( خروجی دمای بیرون است) البته این روش دارای ایرادی است که آن خاموش و روشن شدن مرتب فن می باشدچون ممکن است مثلا پس از 3 دقیقه روشن شدن فن دما پایین آید پس هر 3 دقیقه یکبار فن روشن و خاموش می شود برای جلوگیری از این مشکل که سبب استهلاک و خرابی زودرس دستگاه ها می شود یک بازه تعریف میکنند مثلا دما اگر زیر 30 بود فن خاموش شود و زمانی که بالای 37 بود روشن گردد

کنترل با فیدبک نیز  به دو صورت اتفاق می افتد

• کنترل نقطه به نقطه (Point-to- point Control)

• کنترل مسیر پیوسته(Continue path control)

که به توضیح مفصل هر بخش خواهیم پرداخت

..........................................................................................................................................

ساختمان ربات

1. اندام های مکانیکی ربات: که شامل بازوهای پیوسته که به صورت لولا به هم متصلند و این مفصل ها به دو صورت عمل می کنند

• دورانی (Revolute )

• منشوری (Prismatic)

هر مفصل و بازو یک درجه آزادی را تشکیل می دهند (Degree of freedom)

در نتیجه اگر شما مثلا n مفصل و n‌ بازو داشته باشیم n‌ درجه آزادی خواهیم داشت این بازوها به بازویی که ربات به وسیله آن به جایی نصب شده متصلند این بازو به بازوی صفر مشهور است و جزء بازو های ربات محسوب نمی شود و در حرکت ربات تاثیری ندارند و به جایی مثلا زمین متصل هستند و توسط این پایه است که مختصات اولیه ربات را می سنجیم این مختصات اولیه به مختصات جهانی معروف است (World coordinate)  نحوه شماره گذاری بازوها از بازوی پایه آغاز می شود تا به بازوی انتهایی ادامه می یابد نکته حائز اهمیت آن است که هیچگاه یک ربات یک  مدار بسته را تشکیل نمی دهد

2. نیرو محرکه یا راه انداز(Actuator): تولید کننده قدرت و نیروی ربات است که توسط یک کنترل کننده دقیق به کنترل مفصل ها و بازوهای ربات می پردازد که خود شامل 3 نوع می باشد:

• پنوماتیک یا سیستم بادی ( Pneumatic system):

• هیدرولیک یا سیستم روغنی (Hydraulic System)

• سیستم برقی یا الکترونیک سیستم (Electronic System)

هر یک از این سه قسمت به طور مفطل توضیح داده خواهند شد

3. سیستم انتقال نیرو (Transmission system): واسطه ای بین سیستم اندام های مکانیکی و نیرو محرکه است که از محل تولید آن را به یکی از اندام ها منتقل می کند

4. سنسور یا حسگر(Sensor): حکم چشم ربات را دارند که شامل انواع برقی و نوری و .... می باشند

5. دستگاه کنترل یا کامپیوتر ربات (The robot Controller or computer) : در واقع برتری یک ربات از روی سیستم کنترل و میزان هوشمندی آن قابل ارزیابی است

 

در ادامه به بررسی هر بخش از ربات خواهیم پرداخت

.......................................................................................................................................

کنترل نقطه به نقطه (PTP Control)

PTP control یا کنترل نقطه به نقطه معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که مسیر حرکت حائز اهمیت نباشد در این روش ربات را به روشی برنامه ریزی می کنند که تنها رسیدن به مقصد مورد اهمیت است

چنانچه در مقاله نحوه کنترل روبات عنوان شد دو نوع کنترل برای ربات وجود دارد:

کنترل غیر قابل بازخورد یا فیدبک(Non-Servo control)

کنترل قابل بازخورد یا فیدبک (Servo-Control) که شامل:

• کنترل نقطه به نقطه (Point-to- point Control)

• کنترل مسیر پیوسته(Continue path control)

می شدند توضیح مختصری دادیم

از بین این دو نوع کنترل، کنترل با فیدبک حائز اهمیت زیادی است زیرا با توجه به خروجی می توان میزان عملکرد و کارایی ورودی را محک زد

در این مقاله به بررسی اجمالی از نوع کنترل نقطه به نقطه (point-to- point control) خواهیم پرداخت PTP control معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که مسیر حرکت حائز اهمیت نباشد در این روش ربات را به روشی برنامه ریزی می کنند که تنها رسیدن به مقصد مورد اهمیت باشد مسیری که ربات در این حالت طی می کند به سینماتیک ربات یا نوع حرکت شناسی ربات مرتبط است که در مورد حرکت شناسی ربات به طور کامل بحث خواهیم کرد کنترل PTP دارای دقت و قدرت تکرار زیادی برخوردار است و از کاربرد های آن می توان به

• جوشکاری نقطه ای (Spot Welding)

• انتقال و جابه جایی قطعات (مخصوصا زمانی که لازم است ماشین فاصله های طولانی را در کند مورد استفاده قرار می گیرد)

اشاره کرد

سه نوع کنترل PTP وجود دارد که شامل موارد زیر می باشند:

1. کنترل نقطه به نقطه متوالی (Sequential PTP control) : در این نوع از کنترل هر یک از محور های ربات به طور جداگانه و به نوبت حرکت می کنند و معمولا زمانی از این روش استفاده می گردد که نوع موتور استفاده شده در ربات از نوع Stepper motor یا موتور پله ای باشد در این روش کنترل توسط یک Single-Micro   اتفاق می افتد در حقیقت این میکرو در هر لحظه تنها یک محور را حرکت می دهد و این سبب می شود که کنترل در این روش بسیار آسان باشد ولی در عین حال سرعت پایینی دارد


2. کنترل نقطه به نقطه ناهماهنگ (Uncoordinated PTP Control) : این نوع کنترل معمولا زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که موتور استفاده شده در ربات موتور DC باشد در این نوع سرعت بالاست زیرا تمامی محورها و مفصل ها با هم می توانند حرکت کنند و هر یک از موتور ها دارا ی کنترل مکانی هستند در این روش هر یک از نیرو محرکه ها محور خود را به مقصد می رسانند ولی زمان قابل پیش بینی نیست چون هر یک به طور جداگانه این کار را انجام می دهند سرعت ربات در این نوع بستگی به سرعت کمترین نیرو محرکه دارد

3. کنترل نقطه به نقطه هماهنگ متوالی ( Terminally Coordinate PTP Control) : سرعت این نوع کنترل شبیه سرعت کنترل نقطه به نقطه ناهماهنگ است با این تفاوت که در این روش به علت آنکه نیرو محرکه ها هماهنگ هستند از میتوان از کنترل سرعت استفاده نمود.

.......................................................................................................................................

روش های برنامه ریزی ربات

4 روش مختلف در مورد نحوه برنامه ریزی ربات مطرح می شود

ربات شامل بخش های مختلفی مثلا سنسور هاست که این بخش ها ورودی های ربات هستند و قطعا باید در جایی پردازش شوند و مورد بررسی قرار گیرند تا در پروسه کنترل استفاده گردند 4 روش مختلف در مورد نحوه برنامه ریزی ربات مطرح می شود که شامل:

• برنامه ریزی دستی (Manual Programming)

• برنامه ریزی هدایت مستقیم(Lead through Programming)

• برنامه ربزی مسیر حرکت ربات (Walk through Programming)

• برنامه ریزی ربات خارج از خط (Off- Line Programming)

می شود

در برنامه ریزی دستی اپراتور با استفاده از کلید (مثلا کلیدهای قطع و وصل و متوقف کننده)برنامه مورد نظر را بر روی ربات انجام می دهد این نحوه برنامه ریزی در کارهای خیلی ساده مورد بررسی قرار می گیرد مانند گذاشتن یا برداشتن قطعات (Pick-and-Place)

در برنامه ریزی هدایت مستقیم اپراتور از Interface  یا  Teach Pendant  استفاده می کند بدین معنی که میزان تغییر مفصل ها و یا بازوهای ربات در حافظه کنترلر ربات ضبط می شود این روش زمانی استفاده می گردد که از نظر ریاضی مشخص کردن مسیر حرکت برای ربات مشکل است ولی به راحتی می توان مسیر حرکت را توسط اپراتور نشان داد این روش می تواند مناسب ترین روش برای برنامه ریزی ربات ها باشد

برنامه ریزی مسیر حرکت ربات متداول ترین روش در رنگرزی، جوشکاری و کارهایی از این قبیل می باشد در این روش اپراتور Grip Handle  ربات را در دست می گیرد و مثلا عمل رنگ کردن جسم مورد نظر را انجام می دهد ربات تمامی مراحل کار را در حافظه می سپارد و سپس می تواند آن را مجددا بار ها و بار ها تکرار نماید کارهایی چون روشن و خاموش کردن اسپری و کنترل ورود و خروج ، سرعت و غیره را می توان با استفاده از Teach Pendant نیز برنامه ریزی نمود.

 
روش چهارم که کمی مفصل تر است و همچنین مشکلات روش های مطرح شده را در مقاله بعد بحث خواهیم کرد

.......................................................................................................................

حرکت شناسی ربات

موقعیت ساختمانی ربات به دو قسمت تقسیم می شود یکی حرکت شناسی یا سینماتیک (Robot Cinematic) و دیگری دینامیک (Robot Dynamic)

منظور از حرکت ربات: تحلیلی است از حرکت هندسی (Geometry) ربات نسبت به یک محور ثابت بدون در نظر گرفتن اثر نیرو که سبب حرکت ربات می شود.

برای حرکت شناسی ربات از دو روش استفاده می شود:

• روش مثلثاتی (Trigonometric)

• روش ماتریسی (Matrix)


هر دوی این روش ها رابطه بین حرکت مفصل ها و بازوها را فرموله می کند

روش ماتریسی بسیار مناسب تر و متداول تر از روش مثلثاتی می باشد

روش مثلثاتی دارای یک تئوری اولیه است که لازم است ابتدا به بررسی این تئوری که به تئوری روش حرکت شناسی مثلثاتی یا Trigonometric Kinematics Theoryمشهور است پردازیم این روش به دو بخش تقسیم می شود

• موقعیت فضایی: در این روش عنوان می گردد که موقعیت هر جسم در یک سطح را می توان به تنهایی نسبت به مکان x , y و نقطه مرجع P و جهت زاویه Q به مختصات x2 , Y2  منتقل کرد که (x , y , Q) را موقعیت جسم و تمامی موقعیت های موجود را موقعیت فضایی نامند پس به راحتی می توان موقعیت یک بازو را در یک مجموعه بازوی مکانیکی سنجید

• حرکت شناسی مستقیم : اگر مختصات داخلی بازویی را که به مرکز یا اولین محور نزدیک است به عنوان مرجع محور مختصات در نظر بگیریم و محور های مختصات بازوی 1 و 2 ر به ترتیب x1 , y1 , x2 , y2 در نظر بگیریم می توان به راحتی رابطه نقاط بیان شده را با یک ضرب ماتریسی به دست آورد

 
در مقاله بعدی به مثالی کاربردی از این روش که هم اکنون کمی گنگ به نظر می رسد و البته کمی تخصصی است خواهیم پرداخت

........................................................................................................................

معرفی آی سی!!!

------------------------------------------
سلام. تعجب نکنید همونطور که گفتم که این مجموعه از صفر شروع میکند و هیچ چیز را برای حرفه ای شدن شما از قلم نمی اندازد و در پست های بعدی هم  با میکروکنترلر، حسگر (Sensor)، حسگرهای مافوق صوت، تقویت کننده عملیاتی (OpAmp)، آی سی 555، ترانزیستورها، رادار تصویری، 8051، AVR، نرم افزارهای شبیه سازی روبات (مانند: Microsoft Robotics)، موتورهای القایی AC، نرم افزارهای شبیه سازی صنعتی، نرم افزار متلب، استپرموتورها، FPGA، فرستنده ویدیویی، انواع موتورهای القایی، موتورهای القایی فازشکسته و... آشنا میشویم.

-------------------------------------------
IC از دو کلمه انگلیسی (integrated circuit) گرفته شده که به معنی مدارهای مجتمع می باشند

مدارهای الکتریکی ازتعداد زیادی قطعه یا المان الکتریکی تشکیل شده اند که فضای زیادی را اشغال می کنند اختراع مدارهای مجتمع این مشکل مدارات الکتریکی و نیز کا هش توان الکتریکی بالای آنها را جبران کرد از دیگر مزایای مدارات مجتمع سرعت بالای آن نسبت به مدارات الکتریکی است حال برای آشنایی بیشتر به بررسی یکی از این IC ها که دارای کاربرد زیادی نیز می باشد خواهیم پرداخت

IC Timer 555 یكی از پركاربردترین آی سی هایی است كه برای مصارف متعددی مورداستفاده قرار می گیرد و دارای دقت فوق العاده زیاد و خطای كم می باشد بیشترین کاربرد آن در مدارات ایجاد پالس با فرکانس های متفاوت است و از دیگر کاربردهای آن کنترل پهنای پالس، مدارات تایمر و فرستنده و گیرنده وغیره.... هم می توان اشاره کرد مشخصات کامل پایه های آن در شکل آمده است که در دو حالت آستابل و مونو آستابل کار می کند.

در حالت مونو استابل تولید و شکل پالس توسط پایه شماره 2 قابل کنترل است و اما در حالت آستابل در صورتی که تغذیه مثبت و منفی آن که مطابق شکل در پایه های 1و4و8 (ولتاژ تغذیه این آی سی چیزی بین 5 تا 15 ولت و حداکثر 18 ولت است) واتصال خازن و مقاومت درپایه های 2و6و7 صورت پذیرد به طور خودکار و بدون تحریک پالسهای ثابتی را ایجاد می کند خروجی ای سی که می توان پالس را از آن دریافت کرد در هر دو صورت پایه شماره 3 می باشد.

.............................................................................................................................

میکرو کنترلر  (Microcontroller)

کلمه میکروکنترلر از دو کلمه میکرو و کنترلر تشکیل شده است که میکرو یک واحد یونانی است و برابر با 10 به توان منفی 6 متر است. یعنی یک ملیونیوم متر کنترلر نیز به معنای کنترل کننده است.

میکرو کنترلر به دو صورت می تواند عمل کند

بر مبنای ورودی هایی که به آن داده می شود خروجی خود را تنظیم می کند.

یا اینکه ورودی تعریف نشود و تنها بر اساس برنامه عمل کند و خروجی فقط بر اساس برنامه باشد.

به آی سی هایی که قابل برنامه ریزی می باشد و عملکرد آنها از قبل تعیین شده میکروکنترلرگویند میکرو کنترلر ها دارای ورودی - خروجی و قدرت پردازش می باشد  که از بخش های مختلفی چون

Cpu (واحد پردازش)

Alu (واحد محاسبات)

I /O (ورودی ها و خروجی ها)

 Ram حافظه اصلی میکرو

Rom حافظه ای که برنامه روی آن ذخیره می گردد

Timer برای کنترل زمان ها

می باشد. علاوه برآن میکروکنترلرها دارای خانواده های مختلفی چون PIC - AVR – 8051 ها می شوند که به بررسی تک تک آنها خواهیم پرداخت از قابلیت های فوق العاده میکرو کنترلر ها و مزیت آنها قابلیت برنامه ریزی آنها می باشد و دارای کامپایلرهای خاصی می باشند که با زبان های Assembly basic, c می توان برای آنها برنامه نوشت سپس برنامه نوشته شده را توسط دستگاهی به نام programmer که در این دستگاه ای سی قرار می گیرد و توسط یک کابل که قابلیت اتصال به یکی از پورت های کامپیوتر را دارد برنامه نوشته شده روی آی سی انتقال پیدا می کند و در Rom (حافظه) آن ذخیره می شود این آی سی ها حکم یک کامپیوتر در ابعاد کوچک و قدرت کمتر را دارند و بیشتربرای کنترل استفاده می شود و طبق الگوریتم برنامه  آن عمل می شود این آی سی ها برای کنترل ربات ها تا استفاده در کارخانه صنعتی کاربرد دارند. برای شروع کار با یک میکروکنترلر که در رباتیک کاربردهای فراوانی از آن را خواهید دید در ابتدا لازم است یک زبان برنامه نویسی مانند C , Basic را بیاموزید. (ترجیحا C) 

.............................................................................................................................

رگولاتور چیست؟

رگولاتور قطعه ای است که در ساخت مدارات الکترونیکی کاربردهای فراوانی دارد در حقیقت رگولاتورهای ولتاژ، نوعی از نیمه رساناها هستند که برای تنظیم ولتاژ طراحی شده اند

رگولاتورها در یک دسته بندی کلی به 3 بخش زیر تقسیم می شوند:

1. رگولاتورهای ولتاژ خروجی ثابت مثبت: که خروجی انها یک عدد ثابت و غیر قابل تغییر + می باشد که نام گذاری آنها نیز به صورت 78XX یا L78XX یا M78XX می باشد.2 رقم سمت راست که به صورت XX نشان داده شده نشان دهنده ولتاژ خروجی است. مثلاً ولتاژ خروجی رگولاتور 7805 ، 5 ولت می باشد و همچنین L یا M هم نشان دهنده  حداکثر جریان دهی آن است

(L= تا 1 آمپر ،=M تا 1.5 آمپر)

2. رگولاتورهای ولتاژ خروجی ثابت منفی: که خروجی آنها یک عدد ثابت منفی و غیر قابل تغییر – می باشد که نامگذاری انها به صورت 79XX می باشد.

3. رگولاتورهای ولتاژ خروجی متغیر: به وسیله این رگولاتورها می توان ولتاژ خروجی را کنترل کرد. معروف ترین و پر کاربردترین نوع خروجی + آنها LM317 و LM138 وLM338 و خروجی – آنهاLM337 می باشد. این قطعه برای ره اندازی نیاز به یک مدار جانبی مختصر دارد.

این رگولاتورها 3 پایه دارند. مثبت + ، خروجی، زمین یا - ( قطب – منبع تغذیه را زمین نیز می گوییم(Gnd))

در رگولاتورهای سری 78XX ولتاژ ورودی باید حداقل دو یا سه ولت بیشتر از خروجی آنها باشد. حداقل ولتاژ ورودی و همچنین ولتاژ خروجی آنها در زیر به طور مختصر آمده است:

حداقل ولتاژ ورودی----------------------- ولتاژ خروجی -----------------------شماره مدل

7.3---------------------------------------------5------------------------------------7805

11.5-------------------------------------------9------------------------------------7809

14.6-------------------------------------------12-----------------------------------7812

21---------------------------------------------18-----------------------------------7818

27.1------------------------------------------21------------------------------------7824

......................................................................................................................

 ویران باد . من اگر ما نشوم تنهایم ، تو اگر ما

نشوی خویشتنی

کاربرد

دو روش عمده در استفاده از سنسورها وجود دارد:

1. حس کردن استاتیک: در این روش محرک‌ها ثابت‌اند و حرکت‌هایی که صورت می‌گیرد بدون مراجعه لحظه‌ای به سنسورها صورت می‌گیرد به عنوان مثال در این روش ابتدا موقعیت شی تشخیص داده می‌شود و سپس حرکت به سوی آن نقطه صورت می‌گیرد.

2. حس کردن حلقه بسته: در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل می‌شوند. اغلب سنسورها در سیستم‌های بینا این‌گونه‌اند.

از لحاظ کاربردی با نمونه‌هایی از انواع سنسورها در ربات آشنا می‌شویم:

1. سنسورهای بدنه (Body Sensors) : این سنسورها اطلاعاتی را درباره موقعیت و مکانی که ربات در آن قرار دارد فراهم می‌کنند. این اطلاعات نیز به کمک تغییر وضعیت‌هایی که در سوییچ‌ها حاصل می‌شود، به دست می‌آیند. با دریافت و پردازش اطلاعات بدست آمده ربات می‌تواند از شیب حرکت خود و این ‌که به کدام سمت در حال حرکت است آگاه شود. در نهایت هم عکس‌العملی متناسب با ورودی دریافت شده از خود بروز می‌دهد.

2. سنسور جهت‌یاب مغناطیسی(Direction Magnetic Field Sensor): با بهره‌گیری از خاصیت مغناطیسی زمین و میدان مغناطیسی قوی موجود، قطب‌نمای الکترونیکی هم ساخته شده است که می‌تواند اطلاعاتی را درباره جهت‌های مغناطیسی فراهم سازد. این امکانات به یک ربات کمک می‌کند تا بتواند از جهت حرکت خود آگاه شده و برای تداوم حرکت خود در جهتی خاص تصمصم‌گیری کند.این سنسورها دارای چهار خروجی می‌باشند که هرکدام مبین یکی از جهت‌ها است. البته با استفاده از یک منطق صحیح نیز می‌توان شناخت هشت جهت مغناطیسی را امکان‌پذیر ساخت.

3. سنسورهای فشار و تماس (Touch and Pressure Sensors) : شبیه‌سازی حس لامسه انسان کاری دشوار به نظر می‌رسد. اما سنسورهای ساده‌ای وجود دارند که برای درک لمس و فشار مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این سنسورها در جلوگیری از تصادفات و افتادن اتومبیل‌ها در دست‌اندازها استفاده می‌شود. این سنسورها در دست‌ها و بازوهای ربات‌ هم به منظورهای مختلفی استفاده می‌شوند.مثلا برای متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل نهایی با یک شی. همچنین این سنسورها به ربات‌ها برای اعمال نیروی کافی برای بلند کردن جسمی از روی زمین و قرار دادن آن در جایی مناسب نیز کمک می‌کند.

ت

معرفی

ترانزیستور یک قطعه الکترونیکی فعال بوده و از ترکیب سه قطعه n و p بدست می‌آید که از ترزیق حاملین بار اقلیت در یک پیوند با گرایش مستقیم استفاده می‌کند و دارای سه پایه به نامهای بیس (B)، امیتر (E) و کلکتورالکترونها و حفره‌ها هر دو مهم است، به آن یک ترانزیستور دوقطبی گفته می‌شود.

ترانزیستورهای جدید به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: ترانزیستورهای اتصال دوقطبی(BJTs) و ترانزیستورهای اثر میدانی (FETs). اعمال جریان در BJTها و ولتاژ در FETها بیین ورودی وترمینال مشترک رسانایی بین خروجی و ترمینال مشترک را افزایش می‌دهد، از اینرو سبب کنترل جریان بین آنها می‌شود. مشخصات ترانزیستورها به نوع آن بستگی دارد. مدل های ترانزیستور را ببینید. لغت "ترانزیستور" به نوع اتصال نقطه‌ای آن اشاره دارد، اما انی سمبل قدیمی با سمبل هایی را کردند که اختلاف ساختار ترانزیستور دوقطبی را به صورت دقیقتر نشان می‌داد، اما این ایده خیلی زود رها شد. در مدارات آنالوگ، ترانزیستورها در تقویت کننده‌ها استفاده می‌شوند، (تقویت کننده‌های جریان مستقیم، تقویت کننده‌های صدا، تقویت کننده‌های امواج رادیویی) و منابع تغذیه تنظیم شده خطی. همچنین از ترانزیستورها در مدارات دیجیتال بعنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده می‌شوند، اما به ندرت به صورت یک قطعه جدا، بلکه به صورت بهم پیوسته در مدارات مجتمع یکپارچه بکار می‌روند. مدارات دیجیتال شامل گیت های منطقی، حافظه با دسترسی تصادفی (RAM)، میکروپروسسورها و پردازنده‌های سیگنال دیجیتال (DSPs) هستند.

اهمیت

ترانزیستور از سوی بسیاری بعنوان یکی از بزرگترین اختراعات در تاریخ نوین مطرح شده است، در رتبه بندی از لحاظ اهمیت در کنار ماشین چاپ، خودرو و ارتباطات الکترونیکی و الکتریکی قرار دارد. ترانزیستور عنصر فعال کلیدی در الکترونیک مدرن است. اهمیت ترانزیستور در جامعه امروز متکی به قابلیت آن برای تولید انبوه که از یک فرآیند (ساخت) کاملاً اتماتیک که قیمت تمام شده هر ترانزیستور در آن بسیار ناچیز است استفاده می‌کند. اگرچه ملیون ها ترانزیستور هنوز تکی (به صورت جداگانه) استفاده می‌شوند ولی اکثریت آنها به صورت مدار مجتمع (اغلب به صورت مختصر IC و همچنین میکرو چیپ یا به صورت ساده چیپ نامیده می‌شوند) همراه با دیودها، مقاومت ها، خازن ها و دیگر قطعات الکترونیکی برای ساخت یک مدار کامل الکترونیک ساخته می‌شوند.یک گیت منطقی حاوی حدود بیست ترانزیستور است در مقابل یک ریزپردازنده پیشرفته سال 2006 که می‌تواند از بیش از 7/1 ملیون ترانزیستور استفاده کند (ماسفت ها)[1]. قیمت کم، انعطاف پذیری و اطمینان از ترانزیستور یک قطعه همه کاره برای وظایف غیرمکانیکی مثل محاسبه دیجیتال ساخته است. مدارات ترانزیستوری به خوبی جایگزین دستگاه‌های کنترل ادوات و ماشین ها شده اند. استفاده از یک میکروکنترلر استاندارد و نوشتن یک برنامه رایانه‌ای که عمل کنترل را انجام می‌دهد اغلب ارزان تر و موثرتر از طراحی معادل مکانیکی آن می‌باشد. بعلت قیمت کم ترانزیستورها و ازاینرو رایانه‌ها گرایشی برای دیجیتال کردن اطلاعات وجود دارد. با رایانه‌های دیجیتالی که توانایی جستوجوی سریع، دسته بندی و پردازش اطلاعات دیجیتال را ارائه می‌کنند، تلاش بیشتری برای دیجیتال کردن اطلاعات شده است.در نتیجه امروزه داده های رسانه ای بیشتری به دیجیتال تبدیل می‌شوند، در پایان توسط رایانه تبدیل شده و به صورت آنالوگ در اختیار قرار می‌گیرد. تلوزیون، رادیو و روزتامه‌ها چیزهایی هستند که تحت تاثیر این انقلاب دیجیتال واقع شده اند.

مزایای ترانزیستورها بر لامپ های خلإ

قبل از گسترش ترانزیستورها، لامپ های خلإ (یا در UK لاپ های ترمیونیک یا فقط لامپ ها) قطعات فعال اصلی تجهیزات الکترونیک بودند. مزایای کلیدی که به ترانزیستورها اجازه جایگزینی با لامپ های خلإ سابق در بیشتر کاربردها را داد در زیر آمده است: اندازه کوچک تر (با وجود ادامه کوچک سازی لامپ های خلإ) تولید کاملاً اتوماتیک هزینه کمتر (در حجم تولید) امکان ولتاژ کاری پایین تر ( اما لامپ های خلإ در ولتاژهای بالاتر می‌توانند کار کنند) نداشتن دوره گرم شدن (بیشتر لامپ های خلإ به 10 تا 60 ثانیه زمان برای عملکرد صحیح نیاز دارند) تلفات توان کمتر (نداشتن توان گرمایی،ولتاژ اشباع خیلی پایین) قابلیت اطمینان بالاتر و سختی فیزیکی بیشتر( اگرچه لامپ های خلإ از نظر الکتریکی مقاوم ترند. همچنین لامپ خلإ در برابر پالس های الکترومغناطیسی هسته‌ای (NEMP) وتخلیه الکترو استاتیکی (ESD) مقاوم ترند عمر خیلی بیشتر (قطب منفی لامپ خلإ سرانجام ازبین می‌رود و خلإ آن می‌تواند آلوده بشود) فراهم آوردن دستگاه‌های مکمل (امکان ساختن مدارات مکمل متقارن: لامپ خلإ قطبی معادل نوع مثبت BJTها و نوع مثبت FETها در دسترس نیست) قابلیت کنترل جریان بالا (ترانزیستورهای قدرت بریای کنترل صدها آمپر در دسترسند، لامپ های خلإ برای کنترل حتی یک آمپر بسیار بزرگ و هزینه برند) میکروفونیک بسیار کمتر (لرزش می‌تواند با خصوصیات لامپ خلإ تلفیق شود، به هر حال این ممکن است در صدای تقویت کننده‌های گیتار شرکت کند)

تاریخچه

اولین سه حق ثبت اختراع ترانزیستور اثرمیدان در سال 1928 در آلمان توسط فیزک دانی به نامJulius Edgar Lilienfeld ثبت شد، اما او هیچ مقاله‌ای در باره قطعه اش چاپ نکرد و این سه ثبت اختراع از طرف صنعت نادیده گرفته شد. در سال 1934 فیزیکدان آلمانی دکتر Oskar Heil ترانزیستور اثر میدان دیگری را به ثبت رساند. هیچ مدرک مستقیمی وجود ندارد که این قطعه ساخته شده است، اما بعداً کارهایی در دهه 1990 نشان داد که یکی از طرح های Lilienfeld کار کرده و گین قابل توجه‌ای داده است. اوراق قانونی از آزمایشگاه‌های ثبت اختراع بل نشان می‌دهد که Shockley و Pearson یک نسخه قابل استفاده از اختراع Lilienfeld ساخته اند، در حالی که آنها هیچگاه این را در تحقیقات و مقالات خود ذکر نکردند. ترانزیستورهای دیگر، R. G. Arns در 16 دسامبر 1947 Wiliam Shockley, John Bardan و Walter Brattain موفق به ساخت اولین ترانزیستور اتصال نقطه‌ای در آزمایشگاه بل شدند. این کار با تلاش های زمان جنگ برای تولید دیودهای مخلوط کننده ژرمانیم خالص "کریستال" ادامه یافت، این دیودها در واحدهای رادار بعنوان عنصر میکسر فرکانس در گیرنده‌های میکروموج استفاده می‌شد. یک پروژه موازی دیودهای ژرمانیم در دانشگاه Purdue موفق شد کریستال های نیمه هادی ژرمانیم را با کیفیت خوب که در آزمایشگاه‌های بل استفاده می‌شد را تولید کند.[2] سرعت سوئیچ تکنولوژی لامپی اولیه برای این کار کافی نبود، همین تیم Bell را سوق داد تا از دیودهای حالت جامد به جای آن استفاده کنند. آنها با دانشی که در دست داشتند شروع به طراحی سه قطبی نیمه هادی کردند، اما دریافتند که کار ساده‌ای نیست. Bardeen سرانجام یک شاخه جدید فیزیک سطحی را برای محاسبه رفتار عجیبی که دیده بودند ایجاد کرد و سرانجام Brattain و Bardeen موفق به ساخت یک قطعه کاری شدند. آزمایشگاه‌های تلفن بل به یک اسم کلی برای اختراع جدید نیاز داشتند: "سه قطبی نیمه هادی"، "سه قطبی جامد"، "سه قطبی اجزاء سطحی"، "سه قطبی کریستال" و "لاتاتورن" که همه مطرح شده بودند، اما "ترانزیستور" که توسط John R. Pierce ابداع شده بود، برنده یک قرعه کشی داخلی شد. اساس وبنیاد این اسم در یاداشت فنی بعدی شرکت رای گیری شد: ترانزیستور، این یک ترکیب مختصر از کلمات "ترانسکانداکتانس" یا "انتقال" و "مقاومت متغیر" است. این قطعه منطقاً متعلق به خانواده مقاومت متغیر می‌باشد و یک امپدانس انتقال یا گین دارد بنابراین این اسم یک ترکیب توصیفی است. -آزمایشگاه‌های تلفن بل- یاداشت فنی(28 می 1948) Pierce این نام را قدری متفاوت تفسیر کرد: دلیلی که من این نام را انتخاب کردم این بود که من فکر کردم این قطعه چکار می‌کند، در آن زمان تصور می‌شد که این قطعه مثل دو لامپ خلإ است. لامپ های خلإ هدایت انتقالی دارند بنابراین ترانزیستور مقاومت انتقالی دارد. و این اسم می بایست متناسب با نام دیگر قطعات مثل وریستور، ترمیستور باشد. و من اسم ترانزیستور را پیشنهاد کردم. PBC Show مصاحبه با john R. Pierce بل فوراً ترانزیستور تک اتصالی را جزء تولیدات انحصاری شرکت Western Electric، شهر Allentown در ایالت Pennsylvania قرار داد. نخستین ترانزیستورهای گیرنده‌های رادیو AM در معرض نمایش قرار گرفتند، اما در واقع فقط در سطح آزمایشگاهی بودند.بهرحال در سال 1950 Shockley یک نوع کاملاً متفاوت ترانزیستور را ارائه داد که به ترانزیستور اتصال دوقطبی معروف شد. اگرچه اصول کاری این قطعه با ترانزیستور تک اتصالی کاملاً فرق می‌کند، قطعه‌ای است که امروزه به عنوان ترانزیستور شناخته می‌شود. پروانه تولید این قطعه نیز به تعدادی از شرکت های الکترونیک شامل Texas Instrument که تعداد محدودی رادیو ترانزیستوری بعنوان ابزار فروش تولید می‌کرد داده شد. ترانزیستورهای اولیه از نظر شیمیایی ناپایدار بودند و فقط برای کاربردهای فرکانس و توان پایین مناسب بودند، اما همینکه طراحی ترانزیستور توسعه یافت این مشکلات نیز کم کم رفع شدند. اگرچه اغلب نادرست به Sony نسبت داده می‌شود، ولی اولین رادیو ترانزیستوری تجاری Regency TR-1 بود که توسط Regency Division از I.D.E.A (گروه مهنسی توصعه صنعتی) شهر Indianapolis ایالت Indiana ساخته شده و در 18 اکتبر 1954 اعلام شد. آین رادیو در نوامبر 1954 به قیمت 95/49 دلار(معادل با 361 دلار در سال 2005) به فروش گذاشته شد و تعداد 150000 از آن به فروش رفت. این رادیو از 4 ترانزیستور استفاده می‌کرد وبا یک باتری 5/22 ولتی راه اندازی می‌شد. هنگامیکه Masaru Ibuka ، موسس شرکت ژاپنی سونی از آمریکا دیدن می‌کرد آزمایشگاه‌های بل ارائه مجوز ساخت شامل ریز دستوراتی مبنی بر چگونگی ساخت ترانزیستور را اعلام کرده بودند. Ibuka مجوز خرید 50000 دلاری پروانه تولید را از وزیر دارایی ژاپن گرفت و در سال 1955 رادیوی جیبی خود را تحت مارک سونی معرفی کرد. (کلمه جیبی اشاره دارد به مطلب بدنامی سونی وقتیکه فروشنده آنها پیراهن مخصوصی با جیب های بزرگ داشت). این محصول بزودی با طرح های بلند پروازانه ادامه پیدا کرد، اما آنها بعنوان آغاز رشد شرکت سونی از طرف عموم مورد توجه قرار می‌گرفتند تا سونی به یک قدرت تولیدی تبدیل شد. بعد از دو دهه ترانزیستورها بتدریج جای لامپ های خلإ را در بسیاری از کاربردها گرفتند و بعد ها امکان تولید دستگاه‌های جدیدی از قبیل مدارات مجتمع و رایانه‌های شخصی را فراهم آوردند. از Shockley, Bardeen و Brattian بخاطر تحقیقاتشان در مورد نیمه هادی ها وکشف اثر ترانزیستر با جایزه نوبل فیزیک قدردانی شد. Bardeen می‌رفت که دومین جایزه نوبل فیزیک را دریافت کند، یکی از دو نفری که بیش از یک جایزه از یک متد می‌گرفت. اولین ترانزیستور Gallium-Arsenide Schottky-gate توسط Carver Mead ساخته و در سال 1966 گزارش داده شد.

کاربرد

ترانزیستور دارای 3 ناحیه کاری می‌باشد.ناحیه قطع/ناحیه فعال(کاری یا خطی)/ناحیه اشباع ناحیه قطع حالتی است که ترانزیستور در ان ناحیه فعالیت خاصی انجام نمی‌دهد.اگر ولتاژ بیس را افزایش دهیم ترانزیستور از حالت قطع بیرون امده و به ناحیه فعال وارد می‌شود در حالت فعال ترانزیستور مثل یک عنصر تقریبا خطی عمل می‌کند اگر ولتاژ بیس را همچنان افزایش دهیم به ناحیه‌ای میرسیم که با افزایش جریان ورودی در بیس دیگر شاهد افزایش جریان بین کلکتور و امیتر نخواهیم بود به این حالت می‌گویند حالت اشباع و اگر جریان ورودی به بیس زیاد تر شود امکان سوختن ترانزیستور وجود دارد. ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد. درمدارات آنالوگ ترانزیستور در حالت فعال کار می‌کند و می‌توان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و ... استفاده کرد. و در مدارات دیجیتال ترانزیستور در دو ناحیه قطع و اشباع فعالیت می‌کند که می‌توان از این حالت ترانزیستور در پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و ... استفاده کرد.به جرات می‌توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است.

يكي از مهمترين سخت‌افزارهاي تشکيل دهندهء يك كامپيوتر كه ارتباط تمامي سخت‌افزارها توسط آن انجام مي‌شود Mother Board است. Mother Board يك برد الكترونيكي است كه از تعداد زيادي المان الكترونيكي تشكيل شده و معمولاً داراي يك IC یا مدارمجتمع اصلي و تعدادي IC جانبي براي پردازش سخت‌افزارها است.

Mother Boardها داراي محل‌‌هاي متعددي براي اتصالات خاص هستند، معمولاً اين اتصالات داراي اشكال منحصر به فرد و مشخصي هستند و امكان جابجايي در اتصالات وجود ندارد.
كارتها يا بردهاي الكترونيكي، چاپگر، صفحه كليد و ماوس همگي به برد اصلي وصل مي‌شوند و مهمتر از همه CPU که روي Mother Board سوار مي‌شود.
نحوه اتصالات هر يك از قطعات متفاوت است، عده‌اي از طريق درگاهها یا port ها ، برخي از طريق شيارهاي توسعه یا Slot ها و بعضي به وسيله كابلها متصل مي‌شوند. البته لازم به ذكر است كه اتصالات به دو شكل داخلي و خارجي وجود دارند، اتصالات داخلي به قطعات Internal مربوط است كه داخل Case قرار مي‌گيرند و اتصالات خارجي به قطعات External مربوط است كه از بيرون Case به مادر برد متصل مي‌شوند.

اتصالات داخلي عبارتند از :
محل سوار شدن CPU
محل قرارگيري RAM
اتصالات IDE
محل اتصال Floppy
محل اتصال كابل برق
محل اتصال سيم‌هاي Case
شيارهاي توسعه یا Slot
پين‌هاي اتصالي USB
پين‌هاي اتصال كابل Audio
که اکنون به توضیح هر کدام می پردازیم .
محل سوار شدن CPU، بستگي به نوع Suport یا پشتيباني Mother Board از CPU دارد . مثلاً در صورتي‌كه Mother Board ،يک CPU از نوع Intel Pentium 4 را Suport نمايد، محل سوارشدن CPU از نوع Socket 478 بوده و در صورتي‌كهMother board یک CPU از نوع AMD Athlon را Suport نماید ، اين محل از نوع Socket A خواهد بود، برخي از Mother Boardها داراي 2 يا 4 محل براي سوار كردن CPU هستند، از اين نوع Mother Boardها معمولا در کامپيوتر هاي Server استفاده مي‌شود. براي قرار دادن CPU روي Mother Board ، ابتدا دستة متحرك جانبي را بالا آورده سپس تراشة CPU را با توجه به لبه‌ء برش خورده و فلش موجود، که در يکي از چهار گوشهء آن قراردارد ، روي محل مورد نظر قرار مي‌دهيم و سپس دستة متحرك را به سمت پايين آورده تا در جاي خود قرار گرفته و پايه‌هاي CPU را محكم كند. فراموش نكنيم كه Fan مربوط به CPU را روي آن قرار داده و پايه‌هاي آن را در جاي خود محكم نموده و سيم برق آن‌ را نيز در محل تعيين شده بر روي Mother Board وصل‌كنيم.
محل قرارگيري RAM، که به آن بانک RAM مي گويند نوعي شيار است، كه بستگي به پشتيباني مقدار RAM و نوع آن دارد. Mother Boardهاي قديمي‌تر داراي شيارهاي كوتاهتري بودند که اصطلاحاً SIMM ناميده مي‌شدند. ولي Mother Board هاي امروزي داراي دو نوع شيار هستند، يك نوع براي قرارگيري RAMهاي SDR و نوع ديگر براي قرارگيري RAMهاي DDR. سمت قرارگيري RAM روي Mother Board ، از محل وجود شكافهاي روي RAM و برجستگي‌هاي داخل شيار مشخص مي‌گردد. براي قرار دادن RAM روي Mother Board دسته‌هاي موجود در دو سر شيار را باز كرده و RAM را در امتداد عمود به سمت پايين به صورت اله کلنگي فشار مي‌دهيم تا در جاي خود قرار گيرد و دسته‌ها بسته شوند.
اتصالات IDE، محل اتصال كابل اطلاعات درايوها به كامپيوتر است . درايوهاي ديسك‌سخت یا HardDisk ، DVDROM، CD-Writer، CDROM و ديگر درايوهاي از اين نوع معمولا بوسيله اين اتصالات به Mother Board متصل مي‌شوند. محل اتصال اين كابلها به شكل مستطيلي است که داراي 40 پين يا پايه مي‌باشد. اين پين‌ها در دو رديف قرار دارند و معمولاً يك پين در وسط پينها وجود ندارد، كه تعداد آنها را به 39 پين مي‌رساند .
معمولا روي هر Mother Board دو اتصال يا port IDE وجود دارد و به هر كدام دو وسيله یا Device يا درايو متصل مي‌شود. همانطور که متوجه شديد معمولا چهار سخا افزار از اين طريق به mother board متصل مي شود. نام اين چهار وسيله از نظر Mother Board و به ترتيب اولويت عبارتند از :
IDE يک شامل :
IDE Primary Master
IDE Primary Slave
IDE دو شامل :
IDE Secondary Master
IDE Secondary Slave
محل اتصال Floppy مشابه با محل اتصال كابل IDE بوده ولي داراي پين‌هاي كمتر و اندازه كوچكتري مي‌باشد، تعداد پين‌ها در اين نوع اتصال 33 پين است. به اين كابل نيز دو درايو فلاپي متصل مي‌شود كه اولي با نام درايو A و دومي با نام درايو B شناخته مي‌شوند. خوب است بدانيم در صورت اتصال برعكس اين كابل در يك يا دو سر آن، چراغ درايو فلاپي به طور مداوم روشن خواهد ماند.
محل اتصال كابل برق كه از Power يا منبع تغذيه Case به Mother Board متصل مي‌شود، شامل20 رشته سيم مي‌باشد که ازدو دسته سيم 10 تايي تشکيل شده است. در كامپيوترهاي قديمي‌تر اين دو دسته از يكديگر مجزا بودند. ولي در كامپيوترهاي امروزي متصل و به صورت يك سوكت 20 رشته‌اي مي‌باشند .
البته در كامپيوترهاي Intel P4، يك كابل چهار رشته‌اي نيز وجود دارد كه به Mother Board متصل مي‌شود و در صورت عدم اتصال آن، كامپيوتر قادر به راه‌اندازي یا Boot شدن نخواهد بود.
محل اتصال سيم‌هاي Case روي Mother Board به منظور ارتباط مادربرد با Case در نظر گرفته شده اند . این سیمها عبارتند از :
سیم روشن و خاموش سیستم برای روشن یا خاموش کردن چراغ مربوطه بر روی کیس
سبم هارد دیسک برای روشن و خاموش شدن چراغ هارد دیسک در روی کیس به عنوان تبادل اطلاعات در هارد
سیم reset برای فعال نمودن این کلید بر روی کیس
سیم بلندگوی داخلی سیستم
شيارهاي توسعه یا Slot ها نيز محل‌هايي براي سوار نمودن بردهاي الكترونيكي افزودني به كامپيوتر هستند. بر روي اين شيارها مي‌توان، انواع كارت صدا ، کارت گرافيك ، مودم ، كارت شبكه ، كارت تلويزيون، کارت ماهواره و ديگر بردها از اين نوع را سوار نمود. در كامپيوترهاي امروزي سه نوع Slotها مشاهده مي‌شوند که عبارتند از :
ISA
PCI
AGP
 ISA ؛ مخفف Industry Standard Architecture بوده و يك شيار بلند است، كه معمولاً به رنگ مشكي بوده و توسط يك لبه از داخل به دو قسمت مساوي تقسيم شده‌است، اين شيار قديمي‌ترين Slot روي Mother Boardهاي امروزي است. در حال حاضر و در صورت وجود اين شيار روي يك Mother Board ، كارتهاي صدا يا گرافيك قديمي روي آن سوار مي‌شوند.
 PCI ؛ مخفف Peripheral component Interconnect بوده و يك شيار معمولاً سفيد رنگ است، كه توسط لبه‌اي از داخل به دو قسمت نامساوي تقسيم شده است، اين شيار مرسوم‌ترين Slot امروزي است و نسبت به شيار ISA ، داراي سرعت بيشتري مي‌باشد. تقريباً تمامي بردهاي جديد، به جز كارت گرافيك روي اين شيار قابل نصب و اتصال هستند. از اين نوع شيار حداقل یک عدد بر روي Mother Boardها قرار دارد و حتی ممكن است که یک Mother board دارای 5 پورت PCI نیز باشد .
 AGP ؛ مخفف Accelerated Graphics Port بوده و جديدترين و پرسرعت‌ترين Slot حال حاضر مي‌باشد، كه معمولاً با رنگ قهوه‌اي مشخص مي‌شود. اين Slot از لحاظ سرعت با علامت 1x، 2x، 4x و 8x شناخته شده و متناسب با سرعت كارت سوار شده بر روي آن كه يك كارت گرافيك مي‌باشد، تنظيم مي‌شود. از اين نوع شيار معمولاً تنها يك عدد روي Mother Boardها وجود دارد.

پين‌هاي اتصالي USB يكي ديگر از اتصالات داخلي كامپيوتر محسوب مي‌شود. اين پين‌ها در دو رديف 4 و 5 تايي قرار دارند.
پين‌هاي اتصال كابل (CD-RW)، كه يك سيم 4 رشته‌اي را بطور مستقيم، از CD Drive به Mother Board های دارای کارت صدای On board متصل مي‌نمايد. وجود اين كابل باعث مي‌شود تا كاربر بتواند از صداي CD موسيقي Audio كه درداخل CD Drive قرار دارد به صورت مستقل از هر نرم افزاری استفاده نماید .

در پشت Case نیز اتصلاتی وجود دارد که به شكل‌هاي منحصر به فردي به چشم مي‌خورند، اما نوع چيدمان و قرارگيري آنها در Mother Boardهاي مختلف، متفاوت است. با معرفي آنها شما نيز مي‌توانيد به راحتي آنها را از يكديگر تشخيص دهيد . این اتصالات عبارتند از :
اتصلات PS2
اتصال سریال یا Com
اتصال LPT1
اتصال Game یا Midi
و اتصالات صدا
يک اتصال PS2 به رنگ بنفش براي متصل نمودن صفحه كليد است .. اتصال PS2 به شكل دايره و داراي 6 پين ورودي مي‌باشد و برجستگي چهارگوش روي كابل PS2 باعث مي‌شود كه كاربر براي اتصال كابل به درگاه PS2 دچار اشتباه نشود.
يک اتصال PS2 نیز براي نيز اتصال ماوس در كامپيوترهاي امروزي وجود دارد، كه كاملاً شبيه به اتصال صفحه‌کليد است، با اين تفاوت که معمولاً سبز رنگ مي‌باشد. البته تفاوت اصلي در اينجاست که هنگام نگاه کردن به پشت Case ، محل اتصال ماوس در سمت راست و محل اتصال صفحه‌کليد در سمت چپ وجود دارد.
اتصال سريال يا Com، يك نوع درگاه است كه براي چندين اتصال مختلف به كار مي‌رود. اين درگاه در گذشته عمدتاً براي اتصال ماوس استفاده مي‌شد و پس از آن اغلب براي اتصال Modemهاي External و يا وسايل خاص، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. Com معمولاً به صورت 2 درگاه كنار هم در پشت كامپيوترها وجود دارد. درگاه Com از 9 پين كه در دو رديف 5 و 4 تايي چيده شده است تشکيل مي‌شود. به اين دو درگاه Com2, Com1 مي‌گويند، Com4 , Com3 نيز معمولاً به صورت مجازي براي اتصال مودم‌هاي Internal وجود دارند. البته برخي از MotherBoardها تنها داراي يک درگاه Com مي باشند .
اتصال LPT1، port يا درگاهي با 25 پين ورودي است، كه در دو رديف 12 و 13 تايي قرار دارند. از اين درگاه معمولاً براي وصل نمودن چاپگريا اسكنر استفاده مي‌شود . البته ديگر استفاده اين درگاه اتصال قفل‌هاي سخت‌افزاري به آن است. اين درگاه معمولاً با رنگ صورتي يا قرمز ديده مي‌شود.
اتصال Game/MIDI، درگاهي است با 15 پين ورودي که براي اتصال دستةبازي يا Joystick استفاده مي‌شود. البته اين Port جزئي از كارت صدا است ولي در Mother Boardهايي كه كارت‌ صداي آنها به‌صورت Onboard ميباشد، مي‌توان آنرا در پشت کامپيوتر ديد. اين درگاه معمولاً با رنگ زرد مشخص مي‌شود.
اتصالات صدا كه به دليل Onboard بودن كارت صدا بين اتصالات Mother Board ديده مي‌شود ، معمولا سه‌تا هستند كه هر سه به وسيلة يک فيش متوسط به Speaker، راديوپخش و ميكروفن متصل مي‌شوند.

اجزاي ديگري نيز روي يک  MainBoardقرار دارد که اکنون به توضيح انها مي پردازيم :
Bios،که مخفف Basic input/output system بوده و يك مدار مجتمع یا IC است كه كامپيوتر براي راه‌اندازي اوليه و قبل از بارگذاري سيستم عامل، از آن استفاده مي‌كند. در Bios اطلاعاتي راجع به سخت‌افزارهاي متصل و تنظيماتي راجع به ساعت كامپيوتر و ديگر ابزار ها و سخت‌افزارها قرار دارد كه مي‌توان اطلاعات آن را به نوعي تغيير داد. گفتني است كه Bios يك حافظه از نوع E2PROM است که فقط اطلاعات از روي آن خوانده مي شود .
باطري Bios، يك باطري با طول عمر زيادی در 5 سال است، كه از آن براي نگهداري اطلاعات روي Bios استفاده مي‌شود. در كامپيوترهاي قديمي‌تر براي Reset كردن و برنامه‌ريزي دوبارة Bios، باطري آن را برداشته و پس از مدتي در جاي خود قرار مي‌دادند، اما در Mother Boardهاي جديد يك jumper و يا اتصال دو Pin پين باعث Reset شدن Bios و بارگذاري اطلاعات قبلي و پيش فرض آن مي شود .
يکي از اجزاي ديگري که بارها ديده‌ايم Chipset است. اين كلمه عنواني است براي مدارات مجتمعي كه اصولاً هسته‌هاي مركزي يك MotherBoard را تشکيل مي دهند . البته اغلب Mother Boardها يك Chipset اصلي دارند، كه ساخت كارخانه‌هاي مختلف و البته معروفي است. برخي از اين كارخانه‌ها عبارتند از Solteck, MSI, ALI, VIA, GIGA, Intel, Abit .

اکنون که ارائه توضيحات فني mother board به اتمام رسيد به توضيح مطالبي که در هنگام خريد يک mother board مهم مي باشد بپردازيم .
اولين موضوع در مورد خريد يک MainBoard سازگاري و پشتيباني آن از نوع و سرعت CPU است. با توجه به مطالب گفته شده در مورد نوع Socketها براي بارگذاري CPU ، بايد نوع MainBoard را انتخاب نمود که به اين سوکتها معمولا Zif Socket مي گويند . مثلاً اگر شما يک CPU ازنوع Sempron انتخاب نموديد، بايد مادر بوردي انتخاب نماييد، که اولاً CPU را بتوان روي آن سوار نمود، يعني محل نصب پردازنده از نوع Socket 7 باشد و دوماً پهناي باند سرعت انتقال اطلاعات CPU و MainBoard با هم سازگاري داشته باشند. يکي از راه‌هاي مناسب براي انتخاب يک MainBoard مناسب مراجعه به WebSite شرکت سازندهء CPU ، ودريافت نام و مدل بهترين MainBoard از نظر شرکت مذکور مي‌باشد.
پس از انتخاب نوع MainBoard از لحاظ نوع CPU ، نوبت به ديگر مشخصات يک MainBoard مي‌رسد، که يک به يک به آنها مي‌پردازيم :
1- پشتيباني نهايي CPU ؛ که عبارتست از بهترين CPU ، با بالاترين سرعت، که MainBoard پشتيباني مي‌کند. به عنوان مثال شما يک CPU با سرعت 2.4GHz انتخاب‌نموده‌ايد، اما بهتر است مادر بوردي انتخاب‌نماييد که بتواند يک پردازنده با سرعت 3.0GHz را نيز پشتيباني‌کند، زيرا دراين‌‌صورت اگر بعدها به فکر ارتقاء سيستم خود بيافتيد، کافي است تنها CPU کامپيوتر خود را تعويض نموده تا سرعت سيستم خود را افزايش دهيد .
موضوع بعدي، نوع جايگاه RAM يا بانک Ram و سرعت انتقال اطلاعات RAM در MainBoard است. در اين مورد بايد دقت شود، که MainBoard چه نوعي از RAM را پشتيباني مي‌کند؟ DDR يا SDR . همچنين مهم است که يک MainBoard از چه ميزان BUS براي RAM پشتيباني ‌کند؟ . اين مقدار براي RAMهاي SDR در رنجِ 66، 100 و 133 مگا هرتز و براي RAMهاي DDR در محدودهء 266، 333 ، 400 و 533 مگا هرتز مي باشد . که البته هرچه اين ميزان بيشتر باشد سرعت کامپيوتر بيشتر خواهد‌بود. گفتني است جديدترين مادر برد هاي امروزي ، قابليت پشتيباني از Ram های DDR2 را داراست.
نکته ديگر پهناي باند انتقال اطلاعات در MainBoard است، که اصطلاحاً به آن FSB گويند. اين پهناي باند براي انتقال اطلاعات بين سخت افزارهاي تعبيه شده در داخل MainBoard است، که مي‌توان آنرا با مقاديري مانند 266، 300، 333، 400، 533 و 800 مگا هرتز مشاهده نمود. البته به تازگي شرکت Intel يک تراشه براي پشتيباني از بردهاي اصلي با FSB معادل 1066 توليدنموده‌است.
علاوه بر نکات گفته شده ، نوع و تعداد Slotهاي روي MainBoard نيز حائز اهميت است، بدين شکل که بهتر است تا تعداد Slotها طوري باشد که علاوه بر رفع نياز ما، حداقل يک يا دو Slot نيز براي نيازهاي بعدي خالي بماند. مثلاً اگر ما از کارت يا برد الکترونيکي استفاده مي‌کنيم، که روي شيار ISA نصب مي‌شود، MainBoard انتخابي، حتماً بايد داراي اين شيار باشد.
نکته مهم ديگر وجود شيار AGP روي MainBoard و داشتن سرعت مناسب است. اهميت اين مسئله در اين است که در حال حاضر تقريبا تمام کارتهاي گرافيک پرقدرت موجود در بازار بر روي اين شيار نصب مي‌شوند . البته سرعت اين شيار هرچه بيشتر باشد ، چون مي‌تواند از کارتهاي گرافيک کم سرعت‌تر نيز پشتيباني‌کند، مفيدتر خواهد بود.
همچنين بسيار مهم است که يک MainBoard امروزي درگاه USB و USB2 داشته باشد، زيرا همانطور که مي‌دانيد بسياري از وسايل و ابزارهاي جانبي، مانند دوربين‌هاي فيلم‌برداري و عکاسي ديجيتال، چاپگرها، اسکنرها و بسياري ديگر از اين دست، به اين درگاه متصل مي‌شوند، پس بهتر است که مادر برد ما داراي اين درگاه نيز باشد .
همچنين ممکن است روي جعبه MainBoard ، چند نوشته برجسته و مشخص ديگر نيز مشاهده شود. کلمه Dual Bios يکي از آنهاست. وجود اين مشخصه بدين‌معني است که MainBoard موجود داراي دو Bios است. يکي براي استفاده عادي است و ديگري به عنوان BackUp . Bios دوم هنگامي استفاده مي‌شود که به هر علتي ، Bios اول دچار مشکل حادي گردد و يا مشکلي ناهنجار براي آن به وجود آيد. البته از اين امکان به عنوان يک انقلاب! در ساخت MainBoard ها ياد ‌شده است.
گزينه ديگري که ممکن است به چشم بخورد، EasyTune و يا چيزي مشابه آن است. اين واژه به معني وجود يک نرم‌افزار براي دريافت گزارش و ايجاد کنترل روي MainBoard است، که البته در محيط Windows قابل استفاده مي‌باشد.
و فراموش نکنيم که ، چه خوب است به گارانتي هر سخت افزاري که مي‌خريم، توجه کنيم.
کپی برداری از روی اين مطلب فقط با ذکر نام نویسنده و سایت مجاز می باشد.

نگاه اجمالی

اساس کار پتانسیومتر

مثال کاربردی

پتانسیومتر دقیق

روش درجه بندی ولتاژ

برای درجه بندی ولتاژ V_BA ، پیل استانداردی را با ولتاژ دقیقا معلوم به جای V_x قرار می‌دهیم، نسبت R₁/Rr را برای جریان صفر گالوانومتر میزان می‌کنیم. با استفاده از پتانسیل سنج بسیار دقیق می‌توان ولتاژها را تا پنج رقم با معنی و تا حد میلی ولت هم اندازه ‌گیری کرد. اما ، فرآیند اندازه گیری با پتانسیل سنج کند و دستگاه اندازه ‌گیری هم پر حجم است. در حال حاضر ، بیشتر اندازه گیریهای دقیق ولتاژ با استفاده از ولت سنجهای رقمی و دقیق انجام می‌گیرند. پتانسیل سنج را برای درجه بندی ولت سنج رقمی می‌توان بکار برد.