ΟΓΖΓΖΖ ΒΖΜΑΣΗΚΟΤ ΚΗΝΖΣΖΡΑ ΜΔ ΜΗΚΡΟΔΛΔΓΚΣΖ

Transcript

1 ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΚΟ ΔΚΠΑΙΓΔΤΣΙΚΟ ΙΓΡΤΜΑ ΚΑΒΑΛΑ ΥΟΛΗ ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΔΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΜΗΜΑ ΗΛΔΚΣΡΟΛΟΓΙΑ ΠΣΤΥΙΑΚΗ ΔΡΓΑΙΑ ΘΔΜΑ: ΟΓΖΓΖΖ ΒΖΜΑΣΗΚΟΤ ΚΗΝΖΣΖΡΑ ΜΔ ΜΗΚΡΟΔΛΔΓΚΣΖ πνπδαζηέο: ηαζφπνπινο Αλαζηάζηνο (Α.Δ.Μ: 4410) ηαζφπνπινο Αλδξέαο (A.E.M: 4411) Δπηβιέπσλ θαζεγεηήο: Γξ. Αλδξέαο ντιεκέο

2 ΔΤΥΑΡΗΣΗΔ Θα θέλαμε να εςσαπιζηήζοςμε ηον καθηγηηή ηος ΤΔΙ Καβάλαρ Γπ. Σοϊλεμέ Ανδπέα, σωπίρ ηη βοήθεια ηος οποίος η ολοκλήπωζη ηηρ διπλωμαηικήρ αςηήρ θα ήηαν αδύναηη, για ηο αμείωηο ενδιαθέπον, ηην καθοδήγηζή ηος ζε οποιοδήποηε ππόβλημα ανηιμεηωπίζαμε καηά ηην διάπκειά αςηήρ και για ηην ζςμπαπάζηαζη ηος ηόζο καηά ηην εκηέλεζη ηος πειπαμαηικού και θεωπηηικού μέποςρ όζο και ζηη δημιοςπγία ηος κώδικα πος σπηζιμοποιήζαμε. Τέλορ, θα θέλαμε να εςσαπιζηήζοςμε ηοςρ γονείρ μαρ για ηην αγάπη ηοςρ, ηην ζςνεσή ζςμπαπάζηαζη και καηανόηζη πος έδειξαν όλο αςηό ηο διάζηημα. [1]

3 Δισαγωγή Ο κηθξνειεγθηήο είλαη έλαο ηχπνο επεμεξγαζηή, ν νπνίνο κπνξεί λα ιεηηνπξγήζεη κε ειάρηζηα εμσηεξηθά εμαξηήκαηα, ιφγσ ησλ πνιιψλ ελζσκαησκέλσλ ππνζπζηεκάησλ πνπ δηαζέηεη. Υξεζηκνπνηείηαη επξχηαηα ζε φια ηα ελζσκαησκέλα ζπζηήκαηα ειέγρνπ, ιφγσ ηνπ ρακεινχ θφζηνπο θαη ηεο πςειήο επειημίαο ηνπ. Ο ζθνπφο ηεο πηπρηαθήο εξγαζίαο, είλαη ε «ΟΓΗΓΗΗ ΒΗΜΑΣΙΚΟΤ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΜΔ ΜΙΚΡΟΔΛΔΓΚΣΗ». πγθεθξηκέλα, ζα πξαγκαηνπνηήζνπκε ηε δεμηφζηξνθε θαη αξηζηεξφζηξνθε θίλεζε ελφο βεκαηηθνχ θηλεηήξα κε ηε βνήζεηα ελφο κηθξνειεγθηή. ηε ζπγθεθξηκέλε πηπρηαθή εξγαζία ρξεζηκνπνηήζεθε ν κηθξνειεγθηήο «ATmega169P» ν νπνίνο πεξηέρεηαη ζηνλ AVR Butterfly πνπ ρξεζηκνπνηνχκε θαη πεξηέρεη επίζεο νζφλε LCD θαη ζχξα πξνγξακκαηηζκνχ JTAG. Δπίζεο, ρξεζηκνπνηήζεθε ε πιαηθφξκα πξνγξακκαηηζκνχ AVR Dragon κε ζθνπφ ηνλ πξνγξακκαηηζκφ ηνπ AVR Butterfly. Σν πξφγξακκά καο γξάθηεθε ζε γιψζζα πξνγξακκαηηζκνχ C, ρξεζηκνπνηψληαο ην πξφγξακκα AVR Studio 4 ζε ζπλδπαζκφ κε ην WinAVR ελψ γηα ηελ αλάπηπμε ηεο ξνπηίλαο απεηθφληζεο ρξεζηκνπνηήζεθε ην LCD Editor. Σέινο, φια ηα παξαπάλσ ζπλαξκνινγήζεθαλ ζε κηα εληαία θαηαζθεπή γηα ηελ επίδεημε ηεο «ΟΓΗΓΗΗ ΒΗΜΑΣΙΚΟΤ ΚΙΝΗΣΗΡΑ ΜΔ ΜΙΚΡΟΔΛΔΓΚΣΗ». [2]

4 ΠΔΡΙΔΥΟΜΔΝΑ ΒΖΜΑΣΗΚΟ ΚΗΝΖΣΖΡΑ Τι είναι βημαηικόρ κινηηήπαρ 5 Απσή λειηοςπγίαρ βημαηικού κινηηήπα 6 Δίδη βημαηικού κινηηήπα 8 Φαπακηηπιζηικά βημαηικών κινηηήπων 11 Πλεονεκηήμαηα βημαηικών κινηηήπων 13 Μειονεκηήμαηα βημαηικών κινηηήπων 14 ΜΗΚΡΟΔΛΔΓΚΣΔ Γενικά πεπί μικποελεγκηών - Τι είναι έναρ μικποελεγκηήρ, Φαπακηηπιζηικά ενόρ μικποελεγκηή 15 Σςνήθη ςποζςζηήμαηα 19 Γιαθοπέρ μικποελεγκηή από ηον μικποεπεξεπγαζηή - Πλεονεκηήμαηα ηων μικποελεγκηών 20 Καηηγοπίερ μικποελεγκηών 21 Μικποελεγκηέρ ATMEL AVR 23 Δζωηεπικοί καηασωπηηέρ 24 JTAG Tί είναι ηο JTAG, Πεπιθεπειακή ζάπωζη (Boundary Scan) 25 AVR BUTTERFLY Τι είναι ηο AVR Butterfly 29 Φπηζιμοποιώνηαρ ηο AVR butterfly 30 Pin configurations 34 Pinout 35 [3]

5 AVR DRAGON Τι είναι ο AVR Dragon 36 Τπόποι ππογπαμμαηιζμού Βαζικά σαπακηηπιζηικά 37 ΠΡΑΚΣΗΚΟ ΜΔΡΟ ΣΖ ΑΚΖΖ Κύκλωμα ηποθοδόηηζηρ AVR Butterfly, Κύκλωμα οδήγηζηρ βημαηικού κινηηήπα 38 Οδήγηζη βημαηικού κινηηήπα Ανάλςζη κςκλώμαηορ, Σςνδεζμολογία βημαηικού κινηηήπα 39 Θύπερ ειζόδος εξόδος ηος Butterfly 40 Υλικά καηαζκεςήρ ηηρ πλακέηαρ 41 Η καηαζκεςή μαρ 45 Δπεξήγηζη λειηοςπγίαρ ηηρ πλακέηαρ (HARDWARE) 48 Block διάγπαμμα ηος HARDWARE 49 AVR STUDIO - C LCD EDITOR Διζαγωγή-Τι είναι ηο AVR studio 50 Λίγα λόγια για ηην C 57 Τι είναι ηο LCD Editor- Πεπιγπαθή 61 SOFTWARE Λογικό διάγπαμμα ποήρ ππογπάμμαηορ 62 Το ππόγπαμμα μαρ 63 ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ 73 [4]

6 Τι είναι βημαηικόρ κινηηήπαρ; Ο βεκαηηθφο θηλεηήξαο ή αιιηψο θηλεηήξαο ζηαδηαθψλ βεκάησλ, είλαη ν κφλνο θηλεηήξαο πξαγκαηηθά ςεθηαθφο ζηελ έμνδν ηνπ. ηελ πιεηνςεθία ησλ θηλεηήξσλ, ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ εθείλσλ ηνπ ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο (AC) αιιά θαη εθείλσλ ηνπ ζπλερνχο ξεχκαηνο (DC), ν άμνλαο θίλεζεο πεξηζηξέθεηαη κε κηα ηηκή αλάινγε ηεο ηάζεο ή ηεο ζπρλφηεηαο πνπ εθαξκφδεηαη πάλσ ηνπ. Οη βεκαηηθνί θηλεηήξεο σζηφζν ρξεζηκνπνηνχλ ζπλδπαζκφ ειεθηξηθψλ παικψλ γηα ηελ θίλεζή ηνπο. Σν ηζνδχλακν θχθισκα ελφο βεκαηηθνχ θηλεηήξα θαίλεηαη ζην ζρήκα (1) θαη δελ είλαη ηίπνηε άιιν εθηφο απφ έλα πελίν ζε ζεηξά κε κία αληίζηαζε. Καηά ηελ ιεηηνπξγία ηνπ εκθαλίδεηαη θαη ε ηάζε απφ επαγσγή ζην ηχιηγκα πνπ παξάγεηαη ιφγν ηεο πεξηζηξνθήο ηνπ δξνκέα. ρήκα (1) Οη βεκαηηθνί θηλεηήξεο κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζηα απιά ζπζηήκαηα ειέγρνπ αλνηρηνχ βξφρνπ (open-loop) θαη είλαη γεληθά επαξθείο γηα ηα ζπζηήκαηα πνπ ιεηηνπξγνχλ ζε ρακειέο επηηαρχλζεηο κε ζηαηηθά θνξηία. Αληηζέησο, γηα ηηο πςειέο επηηαρχλζεηο θαη ηδηαίηεξα εάλ πεξηιακβάλνπλ θνξηία κεηαβιεηήο ξνπήο αλαγθαζηηθά ρξεζηκνπνηνχκε ζπζηήκαηα ειέγρνπ θιεηζηνχ βξφρνπ (closed loop). Δάλ ν βεκαηηθφο θηλεηήξαο ζε έλα ζχζηεκα ειέγρνπ αλνηρηνχ βξφρνπ μεπεξάζεη ηελ νξηαθή ξνπή, ν πξνζδηνξηζκφο ηεο ζέζεο ράλεηαη θαη ην ζχζηεκα πξέπεη λα αξρηθνπνηεζεί εθ λένπ. [5]

7 ΑΡΥΗ ΛΔΙΣΟΤΡΓΙΑ ΒΗΜΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΣΗΡΩΝ Τπάξρνπλ αξθεηνί ηχπνη βεκαηηθψλ θηλεηήξσλ (motor), φπσο κνλνπνιηθνί, δηπνιηθνί, κνλνθαζηθνί, πνιπθαζηθνί, θ.ι.π. ηνπο βεκαηηθνχο θηλεηήξεο ηχπνπ PM ππάξρεη έλαο κφληκνο καγλήηεο πνπ ιέγεηαη ξφηνξαο, θαη πελία ζην ζψκα ηνπ θηλεηήξα πνπ ιέγεηαη ζηάηνξαο. ην ζρήκα (2) βιέπεηε έλα ηεηξαπνιηθφ βεκαηηθφ θηλεηήξα ηνπ νπνίνπ ην βήκα είλαη 90 κνίξεο. ηνπο ηεηξαπνιηθνχο θηλεηήξεο, θάζε δχν απέλαληη πελία ιεηηνπξγνχλ ζαλ δεπγάξηα. Γειαδή ην πελίν θαη ην πελίν φπσο θαη ην κε ην ιεηηνπξγνχλ ηαπηφρξνλα κε αλάπνδε φκσο καγλεηηθή ξνή. Γηα παξάδεηγκα ηα πελία θαη βξίζθνληαη ζηνλ θάησ θαη επάλσ πφιν, θαη είλαη ηνπνζεηεκέλα έηζη ψζηε φηαλ πεξάζεη ξεχκα απφ κέζα ηνπο λα παξάγνπλ αληίζεηε καγλεηηθή ξνή. Σν ίδην ηζρχεη θαη γηα ηα άιια δχν πελία θαη. Η πεξηζηξνθή ηνπ θηλεηήξα, γίλεηαη κε ηελ ξνή ξεχκαηνο κέζα απφ ηα πελία,, θαη. Η ηαρχηεηα πεξηζηξνθήο φπσο θαη ε θνξά, ειέγρνληαη κε ζπλδπαζκφ παικηθψλ ξεπκάησλ πνπ ξένπλ κέζα απφ ηα δχν απηά δεπγάξηα πελίσλ. ρήκα (2) [6]

8 Γεμηόζηξνθε πεξηζηξνθή Σα πελία,, θαη νδεγνχληαη κε ηηο αθφινπζεο παικνζεηξέο γηα θάζε βήκα. "0" = Λνγηθφ 0 - "1" = Λνγηθφ 1 Μνίξεο αλά βήκα Αξηζηεξόζηξνθε πεξηζηξνθή ρήκα (3) Σα πελία,, θαη νδεγνχληαη κε ηηο αθφινπζεο παικνζεηξέο γηα θάζε βήκα. "0" = Λνγηθφ 0 - "1" = Λνγηθφ 1 Μνίξεο αλά βήκα ρήκα (4) [7]

9 Όπσο θαίλεηαη απφ ηηο παξαπάλσ εηθφλεο, ν ξφηνξαο κέλεη ζηαζεξφο αλάκεζα ζε δχν πφινπο ηνπ ζηάηνξα. Όηαλ έλα δεπγάξη πελίσλ ηνπ ζηάηνξα, πάξεη ξεχκα ηφηε δεκηνπξγείηαη ειεθηξνκαγλεηηθφ πεδίν πνπ επηδξά ζηνλ κφληκν καγλήηε ηνπ ξφηνξα θαη παξάγεηαη θίλεζε ηνπ ξφηνξα θαηά έλα βήκα. Έλα ραξαθηεξηζηηθφ ησλ βεκαηηθψλ θηλεηήξσλ είλαη πσο ηα βήκαηα ηεο θίλεζεο ηνπο κπνξνχλ λα ειεγρζνχλ κε κεγάιε αθξίβεηα. Δπίζεο ε ξνπή πνπ παξνπζηάδνπλ είλαη αξθεηά κεγάιε έηζη ψζηε λα ππάξρεη ε δπλαηφηεηα ζηακαηήκαηνο ηεο πεξηζηξνθήο ζε νπνηνδήπνηε βήκα (γσλία). Σα ηειεπηαία ρξφληα, γηα ηνλ έιεγρν βεκαηηθψλ θηλεηήξσλ ρξεζηκνπνηνχληαη ειεθηξνληθέο δηαηάμεηο κε νινθιεξσκέλα θπθιψκαηα θαη κηθξνυπνινγηζηέο νη νπνίεο παξάγνπλ ηνπο παικνχο ελεξγνπνίεζεο ησλ πελίσλ, ζρήκα (5). ρήκα (5) ΔΙΓΗ ΒΗΜΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΣΗΡΩΝ Τπάξρνπλ δχν είδε βεκαηηθψλ θηλεηήξσλ, κε κφληκν καγλήηε (permanent magnet motors) θαη κε κεηαβιεηή καγλεηηθή αληίδξαζε (variable reluctance motors). Τπάξρνπλ επίζεο θαη πβξηδηθνί θηλεηήξεο (hybrid stepping motors), νη νπνίνη είλαη φκνηνη κε ηνπο θηλεηήξεο κφληκνπ καγλήηε απφ ηελ άπνςε ηνπ ειεγθηή. Αθφκα θαη λα ιείπεη ε εηηθέηα απφ έλαλ θηλεηήξα, κπνξνχκε γεληθά λα ηνπο μερσξίζνπκε κε ηε βνήζεηα ηεο αίζζεζεο ηεο αθήο φηαλ δελ ζπλδένληαη κε θακία πεγή ηξνθνδνζίαο. Οη θηλεηήξεο κφληκνπ καγλήηε ηείλνπλ «λα βαξχλνπλ» θαζψο ζηξίβνπκε ην ζηξνθέα κε ηα δάρηπιά καο, ελψ νη κεηαβιεηήο καγλεηηθήο αληίδξαζεο πεξηζηξέθνληαη ζρεδφλ ειεχζεξα (αλ θαη κπνξνχλ ειαθξψο ιφγσ ηεο ππφινηπεο καγλήηηζεο ζην ζηξνθέα). Μπνξνχκε επίζεο λα δηαθξίλνπκε ηα δχν είδε κε έλα σκφκεηξν. [8]

10 Οη κεηαβιεηήο καγλεηηθήο αληίδξαζεο έρνπλ ζπλήζσο ηξία ηπιίγκαηα (κεξηθέο θνξέο ηέζζεξα), κε κηα θνηλή επηζηξνθή, ελψ νη θηλεηήξεο κφληκνπ καγλήηε έρνπλ ζπλήζσο δχν αλεμάξηεηα ηπιίγκαηα. Ο βεκαηηθφο θηλεηήξαο δελ κπνξεί λα ιεηηνπξγήζεη ρσξίο νδήγεζε (drive), ε νπνία είλαη ππεχζπλε γηα ηελ ελεξγνπνίεζε ησλ ηπιηγκάησλ θαη ζπλήζσο ζπκπεξηιακβάλεη έλα κηθξνεπεμεξγαζηή, ν ξπζκηζηήο πεξηιακβάλεη ηα ειεθηξνληθά θπθιψκαηα ηα νπνία παξέρνπλ ξεχκα ζην θηλεηήξα. Η έμνδνο είλαη γσληαθή ζέζε ηνπ άμνλα ηνπ θηλεηήξα, ελψ ε είζνδνο ζπληζηάηαη ζε δχν ςεθηαθά ζήκαηα ρακειήο ηζρχνο. Σα ζήκαηα εηζφδνπ ηνπ ζε έλα βεκαηηθφ drive είλαη ην ζήκα δηεχζπλζεο θαη νη βεκαηηθνί παικνί. Κάζε θνξά πνπ έλαο παικφο εκθαλίδεηαη ζην βήκα ηεο γξακκήο εηζφδνπ ν θηλεηήξαο θάλεη έλα βήκα θαη ν άμνλαο παξακέλεη ζηε λέα ηνπ ζέζε κέρξη έλαο θαηλνχξγηνο παικφο ζήκαηνο λα παξαρζεί. Η θαηάζηαζε ηεο εηζφδνπ θαηεχζπλζεο θαζνξίδεη ηελ βεκάηηζε ηνπ θηλεηήξα, δεμηφζηξνθα ή αξηζηεξφζηξνθα. Σν βεκαηηθφ drive κεηαηξέπεη ηελ ειεθηξηθή ελέξγεηα ζηνλ θηλεηήξα ζε απφθξηζε ησλ ζεκάησλ ειέγρνπ πνπ δέρεηαη απφ ην ζχζηεκα ειέγρνπ. Ο θηλεηήξαο είλαη κηα ζπζθεπή πνπ παξάγεη ξνπή ε νπνία δεκηνπξγείηαη απφ ηελ αιιειεπίδξαζε ησλ καγλεηηθψλ πεδίσλ ηνπ ζηάηε θαη ηνπ ξφηνξα, θαη ε νπνία είλαη αλάινγε ηνπ ξεχκαηνο θαη ηνπ αξηζκνχ ησλ ζπεηξψλ ηνπ θάζε πφινπ. Έηζη ζεκαληηθφ γηα ηελ νδήγεζε ηνπ θηλεηήξα είλαη ην drive λα δξα σο πεγή ξεχκαηνο, ε ηάζε ηνπ ξεχκαηνο είλαη ζεκαληηθή κφλν γηα ηνλ έιεγρν ηνπ ξεχκαηνο. Έλα ηππηθφ δηάγξακκα ελφο βεκαηηθνχ drive θαίλεηαη ζην ζρήκα (6), ην νπνίν απνηειείηαη απφ ηα θπθιψκαηα ηνπ κεηαθξαζηή θαη απφ ηα θπθιψκαηα ηζρχνο. Η ιεηηνπξγία ηνπ θπθιψκαηνο ηνπ κεηαθξαζηή είλαη λα κεηαηξέπεη ηνπο παικνχο βεκάησζεο θαη ηνλ παικφ δηεχζπλζεο ζε θπκαηνκνξθή ειέγρνπ γηα ην θχθισκα ηζρχνο. Σν θχθισκα ηνπ κεηαθξαζηή είλαη θνηλφ γηα ηα πεξηζζφηεξα βεκαηηθά drives. ρήκα (6) [9]

11 Οη θηλεηήξεο απηνί, πεξηζηξέθνληαη κε δηαθξηηά βήκαηα θαη ην θάζε βήκα πξνθχπηεη φηαλ έλαο παικφο ηξνθνδνηείηαη ζην ηχιηγκα ηνπ ζηάηε. Ο ξφηνξαο θξαηείηαη ζηελ βεκαηηθή ζέζε απνθιεηζηηθά απφ ηε δξάζε ηεο καγλεηηθήο ξνήο κεηαμχ ζηάηε θαη ξφηνξα. Σν γσληαθφ βήκα είλαη κηα ηδηφηεηα ηεο γεσκεηξίαο ηνπ δνληηνχ θαη ηεο δηάηαμεο ησλ πελίσλ ηνπ ζηάηε. Σν γσληαθφ βήκα δίλεηαη απφ ηελ έθθξαζε: Γσληαθφ βήκα = (360 ν / δφληηα ξφηνξα) * αξηζκφο θάζεσλ ζηάηε. Παξνπζηάδνπλ έλα επξχ θάζκα ηνπ γσληαθνχ βήκαηνο. Οη πην κεγάινη θηλεηήξεο γπξίδνπλ ραξαθηεξηζηηθά 90 κνίξεο αλά βήκα, ελψ νη θηλεηήξεο κφληκνπ καγλήηε κεγάινπ βήκαηνο είλαη ζπλήζσο ηθαλνί λα ρεηξηζηνχλ 1,8 κνίξεο ή αθφκα θαη 0,72 κνίξεο αλά βήκα. Με έλαλ αξκφδην ειεγθηή, νη πεξηζζφηεξνη βεκαηηθνί θηλεηήξεο κφληκνπ καγλήηε θαη πβξηδηθνί βεκαηηθνί θηλεηήξεο κπνξνχλ λα ιεηηνπξγήζνπλ ζην κηζφ βήκα (half step mode), θαη κεξηθνί ειεγθηέο κπνξνχλ λα ρεηξηζηνχλ ηα κηθξφηεξα θιαζκαηηθά βήκαηα (microsteps). Η ηαρχηεηα ηνπ βεκαηηθνχ κπνξεί λα κεηαβιεζεί απφ πνιχ αξγή, δειαδή έλα-έλα βήκα κέρξη 5000 ζηξνθέο ην ιεπηφ. Δπίζεο ε θνξά πεξηζηξνθήο ηνπο κπνξεί λα γίλεη σξνινγηαθή ή αληί-σξνινγηαθή, ζχκθσλα κε ηελ αθνινπζία ησλ παικψλ πνπ ηξνθνδνηνχληαη ζε ηπιίγκαηα ηνπ ζηάηε. Ο αξηζκφο ησλ πφισλ ηνπ ζηάηε δελ είλαη πνηέ ίδηνο κε ηνλ αξηζκφ πφισλ ηνπ δξνκέα ελφο βεκαηηθνχ θηλεηήξα. Απηή ε δηαθνξά ζηνλ αξηζκφ ησλ πφισλ πξνθαιεί ηνλ βεκαηηζκφ ηνπ δξνκέα. Οη βεκαηηθνί θηλεηήξεο δηαθέξνπλ απφ ηνπο άιινπο ηχπνπο θηλεηήξσλ ζπλερνχο θαη ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο ζην φηη ηξνθνδνηνχληαη κε παικνχο θαη παξάγνπλ ειεθηξηθή θίλεζε. Ο άμνλαο ηνπο δελ έρεη κηα ζπλερή πεξηζηξνθηθή θίλεζε, αιιά πεξηζηξέθεηαη θαηά κία γσλία θάζε θνξά πνπ δέρεηαη έλα παικφ. Γειαδή είλαη κηα ειεθηξνκαγλεηηθή ζπζθεπή πνπ κεηαηξέπεη ηνπο ςεθηαθνχο παικνχο ζηε κεραληθή ζέζε αμφλσλ. Βαζηθά, o βεκαηηθφο θηλεηήξαο είλαη κηα ζχγρξνλε κεραλή φπνπ ην καγλεηηθφ πεδίν κεηαζηξέθεηαη ειεθηξηθά γηα λα πεξηζηξαθεί ην θηλνχκελν κέξνο ηνπ ζηξνθέα. Θεσξεηηθά ν βεκαηηθφο θηλεηήξαο είλαη παξφκνηνο κε έλαλ θηλεηήξα κφληκνπ καγλήηε ζπλερνχο ξεχκαηνο. Η πεξηζηξνθή ηνπ θηλεηήξα φρη κφλν έρεη κηα άκεζε ζρέζε κε ηνλ αξηζκφ παικψλ εηζαγσγήο, αιιά ε ηαρχηεηά ηεο ζπζρεηίδεηαη κε ηε ζπρλφηεηα ησλ παικψλ. Λφγσ ηεο επθνιίαο ρξήζεο, ηηο απιέο αλάγθεο ειέγρνπ θαη ηνλ αθξηβή έιεγρν, νη βεκαηηθνί ρξεζηκνπνηνχληαη ζπλήζσο ζηηο εθαξκνγέο κέηξεζεο θαη ειέγρνπ. Γηα παξάδεηγκα, ρξεζηκνπνηνχληαη ζπλήζσο ζηνπο εθηππσηέο, ζηηο θηλήζεηο δίζθσλ, ζηα ξνκπφη θαη ζηα εξγαιεία κεραλψλ. [10]

12 ε έλα βεκαηηθφ θηλεηήξα είλαη δπλαηφο ν έιεγρνο ηεο ηαρχηεηαο θαη ηεο ζέζεο κεηαθίλεζεο ηνπ θνξηίνπ. Έηζη, νη βεκαηηθνί είλαη θηλεηήξεο πςειήο αθξίβεηαο παξνπζηάδνληαο ζθάικα γσλίαο ζέζεο ρακειφηεξν απφ 5% ρσξίο απηφ λα είλαη αζξνηζηηθφ γηα ηνλ αξηζκφ ησλ πεξηζηξνθψλ. Όηαλ ελεξγνπνηείηαη έλαο ηέηνηνο θηλεηήξαο, ηφηε ν δξνκέαο ζηξέθεηαη γηα έλα νξηζκέλν αξηζκφ γσληαθψλ βεκάησλ, δειαδή ν θηλεηήξαο ζπκπεξηθέξεηαη ζαλ ειεθηξνκαγλεηηθφο επελεξγεηήο, π.ρ. ζαλ πελίν. Η πεξηζηξνθή θαηά γσληαθά βήκαηα πξαγκαηνπνηείηαη δηεγείξνληαο ην θαηάιιειν ηχιηγκα ζην ζηάηε, ελψ κπνξεί θαη λα αληηζηξαθεί ε θνξά ησλ βεκάησλ. Δπεηδή ν θηλεηήξαο ζηξέθεηαη κφλν θαηά δηαθξηηά γσληαθά βήκαηα, ν δξνκέαο επηηαρχλεηαη θαη επηβξαδχλεηαη ζπλερψο, αθφκε θαη φηαλ θαίλεηαη λα πεξηζηξέθεηαη κε "ζηαζεξή" ηαρχηεηα. ηελ πξαγκαηηθφηεηα, ε ηαρχηεηα δελ είλαη ζηαζεξή, αιιά κεηαβάιιεηαη παικηθά. ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΒΖΜΑΣΗΚΩΝ ΚΗΝΖΣΖΡΩΝ Ο βεκαηηθφο θηλεηήξαο είλαη έλαο ζηαζεξφο κεηαηξνπέαο παξαγσγήο δχλακεο, φπνπ ε δχλακε νξίδεηαη σο ην γηλφκελν ηεο ξνπήο κε ηελ ηαρχηεηα. Απηφ ζεκαίλεη φηη ε ξνπή ησλ κεραλψλ είλαη αληίζηξνθε ηεο ηαρχηεηαο. Γηα λα βνεζήζνπκε λα θαηαιάβνπκε γηαηί ε δχλακε ελφο βεκαηηθνχ θηλεηήξα είλαη αλεμάξηεηε απφ ηελ ηαρχηεηα, πξέπεη λα θαηαζθεπάζνπκε (κεηαθνξηθά) έλαλ ηδαληθφ βεκαηηθφ θηλεηήξα. Έλαο ηδαληθφο βεκαηηθφο θηλεηήξαο ζα είρε κε κεραληθή ηξηβή, ε ξνπή ηνπ ζα ήηαλ αλάινγε πξνο ηηο ακπέξζηξνθέο θαη ην κφλν ειεθηξηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ηνπ ζα ήηαλ ε απηεπαγσγή. Οη ακπέξζηξνθέο απιά ζεκαίλνπλ φηη ε ξνπή είλαη αλάινγε πξνο ηνλ αξηζκφ ζηξνθψλ ηνπ θαισδίνπ ζην ζηάηε ηεο κεραλήο πνιιαπιαζηαδφκελν κε ην ξεχκα πνπ πεξλά κέζσ εθείλσλ ησλ ζηξνθψλ ηνπ θαισδίνπ. Οπνηεδήπνηε ππάξρνπλ ζηξνθέο ελφο θαισδίνπ γχξν απφ έλα καγλεηηθφ πιηθφ φπσο ν ζίδεξνο ζην ζηάηε ηεο κεραλήο, ηφηε απνθηάεη κηα ειεθηξηθή ηδηφηεηα, ηελ απηεπαγσγή. Η απηεπαγσγή πεξηγξάθεη ηελ ελέξγεηα πνπ απνζεθεχεηαη ζε έλα καγλεηηθφ πεδίν φηαλ πεξάζεη ξεχκα κέζσ κηαο ζπείξαο απηνχ ηνπ θαισδίνπ. Η απηεπαγσγή (L) έρεη κηα ηδηφηεηα πνπ νλνκάδεηαη επαγσγηθή άεξγε αληίζηαζε, ε νπνία γηα ηνπο ζθνπνχο απηήο ηεο ζπδήηεζεο κπνξεί λα ζεσξεζεί σο αληίζηαζε αλάινγε πξνο ηε ζπρλφηεηα θαη επνκέλσο ηεο ηαρχηεηαο ηνπ θηλεηήξα. χκθσλα κε ην λφκν ηνπ Ohm, ην ξεχκα είλαη ίζν κε ηελ ηάζε πνπ δηαξξέεη κηα αληίζηαζε πξνο ηελ αληίζηαζε απηή. [11]

13 ε απηήλ ηελ πεξίπησζε αληηθαζηζηνχκε ηελ επαγσγηθή άεξγε αληίζηαζε κε ηελ αληίζηαζε ζην λφκν ηνπ Ohm θαη θαηαιήγνπκε πσο ην ξεχκα ησλ θηλεηήξσλ είλαη αληίζηξνθν ηεο ηαρχηεηαο ηνπο. Γεδνκέλνπ φηη ε ξνπή είλαη αλάινγε πξνο ηηο ακπέξζηξνθέο (ξεχκα επί ησλ αξηζκφ ζηξνθψλ ηνπ θαισδίνπ ζην ηχιηγκα), θαη ην ξεχκα είλαη αληίζηξνθν ηεο ηαρχηεηαο, ε ξνπή πξέπεη επίζεο λα είλαη αληίζηξνθε ηεο ηαρχηεηαο. ε έλαλ ηδαληθφ βεκαηηθφ θηλεηήξα, φζν ε ηαρχηεηα πξνζεγγίδεη ην κεδέλ ηφζν ε ξνπή ζα πξνζέγγηδε ην άπεηξν ελψ κε άπεηξε ηαρχηεηα ε ξνπή ζα ήηαλ κεδέλ. Δπεηδή ην ξεχκα είλαη αλάινγν πξνο ηε ξνπή, ην ξεχκα ζα ήηαλ επίζεο άπεηξν ζε κεδεληθή ηαρχηεηα. Ηιεθηξηθά, κηα πξαγκαηηθή κεραλή δηαθέξεη απφ έλα ηδαληθφ θηλεηήξα θαηαξρήλ απφ ηελ χπαξμε κηαο δηάθνξεο ηνπ κεδελφο αληίζηαζεο ηπιίγκαηνο. Δπίζεο, ν ζίδεξνο ζηε κεραλή ππφθεηηαη ζην καγλεηηθφ θνξεζκφ, θαζψο επίζεο θαη απψιεηα ξεχκαηνο ζηνλ ζηξνβηιηζκφ θαη ιφγσ πζηέξεζεο. Ο καγλεηηθφο θνξεζκφο ζέηεη έλα φξην ζην ξεχκα θαη ζηελ αλαινγηθφηεηα ηεο ξνπήο ελψ ν ζηξνβηιηζκφο θαη ε πζηέξεζε (απψιεηεο ζηδήξνπ) καδί κε ηελ αληίζηαζε ηνπ ηπιίγκαηνο (απψιεηεο ραιθνχ) πξνθαινχλ έθιπζε ζεξκφηεηαο. ΠΑΡΑΓΔΙΓΜΑΣΑ ΒΗΜΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΣΗΡΩΝ ρήκα (7) [12]

14 ΠΛΔΟΝΔΚΣΗΜΑΣΑ-ΜΔΙΟΝΔΚΣΗΜΑΣΑ ΒΗΜΑΣΙΚΩΝ ΚΙΝΗΣΗΡΩΝ Ο βεκαηηθόο θηλεηήξαο κεηαηξέπεη ηελ ςεθηαθή είζνδν ζε κεραληθή θίλεζε. Τα πλεονεκηήμαηα ηος βημαηικών κινηηήπων είναι ηα παπακάηω: Ο βεκαηηθφο θηλεηήξαο φηαλ βξίζθεηαη ζε θαηάζηαζε αθηλεζίαο αζθεί καγλεηηθή δχλακε ζην ξφηνξα, πνπ δελ ηνπ επηηξέπεη λα πεξηζηξαθεί ειεχζεξα (εθφζνλ ηα πελία ηξνθνδνηνχληαη κε ξεχκα).έηζη, ζε αληίζεζε κε ηνπο θηλεηήξεο ζπλερνχο ξεχκαηνο, δελ ρξεηάδνληαη θξέλα γηα λα κέλνπλ αθίλεηνη. Οη κεηαθηλήζεηο είλαη αθξηβείο θαζψο νη βεκαηηθνί θηλεηήξεο έρνπλ αθξίβεηα 35% ζε θάζε βήκα. Γειαδή κεγάιε αθξίβεηα ζέζεο ρσξίο ζπζζσξεπηηθή απφθιηζε. Έρνπλ εμαηξεηηθή απφθξηζε ζηελ εθθίλεζε ηνπο. Δπίζεο δελ απαηηείηαη κεραληθφ θξέλν γηα ηελ επηβξάδπλζε ηνπο. Δίλαη πνιχ αμηφπηζηνη θαζψο γηα ηε ιεηηνπξγία ηνπο δελ απαηηνχληαη θηλνχκελεο ειεθηξηθέο επαθέο φπσο ζηνλ θηλεηήξα ζπλερνχο ξεχκαηνο. Δπνκέλσο ε δσή ηνπ θηλεηήξα εμαξηάηαη κφλν απφ ηε δσή ηνπ εδξάλνπ θχιηζεο. Η απφθξηζε ηνπ θηλεηήξα ζε εηζεξρφκελνπο ςεθηαθνχο παικνχο δίλεη ηελ δπλαηφηεηα ειέγρνπ Αλνηθηνχ Βξφρνπ (Open Loop operation) κε κεγάιε αθξίβεηα, θάλνληαο ηνλ θηλεηήξα επθνιφηεξα θαη θζελφηεξα ειέγμηκν. Γηα ηνλ έιεγρν αλνηρηνχ βξφρνπ δελ ρξεηάδεηαη λα ππάξρεη αλάδξαζε πιεξνθνξίαο ζην ζχζηεκα ειέγρνπ γηα ηε ζέζε ηνπ ζπζηήκαηνο, θάηη πνπ είλαη απαξαίηεην ζηνλ έιεγρν θιεηζηνχ βξφρνπ. Απηφ ζεκαίλεη φηη απνθεχγνληαη έμνδα γηα αθξηβνχο αηζζεηήξεο ζέζεο θαη ζπζθεπέο αλάδξαζεο. Η ζέζε ηνπ ζπζηήκαηνο κπνξεί εχθνια λα ππνινγηζηεί ζε θάζε ζηηγκή αλ θξαηνχληαη σο δεδνκέλα νη εηζεξρφκελνη παικνί ζηνλ θηλεηήξα. Έηζη μεθηλψληαο απφ κία ζέζε κπνξεί, κεηξψληαο ηνλ αξηζκφ θαη ηηο ελαιιαγέο ησλ παικψλ, λα ππνινγηζηεί ε ζέζε ηνπ ζπζηήκαηνο ζε θάζε ρξνληθή ζηηγκή. Ο βεκαηηθφο θηλεηήξαο κπνξεί λα επηηχρεη πνιχ ρακειέο ηαρχηεηεο πεξηζηξνθήο Ο βεκαηηθφο θηλεηήξαο κπνξεί λα επηηχρεη κεγάιν εχξνο ηαρπηήησλ πεξηζηξνθήο. ηηο κηθξέο ηαρχηεηεο πεξηζηξνθήο, αιιά θαη θαηά ηελ εθθίλεζή ηνπ παξάγεη κεγάιεο ηηκέο ξνπήο. Δίλαη εχθνιε ε δηαζχλδεζε θαη ν έιεγρφο ηνπο απφ κηθξνεπεμεξγαζηή, ζε αληίζεζε κε ηνπο θηλεηήξεο DC. Γελ απαηηείηαη αλάδξαζε γηα ηνλ έιεγρν ηαρχηεηαο ή γηα ηνλ έιεγρν ζέζεο. Σν ζθάικα ζέζεο δελ είλαη αζξνηζηηθφ. Οη βεκαηηθνί θηλεηήξεο είλαη ζπκβαηνί κε ηνλ ςεθηαθφ εμνπιηζκφ ησλ ειεθηξνληθψλ ππνινγηζηψλ. [13]

15 Η ιεηηνπξγία ηνπ βεκαηηθνχ θηλεηήξα εμαξηάηαη απφ ηελ πεγή πνπ ην ηξνθνδνηεί, ε νπνία παξάγεη παικνχο νη νπνίνη, ζπρλά πξνέξρνληαη απφ κηθξνεπεμεξγαζηή. Οη παικνί κεηξνχληαη θαη απηνί πνπ έρνπλ ηελ σξνινγηαθή θνξά ζεσξνχληαη φηη είλαη ζεηηθνί (+), ελψ ζεσξνχληαη αξλεηηθνί (-) απηνί πνπ έρνπλ ηελ αληί-σξνινγηαθή θνξά. Έηζη, αλά πάζα ζηηγκή, ν ζπλνιηθφο αξηζκφο ησλ παικψλ είλαη γλσζηφο, επνκέλσο, ν ζπλνιηθφο αξηζκφο πεξηζηξνθψλ ηνπ άμνλα είλαη γλσζηφο κε αθξίβεηα ελφο βήκαηνο. Σν γεγνλφο απηφ επηηξέπεη ηελ ρξήζε ηνπ βεκαηηθνχ θηλεηήξα ζε θαηαγξαθηθά Υ-Τ, ζε ειεθηξηθέο γξαθνκεραλέο, ζε εθηππσηέο θαη ζε εξγαιεηνκεραλέο αθξηβείαο. Τα μειονεκηήμαηα ηων βημαηικών κινηηήπων είναι ηα παπακάηω: Η ιεηηνπξγία ηνπ θηλεηήξα κπνξεί λα είλαη ηδηαίηεξα ζνξπβψδεο εηδηθά εάλ απηφο δελ ειέγρεηαη ζσζηά. Γελ είλαη εχθνιε ε ιεηηνπξγία ηνπο ζε πςειέο ηαρχηεηεο. Δίλαη ζρεηηθά αδχλακνη γηα ην κέγεζφο ηνπο. Η χπαξμε ηνπ θαηλνκέλνπ ηνπ καγλεηηθνχ θνξεζκνχ θαη ε αλάγθε ςχμεο είλαη ε αηηία γηα ηελ νπνία έρνπλ ρακειφ ιφγν ηζρχνο πξνο βάξνο κεραλήο. Καηά ηε κεηαθίλεζε θνξηίσλ κεγάιεο κάδαο κπνξεί λα κε ζηακαηήζεη αθαξηαία ν θηλεηήξαο, ιφγσ ηεο απμεκέλεο αδξάλεηαο. [14]

16 Γενικά πεπί Μικποελεγκτών - Σι είναι έναρ μικποελεγκτήρ; Η θίλεζε ηνπ βεκαηηθνύ θηλεηήξα ειέγρεηαη κε έλαλ κηθξνειεγθηή. ηε ζπγθεθξηκέλε άζθεζε ρξεζηκνπνηήζακε ηνλ Atmega 169P. Παξαθάησ εμεγείηαη ε έλλνηα ησλ κηθξνειεγθηώλ θαη νη εθαξκνγέο ηνπο. Ο κηθξνειεγθηήο είλαη έλαο ηχπνο επεμεξγαζηή, νπζηαζηηθά κηα παξαιιαγή κηθξνεπεμεξγαζηή, ν νπνίνο κπνξεί λα ιεηηνπξγήζεη κε ειάρηζηα εμσηεξηθά εμαξηήκαηα, ιφγσ ησλ πνιιψλ ελζσκαησκέλσλ ππνζπζηεκάησλ πνπ δηαζέηεη. Με άιια ιφγηα, έλαο κηθξνειεγθηήο (φπσο επίζεο θαη ν MCU ή ν κc) είλαη έλα ππνινγηζηηθφ ιεηηνπξγηθφ ζχζηεκα ζε έλα ηζηπάθη. Πεξηιακβάλεη έλαλ θεληξηθφ επεμεξγαζηή, ηελ κλήκε θαη ηα πξνγξακκαηηδφκελα πεξηθεξεηαθά εηζφδνπ θαη εμφδνπ. Σν Micro δείρλεη φηη ε ζπζθεπή είλαη κηθξή θαη ν ειεγθηήο ιέεη φηη ε ζπζθεπή ζα κπνξνχζε λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηνλ έιεγρν αληηθεηκέλσλ, δηαδηθαζηψλ ή γεγνλφησλ. Έλαο άιινο φξνο γηα λα πεξηγξάςεηο έλαλ κηθξνειεγθηή είλαη ν ελζσκαησκέλνο ειεγθηήο, δηφηη ν κηθξνειεγθηήο θαη ηα θπθιψκαηα ππνζηήξημήο ηνπ είλαη ζπλήζσο ελζσκαησκέλα ζηηο ζπζθεπέο πνπ ειέγρνπλ. Πος σπησιμοποιούνται: Υξεζηκνπνηνχληαη επξχηαηα ζε φια ηα ελζσκαησκέλα ζπζηήκαηα ειέγρνπ, ρακεινχ θαη κεζαίνπ θφζηνπο, φπσο απηά πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε απηνκαηηζκνχο, ειεθηξνληθά θαηαλαισηηθά πξντφληα, ειεθηξηθέο ζπζθεπέο θαη θάζε είδνπο απηνθηλνχκελα ηξνρνθφξα νρήκαηα. Σα σαπακτηπιστικά ενόρ μικποελεγκτή είναι τα παπακάτω: 1) CPU: Η CPU θάλεη φιεο ηηο αξηζκεηηθέο θαη ινγηθέο πξάμεηο. Διέγρεη ηε ξνή ηεο εθηέιεζεο ησλ εληνιψλ. [15]

17 2) ROM ( Read Only Memory) : Η ROM έρεη πνιχ ζεκαληηθά δεδνκέλα. Καηέρεη ην πξφγξακκα παξαθνινχζεζεο. Δίλαη γξακκέλν απφ ηνλ θαηαζθεπαζηή. 3) Flash Memory : Η Flash κλήκε είλαη βαζηθά ε EEPROM. Καηέρεη ην πξφγξακκα πνπ γξάθηεθε απφ ηνλ ρξήζηε. Σν πξφγξακκα κπνξεί λα δηαγξαθεί ή λα γξαθηεί εδψ πνιιέο θνξέο. (Καζνξίδεηαη απφ ηνλ θαηαζθεπαζηή). 4) Μνήμη EEPROM: ρεδφλ φινη νη AVR κηθξνειεγθηέο έρνπλ εζσηεξηθή EEPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) γηα κφληκε απνζήθεπζε δεδνκέλσλ. Όπσο θαη ε Flash Memory, ε EEPROM κπνξεί λα δηαηεξήζεη ην πεξηερφκελφ ηεο αθφκε θαη κε απνπζία ηάζεο. ηνπο πεξηζζφηεξνπο AVR, απηή ε εζσηεξηθή κλήκε EEPROM δελ δηεπζπλζηνδνηείηαη ζην ρψξν ηεο κλήκεο ηνπ κηθξνειεγθηή. Μπνξεί κφλν λα γίλεη ε πξνζπέιαζε απηήο θαηά ηξφπν φκνην κε κηα εμσηεξηθή πεξηθεξεηαθή ζπζθεπή. Απηφ γίλεηαη κε ηε ρξήζε εηδηθψλ θαηαρσξεηψλ δείθηε (Pointer Registers) θαη εληνιέο αλάγλσζεο / εγγξαθήο ηεο EEPROM πνπ θάλεη πνιχ ηελ φιε δηαδηθαζία ζαθψο πην αξγή απφ ηελ πξνζπέιαζε ηεο εζσηεξηθήο RAM ηνπ κηθξνειεγθηή. Ωζηφζν, κεξηθέο ζπζθεπέο ηεο ηερλνινγίαο Secure AVR ρξεζηκνπνηνχλ κηα εηδηθή ραξηνγξάθεζε ηεο EEPROM ζηα δεδνκέλα ή ηε κλήκε ηνπ πξνγξάκκαηνο. 5) RAM ( Random Access Memory): Η RAM θαηέρεη ην ζχλνιν ησλ εληνιψλ (πξφγξακκα), δειαδή εθηειείηαη απφ ηελ CPU. Γηαζέηεη ζεκαληηθά ζηνηρεία πνπ απαηηνχληαη απφ ην πξφγξακκα. Καηέρεη νξηζκέλεο ζεκαληηθέο δνκέο δεδνκέλσλ φπσο ε «ζηνίβα». Έρεη επκεηάβιεην ραξαθηήξα. [16]

18 6) I/0 Ports : Κάζε κηθξνειεγθηήο έρεη ζχξεο I / O. Κάζε ζχξα απνηειείηαη απφ n-θαξθίηζεο (pins) (σο επί ην πιείζηνλ 8 pins). Κάζε pin κπνξεί λα ξπζκηζηεί είηε σο pin εηζφδνπ είηε σο pin εμφδνπ. Αλ ην pin είλαη pin εηζφδνπ, δέρεηαη δεδνκέλα απφ ηε ζπζθεπή κε ηελ νπνία ζπλδέεηαη. Αλ ην pin είλαη pin εμφδνπ, ζηέιλεη ηα δεδνκέλα ζηε ζπζθεπή κε ηελ νπνία ζπλδέεηαη. Έηζη, απηά ηα pins δηακνξθψλνπλ ηελ είζνδν / έμνδν σο κέζνλ γηα ηνπο κηθξνειεγθηέο. 7) ADC : Σα πεξηζζφηεξα ζηνλ πξαγκαηηθφ θφζκν ζήκαηα είλαη αλαινγηθά ζηε θχζε. Αιιά έλαο κηθξνειεγθηή είλαη κηα ςεθηαθή ζπζθεπή, έηζη δελ κπνξεί λα επεμεξγαζηεί αλαινγηθά ζήκαηα. Έηζη φινη νη κηθξνειεγθηέο έρνπλ θαηαζθεπαζηεί κε κεηαηξνπείο AD. Σν ADC ςεθηνπνηεί ην αλαινγηθφ ζήκα θαη ην δίλεη ζηνλ κηθξνειεγθηή γηα πεξαηηέξσ επεμεξγαζία. 8) TIMERS : ε πνιιέο εθαξκνγέο, ην λα θξαηάκε έλα ρξφλν είλαη απφ ηα <<πξέπεη>>. Π.ρ. Αλ ζεξκαίλνπκε έλα γεχκα ζε έλα θνχξλν. Έηζη νη κηθξνειεγθηέο έρνπλ ρξνλφκεηξα γηα λα κεηξνχλ ην ρξφλν. 9) REGISTERS: Όιεο νη δηακνξθψζεηο ζε έλαλ κηθξνειεγθηή έρνπλ νξηζηεί έσο 8 bit (1 byte) ζέζεηο ζηε κλήκε RAM (ε RAM είλαη κηα ηξάπεδα ησλ bytes κλήκεο) ηνπ κηθξνειεγθηή, απνθαινχκελεο Registers (Μεηξψα). Όιεο νη ιεηηνπξγίεο αληηζηνηρίδνληαη ζε ζέζεηο ηνπ (κηθξνειεγθηή) ζηε κλήκε RAM θαη ε αμία πνπ θαζνξίδνπκε ζε απηή ηε ζέζε πνπ βξίζθεηαη ζην ελ ιφγσ κεηξψν ξπζκίδεη ηε ιεηηνπξγία ηνπ κηθξνειεγθηή. [17]

19 10) Data Direction Register, DDRn: Καζνξίδεη ηελ θαηεχζπλζε ησλ κεκνλσκέλσλ pins ησλ ports. Αλ ην bit ηνπ DDR έρεη νξηζηεί (1) ην αληίζηνηρν pin ηνπ port έρεη δηακνξθσζεί σο pin εμφδνπ. Αλ ην bit ηνπ DDR έρεη νξηζηεί (0) ην αληίζηνηρν pin ηνπ port έρεη δηακνξθσζεί σο pin εηζφδνπ. DDRA = 0xF0?. 4 MSB pins of PORTA είλαη pins εμφδνπ. 4 LSB pins of PORTA είλαη pins εηζφδνπ. 11) Port Pin Register, PINn: Σν λα δηαβάζεηο ηα pins εηζφδνπ ηνπ port γίλεηαη κε ηελ αλάγλσζε ηνπ κεηξψνπ PIN. Temp = PINA; 12) Port Drive Register, PORTn: Δάλ ην pin έρεη δηακνξθσζεί σο έμνδν (DDRn [x] = 1) ην κεηξψν PORTn νδεγεί ηελ αληίζηνηρε ηηκή ζηα εμσηεξηθά pins. DDRA = 0xFF; PORTA = 0xF0; Έμνδνο ινγηθνχ πςεινχ ζε 4 MSB pins θαη ζε ινγηθφ ρακειφ ζε 4 LSB pins. Γηα pins δηακνξθσκέλα σο είζνδν (DDRn[x] = 0) [18]

20 ΤΝΖΘΖ ΤΠΟΤΣΖΜΑΣΑ Ο κηθξνεπεμεξγαζηήο, απνηειείηαη κφλν απφ έλα νινθιεξσκέλν θχθισκα ην νπνίν πεξηέρεη ηελ Λνγηθή θαη Αξηζκεηηθή Μνλάδα (ALU), ζηνηρεηψδεηο θαηαρσξεηέο (registers), πξνζσξηλή κλήκε RAM πνιχ πςειήο ηαρχηεηαο (cache memory) θαη θάπνηεο θνξέο, ηνλ ειεγθηή κλήκεο (memory controller). Όκσο, γηα ηε ιεηηνπξγία ελφο πιήξνπο ελζσκαησκέλνπ ππνινγηζηηθνχ ζπζηήκαηνο, απαηηνχληαη πνιιά εμσηεξηθά ππνζπζηήκαηα θαη πεξηθεξεηαθά. Σέηνηα είλαη: - Κχθισκα ζπλδεηηθήο ινγηθήο (glue logic) γηα ηε ζχλδεζε ησλ εμσηεξηθψλ κλεκψλ θαη άιισλ πεξηθεξεηαθψλ παξάιιειεο ζχλδεζεο ζηελ αξηεξία δεδνκέλσλ (bus) ηνπ επεμεξγαζηή. - Μλήκε πξνγξάκκαηνο (ηχπνπ ROM, FLASH, EPROM θιπ) ε νπνία πεξηέρεη ην ινγηζκηθφ ηνπ ζπζηήκαηνο. ε θάπνηα κνληέια, είλαη δπλαηφ ην θιείδσκα απηήο ηεο κλήκεο, κεηά ηελ εγγξαθή ηεο, ψζηε λα πξνζηαηεπηεί ην πεξηερφκελφ ηεο απφ αληηγξαθή. - Μεγάιε πνζφηεηα κλήκεο RAM. - Μφληκε κλήκε απνζήθεπζεο παξακέηξσλ ιεηηνπξγίαο (ηχπνπ EEPROM ή NVRAM) ε νπνία λα κπνξεί λα γξάθεη ζηνλ ππξήλα ηνπ κηθξνειεγθηή. Απηή ε κλήκε έρεη, έλαληη ηεο FLASH, ην πιενλέθηεκα ηεο δπλαηφηεηαο δηαγξαθήο θαη εγγξαθήο νπνηνπδήπνηε κεκνλσκέλνπ byte. - Κχθισκα αξρηθνπνίεζεο (reset). - Γηαρεηξηζηή αηηήζεσλ δηαθνπήο (interrupt request controller) απφ ηα πεξηθεξεηαθά. - Κχθισκα επηηήξεζεο ηξνθνδνζίαο (brown-out detection) ην νπνία παξαθνινπζεί ηελ ηξνθνδνζία θαη αξρηθνπνηεί νιφθιεξν ην ζχζηεκα φηαλ απηή πέζεη θάησ απφ ηα αλεθηά φξηα, πξνιακβάλνληαο έηζη ηελ αιινίσζε ησλ δεδνκέλσλ. - Κχθισκα επηηήξεζεο ιεηηνπξγίαο (watchdog timer) ην νπνίν αξρηθνπνηεί ην ζχζηεκα, αλ απηφ εκθαλίζεη ζεκάδηα δπζιεηηνπξγίαο ιφγσ θνιιήκαηνο (hang). - Σνπηθφ ηαιαλησηή γηα ηελ παξνρή παικψλ ρξνληζκνχ (clock). - Έλαλ ή πεξηζζφηεξνπο ρξνληζηέο-απαξηζκεηέο πςειήο ηαρχηεηαο (hardware timercounter) γηα ηε δεκηνπξγία θαζπζηεξήζεσλ, κέηξεζε δηάξθεηαο γεγνλφησλ, απαξίζκεζε γεγνλφησλ θαη άιισλ ιεηηνπξγηψλ αθξηβνχο ρξνληζκνχ. - Ρνιφη πξαγκαηηθνχ ρξφλνπ (Real Time Clock, RTC) ην νπνίν ηξνθνδνηείηαη απφ αλεμάξηεηε κπαηαξία θαη γη απηφ πξέπεη λα έρεη πνιχ ρακειή θαηαλάισζε ξεχκαηνο. - εηξά αλεμάξηεησλ ςεθηαθψλ εηζφδσλ θαη εμφδσλ (Parallel Input-Output, PIO). Γεληθά, φιεο νη νηθνγέλεηεο κηθξνειεγθηψλ ελζσκαηψλνπλ ηα πεξηζζφηεξα απφ ηα παξαπάλσ πεξηθεξεηαθά, κε δηαθνξνπνηήζεηο θπξίσο ζηελ χπαξμε ή κε εζσηεξηθήο κλήκεο πξνγξάκκαηνο θαη ζην είδνο ηεο. [19]

21 Έηζη, ππάξρνπλ: - Μηθξνειεγθηέο ρσξίο κλήκε πξνγξάκκαηνο, νη νπνίνη ραξαθηεξίδνληαη σο ROM-less. Απηνί παξέρνπλ πάληνηε κηα παξάιιειε αξηεξία (bus) δεδνκέλσλ, πάλσ ζηελ νπνία ζπλδένληαη εμσηεξηθέο κλήκεο πξνγξάκκαηνο θαη RAM. Σέηνηνη ηχπνη κηθξνειεγθηψλ πξννξίδνληαη γηα πην ηζρπξά ππνινγηζηηθά ζπζηήκαηα ειέγρνπ, κε κεγαιχηεξεο απαηηήζεηο κλήκεο. - Μηθξνειεγθηέο κε κλήκε ROM, ε νπνία θαηαζθεπάδεηαη κε ην ινγηζκηθφ ηεο (Mask ROM) ή γξάθεηαη κφλν κηα θνξά (One Time Programmable, OTP). Παξέρνπλ ηε δπλαηφηεηα πνιχ ρακεινχ θφζηνπο, φηαλ αγνξάδνληαη ζε πνιχ κεγάιεο πνζφηεηεο. - Μηθξνειεγθηέο κε κλήκε FLASH, νη νπνίνη κπνξνχλ λα πξνγξακκαηηζηνχλ πνιιέο θνξέο. Απηή είλαη ε πην δηαδεδνκέλε θαηεγνξία. πρλά ν πξνγξακκαηηζκφο ηεο κλήκεο κπνξεί λα γίλεη αθφκε θαη πάλσ ζην θχθισκα ηεο ίδηαο ηεο ελζσκαησκέλεο (embedded) εθαξκνγήο (In Circuit Programming, ISP). Απηνί νη κηθξνειεγθηέο έρνπλ νπζηαζηηθά αληηθαηαζηήζεη ηνπο παιαηφηεξνπο ηχπνπο EPROM πνπ έζβελαλ κε ππεξηψδε αθηηλνβνιία (απφ ην εηδηθφ ηδακάθη). Γιαυοπέρ μικποελεγκτή από τον μικποεπεξεπγαστή ηνπο ζχγρξνλνπο κηθξνεπεμεξγαζηέο γηα κε ελζσκαησκέλα ζπζηήκαηα (π.ρ. ηνπο κηθξνεπεμεξγαζηέο ησλ πξνζσπηθψλ ππνινγηζηψλ), δίλεηαη έκθαζε ζηελ ππνινγηζηηθή ηζρχ. Η επειημία αλάπηπμεο δηαθνξεηηθψλ εθαξκνγψλ είλαη κεγάιε, θαζψο ε ιεηηνπξγηθφηεηα ηνπ ηειηθνχ ζπζηήκαηνο θαζνξίδεηαη απφ ηα εμσηεξηθά πεξηθεξεηαθά ηα νπνία δηαζπλδένληαη κε ηελ θεληξηθή κνλάδα (κηθξνεπεμεξγαζηή), ε νπνία δελ είλαη εμεηδηθεπκέλε. Αληίζεηα, ζηνπο κηθξνεπεμεξγαζηέο γηα ελζσκαησκέλα ζπζηήκαηα (κηθξνειεγθηέο), νη νπνίνη έρνπλ κηθξφηεξεο ή θαη κεδακηλέο δπλαηφηεηεο ζπλεξγαζίαο κε εμσηεξηθά πεξηθεξεηαθά, απηνχ ηνπ είδνπο, ε επειημία είλαη πεξηνξηζκέλε, θαζψο θαη ε ππνινγηζηηθή ηζρχο. Οη κηθξνειεγθηέο δίλνπλ έκθαζε ζην κηθξφ αξηζκφ νινθιεξσκέλσλ θπθισκάησλ πνπ απαηηείηαη γηα ηε ιεηηνπξγία κηαο ζπζθεπήο, ην ρακειφ θφζηνο θαη ηελ εμεηδίθεπζε. Αναλςτικά τα πλεονεκτήματα των μικποελεγκτών - Απηνλνκία, κέζσ ηεο ελζσκάησζεο ζχλζεησλ πεξηθεξεηαθψλ ππνζπζηεκάησλ φπσο κλήκεο θαη ζχξεο επηθνηλσλίαο. Έηζη πνιινί κηθξνειεγθηέο δελ ρξεηάδνληαη θαλέλα άιιν νινθιεξσκέλν θχθισκα γηα λα ιεηηνπξγήζνπλ. - Η ελζσκάησζε πεξηθεξεηαθψλ ζεκαίλεη επθνιφηεξε πινπνίεζε εθαξκνγψλ ιφγσ ησλ απινχζηεξσλ δηαζπλδέζεσλ. Δπίζεο, νδεγεί ζε ρακειφηεξε θαηαλάισζε ηζρχνο, κεγηζηνπνηψληαο ηε θνξεηφηεηα θαη ειαρηζηνπνηεί ην θφζηνο ηεο ζπζθεπήο ζηελ νπνία ελζσκαηψλεηαη ν κηθξνειεγθηήο. [20]

22 - Υακειφ θφζηνο. - Μεγαιχηεξε αμηνπηζηία, θαη πάιη ιφγσ ησλ ιηγφηεξσλ δηαζπλδέζεσλ. - Μεησκέλεο εθπνκπέο ειεθηξνκαγλεηηθψλ παξεκβνιψλ θαη κεησκέλε επαηζζεζία ζε αληίζηνηρεο παξεκβνιέο απφ άιιεο ειεθηξηθέο θαη ειεθηξνληθέο ζπζθεπέο. Σν πιενλέθηεκα απηφ πξνθχπηεη απφ ην κηθξφηεξν αξηζκφ θαη κήθνο εμσηεξηθψλ δηαζπλδέζεσλ θαζψο θαη ηηο ρακειφηεξεο ηαρχηεηεο ιεηηνπξγίαο. - Πεξηζζφηεξνη δηαζέζηκνη αθξνδέθηεο γηα ςεθηαθέο εηζφδνπο-εμφδνπο (γηα δεδνκέλν κέγεζνο νινθιεξσκέλνπ θπθιψκαηνο),ιφγσ ηεο κε δέζκεπζήο ηνπο γηα ηε ζχλδεζε εμσηεξηθψλ πεξηθεξεηαθψλ. - Μηθξφ κέγεζνο ζπλνιηθνχ ππνινγηζηηθνχ ζπζηήκαηνο. Η βαζηθή αξρηηεθηνληθή ησλ κηθξνειεγθηψλ δελ δηαθέξεη απφ απηή ησλ θνηλψλ κηθξνεπεμεξγαζηψλ, αλ θαη ζηνπο πξψηνπο απαληάηαη ζπρλά ε αξρηηεθηνληθή κλήκεο ηχπνπ Harvard, ε νπνία ρξεζηκνπνηεί δηαθνξεηηθέο αξηεξίεο ζχλδεζεο ηεο κλήκεο πξνγξάκκαηνο θαη ηεο κλήκεο δεδνκέλσλ (π.ρ. νη ζεηξέο AVR απφ ηελ Atmel θαη PIC απφ ηελ Microchip). ηνπο θνηλνχο κηθξνεπεμεξγαζηέο ζπλεζίδεηαη ε εληαία δηάηαμε κλήκεο ηχπνπ von-neumann. Κατηγοπίερ μικποελεγκτών Λφγσ ηνπ ηζρπξφηαηνπ αληαγσληζκνχ αιιά θαη ηεο ηάζεο ελζσκάησζεο ησλ κηθξνειεγθηψλ ζε θάζε ειεθηξηθή θαη ειεθηξνληθή ζπζθεπή, ε βηνκεραλία κηθξνειεγθηψλ έρεη θαηαιήμεη ζηελ παξαγσγή αληαγσληζηηθψλ κνληέισλ καδηθήο παξαγσγήο θαζψο θαη κηθξνειεγθηψλ γηα πην εμεηδηθεπκέλεο εθαξκνγέο. Έηζη δηαθξίλνληαη νη εμήο θπξίσο θαηεγνξίεο: - Μηθξνειεγθηέο (ζπλήζσο 8-bit) πνιχ ρακεινχ θφζηνπο, γεληθήο ρξήζεο, κε πνιχ κηθξφ αξηζκφ αθξνδεθηψλ (αθφκε θαη ιηγφηεξνπο απφ 8). ρεδηάδνληαη κε έκθαζε ζηε ρακειή θαηαλάισζε ηζρχνο θαη ηελ απηάξθεηα, ψζηε λα ρξεηάδνληαη ειάρηζηα ή θαη θαζφινπ εμσηεξηθά εμαξηήκαηα θαη λα κε κπνξεί λα αληηγξαθεί εχθνια ην εζσηεξηθφ ινγηζκηθφ ηνπο. Απνπζηάδεη ε δπλαηφηεηα επέθηαζεο ηεο κλήκεο ηνπο. Μεξηθά κνληέια είλαη επξέσο γλσζηά ζηνπο εξαζηηέρλεο ειεθηξνληθνχο, φπσο πρ νη πεξηζζφηεξνη κηθξνειεγθηέο ησλ ζεηξψλ PIC (Microchip), AVR (Atmel) θαη 8051 (Intel, Atmel, Dallas θα). - Μηθξνειεγθηέο (ζπλήζσο 8-bit αιιά θαη 16 ή 32-bit) ρακεινχ θφζηνπο, γεληθήο ρξήζεο, κε κέηξην έσο ζρεηηθά κεγάιν αξηζκφ αθξνδεθηψλ. Γηαζέηνπλ κεγάιν αξηζκφ θνηλψλ πεξηθεξεηαθψλ, φπσο ζχξεο UART, I2C, SPI ή CAN, κεηαηξνπείο αλαινγηθνχ ζε ςεθηαθφ θαη ςεθηαθνχ ζε αλαινγηθφ. ηνπο θαηαζθεπαζηέο ηεο Άπσ Αλαηνιήο (Ιαπσλία, Κνξέα), ζπλεζίδεηαη ε ελζσκάησζε ειεγθηψλ νζφλεο πγξψλ θξπζηάιισλ θαη πιεθηξνινγίνπ. Μεξηθέο θνξέο παξέρνπλ δπλαηφηεηα εμσηεξηθήο επέθηαζεο ηε κλήκεο ηνπο. [21]

23 - Μηθξνειεγθηέο (θπξίσο 32-bit) κέζνπ θφζηνπο, γεληθήο ρξήζεο, κε κεγάιν αξηζκφ αθξνδεθηψλ. Υαξαθηεξίδνληαη απφ έκθαζε ζηελ ηαρχηεηα εθηέιεζεο εληνιψλ, πςειή απηάξθεηα πεξηθεξεηαθψλ θαη κεγάιεο δπλαηφηεηεο εζσηεξηθήο ή εμσηεξηθήο κλήκεο πξνγξάκκαηνο (FLASH) θαη RAM. ην ρψξν απηφ έρνπλ ηζρπξή παξνπζία νη αξρηηεθηνληθέο κε πςειή θνξεηφηεηα ινγηζκηθνχ (portability) απφ ηνλ έλα ζηνλ άιιν θαηαζθεπαζηή. Π.ρ. κεηαμχ ησλ κηθξνειεγθηψλ ηχπνπ ARM ή MIPS, ην ζχλνιν ησλ βαζηθψλ εληνιψλ πνπ αλαγλσξίδεη ε ALU είλαη αθξηβψο ην ίδην, κεηψλνληαο έηζη ηηο κεγάιεο αιιαγέο ζην ινγηζκηθφ, φηαλ ζην κέιινλ ν πειάηεο πηνζεηήζεη έλα κηθξνειεγθηή άιινπ θαηαζθεπαζηή (αξθεί θπζηθά λα ππνζηεξίδεη θη απηφο ην ζχλνιν εληνιψλ ARM ή MIPS αληίζηνηρα). - Μηθξνειεγθηέο εμεηδηθεπκέλσλ εθαξκνγψλ, νη νπνίνη ελζσκαηψλνπλ ζπλήζσο θάπνην εμεηδηθεπκέλν πξσηφθνιιν επηθνηλσλίαο ην νπνίν πινπνηείηαη πάληνηε ζε hardware. Σέηνηνη κηθξνειεγθηέο ρξεζηκνπνηνχληαη ζε ηειεπηθνηλσληαθέο ζπζθεπέο φπσο Modem. Η κεγάιε κεξίδα πσιήζεσλ ησλ κηθξνειεγθηψλ εμαθνινπζεί λα αθνξά απηνχο ησλ 8-bit, θαζψο είλαη ε θαηεγνξία κε ην ρακειφηεξν θφζηνο θαη ην κηθξφηεξν κέγεζνο ινγηζκηθνχ γηα ην ίδην απνηέιεζκα, ηδίσο επεηδή νη ζχγρξνλεο νηθνγέλεηεο νθηάκπηησλ κηθξνειεγθηψλ έρνπλ πνιχ βειηησκέλεο επηδφζεηο ζε ζρέζε κε ην παξειζφλ. Μεπικοί κοινοί Μικποελεγκτέρ: Intel Atmel Atmega 16. PIC. ARM. [22]

24 Μικποελεγκτέρ ATMEL AVR Έλα ραξαθηεξηζηηθφ παξάδεηγκα ζχγρξνλσλ κηθξνειεγθηψλ είλαη εθείλνη ηεο νηθνγέλεηαο AVR ηεο εηαηξείαο ATMEL, νη νπνίνη θαη ρξεζηκνπνηνχληαη ζηελ θαηαζθεπή καο. Οη κηθξνειεγθηέο απηνί πξνζθέξνληαη κε έλα πιήζνο ελαιιαθηηθνχ αξηζκνχ αθξνδεθηψλ, μεθηλψληαο απφ κηθξά θαη θηελά νινθιεξσκέλα ησλ 8 αθξνδεθηψλ γηα εθαξκνγέο πνιχ ρακεινχ θφζηνπο κε πεξηνξηζκέλεο απαηηήζεηο, ζε πιήζνο πξνγξακκαηηδφκελσλ αθξνδεθηψλ γεληθνχ ζθνπνχ. Οη πην εμειηγκέλνη κηθξνειεγθηέο ηεο νηθνγέλεηαο δηαζέηνπλ πεξηζζφηεξνπο απφ 60 πξνγξακκαηηδφκελνπο αθξνδέθηεο γεληθνχ ζθνπνχ. Δπίζεο πνιιά κέιε ηεο ζεηξάο δηαηίζεληαη ζε ηξεηο παξαιιαγέο: ηνπο απινχο κηθξνειεγθηέο πνπ ιεηηνπξγνχλ ζηα 5V, ηνπο ρακειήο θαηαλάισζεο ζηα 2.7V (θαηάιεμε L) θαη ηνπο πνιχ ρακεινχο ζε θαηαλάισζε ζηα 1.8V (θαηάιεμε V). πλήζσο νη αθξνδέθηεο γεληθνχ ζθνπνχ έρνπλ πνιππιεγκέλεο πεξηζζφηεξεο απφ κία ιεηηνπξγίεο, φπσο γηα παξάδεηγκα είζνδνη κε ηθαλφηεηα λα πξνθαινχλ δηαθνπή (interrupt) ζηνλ εζσηεξηθφ επεμεξγαζηή, είζνδνη αλαινγηθψλ ζπγθξηηψλ ή κεηαηξνπέσλ αλαινγηθνχ ζε ςεθηαθφ (ADC), είζνδνη θεληξηθνχ u961 ξνινγηνχ (oscillator) ή αζχγρξνλεο νδήγεζεο κεηξεηψλ (counters), αθξνδέθηεο γηα ζχλδεζε κε δηάθνξεο δηεπαθέο φπσο USART, SPI θ.α. ηα πην εμειηγκέλα κέιε ηεο νηθνγέλεηαο δηαηίζεληαη ελζσκαησκέλα πεξηθεξεηαθά αθφκα θαη γηα ηελ νδήγεζε LCD νζφλεο ή ηε ζχλδεζε κε USB interface. ην εζσηεξηθφ ελφο κηθξνειεγθηή φπσο ν AVR ππάξρεη έλαο αξηζκφο απφ δηαθνξεηηθνχο ηχπνπο κλήκεο, φπσο Flash γηα ηελ εγγξαθή ηνπ ινγηζκηθνχ ζπζηήκαηνο (firmware), ε EEPROM γηα ηελ απνζήθεπζε δηαθφξσλ παξακέηξσλ, θαζψο θαη θάπνηνο αξηζκφο ζέζεσλ κλήκεο Ram γηα ηηο κεηαβιεηέο ηνλ ινγηζκηθνχ. Γηα ην ιφγν απηφ νη AVR δελ βγάδνπλ ζε αθξνδέθηεο ηελ εζσηεξηθή αξηεξία δηεπζχλζεσλ ή δεδνκέλσλ παξά κφλν αθξνδέθηεο γεληθνχ ζθνπνχ. Με φια ηα παξαπάλσ πεξηθεξεηαθά είλαη θαλεξφ φηη ην πιήζνο ησλ εμσηεξηθψλ ζηνηρείσλ πνπ απαηηνχληαη γηα ηε δεκηνπξγία ελφο ζπζηήκαηνο κε κηθξνειεγθηή AVR είλαη ειάρηζην. To βαζηθφ κεηνλέθηεκα κηαο ηέηνηαο αξρηηεθηνληθήο κηθξνειεγθηή είλαη ε δπζθνιία επεθηαζηκφηεηαο. Π.ρ. αλ νη απαηηήζεηο ζε κλήκε RAM είλαη κεγάιεο, ν κηθξνειεγθηήο δελ είλαη εχθνιν λα ζπλδεζεί κε εμσηεξηθή κλήκε, κηα θαη δελ έρεη αξηεξία δηεπζχλζεσλ θαη δεδνκέλσλ. Γηα λα γίλεη απηφ ζα πξέπεη λα πινπνηεζνχλ ηέηνηεο αξηεξίεο κε ηε ρξήζε αθξνδεθηψλ γεληθνχ ζθνπνχ νη νπνίεο σζηφζν ζα ήηαλ αδχλαην λα επηηχρνπλ γξήγνξνπο ρξφλνπο πξνζπέιαζεο ηεο κλήκεο. Δπίζεο, ε ζπρλφηεηα ξνινγηνχ ζηελ νπνία ιεηηνπξγνχλ ηέηνηνη κηθξνειεγθηέο δελ μεπεξλά ηα 20 MHz ζηα πην εμειηγκέλα κνληέια κηαο ζεηξάο φπσο νη AVR mega. [23]

25 Δσωτεπικοί Κατασωπητέρ Οη AVRs έρνπλ 32 single-byte θαηαρσξεηέο θαη έρνπλ ηαμηλνκεζεί σο 8-bit RISC. ηηο πεξηζζφηεξεο παξαιιαγέο ηεο αξρηηεθηνληθήο AVR, ε νκάδεο εξγαζίαο θαηαρσξεηψλ ραξηνγξαθνχληαη ζε 32 δηεπζχλζεηο κλήκεο ( F 16), αθνινπζνχκελε απφ ηνπο 64 I / O θαηαρσξεηέο ( F 16). H πξαγκαηηθή SRAM αξρίδεη κεηά απφ ην ηκήκα θαηαρσξεηψλ (δηεχζπλζε ). εκεηψζηε φηη ν ρψξνο γηα θαηαρσξεηέο I / O κπνξεί λα είλαη κεγαιχηεξνο γηα πην εθηεηακέλεο ζπζθεπέο. Αθφκε θαη αλ ππάξρνπλ μερσξηζηά ζπζηήκαηα δηεπζπλζηνδφηεζεο θαη βειηηζηνπνηεκέλα opcodes γηα ην αξρείν θαηαρσξεηψλ (Register File) θαη γηα ηελ πξφζβαζε ησλ θαηαρσξεηψλ I / O, φια κπνξνχλ λα δηεπζπλζηνδνηεζνχλ θαη λα ρεηξηζηνχλ ζαλ λα ήηαλ ζηελ SRAM. Δπηηξέπεη επίζεο ζηελ EEPROM λα αληηζηνηρίδεηαη κε ηνλ ρψξν δηεπζχλζεσλ δεδνκέλσλ (data address space). Σέινο λα αλαθέξνπκε φηη ν αξηζκφο εγγξαθψλ ηεο EEPROM δελ είλαη απεξηφξηζηνο. Η Atmel ζηα datasheets ησλ κηθξνειεγθηψλ ηεο δηεπθξηλίδεη πσο έρνπλ γχξσ ζηνπο θχθινπο εγγξαθήο. [24]

26 Ση είλαη: Σν JTAG είλαη έλα πξφηππν ηεο IEEE (1149.1) ην νπνίν αλαπηχρζεθε ζηα ηέιε ηεο δεθαεηίαο ηνπ 1980, γηα λα βνεζήζεη ζηελ επίιπζε θαηαζθεπαζηηθψλ πξνβιεκάησλ ζε πιαθέηεο ειεθηξνληθψλ ζηνηρείσλ. ήκεξα ρξεζηκνπνηείηαη θπξίσο γηα ηελ απνζθαικάησζε νινθιεξσκέλσλ θπθισκάησλ (IC) ή σο ζχξα γηα Probe ζε νινθιεξσκέλα. Δπηπιένλ ρξεζηκνπνηείηαη θαη γηα πξνγξακκαηηζκφ OTPROM (Οne Time Programmable ROM) πνπ θέξνπλ ηα chip, γηα πξνγξακκαηηζκφ αζθαιεηψλ αιιά θαη bit θιεηδψκαηνο. Σα νινθιεξσκέλα (IC) πνπ έρνπλ θαηαζθεπαζηεί γηα λα ππνζηεξίδνπλ ην πξσηφθνιιν ηεο ΙΔΔE θέξνπλ εζσηεξηθά έλαλ ειεγθηή (controller) πνπ νλνκάδεηαη TAP. Ο ειεγθηήο TAP ειέγρεηαη απφ ηα ζήκαηα TCK θαη TMS. Υαξαθηεξηζηηθά Γπλαηφηεηα Boundary-scan ζχκθσλα κε ην IEEE std (JTAG) Standard Debugger πξφζβαζε ζε: EEPROM θαη Flash Memories. Όιεο ηεο εζσηεξηθέο πεξηθεξεηαθέο κνλάδεο. Δζσηεξηθή θαη Δμσηεξηθή RAM. Πξνγξακκαηηζκφο ηεο Flash, EEPROM, Fuses θαη ηνλ Lock Bits κέζσ ηνπ JTAG Interface. On-chip Debugging κέζν ηνπ AVR Studio. Πεπιυεπειακή άπωση (Boundary Scan): Σν JTAG Boundary Scan std. πξνζθέξεη ηε δπλαηφηεηα ειέγρνπ νξζήο ιεηηνπξγίαο ελφο νινθιεξσκέλνπ θπθιψκαηνο. Γηα λα γίλεη απηφ πξέπεη ζην νινθιεξσκέλν λα ππάξρεη κηα ζχξα πξφζβαζεο ειέγρνπ JTAG, ε νπνία απνηειείηαη απφ 4 ή 5 αθξνδέθηεο. Έρεη σο πξσηφθνιιν 2 ηξφπνπο ιεηηνπξγίαο. Καηά ηνλ πξψην ηξφπν ειέγρεηαη ε νξζή ιεηηνπξγία εζσηεξηθά ελφο νινθιεξσκέλνπ ελψ θαηά ηνλ δεχηεξν ηξφπν ειέγρνληαη νη δηαζπλδέζεηο κεηαμχ 2 ή πεξηζζφηεξσλ νινθιεξσκέλσλ. [25]

27 Παξάδεηγκα Boundary Scan ηνπ JTAG. Έζησ φηη έρνπκε ζε κηα PCΒ δχν νινθιεξσκέλα. Μηα CPU θαη έλα FPGA chip. ήκεξα ηα νινθιεξσκέλα θπθιψκαηα (ICs) έρνπλ κεγάιν πιήζνο αθξνδεθηψλ. Δηδηθά δε ππάξρνπλ θάπνηα κεγάια ICs ζε ζπζθεπαζία BGA (Ball Grid Array) κπνξεί λα έρνπλ θαη κεξηθέο εθαηνληάδεο αθξνδέθηεο. Καη θπζηθά απηά ζπλδένληαη κεηαμχ ηνπο κέζσ ησλ δηαχισλ ησλ PCB. ε απηφ ην παξάδεηγκα ζα ζαο δείμνπκε ηελ δηαζχλδεζε 4 αθξνδεθηψλ, ην νπνίν θπζηθά ηζρχεη θαη γηα κεγαιχηεξν πιήζνο. Σψξα έζησ φηη θαηαζθεπάδνπκε κεξηθέο ρηιηάδεο πιαθέηεο φπσο απηή πνπ είδακε ζηελ παξαπάλσ εηθφλα θαη νη νπνίεο έρνπλ κεξηθέο ρηιηάδεο ζπλδέζεηο. ίγνπξα θάπνηεο απφ απηέο ζα έρνπλ θάπνηα πξνβιήκαηα θαηά ηελ θαηαζθεπή. Πψο ινηπφλ δνθηκάδνπκε ηελ νξζή ιεηηνπξγία φισλ απηψλ ησλ πιαθεηψλ (φηη δειαδή φιεο νη ζπλδέζεηο έρνπλ επηηεπρζεί νξζά); αθψο θαη δελ κπνξνχκε λα θαηαιάβνπκε κε ην κάηη αλ έρνπλ γίλεη φιεο νη ζπλδέζεηο ζσζηά. Έηζη δεκηνπξγήζεθε ην JTAG. [26]

28 Σν JTAG φηαλ ελεξγνπνηεζεί έρεη ηελ δπλαηφηεηα λα πάξεη ηνλ πιήξε έιεγρν ησλ αθξνδεθηψλ φισλ ησλ νινθιεξσκέλσλ. ηελ παξαπάλσ εηθφλα πνπ βιέπνπκε ζα ζέζεη ηνπο αθξνδέθηεο ηεο CPU σο Δμφδνπο ελψ ηνπο αθξνδέθηεο ηνπ FPGA σο Δηζφδνπο. Έηζη ζηέιλνληαο δεδνκέλα πξνο ηνπο αθξνδέθηεο ηεο CPU θαη δηαβάδνληαο ηηο ηηκέο απφ ηνπο αθξνδέθηεο ηνπ FPGA, αλαγλσξίδεη αλ φιεο νη ζπλδέζεηο έρνπλ γίλεη νξζά. Απηή ε δηαδηθαζία βάζεη ηνπ JTAG ειέγρεη πιήξσο αθφκα θαη ηηο ζπλδέζεηο ηεο PCB, ηηο νπέο γηα βξαρπθπθιψκαηα θηι. θαηεπζείαλ κέζσ ησλ νινθιεξσκέλσλ. Απηφο ν έιεγρνο νλνκάδεηαη φπσο πξνείπακε, Πεξηθεξεηαθή άξσζε. To JTAG απνηειείηαη απφ 4 ινγηθά ζήκαηα ηα νπνία νλνκάδνληαη TDI, TDO, TMS θαη TCK. Απφ πιεπξάο ηνπ PC απηά είλαη 3 έμνδνη πξνο ην θχθισκα θαη 1 είζνδνο. Απηά ηα 4 ζήκαηα ζα δηνρεηεπηνχλ ζηα νινθιεξσκέλα κε ζπγθεθξηκέλν ηξφπν. Πξψηα ηα ΣMS θαη TCK ζπλδένληαη παξάιιεια ζε φια ηα νινθιεξσκέλα πνπ ππνζηεξίδνπλ JTAG. [27]

29 Ακέζσο κεηά ζπλδένληαη ηα TDI θαη ην TDO θαηά ηέηνην ηξφπν ψζηε λα δεκηνπξγήζνπλ αιπζίδα. Απηφ νλνκάδεηαη ζηελ νξνινγία ηνπ JTAG σο "JTAG-chain". Έηζη φπσο είδακε θάζε ζπκβαηφ νινθιεξσκέλν κε JTAG, έρεη 4 αθξνδέθηεο γηα ηελ επηθνηλσλία (3 Δηζφδνπο θαη 1 Έμνδν). Δπηπιένλ γηα πξναηξεηηθή ρξήζε ππάξρεη πνιιέο θνξέο θαη έλαο πέκπηνο αθξνδέθηεο ν TRST, πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ην reset ηνπ JTAG. Απηνί νη αθξνδέθηεο είλαη αθνζησκέλνη κφλν γηα ρξήζε ζε JTAG θαη γηα θακία άιιε ρξήζε. [28]

30 Ση είλαη: Σν AVR BUTTERFLY είλαη έλα νινθιεξσκέλν kit (εξγαιείν) επίδεημεο θαη αμηνιφγεζεο γηα ηνλ κηθξνειεγθηή ATmega169 ηεο AVR. Σν εξγαιείν αμηνιφγεζεο απνζηέιιεηαη κε πξνεγθαηεζηεκέλν ινγηζκηθφ πνπ ππνζηεξίδεη ηελ αίζζεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο, ηε κέηξεζε θσηφο, ηελ αλάγλσζε ηεο ηάζεο, ηελ αλαπαξαγσγή κνπζηθήο, θηι. Σν AVR butterfly κπνξεί αθφκε λα ρξεζηκνπνηεζεί σο κηα πηλαθίδα. Δπίζεο ην AVR butterfly κπνξεί λα πξνγξακκαηηζηεί απφ ην AVR Studio ρξεζηκνπνηψληαο έλα ζεηξηαθφ θαιψδην γηα ρξήζε σο έλα θηη αλάπηπμεο γηα ηελ AT mega169pv, ή αθφκε θαη σο πιηθφ γηα απιέο εθαξκνγέο. ηελ ζπγθεθξηκέλε εξγαζία πξνγξακκαηίζακε ην BUTTERFLY γηα ηελ δεμηόζηξνθε θαη αξηζηεξόζηξνθε θίλεζε ηνπ βεκαηηθνύ θηλεηήξα, κε ηαπηόρξνλε απεηθόληζε ηεο θάζε επηινγήο ζηελ νζόλε. Ο BUTTERFLY πνπ ζα ρξεζηκνπνηήζνπκε έρεη ηα εμήο ραξαθηεξηζηηθά (πεξηιακβάλεη): - Έλα κηθξνειεγθηή ATmega169 ηεο AVR. - Μηα νζφλε LCD κε 100 ηκήκαηα (segments). - 4 Mbit dataflash. - Έλαλ ηαιαλησηή 32 KHz γηα RTC. - Έλα ρεηξηζηήξην ηεζζάξσλ θαηεπζχλζεσλ, κε θεληξηθφ πάηεκα. - Αηζζεηήξα ζεξκνθξαζίαο (NTC). - Μεγάθσλν γηα ηελ παξαγσγή ήρνπ. - Πξφζβαζε ζηα πεξηθεξεηαθά κέζσ ησλ header connectors. - Μεηαηξνπέα RS-232 γηα επηθνηλσλία κε εμσηεξηθέο κνλάδεο. - Αλάγλσζε ηάζεο 0-5 V. [29]

31 σηματική αναπαπάσταση τος AVR BUTTERFLY Μπξνζηηλή πιεπξά Πίζσ πιεπξά Ο πξνγξακκαηηζκφο ηνπ butterfly κπνξεί λα γίλεη κε ηνπο παξαθάησ Σξφπνπο : JTAG ISP In System programming High-voltage Parallel Programming ΥΡΗΙΜΟΠΟΙΩΝΣΑ ΣΟ AVR BUTTERFLY Μεξηθά απφ ην πηλάθηα Ι/Ο ζηνλ AΣmega169 είλαη δηαζέζηκα ζηηο ππνδνρέο ηνπ AVR BUTTERFLY. Απηέο νη ππνδνρέο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ επηθνηλσλία, ηνλ πξνγξακκαηηζκφ θαη γηα ηελ είζνδν δεδνκέλσλ ζην ADC ηνπ AΣmega169. Γηα ηνλ πξνγξακκαηηζκφ ηνπ AΣmega169 ρξεζηκνπνηήζακε ην JTAG. Γηα ηελ εμσηεξηθή ηξνθνδνζία κπνξνχκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε ηα pin 9 θαη 10 ηεο ζχξαο Β θαη D. ηελ δηθή καο πεξίπησζε ρξεζηκνπνηήζακε ηα pin 9 θαη 10 ηεο ζχξαο Β. [30]

32 Σν JTAG ζην BUTTERFLY Οη PORTB θαη PORTD ζην BUTTERFLY Η νζφλε LCD ηνπ Butterfly απνηειείηαη απφ ηα segments ηα νπνία ζρεκαηίδνπλ ηα δηάθνξα ςεθία ζηελ νζφλε. Απνηειείηε απφ εθηά αιθαξηζκεηηθά ζχκβνια θαη δηάθνξα ακεηάβιεηα ζχκβνια, αξηζκνχο απφ ην έλα κέρξη ην δέθα, έλα θακπαλάθη, έλα ζχκβνιν ρακειήο κπαηαξίαο θαη βέιε θαζνδήγεζεο. Η νζφλε LCD έρεη ζπλνιηθά 120 segments, ν Atmega169 είλαη ηθαλφο λα νδεγήζεη κφλν 100, έηζη θάπνηα απφ ηα segments ηεο νζφλεο LCD δελ είλαη ζπλδεδεκέλα. [31]

33 Η νζφλε ηνπ Butterfly έρεη έμη παλνκνηφηππα segment γθξνππ, φπνπ θάζε γθξνππ είλαη ηθαλφ λα επηδείμεη έλαλ αιθαξηζκεηηθφ ραξαθηήξα. Έλα ηέηνην γθξνππ αλαθέξεηαη ζαλ έλα LCD ςεθίν, ην νπνίν απνηειείηαη απφ 14 δηαθνξεηηθά segments. Οπφηε ηα SEGMENTS πνπ είλαη ζπλδεδεκέλα είλαη ηα εμήο: Σα segments θαη ε αληηζηνηρία γξακκάησλ γηα ηα ςεθία ηεο LCD θαίλνληαη ζην παξαθάησ ζρήκα: [32]

34 Γηα παξάδεηγκα, γηα λα απεηθνλίζνπκε ην γξάκκα Α ζα ρξεηαζηεί λα θάλνπκε ην εμήο: Υξεηάδεηαη λα ελεξγνπνηήζνπκε ηα segments ηεο LCD A, B, C, E, F,G, L. Βιέπνληαο ηνλ παξαθάησ πίλαθα (πνπ πεξηγξάθεη θαη γηα ηα πεξηηηά θαη γηα ηα άξηηα ςεθία) κπνξνχκε λα θαηαιάβνπκε πνηέο δηεπζχλζεηο ζηα κεηξψν πξέπεη λα ελεξγνπνηήζνπκε. LCDDRx = Segments (K, -, -, A) =0,0,0,1 LCDDRx+5 = Segments (J, F, H, B) =0,1,0,1 LCDDRx+10 = Segments (L, E, G, C) =1,1,1,1 LCDDRx+15 = Segments (M, P, N, D) =0,0,0,0 νπνχ x ην αλάινγν δεχγνο (πεξηηηνχ, άξηηνπ ) ςεθίνπ πνπ ζέινπκε. Με ηνλ ίδην ηξφπν ζρεκαηίδνληαη θαη ηα ππφινηπα γξάκκαηα. [33]

35 Pin Configurations [34]

36 Pin out Πάνω Όψη Κάτω Όψη AVR DRAGON [35]

37 Γηα ηνλ πξνγξακκαηηζκό ηνπ AVR Butterfly ρξεζηκνπνηήζεθε ε πιαηθόξκα πξνγξακκαηηζκνύ AVR Dragon, κε ζύξα πξνγξακκαηηζκνύ ην JTAG. Η κεηαμύ ηνπο ζύλδεζε γίλεηαη κε εμσηεξηθά θαιώδηα (flat cable). Ση είλαη: O AVR Dragon είλαη κηα πιαηθφξκα αλάπηπμεο, ρακεινχ θφζηνπο γηα ηηο δπλαηφηεηέο ηνπ, πνπ ππνζηεξίδεη ζρεδφλ φινπο ηνπο κηθξνεπεμεξγαζηέο ηεο AVR. Μπνξεί ρξεζηκνπνηεζεί γηα λα πξνγξακκαηίζεη, λα εμνκνηψζεη αιιά θαη γηα απνζθαικάησζε. Δπίζεο πεξηιακβάλεη πιήξε ππνζηήξημε γηα ηηο ζπζθεπέο εμνκνίσζεο κε 32KB ή ιηγφηεξε Memory Flash. ΤΠΟΣΖΡΗΕΟΜΔΝΑ ΠΡΩΣΟΚΟΛΛΑ ΓΗΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΣΗΜΟ. ISP In System programming High-voltage serial Programming JTAG programming Parallel Programming [36]

38 ΣΡΟΠΟΗ ΓΗΑΤΝΓΔΔΩΝ JTAG debug WIRE Ο ηξφπνο ν νπνίνο ρξεζηκνπνηείηαη ζηελ εξγαζία καο, είλαη ην JTAG, ην νπνίν αλαθέξεηαη παξαπάλσ. O AVR Dragon ηξνθνδνηείηαη απφ ην θαιψδην USB, κπνξεί επίζεο λα πξνκεζεπηεί έλα εμσηεξηθφ ζηφρν έσο θαη 300 ma (απφ ηελ VCC ππνδνρή) θαηά ηνλ πξνγξακκαηηζκφ ή ηνλ εληνπηζκφ ζθαικάησλ. Δάλ ην Butterfly έρεη ήδε ηξνθνδνζία απφ κηα εμσηεξηθή πεγή ελέξγεηαο, ν AVR Dragon ζα πξνζαξκνζηεί απηφκαηα ζην ίδην επίπεδν, κεηαηξέπνληαο φια ηα ζήκαηα κεηαμχ ηνπ Butterfly θαη ηνπ AVR DRAGON. Αλ ην Butterfly ηξνθνδνηείηαη απφ εμσηεξηθή πεγή ελέξγεηαο, θακία ζχλδεζε δελ πξέπεη λα γίλεηαη κεηαμχ ηεο VCC ππνδνρήο θαη ην εμσηεξηθφ ηνπ Butterfly. Ο AVR Dragon ππνζηεξίδεηαη πιήξσο απφ ην AVR Studio. Απηφ επηηξέπεη ηελ εχθνιε ελεκέξσζε ηνπ AVR Dragon firmware γηα ηελ ππνζηήξημε λέσλ ζπζθεπψλ θαη πξσηφθνιισλ. Καηά ηε ζχλδεζε ηνπ AVR Dragon, ην AVR Studio ζα ειέγμεη απηφκαηα ην firmware θαη καο ελεκεξψλεη γηα ην εάλ, κηα ελεκεξσκέλε firmware είλαη δηαζέζηκε. Βασικά Υαπακτηπιστικά 1) Τπνζηεξίδεη κέρξη θαη 3 ζεκεία δηαθνπήο ηνπ πξνγξάκκαηνο ηνπ πιηθνχ. 2) Τπνζηεξίδεη κέρξη θαη 32 ζεκεία δηαθνπήο ινγηζκηθνχ. 3) Mε 128KB SRAM γηα γξήγνξε αλαβάζκηζε δήισζεο επηπέδνπ. 4) ηηβαξνχ επηπέδνπ κεηαηξνπείο, ππνζηήξημεο 1.8V ζε 5.5V. 5) Αλεβάδνπλ 256KB θψδηθα ζε ~ 60 δεπηεξφιεπηα (XMEGA ρξεζηκνπνηψληαο JTAG interface). 6) Full-speed USB 2.0 ζπκβαηή δηεπαθή (12 MB / s). 7) Γπλαηφηεηα αλαβάζκηζεο firmware γηα ηελ ππνζηήξημε ησλ κειινληηθψλ ζπζθεπψλ AVR. 8)Τπνζηεξίδεη Nano Trace (αλάινγα κε ηε κνλάδα OCD ζηε ζπζθεπή AVR θαη ρξεζηκνπνηεί ηελ κλήκε ηεο ζπζθεπήο ). 9) Σξνθνδνζία κέζσ USB, θαη κπνξεί λα πξνκεζεχζεη ελέξγεηα ζε έλαλ εμσηεξηθφ ζηφρν. [37]

39 ΣΟ ΠΡΑΚΣΙΚΟ ΜΔΡΟ ΣΗ ΑΚΗΗ Παξαθάησ παξνπζηάδνληαη νη ζπλδεζκνινγίεο ησλ θπθισκάησλ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ γηα ηελ πινπνίεζε ηεο πιαθέηαο. Κύθισκα ηξνθνδόηεζεο AVR Butterfly. Κύθισκα νδήγεζεο βεκαηηθνύ θηλεηήξα. [38]

40 Οδήγεζε βεκαηηθνύ θηλεηήξα Αλάιπζε θπθιώκαηνο Σν θχθισκα απηφ νδεγεί κε παικνξεχκαηα ηα πελία,,, ηνπ θηλεηήξα. Κάζε πελίν νδεγείηαη απφ έλα ηξαλδίζηνξ ηχπνπ Darlington. Σα ηξαλδίζηνξ Darlington ζην εζσηεξηθφ ηνπο πεξηιακβάλνπλ δχν ηξαλδίζηνξ ζπλδεδεκέλα ζε ζεηξά. Σν "hfe" ηνπ Darlington ηζνχηαη κε ηνλ πνιιαπιαζηαζκφ ηνπ "hfe" ησλ δχν εζσηεξηθψλ ηνπ ηξαλδίζηνξ. Σν Darlington 2SD1209K πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζην θχθισκα έρεη "hfe" κεγαιχηεξν απφ Δπεηδή ν ιφγνο ξεχκαηνο εηζφδνπ / εμφδνπ είλαη κεγάινο, ην αλεξρφκελν θαη θαηεξρφκελν κέησπν ηνπ παικνχ νδήγεζεο κπνξεί λα είλαη απφηνκν. πλδεζκνινγία βεκαηηθνχ θηλεηήξα. [39]

41 ηε ζέζε J405 ηνπ AVR Butterfly ζπλδέζεθε ν δηαθόπηεο ON-OFF-ON, ζηα pin 1 θαη 2 γηα δεμηά θαη αξηζηεξά αληίζηνηρα, ελώ ην pin 4 είλαη ε γείσζε. Σν J405 ρξεζηκνπνηείηαη ζαλ είζνδνο ηνπ AVR Butterfly. Η ηξνθνδνζία ηνπ AVR Butterfly έγηλε από ηα pin 9 (GND) θαη 10 (VCC) ηνπ J400, ελώ ηα pin 2,3,4,5 είλαη ε έμνδνο ηνπ AVR Butterfly πξνο ηνλ βεκαηηθό θηλεηήξα. [40]

42 Σα πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηήζακε ζηε θαηαζθεπή καο ζχκθσλα κε ηα παξαπάλσ θπθιψκαηα είλαη ηα εμήο: Πιαθέηα θαηαζθεπψλ VEROBOARD Γηαζηάζεηο 10 x 15. Βεκαηηθφο θηλεηήξαο (42 spm-24 dja, 7.5 DEG) Σραλδίζηνξ Darlington ( 2SD1209K ) Σξαλδίζηνξ ηχπνπ Darlington. Σν κέγηζην ξεχκα ζπιιέθηε πνπ κπνξεί λα δηαρεηξηζηεί ην 2SD1209K είλαη 1A κε "hfe" κεγαιχηεξν απφ [41]

43 Σξαλδίζηνξ C560B. Γίνδνο (4001) Η δίνδνο απηή ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ πξνζηαζία ησλ ηξαλδίζηνξ Darlington, απφ ηηο αηρκέο ηάζεσλ πνπ εκθαλίδνληαη ζηα πελία ηνπ θηλεηήξα. Γηαθφπηεο ON-OFF-ON γηα 3 θαηαζηάζεηο (δεμηά-stop-αξηζηεξά) Με απηφλ γίλεηαη ε επηινγή αξηζηεξήο ή δεμηάο πεξηζηξνθήο θαη παχζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ θηλεηήξα. [42]

44 Αληηζηάζεηο Οη αληηζηάζεηο ηνπ θπθιψκαηνο έρνπλ ηηκή 3.3Κ, 4.7Κ, 10Κ, 470Κ. Λεηηνπξγνχλ επί ην πιείζηνλ ζαλ πεξηνξηζηέο ξεχκαηνο γηα ηηο βάζεηο ησλ ηξαλδίζηνξ Darlington. Κεξακηθφο ππθλσηήο Λεηηνπξγεί ζαλ θίιηξν θαηαζηνιήο ζνξχβνπ πςειψλ ζπρλνηήησλ. Δπίζεο έρεη κεγαιχηεξε αληνρή. Αθξνδέθηεο Αθξνδέθηεο (pin headers) ηνπ θαισδίνπ ζχλδεζεο ηνπ AVR Butterfly θαη AVR Dragon. LEDS 3V, γηα ηελ έλδεημε ιεηηνπξγίαο ηνπ θηλεηήξα. [43]

45 ηαζεξνπνηεηήο Lm 317 ηαζεξνπνίεζε κε LM 317. Σν LM 317 είλαη έλαο νινθιεξσκέλνο ζηαζεξνπνηεηήο κε ηξία άθξα (είζνδν - αθξνδέθηεο ξχζκηζεο - έμνδν. Οη νινθιεξσκέλνη ξπζκηδφκελνη ζηαζεξνπνηεηέο 3 αθξνδεθηψλ, ηεο ζεηξάο LM317 (ζεηηθφο), έρνπλ ηελ δπλαηφηεηα λα δίλνπλ ζηελ έμνδν ηνπο, ηάζεηο απαιιαγκέλεο απφ δηαθπκάλζεηο, απφ 1,25V έσο 37V θαη ξεχκα 1,5Α. Απηέο νη πξνδηαγξαθέο ηζρχνπλ θάησ απφ ζπγθεθξηκέλεο ζπλζήθεο εξγαζίαο θαη κε θαηάιιειε ςήθηξα. Απηνχ ηνπ είδνπο νη ζηαζεξνπνηεηέο έρνπλ βέβαηα, πξνζηαζία απφ βξαρπθχθισκα ηεο εμφδνπ, θαζψο θαη ζεξκηθή πξνζηαζία. Η ηάζε εμφδνπ θαζνξίδεηαη απφ ηελ ζρέζε ησλ δπν αληηζηάζεσλ R1 θαη R2. H ηάζε ζηα άθξα ηεο R1 είλαη ζηαζεξή ζηα 1,25V θαη ην ξεχκα πεξίπνπ 100κΑ. Η ζρέζε πνπ καο δίλεη ηελ ηάζε εμφδνπ είλαη Vout=1.25 / [1+(R2/R1)], γηα R1=120Ω ηφηε έρνπκε R2=124[(Vout/1.25)-1]. Γηα λα παξέρεηαη επαξθήο ζηαζεξνπνίεζε, ην ειάρηζην ξεχκα πνπ ζα πξέπεη λα δεηήζνπκε απφ ηνλ ζηαζεξνπνηεηή είλαη 10 ma. Mε απηά ηα δεδνκέλα γηα ξεχκα 10 ma θαη πηψζε ηάζεο 1,25V ε αληίζηαζε R1 επηιέγεηαη ζηα 120Ω θαη παξακέλεη ζηαζεξή. Γηα λα απνθχγνπκε αλάζηξνθα ξεχκαηα, φηαλ θιείλνπκε ηελ ηξνθνδνζία ηνπνζεηνχκε κηα δίνδν D1. [44]

46 Από ηνλ δηαθόπηε ON-OFF-ON επηιέγνπκε ηελ δεμηόζηξνθε (RIGHT) θίλεζε ηνπ θηλεηήξα θαη παξαηεξνύκε ηελ επηινγή καο λα απεηθνλίδεηαη ζηελ νζόλε LCD, ελώ ζηα LEDs ν παικόο ηνπ θηλεηήξα. [45]

47 Από ηνλ δηαθόπηε ON-OFF-ON επηιέγνπκε ηελ αξηζηεξόζηξνθε (LEFT) θίλεζε ηνπ θηλεηήξα θαη παξαηεξνύκε ηελ επηινγή καο λα απεηθνλίδεηαη ζηελ νζόλε LCD, ελώ ζηα LEDs ν παικόο ηνπ θηλεηήξα. [46]

48 Από ηνλ δηαθόπηε ON-OFF-ON επηιέγνπκε ηελ παύζε (STOP) ηνπ θηλεηήξα θαη παξαηεξνύκε ηελ επηινγή καο λα απεηθνλίδεηαη θαη ζηελ νζόλε LCD. [47]

49 ΕΠΕΞΗΓΗΗ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ ΣΗ ΠΛΑΚΕΣΑ (HARDWARE) Καηά ηελ πινπνίεζε ηεο πιαθέηαο θαηαζθεπάζακε θχθισκα απφ ην νπνίν ηξνθνδνηείηαη θαη νδεγείηαη ν βεκαηηθφο θηλεηήξαο, κε 24V DC. Γηα ηελ νδήγεζε ησλ ηπιηγκάησλ ηνπ θηλεηήξα ρξεζηκνπνηήζακε ηξαλδίζηνξ ηχπνπ Darlington. Σα ηξαλδίζηνξ Darlington ζην εζσηεξηθφ ηνπο πεξηιακβάλνπλ δχν ηξαλδίζηνξ ζπλδεδεκέλα ζε ζεηξά, κε απνηέιεζκα λα έρνπλ κεγάιε ελίζρπζε ξεχκαηνο (β). Γηα ηελ πξνζηαζία ησλ ηξαλδίζηνξ απφ αηρκέο ηάζεο έρεη ηνπνζεηεζεί παξάιιεια κε θάζε πελίν θαη κία δίνδνο αλάζηξνθα πνισκέλε. Όηαλ ην ηξαλδίζηνξ κεηαβαίλεη απφ αγσγηκφηεηα ζε απνθνπή, ζην πελίν ηνπ βεκαηηθνχ θηλεηήξα εκθαλίδεηαη πςειή ηάζε. Η ηάζε απηή βξαρπθπθιψλεηαη κε ηελ ηάζε ηξνθνδνζίαο 24V κέζσ ηεο πξνζηαηεπηηθήο δηφδνπ. Δπίζεο, ρξεζηκνπνηήζεθαλ LEDs, ηα νπνία καο επηδεηθλχνπλ ηνλ παικφ ηνπ θηλεηήξα, θαη αληηζηάζεηο νη νπνίεο ιεηηνπξγνχλ ζαλ πεξηνξηζηέο ξεχκαηνο γηα ηηο βάζεηο ησλ ηξαλδίζηνξ. Γηα ηελ ηξνθνδφηεζε ηνπ θηλεηήξα, ε θνηλή ιήςε ζπλδέζεθε ζηελ ηάζε ηξνθνδνζίαο 24V, ν έλαο αθξνδέθηεο ζπλδέζεθε κε ηελ πεγή ηάζεο ελψ νη ππφινηπνη ηέζζεξηο ζπλδέζεθαλ ζηνπο ζπιιέθηεο ησλ ηξαλδίζηνξ απφ φπνπ θαη νδεγείηαη ν βεκαηηθφο θηλεηήξαο. ηε ζπλέρεηα γηα λα ηξνθνδνηήζνπκε ην AVR Butterfly κε ηελ ίδηα πεγή ηάζεο ζα έπξεπε λα θαηαζθεπάζνπκε έλα θχθισκα ην νπνίν ζα ηξνθνδνηείηαη κε 24V αιιά ζα δίλεη ηάζε εμφδνπ 3,3V. Απηφ επηηπγράλεηαη κε ηνλ ζηαζεξνπνηεηή ηάζεο LM317 ν νπνίνο είλαη έλαο νινθιεξσκέλνο ζηαζεξνπνηεηήο κε ηξία άθξα (είζνδν - αθξνδέθηεο ξχζκηζεο - έμνδν). Απηφο ν ζηαζεξνπνηεηήο κπνξεί λα δψζεη ηάζε εμφδνπ θαη ξπζκηδφκελε ηάζε απφ 1,25V έσο 37V θαη ξεχκα 1,5A. ε ζεηξά κε ηελ είζνδν ηνπ ζηαζεξνπνηεηή ρξεζηκνπνηήζεθε δίνδνο 1Ν4001 γηα πξνζηαζία απφ αλάζηξνθε ηάζε. Γηα απφδεπμε ρξεζηκνπνηήζεθαλ, δχν θεξακηθνί ππθλσηέο 1κF θαη δχν 100 nf, ε ηάζε εμφδνπ θαζνξίδεηαη απφ ηηο αληηζηάζεηο R1=120Ω θαη R2=220Ω θαη είλαη ίζε κε 3,3V. Σέινο, γηα ηνλ πξνγξακκαηηζκφ ηνπ AVR Butterfly ρξεζηκνπνηήζακε ηελ πιαηθφξκα πξνγξακκαηηζκνχ AVR Dragon, ηελ νπνία ζπλδέζακε κε ην AVR Butterfly κέζσ ηεο ζχξαο J-TAG. Γηα ηελ ζχλδεζε ρξεζηκνπνηήζεθε θαιψδην flat-cable θαη connectors IDC 2x5. Η ζχλδεζε ηνπ AVR Dragon κε ην PC γίλεηαη κέζσ ηεο ζχξαο USB ην νπνίν θαηεβάδεη απφ ην PC ηνλ θψδηθα πνπ γξάςακε, θαη ηνλ απνζεθεχεη ζηελ κλήκε ηνπ AVR Butterfly. Η ηξνθνδφηεζε ηνπ AVR Butterfly έγηλε απφ ηα pins 9 (GND) θαη 10 (VCC) ηνπ PORTB (J400). Γηα ηελ επηινγή ηεο θνξάο πεξηζηξνθήο ηνπ θηλεηήξα, ρξεζηκνπνηήζακε έλα δηαθφπηε ON-OFF-ON ν νπνίνο ζπλδέζεθε ζηελ ζχξα J405 ηνπ AVR Butterfly ε νπνία ρξεζηκνπνηείηαη ζαλ είζνδφο GPIO (General Purpose Input - Ouput). Δλψ ζαλ έμνδνο ρξεζηκνπνηείηαη ε ζχξα J400 απφ ηα pins 2 (PORTB1,x), 3 (PORTB2,x ), 4 (PORTB3,y), 5 (PORTB4,y ) ηα νπνία θαη νδεγνχλ ην βεκαηηθφ θηλεηήξα κε ηε βνήζεηα PNP Transistor Q11, Q21, Q31, Q41. Σα Transistor απηά είλαη πνισκέλα ζηνλ θφξν φηαλ ηα pins ηνπ PORTB είλαη Low. [48]