זרם חשמלי

זרם חשמלי

תחילה נבין מהו זרם, ולאחר מכן נבין מהו זרם חשמלי.

h פרמטרים

h פרמטרים

את המעגל החשמלי של טרנזיסטור ביפולרי ניתן להמיר למעגל פשוט אשר ישמר ויציג באופן מקורב את התכונות החיוניות שלו. כך שבאמצעות אותו מעגל תמורה ניתן יהיה בקלות לנתח תכונות אלה של הטרנזיסטור. מעגל התמורה יכלול מעגל המציג את הטרנזיסטור כיחידה בעלת מבוא, תכונות, ומוצא.

נציג את כניסות ויציאות הטרנזיסטור באמצעות ארבעה משתנים.

נשים לב שלא אכפת לנו בשלב זה מהו המבנה הפנימי של הטרנזיסטור ולא ההתנהגות הדינמית שלו. מה שמעניין אותנו כרגע זה אך ורק מהו אות הכניסה מבחינת זרם ומתח, ועוד מה שמעניין אותנו זהו אות המוצא מבחינת זרם ומתח.

h פרמטרים - Hybrid parameters. 

ניקח את זרם הכניסה i1 ומתח המוצא Vout כמשתנים בלתי תלויים, ובאמצעותם נציג את זרם המוצא i2 ומתח הכניסה Vin.

התנגדות חשמלית

התנגדות חשמלית

ההתנגדות החשמלית היא בעצם תכונה של החומר המתארת עד כמה מתנגד החומר למעבר זרם חשמלי דרכו. ההתנגדות החשמלית נמדדת ביחידות אוהם Ω, בנוסחאות מיוצגת ההתנגדות באמצעות האות R.

נגד - הוא רכיב פסיבי אשר מתנגד לזרם, התנגדות הנגד הינה קבועה (לכן נחשב הנגד לרכיב פסיבי) והיא זו שקובעת את ערך הזרם הזורם דרך הנגד. בנגד מתרחשת המרת אנרגיה חשמלית לחום.

חוק אוהם מראה את הקשר בין המתח, הזרם וההתנגדות.

כל חומר מתנגד לזרימת זרם דרכו, גם לחומר מוליך ישנו ערך התנגדות לזרם אך נשים לב שחומר אשר המוליכות שלו גבוהה מהתנגדותו נחשב למוליך, לעומתו חומר אשר ערך ההתנגדות שלו גבוה מערך המוליכות נחשב לנגד. במילים אחרות ניתן לומר שמוליכות חשמלית והתנגדות חשמלית הנן בעצם שתי תכונות שלמעשה קיימות בכל חומר.

הגורמים העיקריים הקובעים את ערך ההתנגדות של הנגד.

1) 

מיצב מתח.

מיצב מתח

איור 1 - דרגות ספק המתח. ממתח חילופין, למתח ישר מיוצב.

בפרק זה נדבר רק על מייצב המתח שבעצם מהווה דרגה אחרונה של ספק המתח. אך תחילה נזכר בארכיטקטורת הספק.

1) כפי שניתן לראות במבואו מקבל הספק מתח חילופין באמפליטודה גבוהה, מתח זה נכנס לשנאי אשר במוצאו נותן את אותו אות רק באמפליטודה נמוכה יותר, זוהי הדרגה הראשונה של ספק המתח.

2) אות זה נכנס לדרגה השניה בספק שהיא המיישר, דרגה זו הופכת את חצי המחזור השלילי (חצי המחזור שנמצא מתחת לקו האפס) לחצי מחזור חיובי.

3) אות חילופין מיושר מתקבל במוצא המיישר ונכנס למסנן אשר לוקח את חצאי המחזור ומרימם מעל לקו האפס, כך שנשאר לנו אות חיובי ברמת מתח גלי מעל האפס.

שימו לב בכל ההסבר עד כה לא נגענו בערכי האות אלא בצורתו בלבד.

וכעת למייצב.

המטרה של המייצב היא לקחת את האות החיובי בעל הגליות וליישר אותו כך שבכל רגע ורגע שנדגום את רמת המתח נקבל את אותה תוצאה.

לדוגמא : אם נדגום את המתח פעם אחר פעם לפני המייצב, אזיי  עבור מתח שאינו מיוצב ברמה של 5v, נקבל תוצאה שנעה בין הערכים 4.8v ל 5.2v (ערכי דוגמא בלבד, ללא חישוב).

כיצד המייצב עושה זאת?

באיור 2 נתון מעגל טיפוסי של מייצב מתח.

איור 2 - דרגת המייצב.

גורמי היציבות -

1) גורם יציבות לשינויים בזרם העומס.

2) גורם יציבות לשינויים במתח הכניסה.

הרי השינוי שאנו מבקשים במתח המוצא, שואף לאפס, נכון?

אז שימו לב שאם Sv שווה אפס, וגם R out שווה אפס, אזיי אין שינוי במתח המוצא.

מבנה החומר

חשמל

מבנה החומר

כל חומר באשר הוא, מורכב מאטומים. אטום הוא למעשה יחידת החומר הקטנה ביותר, אם ניקח ליד אטום של ברזל, יהיה בידנו חלקיק קטן מאוד שלא ניתן לראותו בעין בלתי מזוינת אך עדין ניתן יהיה לומר כי בידנו יש ברזל. אותו דבר לגבי כל חומר וחומר.

אם ניקח את האטום הזה ונבקע אותו אזי כבר לא יהיה בידנו ברזל, אמנם יהיה חומר אך תכונותיו אינן תכונות של ברזל, מה שמוביל למסקנה אחת ויחידה, אטום הוא יחידת החומר הקטנה ביותר או במילים אחרות, אטום הוא החלקיק הקטן ביותר ששומר על תכונות החומר ממנו הוא נלקח.

אז ממה מורכב אטום? ובכן אטום (בגדול) מורכב מאלקטרונים ופרוטונים (מטען שלילי ומטען חיובי), מבלי להיכנס לדקויות של מורכבות האטום וזאת היות ואנו מתעניינים רק במטען החשמלי שמרכיב את האטום.

נשים לב לנקודות העיקריות הבאות:

1. בכל אטום מס' האלקטרונים זהה במדויק למס' הפרוטונים.
2. לכל חומר מס' שונה של אלקטרונים ופרוטונים.
3. הפרוטונים סטטיים ומהווים את גרעין האטום וסביבם נעים האלקטרונים במסלולים (גם המסלולים שונים מחומר לחומר).
4. פרוטון הוא מטען חיובי ואילו אלקטרון הוא מטען שלילי.
5. האטום מורכב גם מניוטרונים אך אלה מחוסרי מטען חשמלי ולכן לא נעסוק בהם.
6. קיימים כוחות משיכה בין מטען חיובי למטען שליל.
7. קיימים כוחות דחייה בין מטען חיובי למטען חיובי. ובין מטען שלילי למטען שלילי.

איור 1 - החומר מורכב מאטומים המורכבים ממטען חיובי ושלילי.

מיקרו בקר AT89S52

AT89S52

הקדמה קצרה

מיקרו בקר AT89S52, הינו מיקרו בקר מבית ATMEL, מבוסס על ארכיטקטורת המיקרובקר הוותיק 8031 של INTEL.
ניתן לרכוש מיקרו בקר זה כרכיב בודד, עם זאת קיימים בשוק החופשי כיום עשרות לוחות פיתוח ולוחות תרגול המתאימים למיקרו בקר זה.
את קוד ההפעלה בדרך כלל כותבים בשפת C, ולאחר הידור הקוד והפקת קובץ hex, צורבים את הקובץ ל ROM באמצעות פרוטוקול תקשורת ISP ישנם כמה קומפיילרים באמצעותם ניתן לכתוב את הקוד, אני רגיל לתוכנת μ vision של חברת KIEL , תוכנה זו עוצמתית במיוחד לצד זה שהיא חינמית. מומלץ לעבוד איתה מה גם שהיא מתאימה לכל מערכות ההפעלה הקיימות.לשם צריבת הקוד ל ROM קימות מס' תוכנות אף הן חינמיות אך העדפת תוכנה על פני אחרת הינה בתלות בסוג הצורב הקיים ברשותכם.

אז מה זה מיקרו בקר?

כדי לענות על שאלה זו אסביר תחילה מהו מעבד. ובכן, מעבד זוהי יחידת  ALU - Aritmetic Logic Unit, זוהי למעשה יחידת העיבוד המרכזית של כל מערכת ממוחשבת באשר היא, יחידה זו כשמה כן היא, יודעת לבצע עיבוד של מידע לוגי או חשבוני.

יחידת ALU הזעירה ביותר הינה יחידת ALU לשתי סיביות אשר על פי מבוא בקרה יודעת להחליט איזה עיבוד לבצע במידע המוצג על רגלי ה DATA. אין זו יחידה מעשית אך לצורך ההסבר אציג אותה כאן.

איור 1 יחידת ALU בסיסית.

יחידת ALU באשר היא, מתנהגת באותו אופן תמיד. הפעולה היחידה שהיא מבצעת היא חישוב לוגי או חשבונית בהתאם לצורך וזהו.
וכאן נכנסות עוד יחידות לתמונה. מהן יחידות בסיסיות ( חובה ) ומהן יחידות אשר מקלות את העבודה והסיבה לקיומן הינה ארכיטקטורה בלבד.

1) בקר פסיקות. בכדי שאפשר יהיה לקלוט נתונים מבלי להפריע את עבודת העיבוד.
2) זמנן ( TIMER ). לצורך תזמון כלל פעולות המערכת.
3) זיכרון קשיח. שמירת נתונים קשיחה, שמירת תוכנה מבצעת.
4) זיכרון נדיף. שמירת נתונים זמנית, בין אם עברו עיבוד ובין אם לא.
5) יחידת תקשורת טורית. פלט וקלט של נתונים.
6) יחידת תקשורת מקבילית. פלט וקלט של נתונים.

איור 2 תכולה של מיקרו בקר

להלן קישור לאתר מעולה המסביר את אופן פעולתו והארכיטקטורה של המיקרו 8052, כמובן שהמיקרו בקר AT89S52 בנוי באותה ארכיטקטורה. האתר מסביר בפירוט רב את תפעול המיקרו בקר ברמת הרגיסטרים ומיעון סיביות כולל כל השמות המנמונים שלהם. למעבר לאתר לחץ כאן.

להורדת תוכנת μ vision לחץ כאן.

כדי להתחיל ולעבוד עם המיקרו בקר שלנו נצטרך לבנות מעגל הפעלה, את המיקרובקר נמקם בתוך מעגל ההפעלה. בתוכנת
μ vision נכתוב את הקוד בשפת C. ולאחר שהפקנו קובץ hex נצרוב אות לתוך זיכרון ה ROM של המיקרו בקר.

להלן שרטוט מעגל הפעלה למיקרו בקר AT89S52 הכולל :

1. מעגל תנודות.
2. מעגל RESET.
3. מעגל אספקת מתח.

איור 3 - מעגל הפעלה למיקרו בקר AT89S52.

איור 4 - מעגל אספקת מתח למיקרו בקר.

באיור 3 אנו רואים את חיבור מעגל התנודות הכולל גביש שמחובר במקביל לרגליים 18 ,  19 של המיקרו בקר, בין כל רגל של הגביש לבין האדמה מחובר קבל וזה לטובת סינון רעשי סביבה.
בנוסף יש את מעגל ה RESET הכולל קבל שמחובר בין מתח בטור לנגד, הנגד מחובר בטור לאדמה נקודת המפגש בין הקבל לנגד מחובר לרגל 9 של המיקרובקר ובמקביל לקבל מחובר לחצן RESET.

איור 4 מתאר את מעגל אספקת המתח, מדובר במיצב מתח מסדרת 78XX (במקרה שלנו 7805), אשר מקבל במבואו אספקת מתח בתחום שבין 6v ל 30v, במוצאו נקבל 5v מיוצב. שתי פעולות אם כן, 1) ייצוב המתח. 2) מתח מוצא קבוע של 5v בכל מקרה של מתח המשתנה בתחום שבין 6v ל 30v במבוא.


להלן (איור 5) לוח מינימלי של המיקרובקר AT89S52 טיפוסי' הכולל בתוכו את שלשת המעגלים המתוארים באיורים 3,4 לציין כי קיים בנוסף גם את מעגל הצריבה המבוסס פרוטוקול תקשורת SPI. אליו מתחבר הצורב (איור 6).

איור 5 - לוח מינימלי AT89S52

איור 6 - צורב, מותאם ללוח מאיור 5.

על הלוח הנ"ל ניתן לראות את כל הפינים המיצגים את יציאות\כניסות של המיקרובקר ובעצם מדובר ברגלי I/O . שמות הרגליים הנ"ל רשומים בצמוד לכל רגל, לדוגמא אם ניקח את PORT 1, זהו מקבץ של 8 רגלי I/O אשר נקראות בתוכנה P1 (נא לשים לב ל UPERCASE \ lowercase).

לכל PORT שני שורות מקבילות כדי שניתן יהיה לחבר יותר ממערכת אחת על כל PORT.