مقدمه:
امروزه استفاده از صفحه نمایش های پیام متحرک کاملا رایج است. آنها با صورتها و ویژگی های گوناگون وارد بازار می شوند. بیشتر آنها متکی به میکروپروسسور هستند و در این موارد استثنایی وجود ندارد. این تابلوهای نویسنده ی روان و صفحه نمایش در اکثر خیابانها و بر روی سر در بیشتر مغازه ها برای تبلیغ یک آگهی، جنس و کالا وجود دارد یا بر سر چهار راه ها، برای هشدار دادن به رانندگان قرار گرفته اند.
هدف از ارائه این تحقیق طراحی تابلوی نویسنده ای است با حداقل قطعات و کمترین هزینه و ساده ترین نقشه، که بیشترین کارایی را داشته باشد.
در ابتدای مطلب سعی می کنیم اصول کار برای طراحی یک تابلوی نورانی و روشهای مختلف آن را بررسی کرده و در ادامه کار مدار فوق را شرح دهیم.
در این مدار از یک میکروپروسسور 8051 یا 8952 استفاده شده است و از 208 قطعه LED به رنگ قرمز استفاده شده است. همچنین از یک آی سی 4051 یک رگلاتور 7805 استفاده شده است 8 قطعه ترانزیستور به عنوان کلیدهایی که می توانند باز و بسته شوند در نظر گرفته شده است و همچنین از 6 کلید برای نوشتن در تابلو استفاده می شود.
در مدار تابلو ی نویسنده ی روان، از روش جاروب (SCAN) استفاده شده است و این کار همزمان با جاروب سطرها صورت می گیرد و اطلاعات صفحه کلید از طریق پین 13 به آی سی میکروکنترلر منتقل می گردد.
یک عدد آی سی EEPRAM به شماره ی AT24CO3 استفاده شده است به طوری که با قطع برق حافظه ای آن پاک نمی شود و به هر مدت که بخواهید، باقی می ماند.
تابلوی نویسنده روان با آی سی میکروکنترلر 8051، 8259
همراه کلیدهای تایپ و پاک کردن کلمات دلخواه
تشریح عملکرد مدار با زبان ساده
1- بخش اصلی مدار یا تابلوی LED ها:
همان طوری که در تصاویر چاپ شده مشاهده می کنید به غیر از قسمت نویسنده نورانی که شامل تعداد زیادی LED می باشد، بقیه مدار بسیار ساده بوده و از تعداد معدودی قطعات متعارف تشکیل شده است.
بخش اصلی مدار، یعنی تابلوی نویسنده از 8 ستون عمودی و 6 ردیف افقی تشکیل شده است که در مجموع تعداد 208 عدد LED را شامل می شود.
تغذیه پایه منفی این LED ها را آسی میکروا 895 به عهده دارد و جریان پایه های مثبت آنها از پایه ی کلکتور هشت عدد ترانزیستور تامین می شود که خود این تزانزیستور ها هم توسط آی سی 4051 که در واقع به مشابه هشت عدد سوئچ عمل می کند، تغذیه و بایاس می شوند.
در روی فیبر نوری 26 خط عمودی پایه های منفیLED ها را مستقیما به آی سی میکرووصل کرده اند و احتیاجی به سیم کشی جداگانه وجود ندارد.
ردیف پایه های مثبت LED ها به ترتیب با حروف H, J, F, E, D, C, B, A مشخص شده اند که از این هشت ردیف دو ردیف اول و آخر یعنی ردیف A و ردیف H از طریق مدار چاپی مستقیما به ترانزیستور وصل شده اند واحتیاجی به کار اضافی ندارند.
در لحیم کاری LED ها دقت بالایی باید به کار رود. البته مطلب بسیار مهمی که در لحیم کاری LED ها باید به آن توجه شود. هم ردیف هم قد، هم فاصله وعمود بودن همه ی آنها می باشد که کوچکترین بی دقتی و بی حوصلگی در این مورد باعث نامنظم شدن ردیف ها شده و تناسب حروف و کلمات و جملات نوشته شده را بر هم خواهد زد و بسیار ناموزون و بد شکل دیده خواهند شد در این کار، می توان به جای LED ها از لامپ نیز استفاده کرد و تابلویی در ابعاد چند متر ساخت.
در این تصویر دو طرف مداری که برای دیودهای نورانی کوچک طراحی شده است، را مشاهده می کنید.
2 - قسمت ترانزیستور ها و آی سی 4051
8 عدد ترانزیستور 328 BC مثبت، تامین جریان مثبت LED ها را به عهده دارند که جریان بایاس پایه بیس آنها از طریق IC 4051 تامین می شود.
Ic فوق در واقع یک کلید سلکتور هشت حالته می باشد که فرامین باز و بسته کردن این کلید ها از طریق آی سی میکرو به آن می رسد و مادامی که فرمانی به آن نرسد، خروجی های آن خاموش بوده و ترانزیستورها نیز بایاس نخواهند شد و در نتیجه جریان به LED ها نرسیده آنها نیز خاموش خواهند ماند.
3-بخش هوشمند یا مغز و پردازنده و برنامه ریز مدار:
این بخش شامل آی سی میکروکنترولر 8951، 8952 که شامل ده ها صفحه کاتالوگ و مشخصات فنی بوده و یک مغز متفرک الکترونیکی است که با چند قطعه دور و بر خود تمام برنامه های این مدار انجام می دهد و توضیح تمامی عملکرد آن در این مقال نمی گنجد.
4- بخش تغذیه مدار:
تمامی مدار با ولتاژ DC 9-12 تغذیه می شود که توسط یک ترانس Ma 500-5/7 که به محل تغذیه وصل خواهد شد، مدار به راحتی کار خواهد کرد.
برای تثبیت ولتاژ در مدار، یک عدد رگلاتور 5 ولت در نظر گرفته شده است که با توجه به جریان کمی که مدار مصرف خواهد شد، مدار به راحتی کار خواهد کرد.
برای تثبیت ولتاژ در مدار، یک عدد رگلاتور 5 ولت در نظر گرفته شده است که با توجه به جریان کمی که مدار مصرف می کند، جریان را به خوبی تامین کرده و به راحتی کار می کند و برای اطمینان از عملکرد دائم آن در دراز مدت بهتر است زیر آن یک رادیاتور گذاشته شود.
برای اینکه، با قطع برق مطالب نوشته شده پاک نشود و قابل دیدن دوباره باشد از یک باطری قابل شارژ 6/3 ولت در مدار استفاده می کنیم. این باطری موقع کار عادی مدار به آرامی شارژ شده وجریان ولتاژ آن با دیود محدود می شود و اگر برای یک لحظه برق قطع شود، جریان لازم برای کار آی سی میکرو را برای مدت کوتاهی تامین نکرده نمی گذارد محتویات آن پاک شود.
5- بخش key bord و تحریر و تعویض حروف و کلمات:
در این مدار از 6 عدد کلیه فشاری برای نوشتن و پاک کردن و حرکت دادن و انتخاب حروف و غیره استفاده شده است که به غیر از کلید شماره ی 6 (k6) که برای Reset یا پاک کردن کامل صفحه تابلو از تمامی جملات و کلمات نوشته شده می باشد و کار دیگری انجام نمی دهد، کار سایر کلیدها توضیح داده می شود.
به جای اینکه کلید ها روی فیبر مدارهای طراحی شوند، خارج از آن و در یک جعبه کوچک جاسازی می شوند که توسط سیم ارتباطی رنگی چند رشته و به وسیله یک کانکتور به مدار وصل می شوند که این روش دیگر قرار دادن کلید ها است. که توسط تصاویر زیر نمایش داده شده است. توضیح کلیدهای قرار گرفته بر روی بورد:
الف: کلید شماره ی یک (k1) باعلامت Down+slow
این کلید دو کار مختلف انجام می دهد اول با هر بار فشار آن حروف الفبای فارسی و اعداد و علایم از اول تا آخر (Down) روی صفحه ظاهر شده آماده نوشتن می شود.
دوم، بعد از نوشتن کلمات و جملات دلخواه خود در مرحله ی نهایی که تابلو را روان خواهید ساخت یعنی کلمات به ترتیب از سمت چپ به طرف راست شروع به حرکت خواهند کرد. با هر بار فشار این کلید می توانید حرکت (sweep) جملات را آرام تر (slow) بکنید. خلاصه مطلب: k1 برای انتخاب حروف الفبا از اول به آخر و آهسته کردن حرکت تابلوی روان می باشد.
ب) کلید شماره ی 5 (k5) با علامت up+Fast:
با هر بار فشار دادن این کلید حروف الفبای فارسی از آخر ظاهر می شوند. کار دوم این کلید بعد از اتمام نوشتن کلمات وجملات دلخواه و روان ساختن تابلو (sweep)، سرعت دادن به حرکت آنها می باشد. یعنی با هر بار فشار این کلید سرعت حرکت بیشتر خواهد شد.
خلاصه مطلب: (k5) برای انتخاب حروف الفبا از آخر به اول و سریعتر کردن حرکت تابلوی روان می باشد.
ج: کلید شماره 4(k4) با علامت: (sh) shift:
موقع انتخاب حروف الفبا، با کلیدهای شماره 1 و 5، فقط حروف بزرگ ظاهر می شوند. اما برای انتخاب حروف کوچک بعد از آن که حرف بزرگ مورد نظر از الفبای فارسی ظاهر شد، کلید شماره ی 4 را فشار خواهید داد، در این صورت حرف کوچک مربوط به همان حرف بزرگ ظاهر خواهد شد.
خلاصه مطلب: کلید شماره ی 4 یا (sh) برای انتخاب حروف کوچک الفبا می باشد.
د: کلید شماره ی 3 (k3) با علامت Enter
با انتخاب هر حرف بزرگ یا کوچک دلخواه که باید به هم چسبیده و کلمه را بسازد باید یک بار کلید شماره ی 3 را فشار دهید تا آن حرف در حافظه ثبت شده، پاک نشود، والا بدون وجود این کلید شما هر قدر کلیدها را فشار دهید حروف به طور دائم پشت سر هم ظاهر و محو خواهند شد.
کلید شماره ی 3 یا Enter، علاوه بر ثبت و ضبط انتخابی و چسباندن آنها به همدیگر جهت تشکیل کلمه و جمله، دو وظیفه مهم دیگر به عهده دارد و آن اینک:
اول: با فشار مجدد آن حرف انتخابی جلو رفته و فاصله ایجاد می کند.
دوم: به کلمه آن و کلید shift می توان حرف یا حروف با کلمات اشتباهی را پاک کرد. برای این منظور با فشار کلید شیفت یک مثلث ظاهر خواهد شد که بعد از آن Enter را فشار دهید آخرین حرف انتخابی پاک خواهد شد و با ادامه این کار حروف به ترتیب پاک شده می توان حرف دیگری را جایگزین کرد.
و: کلید شماره ی 2 (k2) با علامت ) RUN(R
این کلید آخرین کلیدی است که بعد از انجام انواع عملیات تحریر و انتخاب کلمات و تشکیل جملات مورد نظر از طرف چپ تابلو شروع به حرکت می کنند که سرعت حرکت آنها را می توان با فشار کلید های (k1) و (k5) تنظیم کرد. در ضمن با فشار مجدد این کلید، تابلوی روان را می توان بی حرکت نگاه داشت و در صورت لزوم کلمه وجملاتی را اضافه کرد.
الف- نحوه نمایش علامت، نماد یا حرف الفبا در یک تابلو نورانی بطور ثابت
به عنوان مثال یک ماتریس 3×3 از دیودهای نورانی را در نظر می گیریم. این ماتریس دارای سه ستون و هر کدام شامل سه عدد دیود نورانی می باشد. حال می خواهیم به فرض علامت را توسط این ماتریس نشان دهیم. برای اینکار باید دیودهای شماره 2، 6، 5 و 8 روشن شده و بقیه خاموش نگاه داشته شوند (شکل 1)
برای این منظور می توان از مدار ساده ای که در (شکل 2) آن را مشاهده می کنید، استفاده کرد.
برای نشان داده علامت کلید های s2، s6، s5، s8 بسته، و بقیه باز خواهند ماند که در نتیجه دیودهای نورانی شماره 2، 6، 5 و 8 روشن وبقیه خاموش می مانند.
اگر بخواهیم علامت را به این صورت نشان دهیم، کافیست LED شماره 6 خاموش شده و در عوض LED شماره 4 روشن شود.
در عمل، به جای کلیدهای s1 تا s9، می توان از خاصیت سویچینگ ترانزیستور ها استفاده کرد که با اعمال ولتاژ اندکی به نقطه A، ترانزیستور هادی شده و مثل یک کلید بسته عمل کرده جریان را هدایت خواهد کرد.
ب- روش جاروب کردن LED ها (SCAN) به صورت تک به تک
هر گاه LED رادر هر ثانیه 25 بار روشن و خاموش کنیم، بر طبق اصول ثبت تصاویر در شبکه بینائی، این LED همواره روشن دیده خواهد شد (اصول عملکرد سینما و تلویزیون و غیره....)
بنابراین در ماتریس 3×3 دیودی که قبلا شرح داده شد، می توان برای نشان داده علامت به ترتیب دیودهای 2، 5، 6 و 9 را به نحوی روشن و خاموش کرد که اول دیود نوری شماره 2 روشن شده و به فاصله کوتاهی خاموش و بالافاصله دیود نوری شماره 5 روشن و به فاصله کوتاهی خاموش شود و همین طور دیود نورانی های 6 و 8 حال اگر با این عمل طوری انجام گیرد که زمان روشن و خاموش شدن یا سوئچ هر LED کمتر یا مساوی 25/1 ثانیه باشد، هر چهار دیود همواره روشن دیده خواهند شده در حالی که می دانیم هر یک از دیودها در هر ثانیه 25 بار روشن و خاموش شده اند.
با توجه به اینکه در این مدار تعداد کل دیودهای نورانی 9 عدد می باشد، و لذا فرکانس کل مدار برابر خواهد بود با:
(فرکانش سویچ هر دیود) Fd× (تعداد کل دیودها) N = (فرکانس جاروب کل دیودها) FS
پس:
مداری همچنین بتواند چنین عملی را انجام دهد، باید مانند (شکل 4) باشد.
در این مدار مقدار مقاومت های R1 تا R3 برابر بوده و برای محدود کردن جریان مصرفی دیودهای جریان مصرفی دیودهای نورانی بکار رفته اند.
کلید هایS1 الی S6 سویچ های ترانزیستوری هستندکه به صورت ساده به شکل کلید نشان داده شده اند.
حال اگر بخواهیم ابتدا دیود نورانی D2 را روشن کنیم، کافی است کلیدهای S2 و S4 همزمان باهم بسته شوند.
در ادامه کار برای خاموش کردن LED دوم، طبیعی است که S2 و S4 باز خواهند شد واگر بخواهیم LED5 روشن شود، باید S2 و S5 بسته شوند و همین طور الا آخر تا اینکه دیودهای نورانی شماره 2، 5، 6 و 8 یکی پس از دیگری در مدار قرار گیرند.
اگر فرکانس جاروب کلی صفحه بالاتر از 25Hz باشد، شکل همواره روشن دیده خواهد شد.
ج- نحوه نمایش با روش جاروب کردن LED ها به صورت ستونی ویا سطری
با توجه به زمان اندکی که LED ها روشن می ماند، مقدار روشنائی کل صفحه پائین آمده و در محیط های روشن چندان قابل رویت نمی باشد. برای کاهش روشنائی صفحه، می توان جریان مصرفی LED را بالا برد که این عمل تا حد معینی قابل اجرا می باشد و محدود است. اما، به جای جاروب یک به یک LED ها، می توان این عمل را ستون به ستون انجام داد.
به عنوان مثال در مورد همان علامت ، ابتدا کلید S1 وصل و کلیدهای S4، S5 و S6 باز خواهند ماند. یعنی ستون اول کاملا خاموش است
حال اگر کلید S1 باز شده و کلید S2 همزمان با S4، S5 و S6 بسته شوند، طبیعی است که ستون دوم روشن خواهد شد. در ادامه کار اگر کلید S2 باز شده و کلید S3 و S5 بسته شوند. فقط LED شماره 6 روشن خواهد شد.
اگر فرکانس سویچ هر ستون را بیشتر یا مساوی 25 Hz بگیریم، علامت پیوسته روشن دیده شده و فرکانس جاروب به صورت زیر خواهد شد:
ملاحظه می شود که فرکانس جاروب کل مدار به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافته و به کمتر از 3/1 رسیده است.
د- روش شیفت دادن (shift)
روش متداول دیگری نیز که بکار می رود، استفاده از آی سی های شیفت رجستر است که معمولا به صورت 8 بیتی عمل می کنند. در این روش هر ستون از دیودهای نورانی، توسط خروجی 8 بیتی یک آی سی شیفت رجستر تغذیه می شود و در واقع آی سی های شیفت رجستر یک حافظه 8 بیتی هستند.
در ابتدا با اعمال پالس ساعت، اطلاعات هشت بیتی A0 وارد رجستر شماره 1 شده و در عین حال اطلاعات A1 وارد رجستر 2 می شود و این عمل را همین طور تا N رجستر می توان ادامه داد.