مدار رابط ورودی

رابط ورودی به سنسورها (مبدل های ورودی) اجازه می دهد تا با رایانه های شخصی و میکروکنترلرها ارتباط برقرار کنند.

Interfacing روشی است که یک دستگاه را به هم متصل می‌کند.

به خصوص یک کامپیوتر یا میکرو کنترلر که به ما اجازه می‌دهد تا خروجی و پیکربندی ورودی دو ابزار الکترونیکی را طراحی و یا تطبیق دهیم تا آن‌ها بتوانند با هم کار کنند.

اما رابط کاربری چیزی فراتر از استفاده از برنامه نرم افزاری رایانه ها و پردازنده ها برای کنترل چیزی است.

در‌حالی که رابط رایانه از درگاه های ورودی و خروجی یک جهته و دو‌طرفه برای هدایت‌دستگاه های مختلف‌جانبی استفاده می‌کند‌،

می توان از بسیاری از مدارهای الکترونیکی ساده برای ارتباط با دنیای واقعی استفاده کرد

یا با استفاده از سوئیچ های مکانیکی به عنوان ورودی ، یا از LED های منفرد به عنوان خروجی.

برای اینکه یک مدار الکترونیکی یا میکرو الکترونیکی مفید و موثر باشد ، باید با چیزی ارتباط برقرار کند.

مدار رابط ورودی

مدارهای رابط ورودی مدارهای‌الکترونیکی مانند‌op-amps ، logical gates و غیره را بهم‌متصل می کنند.

به دنیای خارج که توانایی های خود را گسترش می دهد.

مدارهای الکترونیکی از سنسورها یا سوئیچ ها به عنوان اطلاعات ورودی یا کنترل لامپ ها‌، رله ها یا محرک ها برای کنترل خروجی‌، سیگنال ها را تقویت‌، بافر یا پردازش می‌کنند.

در هر صورت ، مدارهای رابط ورودی ولتاژ و جریان خروجی یک مدار را به معادل مدار دیگر تبدیل می‌کنند.

سنسورهای ورودی، ورودی را برای اطلاعات در مورد محیط فراهم می‌کنند.

کمیت‌های فیزیکی مثل دما، فشار یا موقعیت که به آرامی یا به طور مداوم با زمان تغییر می‌کنند را می توان با استفاده از سنسورهای مختلف و وسایل سوئیچینگ که سیگنال خروجی نسبت به کمیت فیزیکی اندازه‌گیری می‌شود، اندازه‌گیری کرد.

بسیاری از سنسورهایی که می‌توانیم در مدارها و پروژه های الکترونیکی خود استفاده کنیم از این نظر مقاومت می‌کنند که مقاومت آنها با مقدار اندازه‌گیری شده تغییر می‌کند.

به عنوان مثال‌، ترمیستورها ، فشار سنجها یا مقاومت های وابسته به نور (LDR).

این دستگاه ها همه به عنوان دستگاه های ورودی طبقه بندی می شوند.

مدارهای رابط ورودی

ساده‌ترین و متداول‌ترین نوع دستگاه واسط وارد کردن کلید فشار است.

• سوییچ ‌های ON خاموش
• سوییچ ‌های دکمه فشار
• سوئیچ‌ های rocker
• سوییچ‌ های کلید و سوئیچ‌های نی

و غیره همگی به خاطر هزینه کم و سهولت اتصال ورودی به هر مدار، همگی به‌عنوان وسایل ورودی محبوب هستند.

همچنین اپراتور می‌تواند حالت ورودی را به سادگی با راه‌اندازی یک سوییچ، فشار دادن دکمه یا حرکت آهن‌ربا بر روی یک سوییچ نی تغییر دهد.

رابط ورودی با یک تک سوئیچ

کلیدها و دکمه های فشار دکمه هایی مکانیکی هستند که دارای دو یا چند مجموعه تماس الکتریکی هستند.

وقتی سوئیچ‌باز‌است یا قطع می شود‌، مخاطبین مدار‌باز هستند و وقتی سوئیچ بسته‌است یا کار‌می‌کند این تماس‌ها با هم‌کوتاه می‌شوند.

متداول ترین روش ورودی رابط سوئیچ (یا دکمه فشار) به یک مدار الکترونیکی از طریق یک مقاومت کششی به ولتاژ تغذیه است که نشان داده شده است.

وقتی سوئیچ باز است ، 5 ولت یا یک منطق “1” به عنوان سیگنال خروجی داده می شود.

وقتی سوئیچ بسته می شود‌، خروجی زمین می شود و 0v‌، یا منطق “0” به عنوان خروجی داده می‌شود.

سپس بسته به موقعیت سوئیچ ، یک خروجی “زیاد” یا “کم” تولید می شود.

یک مقاومت کششی برای نگه داشتن سطح ولتاژ خروجی در مقدار مورد نیاز (در این مثال ، 5 ولت) در هنگام باز بودن سوئیچ و همچنین جلوگیری از کوتاه شدن منبع تغذیه هنگام بسته شدن ، ضروری است.

اندازه مقاومت کششی به باز بودن سوئیچ به جریان مدار بستگی دارد.

به عنوان مثال ، با سوئیچ باز ، جریان از طریق مقاومت به ترمینال VOUT پایین می رود و از قانون اهم این جریان باعث می شود که افت ولتاژ در مقاومت ظاهر شود.

اگر فرض کنیم که یک گیت منطقی دیجیتال TTL به یک جریان ورودی “HIGH” 60 میکرو آمپر (60uA) نیاز دارد‌،

این باعث افت ولتاژ در مقاومت می شود:

60uA x 10kΩ = 0.6V

ولتاژ ورودی “HIGH” تولید می‌کند 5.0 – 0.6 = 4.4V که کاملاً در مشخصات ورودی یک‌گیت استاندارد دیجیتال TTL است.

یک سوییچ یا دکمه فشاری نیز می‌تواند به حالت “بالا” متصل باشد که در آن سوییچ و مقاومت معکوس می‌شوند تا سوئیچ بین ولتاژ تغذیه + ۵ V و خروجی متصل شود.

مقاومت، که امروزه به عنوان مقاومت به پایین شناخته می‌شود، بین خروجی و زمین ۰ V متصل می‌شود.

در این پیکربندی زمانی که کلید باز باشد، سیگنال خروجی، VOUT در ۰ v، یا منطق “۰” قرار می‌گیرد.

هنگامی که این جادوگر عمل می‌کند، خروجی به ولتاژ و ولتاژ تغذیه +۵ ولت می‌رود “۱”.

بر خلاف مقاومت کششی که برای محدود کردن جریان استفاده می شود ، هدف اصلی مقاومت کششی این است که ترمینال خروجی را حفظ نکند ، VOUT با اتصال آن به 0v یا زمین از شناور خارج شود.

در نتیجه می توان از مقاومت بسیار کوچکتری استفاده کرد زیرا افت ولتاژ روی آن معمولاً بسیار کم خواهد بود.

با این‌حال‌،‌استفاده از مقدار مقاومت کششی خیلی‌کوچک منجر به جریان‌زیاد و اتلاف قدرت زیاد در‌مقاومت هنگام بسته‌شدن یا کارکردن‌سوئیچ می‌شود.

رابط ورودی سوئیچ DIP

همچنین می توان با فشار دادن دکمه های جداگانه و سوئیچ های چرخان به مدار واسط ، می توان چندین کلید را به صورت صفحه کلید و سوئیچ DIP با هم وصل کرد.

سوئیچ‌های DIP یا Dual-in-line Package سوئیچ های جداگانه‌ای هستند که به‌صورت چهار یا هشت سوئیچ در یک‌بسته واحد قرار می‌گیرند.

این اجازه می‌دهد تا سوئیچ های DIP در سوکت‌های‌استاندارد IC قرار‌گیرند یا مستقیماً روی یک مدار یا تخته‌نان سیم کشی‌شوند.

هر سوئیچ درون یک بسته سوئیچ DIP به طور معمول یکی از دو شرط را با وضعیت ON-OFF نشان می دهد و یک بسته چهار سوئیچ DIP چهار خروجی دارد که نشان داده شده است.

هر دو سوئیچ DIP از نوع اسلاید و روتاری می توانند به هم متصل شوند یا در ترکیب دو یا سه سوئیچ وجود داشته باشد که ورودی رابط آنها با طیف گسترده ای از مدارها بسیار آسان می کند.

سوئیچ های مکانیکی به دلیل هزینه کم و سهولت رابط ورودی ، از محبوبیت بالایی برخوردار هستند.

با این حال ، سوئیچ های مکانیکی یک مشکل مشترک به نام “گزاف گویی تماس” دارند.

سوییچ های مکانیکی از دو‌قطعه کنتاکت فلزی تشکیل شده‌اند که هنگام کار با سوییچ برای تکمیل مدار‌، بهم فشار می‌آیند.

اما به جای تولید یک عمل سوئیچ تمیز ، قطعات فلزی در داخل بدنه سوئیچ با هم لمس می شوند و می پرند و باعث می شوند مکانیزم سوئیچ خیلی سریع چندین بار باز و بسته شود.

از آنجا که کنتاکتهای سوئیچ مکانیکی برای باز و بسته شدن سریع طراحی شده اند ،

مقاومت بسیار کمی وجود دارد که به آن میراث می‌گویند تا در هنگام ایجاد یا خراب‌شدن مخاطب‌، از بین برود.

نتیجه این‌است که این‌عمل تندرست قبل از اینکه یک‌تماس جامد توسط سوئیچ ایجاد‌شود‌، یک سری پالس یا افزایش ولتاژ ایجاد‌می‌کند.

سوئیچ Bounce Waveform

مسئله این است که هر مدار الکترونیکی یا دیجیتالی که سوئیچ مکانیکی نیز به آن وصل می شود ،

می تواند این عملیات سوئیچ چندگانه را به عنوان یک سری سیگنال روشن و خاموش که چندین میلی ثانیه طول می کشد ، بخواند فقط یک عمل سوئیچینگ مثبت و منفرد.

این عمل بسته‌شدن یا باز‌شدن چند سوئیچ در سوئیچ‌ها Switch Bounce نامیده می‌شود با همان عملکرد Contact Bounce در رله‌ها.

همچنین ، همانطور که گزاف گویی سوئیچ و تماس در حین اقدامات باز و بسته شدن رخ می‌دهد‌،

نتیجه‌گیری و قوس ناشی از آن در‌سراسر کنتاکت‌ها باعث سایش‌، مقاومت در‌برابر تماس و افزایش طول عمر سوئیچ می‌شود.

با این وجود ، روش های مختلفی وجود دارد که ما می توانیم با استفاده از برخی مدارهای اضافی به شکل مدار بازگردانی برای “از بین بردن” سیگنال ورودی ، این مشکل گزاف گویی سوئیچ را حل کنیم.

ساده‌ترین راه ایجاد مدار RC است که به سوئیچ اجازه می دهد خازن را شارژ و تخلیه کنید.

مدار RC Switch Debounce

با افزودن یک مقاومت اضافی‌100Ω و یک خازن‌1uF به مدار رابط ورودی سوئیچ‌ها‌، می‌توان مشکلات گزاف‌گویی سوئیچ را فیلتر کرد.

ثابت زمان RC ، T بزرگتر از زمان گزاف گویی عمل سوئیچینگ مکانیکی انتخاب شده است.

از یک بافر معکوس کننده اشمیت می توان برای تولید انتقال شدید خروجی از LOW به HIGH و از HIGH به LOW نیز استفاده کرد.

بنابراین این نوع مدار رابط ورودی چگونه کار می کند؟

خوب ما در‌آموزش شارژ RC دیدیم که یک خازن با نرخی که با ثابت بودن زمان تعیین می‌شود‌، شارژ می‌شود.

این مقدار ثابت زمان بر حسب T = R * C ، در ثانیه اندازه گیری می شود ، جایی که R مقدار مقاومت است در اهم و C مقدار خازن در فاراد است.

سپس این اساس یک ثابت زمان RC را تشکیل می دهد.

ابتدا فرض می‌کنیم که سوئیچ بسته است و خازن کاملاً تخلیه شده‌است‌، سپس ورودی اینورتر کم و خروجی آن زیاد‌است.

با باز شدن سوئیچ ، خازن از طریق دو مقاومت R1 و R2 با سرعت تعیین شده توسط ثابت زمان C (R1 + R2) شبکه RC شارژ می شود.

همانطور که خازن به آرامی شارژ می شود ، هرگونه جهش از تماس سوئیچ با ولتاژ صفحات خازن صاف می‌شود.

وقتی شارژ‌صفحات از کمترین مقدار ولتاژ ورودی بالایی‌(HIV)‌اینورتر برابر یا بیشتر باشد‌، اینورتر حالت را تغییر‌داده و خروجی کم می‌شود.

در این مثال ساده رابط ورودی سوئیچ ، مقدار RC حدود 10 میلی ثانیه است که به مخاطبین زمان کافی می دهد تا در حالت باز نهایی قرار بگیرند.

هنگامی که سوئیچ بسته است‌، خازن کاملاً شارژ شده به سرعت از طریق 100Ω با سرعت تعیین شده توسط ثابت زمان C (R2) تغییر می‌کند و باعث تغییر حالت خروجی اینورترها از LOW به HIGH می شود.

عملکرد سوئیچ

با این حال‌، عملکرد سوئیچ باعث می شود تا تماس ها از بین بروند و در نتیجه خازن بخواهد بارها شارژ شود و سپس دوباره به سرعت صفر شود.

از آنجا که ثابت بودن زمان شارژ RC ده برابر بیشتر از ثابت زمان تخلیه است ،

خازن نمی تواند به اندازه کافی سریع شارژ شود قبل از اینکه سوئیچ به موقعیت بسته نهایی خود برگردد

زیرا زمان افزایش ورودی کم شده است ، بنابراین اینورتر خروجی را نگه می دارد بالا نتیجه این است

که هر چقدر هنگام باز یا بسته‌شدن تماس‌های سوئیچ از بین می‌رود‌، شما فقط یک پالس‌خروجی واحد از اینورتر خواهید‌گرفت.

اگر مخاطبین سوئیچ بیش‌از‌حد پرش‌کنند یا بیش‌از‌حد‌طولانی شوند‌، می‌توان ثابت‌زمان RC را برای جبران افزایش داد‌، مزیت این مدار‌بازگردانی سوئیچ‌ساده‌است.

همچنین به یاد داشته باشید که این تاخیر زمانی RC به این معنی است که شما باید صبر کنید

تا دوباره سوئیچ را کار کنید زیرا اگر خیلی زود سوئیچ را دوباره کار کنید‌، سیگنال خروجی دیگری تولید نمی‌کند.

در حالی که این مدار ساده سوئیچ سوئیچ برای سوئیچ های رابط ورودی تک (SPST) به مدارهای الکترونیکی و میکروکنترلر کار می کند ، اما نقطه ضعف ثابت زمان RC این است که قبل از وقوع عملکرد بعدی سوئیچ تأخیری را ایجاد می کند.

اگر عملکرد سوئیچینگ به سرعت تغییر حالت دهد یا چندین کلید مانند صفحه کلید کار کنند.

ممکن است این تأخیر غیرقابل قبول باشد. یک راه برای غلبه بر این مشکل و تولید یک مدار رابط ورودی سریعتر استفاده از دروازه های NAND یا 2 ورودی 2 ورودی ضربدری است که در زیر نشان داده شده است.

تعویض Debounce با NAND

این نوع از‌مدار‌انتقال سوییچ به‌روش بسیار‌مشابهی برای فلیپ فلاپ SR عمل می‌کند  که ما در بخش‌منطق متوالی به آن نگاه‌کردیم.

دو گیت منطق دیجیتالی به عنوان یک جفت گیت NAND دو طرفه متصل می‌شوند

که دو ورودی گیت NAND، به عنوان دو گیت از ورودی‌های گیت NAND، بالا نگه‌داشته می‌شوند.

همچنین ، از آنجا که مدار به عنوان یک قفل تنظیم مجدد SR کار می کند ،

مدار به‌جای سوئیچ تک پل تک قطب (SPST) مدار‌قبلی قطع RC قبلی‌، به یک سوئیچ تغییر‌قطب دو قطب (SPDT) نیاز‌دارد.

هنگامی که سوئیچ‌مدار deboun اتصال متقاطع در‌موقعیت A است‌،‌دروازه NAND U1 “تنظیم” می‌شود و خروجی Q در‌منطق “1” بالا است.

هنگامی که سوئیچ به موقعیت B منتقل می‌شود‌، U2 “تنظیم” می شود که U1 را مجدداً تنظیم می کند.

خروجی در Q اکنون با منطق “0” پایین است.

سوئیچ بین‌موقعیت‌های‌A و B تغییر حالت‌می‌دهد یا خروجی را در‌Q از HIGH به LOW یا از LOW به HIGH تغییر‌می‌دهد.

از آنجا که قفل برای تنظیم و تنظیم مجدد آن به دو عمل سوئیچینگ احتیاج دارد ،

هر گونه برگشتن کنتاکت سوئیچ در هر دو جهت برای باز و بسته شدن در خروجی Q مشاهده نمی شود.

همچنین مزیت این مدار deboun SR این است که می تواند مکمل را فراهم کند خروجی در Q و Q.

علاوه بر استفاده از دروازه های NAND با اتصال متقابل برای تشکیل یک مدار رابط ورودی با قفل مغناطیسی ، ما همچنین می توانیم با تغییر موقعیت دو مقاومت و کاهش مقدار آنها به 100Ω ، همانطور که در زیر نشان داده شده است ، از گیت های ضربدری استفاده کنیم.

تعویض Deboun با NOR Gates

عملکرد مدار برگشت گیت ضربدر متقاطع همان مدار NAND است.

با این تفاوت که وقتی سوئیچ در موقعیت B باشد ، خروجی در Q زیاد است و هنگامی که در موقعیت A قرار دارد ، پایین است. قفل قابل انعطاف NAND.

پس از آن لازم به ذکر است که هنگامی که رابط ورودی به مدارها با استفاده از NAND یا قفل NOR برای استفاده به عنوان مدارهای deboun تبدیل می شود ، پیکربندی NAND برای تغییر حالت به سیگنال ورودی LOW یا منطقی “0” نیاز دارد ، در حالی که پیکربندی NOR به HIGH یا منطق نیاز دارد سیگنال ورودی “1” برای تغییر حالت.

رابط با دستگاه های Opto

Optocoupler (یا optoisolator) یک قطعه الکترونیکی با یک LED و دستگاه حساس به عکس است ، مانند یک فوتودایود یا ترانزیستور نوری که در همان بسته قرار گرفته است.

کوپلر Opto که در مقاله قبلی بررسی‌کردیم‌، با استفاده از یک‌رابط نوری حساس به نور‌، دو‌مدار‌الکتریکی جداگانه را بهم متصل‌می‌کند.

این بدان معنی است که ما می توانیم به طور موثر دو مدار با ولتاژ یا توان مختلف را با هم وصل کنیم بدون اینکه یکی بر دیگری تأثیر بگذارد.

سوئیچ های نوری (یا سوئیچ های opto) نوع‌دیگری از دستگاه‌های سوئیچ نوری (عکس) هستند که می‌توانند برای رابط ورودی استفاده‌شوند.

در اینجا مزیت این است که می توان از سوئیچ نوری برای ورودی سطح ولتاژ مضر بر روی پین های ورودی میکروکنترلرها ، PIC ها و مدارهای دیجیتالی دیگر یا برای تشخیص اشیا using با استفاده از نور استفاده کرد

زیرا‌این دو جز‌components‌از نظر الکتریکی جدا‌هستند اما از لحاظ نوری بهم پیوسته‌اند و درجه‌بالایی را فراهم‌می‌کنند(به طور معمول 2-5 کیلوولت).

سوییچ‌های نوری انواع مختلفی از انواع و طراحی‌های مختلف برای استفاده در طیف وسیعی از کاربردهای واسط دارند.

شایع‌ترین استفاده برای سوییچ‌ها در تشخیص اشیا متحرک یا ساکن است.

تنظیمات phototransistor و photodarlington بیشتر ویژگی‌های مورد نیاز برای سوییچ‌ها را فراهم می‌کنند و بنابراین رایج‌ترین شکل استفاده می‌شوند.

سوئیچ نوری شکاف دار

به طور کلی از ولتاژ DC برای هدایت دیود ساطع کننده نور (LED) استفاده می شود که سیگنال ورودی را به انرژی نور مادون قرمز تبدیل می کند.

این نور توسط فوتوترانزیستور در طرف دیگر شکاف جداسازی منعکس و جمع شده و دوباره به سیگنال خروجی تبدیل می‌شود.

برای سوئیچ‌های عادی‌، افت ولتاژ جلو LED حدود 1.2 تا 1.6 ولت در‌جریان ورودی طبیعی 5 تا 20 میلی‌آمپر است.

این مقدار مقاومت سری را بین 180 و 470Ω می دهد.

مدار Opto-switch شکاف دار

حسگرهای نوری چرخشی و شکاف خورده به طور گسترده ای در رمزگذارهای موقعیتی ،

رمزگذارهای شافت و حتی چرخان چرخان ماوس کامپیوتر شما استفاده می شوند

و به همین ترتیب دستگاه های رابط ورودی بسیار خوبی ایجاد می کنند.

دیسک دوار دارای تعدادی شکاف از یک چرخ مات است که دارای تعداد شکافهایی با فاصله مساوی است که وضوح تصویر را در هر درجه چرخش نشان می دهد.

دیسک های رمزگذاری شده معمولی دارای وضوح حداکثر 256 پالس یا 8 بیت در هر چرخش هستند.

در طول یک چرخش دیسک ، نور مادون قرمز LED از طریق شکاف به ترانزیستور نوری برخورد می کند و پس از چرخاندن دیسک مسدود می شود ، و ترانزیستور را “روشن” و سپس “خاموش” می کند و هر عبور اسلات را خاموش می کند.

نکته:

مقاومت R1 جریان LED را تنظیم می کند و مقاومت کششی R2 ولتاژ تغذیه را تضمین می کند.

هنگامی که ترانزیستور “خاموش” است‌، خروجی کم و منطقی “0” تولید می‌کند‌، Vcc به ورودی اینورتر Schmitt متصل می‌شود.

هنگامی که دیسک به یک برش باز می چرخد ​​، نور مادون قرمز از LED به فوتوترانزیستور برخورد می کند و با اتصال کوتاه به ترمینال های جمع کننده به امیتر ، ورودی کمتری به اینورتر اشمیت ایجاد می کند که به نوبه خود یک HIGH یا منطق “1” را تولید می کند.

اگر خروجی اینورترها به یک شمارنده یا رمزگذار دیجیتال متصل باشد ،

در این صورت می توان موقعیت شافت ها را تعیین کرد یا تعداد چرخش های شافت را در واحد زمان شمرد تا چرخش های شافت در دقیقه (دور در دقیقه) ایجاد شود.

علاوه بر این با استفاده از دستگاه های opto شکاف دار به عنوان سوئیچ های رابط ورودی ، نوع دیگری از دستگاه های نوری به نام سنسور نوری بازتابنده وجود دارد که از LED و دستگاه فوتو برای تشخیص یک شی استفاده می کند.

سوئیچ بازتابنده بازتابی می تواند عدم وجود یا حضور یک شی را با بازتاب (از این رو نام آن) تشخیص دهد که نور مادون قرمز LED های شی object بازتابنده حس می شود.

آرایش اساسی سنسور بازتابنده در زیر آورده شده است.

سوئیچ نوری بازتابنده

مقاومت در برابر خاموش (تاریک) و مقاومت در برابر روشن (روشن) بسیار کم است.

اگر هیچ جسمی در جلوی سنسور نباشد ، چراغ های مادون قرمز LED به صورت یک پرتو به جلو می‌تابند.

هنگامی که شیئی در مجاورت سنسور وجود دارد ، چراغ های LED منعکس شده و توسط فوتوترانزیستور شناسایی می شوند.

میزان نور منعکس شده توسط فوتوترانزیستور و میزان اشباع ترانزیستور به نزدیک یا بازتابنده بودن جسم بستگی خواهد داشت.

انواع دیگر دستگاه های Opto

همچنین می توان از سوئیچ های عکس شکاف دار یا بازتابنده برای رابط ورودی مدارها استفاده کرد.

همچنین‌می‌توانیم از انواع‌دیگر آشکارسازهای نور نیمه‌هادی مانند آشکارسازهای نور‌مقاومتی عکس‌، دیودهای نوری اتصال PN و حتی سلول های خورشیدی استفاده‌کنیم.

همه این دستگاه های حساس به عکس از نور محیط مانند نور خورشید یا نور معمولی اتاق برای فعال کردن دستگاه استفاده می کنند و به آنها اجازه می دهد به راحتی با هر نوع مدار الکترونیکی ارتباط برقرار کنند.

دیودهای سیگنال و برق‌عادی اتصال PN خود را برای محافظت از فوتون‌های نور در یک‌بدنه پلاستیکی مهر و موم کرده‌اند.

هنگامی که یک دیود بایاس معکوس می‌شود‌، جریان جاری را مسدود‌می‌کند و مانند یک سوئیچ باز با مقاومت‌بالا عمل می‌کند.

با این حال ، اگر می خواهیم به این اتصال PN نوری بتابانیم ، فوتون های نور محل اتصال را باز می کنند و اجازه می دهد تا جریان بسته به شدت نور محل اتصال ، جریان یابد.

Photodiodes از این کار با داشتن یک پنجره کوچک شفاف استفاده می‌کنند

که به نور اجازه می‌دهد تا نقطه اتصال PN را به شدت حساس به نور حساس کند.

بسته به نوع و مقدار ناخالصی نیمه‌هادی، برخی photodiodes به نور مریی پاسخ می‌دهند

و برخی به نور قرمز infra (IR). هنگامی که هیچ نور تصادفی وجود ندارد،

جریان تاریک

جریان معکوس تقریبا ناچیز است و “جریان تاریک” نامیده می‌شود.

افزایش شدت نور باعث افزایش جریان معکوس می‌شود.

سپس می توانیم دریابیم که یک فوتودیود اجازه می دهد جریان معکوس فقط در یک جهت جریان یابد که در مقابل یک دیود اصلاح کننده استاندارد است.

این جریان معکوس فقط وقتی جریان می یابد که فوتودیود مقدار مشخصی از نور را دریافت می کند.

که تحت شرایط تاریکی به عنوان امپدانس های بسیار زیاد عمل می کند.

و در شرایط نوری روشن به عنوان دستگاه های با امپدانس کم و به همین ترتیب از فوتودیود می تواند در بسیاری از برنامه ها به عنوان یک ردیاب نور با سرعت بالا استفاده شود.

رابط عکسهای دیود

در دو‌مدار‌اصلی در سمت چپ‌، فوتودیود از طریق مقاومت با سیگنال ولتاژ خروجی گرفته‌شده از سراسر مقاومت سری‌،‌بایاس معکوس می‌شود.

این مقاومت می تواند یک مقدار ثابت داشته باشد ، معمولاً بین محدوده 10kΩ تا 100kΩ یا همانطور که نشان داده شده است به عنوان یک پتانسیومتر 100kΩ متغیر است.

این مقاومت می تواند بین فوتودیود و زمین 0v یا بین فوتودیود و منبع تغذیه مثبت Vcc متصل شود.

گرچه فوتوديودها مانند BPX48 پاسخ بسيار سريعي به تغييرات سطح نور مي دهند ،

اما در مقايسه با ساير دستگاه هاي عکس مانند سلول سولفيد كادميوم LDR مي توانند از حساسيت كمتري برخوردار باشند‌،

در نتيجه نوعي تقويت به صورت ترانزيستور يا op-amp ممکن است لازم باشد.

سپس دیدیم که می‌توان از فوتودیود به‌عنوان یک‌دستگاه با مقاومت متغیر استفاده‌کرد که با میزان نور‌افتاده بر محل‌اتصال آن کنترل‌می‌شود.

دیودهای نوری را می توان از “ON” به “OFF” تغییر داد و خیلی سریع در نانو ثانیه یا با فرکانس بالاتر از 1 مگاهرتز برگشت داد و بنابراین معمولاً در رمزگذارهای نوری و ارتباطات فیبر نوری استفاده می شود.

و همچنین دستگاه‌های عکس اتصال PN‌، مانند فوتودیود یا فوتوترانزیستور ،

انواع‌دیگری از آشکارسازهای نور نیمه هادی است که بدون‌اتصال PN کار می‌کنند.

با تغییر یا تغییر در شدت نور ، ویژگی های مقاومت خود را تغییر می دهند.

این دستگاه‌ها مقاومت وابسته به نور یا LDR’s نامیده می شوند.

LDR ، همچنین به عنوان فوتوسل سولفید کادمیوم (CdS) شناخته می‌شود‌، دستگاهی غیرفعال با مقاومت است که با شدت نور مرئی متفاوت است.

وقتی هیچ نوری وجود‌ندارد مقاومت داخلی آنها به ترتیب مگا اهم (MΩ) بسیار زیاد است.

با این‌حال‌، هنگامی که روشن می‌شود‌، مقاومت آنها در‌زیر نور‌شدید خورشید به زیر 1kΩ می‌رسد.

سپس مقاومت های وابسته به نور به‌روشی مشابه پتانسیومترها اما با شدت‌نور میزان‌مقاومت آنها را کنترل‌می‌کنند.

رابط مقاومت عکسهای داخلی LDR

مقاومت های وابسته به نور متناسب با شدت نور ، مقاومت مقاومت خود را تغییر می دهند.

سپس می‌توان از LDR ها با یک مقاومت سری R برای ایجاد شبکه تقسیم ولتاژ در سرتاسر منبع تغذیه استفاده‌کرد.

در تاریکی مقاومت LDR بسیار بیشتر از مقاومت است

بنابراین با اتصال LDR از منبع تغذیه به مقاومت یا مقاومت به زمین ،

می توان آن را به عنوان یک آشکارساز نور یا به عنوان یک آشکارساز تاریکی مانند تصویر استفاده کرد.

از آنجا که LDR ها مانند NORP12 نسبت به مقدار مقاومت خود خروجی ولتاژ متغیری تولید می کنند ، می توانند برای مدارهای رابط ورودی آنالوگ استفاده شوند.

اما LDR ها همچنین می توانند به عنوان بخشی از آرایش پل Wheatstone به عنوان ورودی یک مقایسه کننده ولتاژ op-amp یا یک مدار ماشه اشمیت برای تولید سیگنال دیجیتال برای رابط با مدارهای ورودی دیجیتال و میکروکنترلر متصل شوند.

از آشکارسازهای آستانه ساده برای سطح نور ، دما یا فشار می توان برای تولید خروجی های سازگار با TTL مناسب برای رابط مستقیم با یک مدار منطقی یا پورت ورودی دیجیتال استفاده کرد.

آشکارسازهای آستانه سطح نور و دما بر اساس یک مقایسه گر آمپر، هر زمان که سطح اندازه گیری شده از حد آستانه عبور کند یا به زیر آن برسد ، یک ورودی منطقی “1” یا “0” تولید می کنند.

خلاصه رابط ورودی

همانطور که در این بخش آموزش در مورد دستگاههای ورودی و خروجی مشاهده کردیم ،

انواع مختلفی از سنسورها وجود دارد که می‌توانند برای تبدیل یک یا چند ویژگی فیزیکی به یک سیگنال الکتریکی استفاده‌شوند.

که می تواند توسط یک میکروکنترلر‌الکترونیکی یا مدار دیجیتال.

مسئله این‌است که تقریباً تمام خصوصیات فیزیکی اندازه‌گیری شده نمی‌توانند مستقیماً به مدار پردازش یا تقویت کننده متصل‌شوند.

سپس‌نوعی‌از مدار رابط ورودی برای‌اتصال سطح وسیعی از ولتاژها و جریانهای ورودی آنالوگ مختلف به یک مدار دیجیتال ریزپردازنده مورد‌نیاز‌است.

امروزه با وجود رایانه های مدرن‌، میکروکنترلرها‌، PIC و سایر سیستم های مبتنی بر ریزپردازنده‌، مدار رابط ورودی اجازه می‌دهد.

تا این دستگاه های ولتاژ کم و توان کم بتوانند به راحتی با دنیای خارج ارتباط برقرار کنند.

زیرا بسیاری از این دستگاه های مبتنی بر PC دارای پورت های ورودی – خروجی داخلی برای انتقال هستند.

داده ها از و به برنامه کنترل کننده ها و سوئیچ ها یا سنسورهای متصل شده است.

ما دیده ایم که سنسورها اجزای الکتریکی هستند که یک نوع خاصیت را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند و از این طریق به عنوان دستگاه ورودی کار می کنند.

افزودن سنسورهای ورودی به یک مدار الکترونیکی می‌تواند با ارائه اطلاعات در‌مورد محیط اطراف ، قابلیت های آن را گسترش‌دهد.

با این‌حال‌، سنسورها نمی‌توانند به تنهایی کار‌کنند و در بیشتر موارد یک مدار الکتریکی یا الکترونیکی به نام رابط مورد‌نیاز‌است.

سپس مدارهای رابط ورودی به دستگاه‌های خارجی اجازه می‌دهد تا سیگنال‌ها (داده ها یا کدها) را از سوئیچ‎های ساده با‌استفاده از تکنیک‌های حذف مجدد سوییچ از یک دکمه فشار یا صفحه کلید برای ورود داده‌، به سنسورهای ورودی که می‌توانند مقادیر فیزیکی مانند نور‌، دما‌، فشار‌، و سرعت تبدیل با استفاده از مبدل های آنالوگ به دیجیتال.

سپس مدارهای رابط به ما این امکان را می دهند که این کار را انجام دهیم.