دیود ها

مقدمه:
دیودها جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور می‌‌دهند و در جهت دیگر در مقابل عبور جریان از خود مقاومت بالایی نشان می‌‌دهند. این خاصیت آنها باعث شده بود تا در سالهای اولیه ساخت این وسیله الکترونیکی ، به آن دریچه یا Valve هم اطلاق شود. از لحاظ الکتریکی یک دیود هنگامی عبور جریان را از خود ممکن می‌‌سازد که شما با برقرار کردن ولتاژ در جهت درست

(+ به آند و – به کاتد) آنرا آماده کار کنید. مقدار ولتاژی که باعث می‌شود تا دیود شروع به هدایت جریان الکتریکی نماید ولتاژ آستانه یا (forward voltage drop) نامیده می‌شود که چیزی حدود ۰.۶ تا ۰.۶ ولت می‌‌باشد.

ولتاژ معکوس:
هنگامی که شما ولتاژ معکوس به دیود متصل می‌‌کنید (+ به کاتد و – به آند) جریانی از دیود عبور نمی‌کند، مگر جریان بسیار کمی که به جریان نشتی یا Leakage معرف است که در حدود چند µA یا حتی کمتر می‌‌باشد. این مقدار جریان معمولآ در اغلب مدارهای الکترونیکی قابل صرفنظر کردن بوده و تأثیر در رفتار سایر المانهای مدار نمی‌گذارد. اما نکته مهم آنکه تمام دیودها یک آستانه برای حداکثر ولتاژ معکوس دارند که اگر ولتاژ معکوس بیش از آن شود دیود می‌‌سوزد و جریان را در جهت معکوس هم عبور می‌‌دهد. به این ولتاژ آستانه شکست یا Breakdown گفته می‌شود.

دسته بندی دیودها:
در دسته بندی اصلی ، دیودها را به سه قسمت اصلی تقسیم می‌‌کنند، دیودهای سیگنال (Signal) که برای آشکار سازی در رادیو بکار می‌‌روند و جریانی در حد میلی آمپر از خود عبور می‌‌دهند، دیودهای یکسو کننده (Rectifiers) که برای یکسو سازی جریانهای متناوب بکار برده می‌‌شوند و توانایی عبور جریانهای زیاد را دارند و بالاخره دیودهای زنر (Zener) که برای تثبیت ولتاژ از آنها استفاده می‌شود.

اختراع دیود پلاستیکی (plastic diode)
محققان فیزیک دانشگاه اوهایو (Ohio State University) توانستند دیود تونل پلیمری اختراع کنند. این قطعه الکترونیکی منجر به ساخت نسل آینده حافظه‌های پلاستیکی کامپیوتری و چیپهای

مدارات منطقی خواهد شد. این قطعات کم مصرف و انعطاف پذیر خواهند بود. ایده اصلی از سال ۲۰۰۳ که یک دانشجوی کارشناسی دانشگاه اوهایو ، سیتا اسار ، شروع به طراحی سلول خورشیدی پلاستیکی نمود بوجود آمد. تیم پژوهشی توسط پاول برگر (Paul Berger) ، پروفسور الکترونیک و مهندسی کامپیوتر و همچنین پروفسور فیزیک دانشگاه اوهایو رهبری می‌شود.
دیود چیست ؟

از اتصال دولایه p & n دیود درست می شود
۱- بعد از پیوند نیمه هادی نوع p & n کنار یکدیگر ، الکترونهای آزاد و حفره ها از محل پیوند عبور کرده ، با هم ترکیب می شوند و تشکیل یک لایه سد یا عایق می دهند .
۲- یک منطقه تخلیه در محل پیوند ها ایجاد می شود که فاقد الکترونهای آزاد و حفره ها می باشد ، لکن اتمهایی که الکترون از دست داده و یا گرفته اند ، در دو طرف لایه سد و در منطقه تخلیه وجود دارند .

۳- اتمهای یونیزه شده ، ایجاد سد پتانسیل می کنند که برای نیمه هادی ژرمانیومی حدود ۰.۲ ولت است و برای نیمه هادی سیلسیمی حدود ۰.۶ ولت است .
۴- سد پتانسیل باعث که از حرکت و ترکیب بیشتر الکترونها و حفره ها در لایه سد جلوگیری به عمل آید .
۵- کریستال نیمه هادی نوع p دارای بار الکتریکی مثبت و کریستال نیمه هادی n دارای بار الکتریکی منفی می باشد .
بایاس دیود:
وصل کردن ولتاژ به دیود را بایاس کردن دیود می گویند .
بایاس مستقیم:
اگرنیمه هادی نوع p به قطب مثبت باتری و نیمه هادی نوع n به قطب منفی آن وصل شود و ولتاژ از پتانسیل سد دیود بیشترباشد ، در مدار جریان بر قرار خواهد شد .

بایاس معکوس:
اگر قطب مثبت باتری به نیمه هادی نوع n وصل شود و قطب منفی باتری به نیمه هادی نوع p وصل شود ، جریانی در مدار نخواهیم داشت .
ناحيه تخليه:
برای خلاصی از ناحیه تخلیه شما مجبورید تا الکترون را از ماده نوع N به ماده نوع P حرکت دهید و سورا خها برعکس . برای انجام این عمل شما باید طرف N دیود را به طرف منفی باطری و P را به طرف مثبت وصل کنید الکترون آزاد نوع N توسط الکترود منفی دفع و به الکترود مثبت کشیده می

شوند سوراخهای ماده P معکوس این حرکت را انجام می دهند وقتی اختلاف ولتاژ بین دو الکترود به قدر کافی زیاد است الکترونهای ناحیه تخلیه از سوراخهایشان جدا می شوند و دوباره شروع به حرکت آزادانه می کنند ناحیه تخلیه از بین می رود و جریان از دیود می گذرد.
تست دیود:
همانطور که گفته شد اگر دوید در بایاس موافق یا معکوس قرار بگیرد جریان را از خود عبور می دهد و ما می توانیم دیود را با یک مدار ساده سری کنیم ( البته با رعایت قطبهای دیود و باتری ) اگر مدار شروع به کار کرد پس دیود سالم است و در غیر این صورت دیود سوخته شده است .

انواع دیود ها:
۱- دیود اتصال نقطه ای
۲- دیود زنر
۳- دیود نور دهنده LED
۴- دیود خازنی ( واراکتور )
۵- فتو دیود

دیود اتصال نقطه ای:
دیود های معمولی در بایاس معکوس ایجاد ظرفیت خازنی ( حدود PF ) می کنند . اگر بخواهیم در فرکانس های بالا به کار می بریم ، به علت ظرفیت خازنی در بایاس معکوس ، جریان در مدار عبور می کند . چون در فرکانس های بالا مقاومت دیود کم می شود . برای جلوگیری از این کار از دیود اتصال نقطه ای استفاده می کنیم

دیود زنر:
دیود زنر ، مانند یک دیود معمولی از دو نیمه هادی نوع P & N ساخته می شود . اگر یه دیود معمولی را در بایاس معکوس اتصال دهیم و ولتاژ معکوس را زیاد کنیم ، در یک ولتاژ خاص ، دیود در بایاس معکوس نیز شروع به هدایت می کند . ولتاژی که دیود در بایاس مخالف ، شروع به هدایت می کند ، به ولتاژ زنر معروف است و با تنظیم نا خالصی می توان ولتاژ شکسته شدن پیوند ها را کنترل کرد

ولتاژ زنر : ولتاژی که دیود زنر به ازای آن در بایاس معکوس ، هادی می شود به ولتاژ زنر معروف است .
دیود نوردهنده LED:
این دوید از دو نوع نیمه هادی P & N تشکیل شده است . هر گاه این دیود ، در بایاس مستقیم ولتاژی قرار گیرد و شدت جریان به اندازه کافی باشد ، دیود ، از خود نور تولید می کند . نور تولید شده در محل اتصال دو نیمه هادی تشکیل می شود . نور تولیدی بستگی به جنس به کار برده شده در نیمه هادی دارد . این لامپ چند مزایا بر لامپ های معمولی دارد که عبارتند از :
۱- کوچک بودن و نیاز به فضای کم

۲- محکم بودن و داشتن عمر طولانی ( حدود صد هزار ساعت کار )
۳- قطع و وصل سریع نور
۴- تلفات حرارتی کم
۵- ولتاژ کار کم ، بین ۱.۷ ولت تا ۳.۳ ولت
۶- جریان کم حدود چند میلی آمپر با نور قابل رویت
۷- توان کم ، حدود ۱۰ تا ۱۵۰ میلی وات

دیود خازنی ( واراکتور )
این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N تشکیل می شود . دیود خازنی در واقع دیودی است که به جای خازن بکار می رود و مقدار ظرفیت آن با ولتاژ دو سر آن رابطه عکس دارد
فتو دیود:
این دیود از دو نیمه هادی نوع P & N تشکیل می شود . با این تفاوت که محل پیوند P & N ، جهت تابانیدن نور به آن از مواد پلاستیکی سیاه پوشیده نمی باشد ، بلکه توسط شیشه و یا پلاستیک شفاف پوشیده می گردد تا نور بتواند با آسانی به آن بتابد . روی اکتر فتو دیود ها یک لنز بسیار کوچک نصب می شود تا بتواند نور تابانیده شده به آن را متمرکز کرده و به محل پیوند برساند .
دیودهای سیگنال:
این نوع از انواع دیودها برای پردازش س

یگنالهای ضعیف – معمولا” رادیویی – و کم جریان تا حداکثر حدود ۱۰۰mA کاربرد دارند. معروفترین و پر استفاده ترین آنها که ممکن است با آن آشنا باشید دیود ۱N۴۱۴۸ است که از سیلیکون ساخته شده است و ولتاژ شکست مستقیم آن ۰.۷ ولت است.
اما برخی از دیود های سیگنال از ژرمانیم هم ساخته می شوند، مانند OA۹۰ که ولتاژ شکست مستقیم پایینتری دارد، حدود ۰.۲ ولت. به همین دلیل از این نوع دیود بیشتر برای آشکار سازی امواج مدوله شده رادیویی استفاده می شود.

بصورت یک قانون کلی هنگامی که ولتاژ شکست مستقیم دیوید خیلی مهم نباشد، از دیودهای سیلیکون استفاده می شود. دلیل آن مقاومت بهتر آنها در مقابل حرارت محیط یا حرارت هنگام لحیم کاری و نیز مقاومت الکتریکی کمتر در ولتاژ مستقیم است. همچنین دیود های سیلیکونی سیگنال معمولا” در ولتاژ معکوس جریان نشتی بسیار کمتری نسبت به نوع ژرمانیم دارند.
از کاربرد دیگری که برای دیودهای سیگنال وجود دارد می توان به استفاده از آنها برای حفاظت مدار هنگامی که رله در یک مدار الکترونیکی قرار دارد نام برد. هنگامی که رله خاموش می شود تغییر جریان در سیم پیچ آن میتواند در دوسر آن ولتاژ بسیار زیادی القا کند که قرار دادن یک دیود در جهت مناسب میتواند این ولتاژ را خنثی کند. به شکل اول توجه کنید.

استفاده از دیود زنر برای تهیه ولتاژ ثابت دیودهای زنر :
همانطور که قبلا” اشاره کردیم از این دیودها برای تثبیت ولتاژ استفاده می شود. این نوع از دیود ها برای شکسته شدن با اطمینان در ولتاژ معکوس ساخته شده اند، بنابراین بدون ترس می توان آنها را در جهت معکوس بایاس کرد و از آنها برای تثبیت ولتاژ استفاده نمود. به هنگام استفاده از آنها معمولا” از یک مقاومت برای محدود کردن جریان بطور سری نیز استفاده می شود. به شکل نگاه کنید به این طریق شما یک ولتاژ رفرنس دقیق بدست آورده اید.

دیودهای زنر معمولا” با حروفی که در آنها Z وجود دارد نامگذاری می شوند مانند BZX یا BZY و … و ولتاژ شکست آنها نیز معمولا” روی دیود نوشته می شود، مانند ۴V۷ که به معنی ۴.۷ ولت است. همچنین توان تحمل این دیود ها نیز معمولا” مشخص است و شما هنگام خرید باید آنرا به فروشنده بگویید، در بازار نوع ۴۰۰mW و ۱.۳W آن بسیار رایج است.

دیود تونل:
یکی ازقطعات نیمه رسانا که مشخصه اش یک مقاومت منفی را نشان می دهد دیود تونل است . این قطعه یک دیود است که غلظت ناخالصی درآن بسیار زیاد وپیوند آن بسیارنازک است. شکست در دیود تونل در مقاذیر بایاس معکوس خیلی پایین اتفاق می افتد و در نتیجه ناحیه ی مقاومت

معکوس زیاد وجود ندارد.شیب منفی در بایاس مستقیم کم معمولا بین۰٫۱ تا ۰٫۳ ولت ایجاد می شود.(از این جا به بعد چند خط حرف بیخود…)_این مشخصه جالب و عجیب ومفیدو..به دلیل نفوذ در سد پتانسیل در پیوند با الکترونهایی که انرژی کافی برای عبور از این سد ندارند به وجود می آید. این اثر معروف به اثر تونل در فیزیک کلاسیک غیر قابل توجیه است ولی با مکانیک کوانتومی قابل

توضیح است . دیود های تونل را می توان باظرفیت خیلی کمی تولید کرد و نوسان ساز هایی که با آن کار می کنند در فرکانسهای چند مگا هرتزی قابل ساخت هستند برای به دست آوردن بیشترین مقدار خروجی (یا همان به قول دانشجویان متعال برق ماکزیمم سویینگ متقارن) باید نقطه کار در وسط ناحیه مقاومت منفی قرار داده شود واضح است که دامنه خروجی کمتر از یک ولت می باشد
چطور یک دیود نور تولید می کند؟.

نور شکلی از انرژی است، نور از اجزا بسیار ریزی به نام فتون تشکیل می شود، فتون ها انرژی و لختی دارند اما جرم ندارند در واقع فتونها در نتیجه حرکت الکترونها آزاد می شوند در یک اتم الکترونها در اربیتالهایی دور هسته می چرخند الکترونهای اربیتال های مختلف مقدار انرژی متفاوتی دارند، کلاً الکترونها با انرژی بیشتر در اربیتالهای دور تر از هسته حرکت می کنند.برای یک الکترون برای پرش از یک اربیتال پایین به بالا چیزی که باید بگیرد انرژی است برعکس الکترون وقتی از اربیتال بالا به پایین می افتد انرژی آزاد می کند این انرژی به شکل فتون آزاد می شود، یک افت انرژی بیشتر فتون بیشتری آزاد می کند که با فرکانس بیشتر مشخص می شود .همان طور که در بخش قبل دیدیم الکترونهایی که از دیود عبور می کنند می توانند در سوراخهای لایه P بیفتند .این یک افت

از باند رسانایی به اربیتال پایین تر است بنابر این الکترونها انرژی به شکل فتون آزاد می کنند این در هر دیودی رخ می دهداما فقط وقتی شما فتونها را می بینید که دیود از ماده خاصتی ساخته شده باشد برای مثال اتمها در یک دیود سیلیکون استاندارد به نحوی چیده شده اند که افت الکترون فاصله کمی دارد بنابر این فرکانس فتونها به قدری کم است که با چشم انسان دیده نمی شود این در بخش مادون قرمز طیف نور است كه لزوماً چیز بدی نیست البته LED های مادون قرمز برای کنترل های از راه دور مناسب اند .

دیود های منتشر کننده نور مریی (VLEDs) مانند آنهایی که شماره های یک ساعت دیجیتال را روشن می کنند از ماده هایی با این خصوصیت ساخته شده اند که فاصله بین اربیتال رسانایی آنها و اربیتال پایین تر بیشتر است .اندازه این فاصله فرکانس فتون را نشان می دهد به عبارت دیگر این فاصله رنگ نور را مشخص می کند.

در حالی که همه دیود ها نور آزاد می کنند اغلب آنها این کار را به طور موثری انجام نمی دهند یک دیود معمولی ماده نیمه رسانا خودش مقدارزیادی انرژی نوری جذب می کند.LED ها به نحوی ساخته می شوند که نور را در جهت خاصتی متمرکز می کند.همانطور که در نمودار می بینید اغلب نور تولید شده در کناره دیود از طریق قسمت گرد بیرون می آید.

LED ها مزایای زیادی برلامپهای معمولی دارند . یکی از آنها این است که آنها فیلامان ندارند که بسوزد بنابر این عمر طولانی دارند. به علاوه حباب پلاستیکی شان دوامشان را بیشتر می کند. و همچنین خیلی راحت در مدارهای الکترونیکی قرار می گیرند .
اما مزیت اصلی آنها کیفیت آنها است در مقایسه با لامپهای معمولی فرآیند تولید نور باعث تولید مقدار زیادی گرما نمی شود (فیلامانی برای گرم شدن ندارد برای تولید نور باید فیلامان گرم شود).

تابلو روان

مطالبی که طی این دوره خواهید آموخت عبارتند از :
– سیستم تابلوهای نمایشگر دیجیتالی
– اجزاء تصویر
– جاروب ساده
– اثر فلیکر
– جاروب یک در میان
– جدول گلایف
– بررسی یک مدار عملی
– نرم افزارهای تبدیل متن و طراحی فونت جهت تابلو روان
بلوک دیاگرام یک تابلو دیجیتال

همانطور که در تصویر مشاهده میکنید، این تابلوها از بلوکهای :
– ماتریس LED
– درایورهای سطر و ستون
– پردازنده
– تجهیزات ورود اطلاعات
– حافظه
تشکیل شده‌اند.
در واقع یک تابلوی نمایشگر دیجیتالی، متن مورد نظر خود را از طریق تجهیزات ورودی همچون کیبورد و یا پورت سریال دریافت میکند. و این اطلاعات را در اختیار پردازنده قرار میدهد. سپس پردازنده پس از آنالیز اطلاعات آن را در حافظه تابلو ذخیره نموده. علاوه بر آن حافظه موجود در تابلو میتواند کدهای برنامه را در خود نگهداری نماید. از طرفی پردازنده با توجه به اطلاعات ذخیره شده، سیگنالهای لازم را جهت نمایش تولید کرده و در اختیار درایورها قرار میدهد. با توجه به اینکه نحوه چیدمان LED ها در نمایشگر بنا به دلایلی که بعدا توضیح داده خواهد شد به صورت ماتریسی می باشد، لذا دو دسته درایور برای راه اندازی ماتریس نیاز است که شامل داریورهای سطر و داریورهای ستون مییاشند. این درایورها با توجه به فرامین دریافتی از سوی پردازنده، با روشن و خاموش نگاه داشتن LED های موجود در ماتریس، باعث به نمایش در آمدن مطالب (اعم از متن و یا تصویر) بر روی ماتریس خواهند شد.

اجزای تصویر
در نگاه اول تصویر فوق به صورت یک تصویر کامل و یکپارچه به نظر می‌رسد. اما اگر کمی با دقت بیشتر به آن دقت کنید و تا حد امکان آنرا بزرگ نمایید متوجه خواهید شد که در واقع آن تصویر از نقاط ( pixel ) متعددی تشکیل شده. پس تصویر فوق را میتوان مجموعه نقاطی دانست که دارای رنگهای متفاوتی‌اند. هر یک از این نقاط را یک جزء تصویر (Picture Element) و این خاصیت را خاصیت موزائیکی تصویر می‌نامند. من جهت کمک به درک مطلب تصویر فوق را با بزرگ نمایی بیشتر در زیر قرار داده‌ام. به آن دقت کنید.

هرچه تعداد اجزاء تصویر در واحد سطح بیشتر باشد، وضوح تصویر بیشتر می‌باشد. به عبارت دیگر تصویر به واقعیت نزدیکتر بوده، جزئیات آن بهتر دیده میشود. در تابلو‌های دیجیتالی نیز خاصیت موزائیکی وجود دارد. تصویر تابلو توسط ماتریسی از LED ها ایجاد میگردد. در اینجا ابعاد یک جزء تصویر به اندازه قطر یک LED است. که از یک فاصله معین چشم بیننده قادر به تمایز نقاط تصویر ایجاد شده نبوده و یک تصویر را یکپارچه احساس میکند.
جاروب ساده

جهت تشکیل تصویر بر روی پانل تابلو، نیاز به روشن و خاموش نگه داشتن LED های موجود بر روی تابلو متناسب با تصویر مورد نظر است. بنابراین نیاز به کنترل تک تک LED

های موجود در تابلو میباشد. از طرفی هر LED دارای دو پایه است ( با فرض تک رنگ بودن ) و در صورتی که ما یک پانل LED با ماتریس ۱۰×۱۰ داشته باشیم، دویست پایه و یا دویست سیم جهت کنترل داریم. مسلما استفاده از این تعداد سیم مقرون به صرفه نخواهد و باعث پیچیدگی مدار خواهد شد. جهت بر طرف کردن مشکل فوق می‌توان پایه های یکسان در LED ها را به صورت سطری و ستونی به یکدیگر متصل نمود. به تصویر زیر دقت کنید :

همانطور که در تصویر مشاهده نمودید، در این آرایش آند تمامی LED های موجود در یک سطر یکسان به هم متصل شدند، همچنین کاتد LED های موجود در یک ستون نیز به هم اتصال داده شده‌اند.
حال ببینیم نحوه عملکرد این روش چگونه است. شما در این حالت جهت روشن کردن هر LED کافیست که سطری که آن LED در آنجا قرار دارد را به سطح ولتاز مثبت اتصال داده و سپس ستون مربوط به همان LED را به زمین مدار وصل کنید.

با این روش ما توانستیم از تعداد سیمهای مورد نیاز جهت کنترل LED ها بکاهیم ولی در مقابل امکان کنترل همزمان تمامی سطرها را از دست دادیم و در هر لحظه فقط و فقط میتوان LED های موجود در یک سطر و یا یک ستون را کنترل نمود.

نگران نباشید، در ادامه همین بحث خواهید دید که جهت نمایش نیازی هم به تمامی LED ها نبوده و میتوان توسط جاروب نمودن سطرها و یا ستون‌ها نیز به نمایش تصویر در تابلو روان پرداخت.
به هر حال در صورت عدم استفاده از روش فوق شما مدار پیچیده‌ای خواهید داشت، مثلا برای

کنترل LED ها موجود در تصویر روبرو شما حداقل باید از طریق ۴۱ سیم ماتریس را کنترل میکردید. در حالی که با استفاده از روش ماتریسی شما فقط به ۱۳ سیم نیاز دارید. فقط در این حالت برنامه شما کمی پیچیده خواهد شد. که البته به نظر من شما یک بار برنامه مینویسید از آن تا ابد استفاده میکنید ولی سخت افزار را باید تا ابد مونتاژ کنید و هزینه آن را پرداخت کنید.

جاروب ساده
روش جاروب ساده به دو صورت بکار برده میشود :
– جاروب سطرها
– جاروب ستون‌ها
در جاروب سطرها شما LED های موجود در سطر اول را روشن میکنید، سپس LED های سطر دوم و . . . تا به سطر آخر برسیم. دوباره همین کار را دوباره انجام میدهیم.
در جاروب ستون‌ها شما LED های موجود در ستون اول را روشن میکنید، سپس LED های ستون دوم و . . . تا به ستون آخر برسیم. دوباره همین کار را دوباره انجام میدهیم.

به یکبار جاروب کامل (خواه سطرها و خواه ستون‌ها) تازه سازی (Refresh) میگویند.
جهت کمک به درک مطلب، به انیمیشنی از جاروب سطری که در زیر آورده شده نگاه کنید.

انیمیشن فوق جهت ساخت تصویر زیر است.

توجه داشته باشین که جاروب کردن علاوه بر کاهش سیم بندی و کم شدن پیچیدگی آن میشود، باعث خواهد شد که شما در هر لحظه تعداد کمتری از LED های تابلو را روشن کنید و در نتیجه میزان مصرف جریان الکتریکی تابلو به میزان قابل توجه‌ای کاهش پیدا خواهد نمود

اثر فلیکر:
اثر نور در چشم انسان برای مدت کوتاهی باقی می‌ماند. این خاصیت را اثر پس ماند نور (Flicker) می‌نامند. بر‌مبنای همین خاصیت است که در سینما و تلویزیون احساس پیوستگی تصویر بوجود می‌آید.
چنانچه تصاویری که از یک حرکت مثلا راه رفتن انسان عکس برداری شود و سپس با سرعت ۱۶ بار در ثانیه به نمایش درآید، چشم انسان منقطع بودن تصاویر را احساس نکرده و تصاویر را بطور پیوسته حس می‌کند. بر مبنای این خاصیت بود که صنعت سینما بوجود آمد.
ترتیب کار به این صورت است که توسط یک دوربین فیلمبرداری مخصوص که قادر است در هر ثانیه ۱۶ تصویر از یک صحنه عکس برداری نماید، تصاویر تهیه شده سپس با همان سرعت به نمایش در می‌آیند. البته به علت اینکه با ۱۶ تصویر در ثانیه حرکات نرم و طبیعی نداریم

، فرکانس مزبور بعدا به ۲۴ تصویر در ثانیه افزایش داده شد. در این فرکانس برای بیش از ۹۰ درصد حرکات، پیوستگی طبیعی بوجود می‌آید. به همین علت به فرکانس مزبور حد پیوستگی گفته میشود. مشکل دیگر مسئله چشمک زدن تصویر است.

در فرکانس ۲۴ تصویر در ثانیه اگر چه مسئله پیوستگی تصاویر حل میشود اما تصاویر چشمک می‌زنند و این بخاطر این است که چشم اگرچه در این فرکانس، تصاویر را پیوسته می‌بیند و حرکات را طبیعی احساس میکند اما خاموش شدن صحنه در حین تعویض یک تصویر به تصویر بعدی بوجود می‌آید را بصورت چشمک زدن تصویر احساس میکند. این پدیده بخصوص برای تصاویری با نور بیشتر محسوس‌تر است.

برای رفع این مشکل باید حداقل ۴۸ تصویر در ثانیه به نمایش درآید تا اثر چشمک زدن از بین رود. در سینما چون نمایش ۴۸ تصویر در ثانیه، اشکالات عملی بوجود می‌آورد، مسئله را به طریق دیگری حل نموده‌اند. به این ترتیب که سرعت حرکت نوار فیلم از مقابل لامپ پروژکتور همان ۲۴ تصویر در ثانیه است منتهی به کمک یک دیافراگم گردان به هنگام تعویض یک فریم به فریم بعدی و همچنین در زمان نمایش فریم و درست در وسط زمان مزبور نور لامپ پروژکتور به فیلم قطع میشود. با اینکار هر فریم دو بار روشن و خاموش میشود.

با این تدبیر که هر تصویر دو بار روشن میشود و سرعت حرکت نوار ۲۴ تصویر در هر ثانیه است، از نظر چشم ۴۸ تصویر در ثانیه احساس میشود و مشکل چشمک زدن از بین میرود. در تابلوهای روان هم مسائل پیوستگی تصاویر و همچنین چشمک زدن، عوامل تعیین کننده سیستم جاروب و زمانهای مربوطه هستند.
جاروب یک در میان:
همانطور که گفته شد، جهت نمایش مناسب تصاویر متحرک باید حداقل ۲۴ تصویر در ثانیه نمایش داده شود. حال فرض کنید شما یک تابلو با ۳۲ سطر می‌خواهید طراحی کنید و از جاروب سطری هم استفاده می‌کنید در این حالت زمان نمایش هر فریم تصویر برابر با ۴۱٫۶ میلی ثانیه خواهد بود و در هر فریم ۳۲ سطر جهت جاروب داریم پس زمان روشن بودن هر سطر برابر با ۱٫۳ میلی ثانیه خواهد بود.

خوب شما مدار را طراحی و میسازید اما در پایان متوجه میشوید که نور LED ها بسیار کم تر از حالت معمولی است و حسابی متعجب خواهید شد که چرا با وجود استفاده از LED های مرغوب نور تابلو روان تا این حد کم است؟!
نکته اینجاست که شما هر LED را فقط به مدت ۱٫۳ میلی ثانیه روشن نگاه میدارید و سپس به مدت ۳۱ برابر این مدت خاموش نگاه میدارید( به خاطر جاروب ۳۱ سطر بعدی ) یعنی ۱٫۳ میلی ثانیه روشن و ۴۰٫۳ میلی ثانیه خاموش است. ودر واقع اثر نور LED در چشم به میزان قابل توجه‌ای کاهش می‌یابد.

جهت کم کردن این اثر و افزایش نور تابلو روان چند کار را می‌توان انجام داد :
۱- افزایش ولتاژ اعمالی به LED ها که معمولا این کار خطر سوختن LED ها در اثر هنگ کردن تابلو افزایش داده و همچنین از عمر مفید آن نیز خواهد کاست.
۲- تقسیم تابلو به سگمنت های جداگانه مثلا برای مثال فوق تقسیم تابلو به ۴ سگمنت ۸ سطری. این روش مناسبی است ولی به پیچدگی نرم‌افزار و سخت‌افزار خواهد افزود و در تابلو های کوچک توصیه نمی‌شود.
۳- جاروب یک در میان، این روش راه حل مناسبی در بر طرف نمودن مشکل فوق است. در عین حال که به پیچیدگی مدار منجر نخواهد شد و همچنین با تغییر ساده‌ای در الگوریتم برنامه میتوان از آن بهره برد.

ترتیب کار به این صورت است که ما هر فریم کامل را که در مثال فوق برابر با ۳۲ سطر است به دو نیم فریم تقسیم میکنیم. فریم اول شامل سطرهای فرد (۱،۳،۵،۷،۹،۱۱،۱۳،۱۵،۱۷،۱۹،۲۱،۲۳،۲۵،۲۷،۲۹،۳۱) و فریم دوم شامل سطرهای زوج (۲،۴،۶،۸،۱۰،۱۲،۱۴،۱۶،۱۸،۲۰،۲۲،۲۴،۲۶،۲۸،۳۰،۳۲) است. حال در هر جاروب فقط یکی از دو نیم فریم زوج ویا فرد را جاروب میکنیم. بدین ترتیب که یکبار نیم فریم فرد و بار بعد نیم فریم زوج و دوباره نیم فریم فرد و … در این حالت چون در هر بار فقط ۱۶ سطر جاروب میشوند لذا زمان روشن بودن هر LED بیشتر خواهد شد. البته حتما شما خواننده تیز بین این مقاله متوجه شدید که در این حالت در ثانیه فقط ما ۱۲ تصویر (فریم کامل) نمایش داده‌ایم پس احتمالا بخاطر این کاهش مجددا مشکل لرزش تصویر را داشته باشیم!

البته شما کاملا حق دارید ولی نکته ظریفی هم این بین وجود دارد و آن هم این است که تعداد نیم فریم های نمایش داده شده در یک ثانیه همان ۲۴ عدد است. در نتیجه لرزش تصویر منتفی خواهد بود.
جهت کمک به درک بهتر این مطلب نحوه جاروب در یک تابلو روان ۸ سری بصورت انیمیشن در زیر نمایش داده شده است.

انیمیشن فوق با سرعت بالاتر :

متن مورد نمایش :

بررسی اولین مدار عملی تابلو روان – برنامه نویسی:
حال نوبت به توضیح برنامه هست. من برنامه این میکرو را به زبان بیسیک نوشتم و از نرم افزار BASCOM-AVR استفاده کردم.
$regfile = “m8def.dat”
$crystal = 8000000
همانطور که میدانید، دستوراتی که با علامت “$” در BASCOM آغاز میشوند، جزو دستورات کمپایلر به حساب می‌آیند. و در زمان کمپایل کدی را تولید نمیکنند. دو دستور فوق نیز همینگونه هستند. در دستور اول نوع میکرو برای کمپایلر تعریف میشود که در اینجا ATmega8 میباشد و در دستور بعدی فرکانس کریستال بر حسب هرتز مشخص میشود.در این برنامه مقدار فرکانس تعریفی هشت مگاهرتز است. توجه داشته باشید که من در مدار تابلو روان خود، از کریستال خارجی استفاده نکردم. لذا این دستور تعیین کننده فرکانس اسیلاتور داخلی میکروکنترلر میباشد.
Config Portb = Output
Config Portd = Output
در دو دستور فوق پورت های B,D بعنوان خروجی پیکربندی گشته‌اند. من در این مدار تابلو روان از پورت B برای راه اندازی و کنترل سطرها و از پورت D جهت راه‌اندازی ستون‌ها استفاده کرده‌ام.
Dim Row As Byte
Dim Scan As Byte

در این دو دستور من دو متغییر از نوع بایت تعریف کردم. متغییر Row جهت شمارش سطرها و متغییر Scan جهت تهیه سیگنال جاروب در سطرها استفاده میشود.

بعد از موارد فوق در برنامه، به حلقه اصلی برنامه میرسیم. جهت ساخت این حلقه از دستور Do-Loop استفاده شده و بدلیل عدم ذکر هیچگونه شرطی در این دستور، دستورات موجود در بدنه این حلقه به تعداد بینهایت بار اجرا میگردند.
Scan = &B11111110
در ابتدای حلقه Do-Loop متغییر Scan، مقدار دهی اولیه میشود تا سیگنال مورد نیاز جهت فعال نمودن سطر نخست تولید گردد. با توجه به ساختار ماتریس LED مورد استفاده در این تابلو روان ( اتصال کاتد LED های موجود در یک سطر به یکدیگر ) جهت فعال سازی یک سطر باید پین مربوط به آن سطر در میکرو صفر شود و سایر پین های مربوط به دیگر سطرها، یک شوند. همانطور نیز که مشاهده کردید در دستور فوق نیز بیت نخست متغییر Scan نیز صفر شده که مربوط به سطر اول ماتریس است و سایر بیت‌ها نیز یک شده‌اند. در نتیجه فقط سطر اول فعال خواهد شد و سایر سطرها غیر فعال هستند.
در ادامه برنامه به حلقه F

or-Next میرسیم. متغییر Row

در این حلقه با صفر مقدار دهی اولیه میشود و اجرای دستورات حلقه تا رسیدن این متغییر به عدد ۶ تعریف شده. لذا تعداد دفعات اجرای دستورات درون حلقه ۷ بار خواهد بود. درواقع ما در درون این حلقه یک بار کامل کل سطرهای ماتریس را که هفت عدد میباشد جاروب میکنیم.
For Row = 0 To 6
Portb = Scan
Rotate Scan , Left
Portd = Lookup(row , Gelayof)
Waitus 20
Portd = 0
Next Row

در اولین دستور در حلقه For-Next مقدار متغییر Scan در پورت B میکروکنترلر قرار میگیرد. تا سطر مورد نظر در ماتریس فعال شود. در دستور بعدی متغییر Scan به اندازه یک بیت به سمت چپ شیفت چرخشی داده میشود. با این شیفت صفر موجود در این متغییر به سمت چپ منتقل شده و جای آنرا یک بیت یک پر میکند. بعنوان مثال در نخستین بار اجرای این دستور متغییر Scan از مقدار ۱۱۱۱۱۱۱۰ به مقدار ۱۱۱۱۱۱۰۱ تغییر میکند و در شیفت بعدی به ۱۱۱۱۱۰۱۱ تا اینکه بعد از هفتمین شیفت بصورت ۱۰۱۱۱۱۱۱ در می‌آید. که در هفتمین مرحله در واقع بیت هفتم، صفر شده است که باعث فعال گشتن سطر هفتم ماتریس خواهد شد.

در این برنامه من قصد نمایش حرف A را داشتم، لذا جدولی با نام Gelayof در برنامه تعریف کردم .همانطور نیز که در زیر مشاهده میکنید، جهت ذخیره اطلاعات مربوط به حرف A من از هفت بایت استفاده نمودم و اطلاعات مربوط به هر سطر را در یک بایت قرار داده‌ام. از طرفی چون در این مدار پهنای ماتریس LED، پنج است فقط از پنج بیت اول هر بایت استفاده شده و سه بیت با ارزش آن صفر شده‌اند. شما بنابر نیاز خود میتوانید با تغییر دادن وضعیت بیتها به نمایش هر شکل و یا کاراکتری بپردازید.

Gelayof:
Data &B00000100
Data &B00001010
Data &B00010001
Data &B00010001
Data &B00011111
Data &B00010001
Data &B00010001
حال اطلاعات این جدول مرحله به مرحله و سطر به سطر خوانده شده و در پورت D قرار میگیرد.این عمل توسط دستور Lookup در برنامه صورت میگیرد. در این دستور بایت مورد نظر ( اطلاعات سطر مورد نظر ) توسط متغییر Row تعیین میشود. بعد از قرار دادن اطلاعات مربوط هر سطر در پورت D به اندازه ۲۰ میکرو ثانیه این اطلاعات در پورت نگاه داشته میشود تا LED های موجود در آن سطر روشن بمانند و اثر آن در چشم بیننده باقی بماند. سپس پورت D صفر میشود و اعمال فوق مجددا جهت سطر بعدی تکرار میگردد.

بعد از هر بار جاروب کامل تمامی سطرها، کنترل برنامه از حلقه For-Next خارج شده و مجددا متغییر Scan مقدار دهی اولیه شده تا برای جاروب مجدد آماده گردد. بله به همین سادگی شما یک نمونه ساده از تابلو روان را ساختید!
متن کامل برنامه را بصورت یکجا در زیر آورده شده است.
‘*********************************************
‘* This Program Writing By : Hossein Lachini *
‘* This, Displyed “A” on the Signe Board *

‘* For to get more details visit : *
‘* www.HLachini.com *
‘* Contact to me by : eLachini@Gmail.com *
‘*********************************************
$regfile = “m8def.dat”
$crystal = 8000000

Config Portb = Output
Config Portd = Output

Dim Row As Byte
Dim Scan As Byte

Do
Scan = &B11111110
For Row = 0 To 6
Portb = Scan
Rotate Scan , Left
Portd = Lookup(row , Gelayof)
Waitus 20
Portd = 0
Next Row
Loop
End ‘end program

Gelayof:

Data &B00000100
Data &B00001010
Data &B00010001
Data &B00010001
Data &B00011111
Data &B00010001
Data &B00010001
بررسی اولین مدار عملی تابلو روان – دانلود برنامه و شماتیک

در این بخش من فایل های مورد نیاز شما را جهت، ساخت تابلو روان برای دانلود قرار دادم. این فایلها به صورت یک فایل واحد با فرمت Zip فشرده سازی شده‌اند و عبارتند از :
– فایل شماتیک طراحی شده در نرم افزار Proteus : این شماتیک در دو برگه (Sheet) طراحی شده در برگه نخست شماتیک مربوط به مدار میکروکنترلر ATmega8 قرار دارد و در برگه دوم شماتیک ماتریس LED قرار گرفته است.
در اینجا بررسی اولین طرح تابلوی روان به پایان رسید. دوستان عزیز در صورت داشتن هر گونه سئوال و پیشنهادی شما میتوانید از طریق آدرس ایمیل من eLachini@Gmail.Com و یا از طریق شماره موبایل ۰۹۱۲۳۸۱۲۰۶۰ با من تماس بگیرید. دوستانی که میخواهند از مطالب ارائه شده در اینجا در سایت، وبلاگ و یا نشریه خود استفاده نمایند در این مورد آزاد میباشند ولی حتما نشانی منبع را در مطلب خود ذکر نمایند.
در ادامه بحث شما بااستفاده از این مدار روش جاروب ستونی را خواهید آموخت، در مداری که با هم بررسی کردیم. من از روش جاروب سطری استفاده نمودم. لذا از هم اکنون شما هم دست به کار شوید وسعی کنید با تغییر در کدهای برنامه قبل از ارائه مطلب توسط من، برنامه جاروب ستونی را بنویسید. و در صورت تمایل تصویر مدار و کد برنامه خود را به آدرس ایمیل من ارسال کنید تا با نام خودتان در سایت درج شود.

بررسی جاروب ستونی مدار عملی تابلو روان – برنامه نویسی:
در برنامه قبلی ما از روش جاروب سطری در برنامه نویسی تابلو روان استفاده کردیم. حال من تصمیم به توضیح روش جاروب ستونی در تابلو روان را دارم. و از همان مدار قبلی برای تست این روش استفاده میکنیم و فقط برنامه میکروکنترلر تغییر میکند.
در جاروب ستونی ما ابتدا نخستین ستون را فعال میکنیم و سپس ستون دوم فعال میشود و این روال ادامه پیدا میکند تا به ستون آخر برسیم. اگر به مدار ماتریس LED دقت کنید می‌بینید که ما آند LED های هر ستون را به هم متصل نموده‌ایم، پس جهت فعال نمودن هر سطر باستی آنرا به سطح ولتاژ مثبت متصل کنیم، از طرفی بدلیل اینکه در ماتریس LED، کاتد LED های هر سطر به

هم متصل هستند، جهت روشن نمودن هر LED سطر متناظر با آن LED بایستی به سطح ولتاژ صفر متصل گردد. از همین جا روشن میشود که در طراحی جدول گلایف بایستی بر خلاف برنامه قبلی به ازای نقاطی که میخواهیم LED در آنجا روشن باشد، بایستی عدد صفر را قرار دهیم. به تصویر زیر دقت کنید.

در تصویر فوق من نحوه طراحی جدول گلایف را برای جاروب ستونی در تابلو روان نشان داده‌ام، که باعث به نمایش در آمدن کاراکتر A در ماتریس LED تابلو روان خواهد شد. همانطور که مشاهده میکنید به ازای نقاط فعال ( نقاطی که LED در آنجا روشن خواهد بود ) من مقدار بیت متانظر با آنرا صفر در نظر گرفتم و بالعکس در نقاط غیر فعال بیت متناظر را صفر در نظر گرفته‌ام.

از طرفی اگر به یاد داشته باشد در برنامه قبلی تعداد بایت های مورد نیاز جهت نمایش کاراکتر A، هفت بایت بود ولی در اینجا ما فقط با استفاده از پنج بایت توانستیم همین کار را انجام دهیم!!!
اما برنامه این روش، من برنامه را مجددا به زبان بیسیک نوشتم و از نرم افزار BASCOM-AVR استفاده کردم.