پروژه سون سگمنت با AVR یکی از پروژه‌های پایه‌ای و در عین حال کاربردی در دنیای الکترونیک دیجیتال است. در پروژه سون سگمنت پروتئوس، از یک یا چند سون سگمنت (Seven Segment Display) برای نمایش اعداد یا حروف استفاده می‌شود که کنترل آنها توسط میکروکنترلر خانواده AVR (مانند ATmega32 یا ATmega8) انجام می‌گیرد. هدف اصلی سون سگمنت با AVR، آشنایی با نحوه‌ی راه‌اندازی سون سگمنت، ارسال داده از میکروکنترلر به نمایشگر، و درک مفاهیم پایه‌ای مانند خروجی دیجیتال، تاخیر زمانی، و حلقه‌های برنامه‌نویسی است.
مقدمه
استفاده از سون سگمنت در پروژه‌های الکترونیکی به دلیل سادگی، قیمت پایین و مصرف انرژی کم، بسیار رایج است. در این پروژه، برنامه‌نویسی میکروکنترلر معمولاً با زبان C و محیط‌هایی مانند CodeVisionAVR یا Atmel Studio انجام می‌شود. با پیاده‌سازی پروژه سون سگمنت با AVR، دانشجویان و علاقه‌مندان به الکترونیک می‌توانند درک عمیق‌تری از ارتباط بین سخت‌افزار و نرم‌افزار پیدا کرده و آمادگی بیشتری برای پروژه‌های پیشرفته‌تر مانند ساخت تایمر، شمارنده، یا سیستم‌های نمایشگر دیجیتال پیدا کنند.
مراحل پیاده‌سازی پروژه سون سگمنت با AVR
برای پیاده‌سازی پروژه سون سگمنت AVR، ابتدا باید با نحوه‌ی عملکرد سون سگمنت و روش اتصال آن به پورت‌های میکروکنترلر آشنا شوید. در ادامه، مراحل کلی پیاده‌سازی به همراه توضیحات ارائه می‌شود:
۱- شناخت سون سگمنت
پروژه سون سگمنت با AVR یک نمایشگر دیجیتال ساده است که از ۷ بخش LED مجزا تشکیل شده و معمولاً برای نمایش اعداد ۰ تا ۹ استفاده می‌شود. دو نوع اصلی دارد:
- Common Cathode (کاتد مشترک): پایه مشترک به زمین (GND) وصل می‌شود و برای روشن کردن هر سگمنت، باید به آن ولتاژ بدهید.
- Common Anode (آند مشترک): پایه مشترک به VCC وصل می‌شود و برای روشن کردن هر سگمنت، باید آن پایه را به زمین متصل کرد.
۲- اتصال سون سگمنت به میکروکنترلر
- هر یک از ۷ سگمنت (a تا g) به یکی از پایه‌های پورت دیجیتال میکروکنترلر (مثلاً PORTC) متصل می‌شود.
- یک مقاومت در مسیر هر اتصال قرار می‌گیرد تا جریان LED کنترل شود.
- پایه مشترک (COM) بسته به نوع سون سگمنت به GND یا VCC وصل می‌شود.
۳- تنظیم میکروکنترلر
- پورت متصل به سون سگمنت باید به عنوان خروجی تنظیم شود.
- برای نمایش هر عدد، ترکیب خاصی از سگمنت‌ها باید روشن شوند. این ترکیب به صورت باینری به پورت ارسال می‌شود.
۴- نمایش اعداد
- می‌توان اعداد ۰ تا ۹ را با روشن و خاموش کردن سگمنت‌ها نمایش داد.
- بین تغییر اعداد، تاخیر زمانی مشخص (مثلاً یک ثانیه) در نظر گرفته می‌شود تا عدد قابل مشاهده باشد.
۵- توسعه پروژه
- در پروژه‌های پیشرفته‌تر، می‌توان از چند سون سگمنت استفاده کرد (برای نمایش چند رقم).
- برای این منظور، از روش مالتی‌پلکس استفاده می‌شود که در آن سگمنت‌ها به‌صورت یکی‌یکی فعال می‌شوند اما به دلیل سرعت بالا، به‌صورت همزمان دیده می‌شوند.
🔗 دانلود پروژه سون سگمنت با AVR
مراحل پیاده‌سازی سخت‌افزار
مراحل پیاده سازی سخت افزار در پروژه سون سگمنت با AVR به صورت زیر است:
اتصال پایه‌ها
- سون سگمنت دارای ۷ Segment (a تا g) و یک یا دو پایه برای نقطه اعشاری (dp) است.
- هر سگمنت به یک پورت دیجیتال از AVR متصل می‌شود.
- پایه مشترک به تغذیه متصل می‌شود.
قرار دادن مقاومت‌ها
بین هر پایه سگمنت و پورت میکروکنترلر، یک مقاومت قرار دهید تا از آسیب دیدن LEDها جلوگیری شود.
ویژگی های پروژه سون سگمنت با AVR
در ادامه به ویژگی های پروژه سون سگمنت با AVR پرداخته شده است:
۱- آموزشی و پایه‌ای
پروژه سون سگمنت با AVR یکی از بهترین گزینه‌ها برای شروع یادگیری الکترونیک دیجیتال است. این پروژه مفاهیم پایه‌ای مانند ورودی و خروجی دیجیتال، مدارهای منطقی و نحوه کنترل نمایشگرها را آموزش می‌دهد. با استفاده از میکروکنترلرهای AVR، کاربر با اصول اولیه برنامه‌نویسی سخت‌افزار آشنا می‌شود. سادگی ساختار پروژه، آن را به انتخابی مناسب برای دانشجویان و علاقه‌مندان تازه‌کار تبدیل کرده است.
۲- سادگی در پیاده‌سازی
این پروژه مدار ساده‌ای دارد و با کمترین تعداد قطعات الکترونیکی قابل پیاده‌سازی است. به همین دلیل، برای افراد تازه‌کار و مبتدی بسیار مناسب و قابل دسترس است. سادگی مدار باعث کاهش هزینه‌ها و سهولت در آموزش می‌شود. بنابراین، سون سگمنت پروتئوس انتخابی ایده‌آل برای شروع کار با میکروکنترلرها به شمار می‌آید.
۳- قابل گسترش
این پروژه قابلیت توسعه داشته و می‌توان چندین سون سگمنت را به آن اضافه کرد. با استفاده از روش مالتی‌پلکس، امکان کنترل همزمان چند نمایشگر فراهم می‌شود. این ویژگی به نمایش اعداد چندرقمی و اطلاعات پیچیده‌تر کمک می‌کند. بنابراین، پروژه قابلیت گسترش برای کاربردهای پیشرفته‌تر را دارد.
۴- هزینه پایین
قطعات استفاده شده در این پروژه قیمت مناسبی دارند و به‌راحتی در بازار یافت می‌شوند، که این امر اجرای پروژه را برای همه کاربران آسان و اقتصادی می‌کند. در نتیجه، می‌توان با صرف هزینه کم، یک سیستم نمایشگر دیجیتال کارآمد ساخت. این ویژگی، پروژه را برای آموزش و کاربردهای عملی بسیار مناسب کرده است.
۵- کاربردی بودن
پروژه سون سگمنت با AVR کاربردهای گسترده‌ای در ساخت شمارنده‌ها، تایمرها، دماسنج‌ها و ساعت‌های دیجیتال دارد. با استفاده از سون سگمنت و میکروکنترلر AVR می‌توان داده‌های عددی را به‌صورت واضح و قابل فهم نمایش داد. این قابلیت باعث می‌شود در انواع سیستم‌های اندازه‌گیری و نمایش اطلاعات دیجیتال به‌کار گرفته شود. بنابراین، پروژه علاوه بر جنبه آموزشی، از لحاظ عملی نیز بسیار مفید و کاربردی است.
۶- آشنایی با پورت‌های I/O
این پروژه فرصت مناسبی برای تسلط عملی بر نحوه استفاده از پورت‌های خروجی میکروکنترلر فراهم می‌کند. با کنترل مستقیم پایه‌های خروجی، کاربر با مفاهیم جریان‌دهی، وضعیت منطقی و مدیریت سیگنال‌ها آشنا می‌شود. این تجربه کاربردی، پایه‌ای قوی برای پروژه‌های پیشرفته‌تر در زمینه کنترل سخت‌افزار ایجاد می‌کند. بنابراین، پروژه سون سگمنت، مهارت‌های برنامه‌نویسی و الکترونیکی را به‌صورت همزمان تقویت می‌کند.
۷- امکان شبیه‌سازی قبل از اجرا
مدار پروژه شمارنده با avr را می‌توان به‌راحتی در نرم‌افزارهای شبیه‌سازی مانند Proteus طراحی و تست کرد. شبیه‌سازی امکان بررسی عملکرد مدار و رفع اشکالات قبل از ساخت فیزیکی را فراهم می‌کند. این روش باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه می‌شود و یادگیری مفاهیم را تسهیل می‌کند. بنابراین، استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی بخش مهمی از فرآیند پیاده‌سازی پروژه است.
معرفی پروژه سون سگمنت با AVR
پروژه 7segment در avr یکی از پروژه‌های پایه و کاربردی در دنیای الکترونیک دیجیتال است که به کمک آن می‌توان اعداد و برخی حروف ساده را به صورت بصری نمایش داد. سون سگمنت، یک نمایشگر LED هفت‌بخشی است که هر بخش آن به صورت جداگانه روشن یا خاموش می‌شود تا شکل اعداد از ۰ تا ۹ و حتی برخی حروف محدود را تشکیل دهد. در این پروژه، میکروکنترلر AVR به عنوان مغز کنترل کننده عمل می‌کند و با ارسال سیگنال‌های دیجیتال به هر بخش از سون سگمنت، تعیین می‌کند کدام بخش‌ها روشن شوند و چه عدد یا حرفی نمایش داده شود.
استفاده از میکروکنترلرهای خانواده AVR مانند ATmega32 باعث می‌شود که این پروژه علاوه بر نمایش اعداد، فرصتی عالی برای یادگیری برنامه‌نویسی سخت‌افزاری و کار با پورت‌های ورودی و خروجی فراهم آورد. این پروژه به کاربر کمک می‌کند تا مفاهیمی مانند کنترل جریان، مدیریت پورت‌ها، و زمان‌بندی نمایش اعداد را به صورت عملی تجربه کند. همچنین، به دلیل سادگی و کم‌هزینه بودن قطعات مورد استفاده، این پروژه گزینه‌ای مناسب برای دانشجویان و علاقه‌مندان تازه‌کار است که می‌خواهند مهارت‌های خود را در زمینه الکترونیک و میکروکنترلرها تقویت کنند.
به طور کلی، پروژه سون سگمنت با AVR ترکیبی از سخت‌افزار و نرم‌افزار است که علاوه بر آموزش مفاهیم پایه، پایه‌ای قوی برای پروژه‌های پیشرفته‌تر مانند شمارنده‌ها، تایمرها و سیستم‌های نمایشگر چندرقمی فراهم می‌کند.
بخش کلیدی پروژه سون سگمنت با AVR
بخش کلیدی پروژه سون سگمنت با AVR در ادامه به‌صورت جامع بررسی می‌شوند:
۱- ساختار و عملکرد سون سگمنت
سون سگمنت از هفت LED تشکیل شده که هر کدام نمایانگر یک بخش از عدد هستند. با روشن یا خاموش کردن ترکیبی از این بخش‌ها، اعداد ۰ تا ۹ و برخی حروف نمایش داده می‌شوند. شناخت این ساختار برای کنترل دقیق نمایشگر ضروری است.
۲- نقش میکروکنترلر AVR در پروژه
میکروکنترلر AVR با ارسال سیگنال‌های دیجیتال به پایه‌های سون سگمنت، تعیین می‌کند کدام بخش‌ها روشن یا خاموش شوند. این کنترل دقیق از طریق برنامه‌نویسی انجام می‌شود و امکان نمایش اعداد به صورت پویا را فراهم می‌کند.
۳- نحوه اتصال سخت‌افزاری سون سگمنت به AVR
هر پایه سگمنت به یک پایه خروجی میکروکنترلر متصل می‌شود و معمولا بین آنها مقاومت جهت محدود کردن جریان قرار می‌گیرد. همچنین، نوع سون سگمنت (Common Cathode یا Common Anode) بر نحوه اتصال تأثیرگذار است.
۴- برنامه‌نویسی و کنترل نمایشگر
برنامه‌نویسی میکروکنترلر به زبان C یا اسمبلی، بخش مهمی از پروژه است. با نوشتن کدهای مناسب، می‌توان نمایش اعداد را مدیریت کرد و حتی قابلیت‌هایی مانند شمارش خودکار یا نمایش چند رقمی را اضافه نمود.
۵- کاربردهای عملی و توسعه پروژه
این پروژه پایه‌ای برای ساخت سیستم‌های پیچیده‌تر مانند تایمرها، ساعت‌های دیجیتال و شمارنده‌هاست. همچنین می‌توان با افزودن چند سون سگمنت و استفاده از مالتی‌پلکس، نمایشگرهای چندرقمی طراحی کرد.
۶- اهمیت شبیه‌سازی قبل از ساخت
استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی مانند Proteus به بررسی عملکرد مدار قبل از ساخت فیزیکی کمک می‌کند، باعث کاهش خطا و صرفه‌جویی در زمان و هزینه می‌شود.
کاربرد پروژه سون سگمنت با AVR در پروژه‌های صنعتی و آموزشی
پروژه‌های سون سگمنت با میکروکنترلر AVR کاربردهای متنوعی در زمینه‌های آموزشی و صنعتی دارند. در ادامه به بررسی کاربردهای این پروژه در هر دو حوزه می‌پردازیم:
۱- آشنایی با میکروکنترلرها و AVR
اجرای روژه سون سگمنت با AVR یکی از اولین پروژه‌هایی است که برای آموزش برنامه‌نویسی میکروکنترلر (مثل ATmega16، ATmega32 و…) استفاده می‌شود. این پروژه کمک می‌کند تا دانش‌آموز یا دانشجو با مفاهیم زیر آشنا شود:
- پورت‌های دیجیتال (input/output)
- آدرس‌دهی پورت‌ها
- نحوه راه‌اندازی و کنترل نمایشگرها
۲- آموزش نحوه راه‌اندازی سون سگمنت
- با استفاده از پروژه سون سگمنت با AVR، می‌توان انواع نمایشگرهای Common Cathode و Common Anode را شناخت و راه‌اندازی آنها را تمرین کرد.
- تمرین برنامه‌نویسی Embedded C یا Assembly: پروژه‌های سون سگمنت ابزار خوبی برای تمرین نوشتن کدهای تعاملی در زبان C و آشنایی با توابع تأخیری (Delay)، تایمرها، وقفه‌ها و غیره هستند.
۳- آموزش اصول طراحی مدار و برد
در کنار برنامه‌نویسی، این پروژه‌ها فرصت خوبی برای یادگیری طراحی مدارات دیجیتال، نحوه اتصال نمایشگرها، استفاده از مقاومت‌ها، ترانزیستورها و حتی طراحی PCB هستند.
۴- نمایش اطلاعات عددی ساده
سون سگمنت‌ها در بسیاری از دستگاه‌های صنعتی برای نمایش اطلاعات عددی مانند:
- دما (ترموستات)
- زمان (تایمر صنعتی)
- سرعت (در موتور یا فن)
- شمارنده قطعات
- ولتاژ و جریان در دستگاه‌های اندازه‌گیری
۵- طراحی شمارنده‌های صنعتی
پروژه‌های AVR با سون سگمنت برای ساخت شمارنده قطعات تولیدی، شمارنده ضربه‌ای (Pulse Counter)، یا شمارنده افراد در سالن‌ها استفاده می‌شوند.
۶- استفاده در سیستم‌های هشدار
در دستگاه‌هایی که باید هشدار عددی نمایش داده شود (مثل نمایش خطا با کدهای دیجیتالی)، سون سگمنت می‌تواند وضعیت دستگاه را نشان دهد.
۷- دستگاه‌های هوشمند کوچک و ارزان قیمت
به دلیل هزینه پایین و سادگی اجرا، ترکیب AVR + سون سگمنت گزینه‌ای مناسب برای ساخت تجهیزات ارزان و کاربردی در صنایع کوچک است.
نتیجه گیری
پروژه سون سگمنت با AVR یکی از بهترین راه‌ها برای یادگیری مفاهیم پایه‌ای الکترونیک دیجیتال و برنامه‌نویسی سخت‌افزار است. این پروژه با سادگی مدار و استفاده از قطعات ارزان و در دسترس، امکان تجربه عملی کار با پورت‌های ورودی و خروجی میکروکنترلر را فراهم می‌کند و به کاربران کمک می‌کند تا اصول کنترل نمایشگرهای دیجیتال را به صورت ملموس درک کنند. علاوه بر آموزش، این پروژه قابلیت توسعه و کاربرد در سیستم‌های مختلف مانند شمارنده‌ها و تایمرها را دارد که می‌تواند مسیر یادگیری را برای پروژه‌های پیچیده‌تر هموار سازد.
از طرفی، انجام 7segment در avr مهارت‌های طراحی مدار، برنامه‌نویسی و شبیه‌سازی را به‌طور همزمان تقویت می‌کند و باعث افزایش اعتماد به نفس کاربر در مواجهه با چالش‌های عملی می‌شود. همچنین، با توجه به امکان استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی قبل از پیاده‌سازی فیزیکی، این پروژه به عنوان یک نقطه شروع عالی برای دانشجویان و علاقه‌مندان به دنیای میکروکنترلرها و الکترونیک دیجیتال شناخته می‌شود که می‌توانند دانش تئوری را به مهارت عملی تبدیل کنند.
