آشنایی با نقشه های شماتیک
در دو بخش گذشته با نماد شماتیکی بسیاری از قطعات الکتریکی و الکترونیکی آشنا شدیم. در 90 درصد موارد با دانستن همین نمادها خواهید توانست تمامی قطعات شماتیک را شناسایی کنید. در این بخش ابتدا با روش نامگذاری و مقداردهی قطعات آشنا خواهیم شد. سپس نحوهی اتصال قطعات به یکدیگر را مورد بررسی قرار میدهیم.
اسامی و مقادیر
کلید موفقیت در شماتیک خوانی، توانایی تشخیص قطعات از همدیگر است. تشخیص نماد هر قطعه نصف داستان است. هر نماد باید همراه با یک اسم و یک مقدار باشد تا کامل شود.
مقادیر به ما کمک میکنند ماهیت دقیق یک قطعه را تعیین کنیم. برای قطعاتی مانند مقاومت، خازن و سلف مقدار آنها به ما میگوید که هرکدام از آنها به ترتیب چند اُهم، چند فاراد و یا چند هانری هستند. در مورد قطعاتی مانند مدارات مجتمع مقدار قطعه میتواند صرفاً نام آن تراشه باشد. در مورد یک کریستال ممکن است فرکانس نوسان آن به عنوان مقدار آن ذکر شود. معمولا مقدار یک قطعه مهمترین خصوصیت آن را ذکر میکند.
اسامی قطعات معمولا ترکیبی از یک یا دو حرف لاتین و یک عدد هستند. حروف نوع قطعه را مشخص میکنند – مثلا R یعنی مقاومت و U برای مدارات مجتمع به کار میرود. اسم هر قطعه در یک نقشهی شماتیک باید منحصربهفرد باشد. به عنوان مثال اگر در نقشه بیش از یک مقاومت وجود دارد نامگذاری آنها بایستی به صورت زیر باشد:
R1، R2، R3 و…
هرچند که لزومی ندارد شمارهگذاری قطعات به صورت متوالی باشد ولی بهتر است که اینطور باشد.
پیشوندهای مورد استفاده در نامگذاری قطعات در نقشههای شماتیک یک استاندارد مشخص دارند. در مورد بعضی قطعات این پیشوند برگرفته از حرف اول نام آن قطعه در انگلیسی است (مانند مقاومت R: Resistor). جدول زیر برخی از قطعات رایج و حروف مورد استفاده در نامگذاری آنها را فهرست کرده است.
| قطعه | نام شماتیکی |
| مقاومت | R |
| خازن | C |
| سلف | L |
| کلید | S |
| دیود | D |
| ترانزیستور | Q |
| مدار مجتمع | U |
| کریستال یا نوسانگر | Y |
با وجود این که این اسامی، اسامی استاندارد برای نامگذاری قطعات در نقشهها هستند، لزوماً در همهی نقشهها رعایت نمیشوند. به عنوان مثال هر از گاهی به نقشهای برمیخورید که در آن مدارات مجتمع با اسم IC (به جای U) مشخص میشوند، یا در برخی از نقشهها کریستال را با اسم XTAL (به جای Y) مشخص میکنند. در اینگونه موارد سعی کنید با مراجعه به نماد قطعه و سایر اطلاعات موجود در نقشه (مثلاً مقدار قطعه) نوع قطعه را تشخیص دهید.
خواندن شماتیک
با تشخیص تمام قطعات روی شماتیک بخش اعظم کار را انجام دادهاید. حالا فقط کافی است تشخیص دهید قطعات چگونه به هم وصل شدهاند.
سیم، گره و برچسب
سیمها که در اصطلاح فنی به آنها Net گفته میشود، نحوهی سیمکشی مدار را مشخص میکنند. سیمها در شماتیک به صورت خطوطی هستند که پایههای قطعات را به هم وصل میکنند.
نقطهی اتصال و گره
در حالتی که دو سیم از روی هم رد میشوند دو حالت داریم:
یا آن دو سیم به هم وصل هستند که در آن صورت در محل اتصال یک دایرهی توپر کشیده میشود، مانند شکل زیر:
یا اینکه این دو سیم به هم وصل نیستند. در این حالت یا در محل اتصال هیچ دایرهی توپری گذاشته نمیشود یا آن که در محل اتصال در یکی از سیمها یک خم نیمدایرهای شکل ایجاد میکنند مانند شکل زیر:
بهتر است در شماتیکهایی که خودتان رسم میکنید تا حد امکان از حالت دوم (سیمهایی که از روی هم رد میشوند ولی به هم وصل نیستند) اجتناب کنید و تا حد امکان سعی کنید سیمهای غیرمتصل از روی هم عبور نکنند.
یک گره یک سطح ولتاژ خاص را مشخص میکند. به عنوان مثال گره زمین یا GND ولتاژ صفر را مشخص میکند و گره VCC یا VDD معمولا ولتاژ کار بخش منطقی مدار را مشخص میکند (3.3 ولت، 5 ولت یا …). هر پایهای که با یک سیم به یک گره خاص وصل شود، ولتاژ آن برابر ولتاژ آن گره خواهد شد.
نامگذاری سیمها
بعضی وقتها برای افزایش خوانایی یک شماتیک به جای وصل کردن مستقیم دو سیم (Net) به هم، آنها را نامگذاری کرده و نام آنها را به صورت برچسب (Label) به آن سیم الصاق میکنیم. بدین ترتیب فرض میشود سیمهایی که نام یکسان دارند به وصل هستند. نامها ممکن است روی سیم قرار گیرند یا به صورت یک برچسب به انتهای سیم وصل شوند.
سیمهایی که اسامی یکسان دارند به هم وصل هستند. نامگذاری سیمها باعث میشود شماتیک خواناتر باشد (فرض کنید اگر خطوط شکل بالا مستقیما به هم وصل بودند چه ظاهری پیدا میکرد!)
نامی که به یک سیم اختصاص داده میشود معمولاً متناسب با نوع سیگنالی است که از آن عبور میکند. به عنوان مثال به خطوط ارتباط UART نامهای RX و TX اختصاص داده میشود و به خطوط انتقال تغذیه نامهای VCC یا 5V.
راهکارهایی برای خواندن نقشههای شماتیک
تشخیص بلوکها
نقشههای بزرگ را باید بر اساس عملکرد هر بخش به بلوکهای مختلف تقسیم کرد. ممکن است بخشی مخصوص ورود تغذیه و تنظیم ولتاژ باشد و بخشی دیگر مختص میکروکنترلر، یک بخش برای کانکتورها و یا یک بخش درایور و غیره. سعی کنید این بلوکها و نیز ورودیها و خروجیها را شناسایی کنید. طراحان خوب معمولا شماتیک را مانند یک کتاب کنار هم میچینند به طوری که ورودی در سمت چپ نقشه و خروجی در سمت راست آن قرار میگیرد.
اگر طراح شماتیک آدم مهربانی باشد ممکن است بخشهای شماتیک را به صورت بلوکهای نامگذاری شده از هم جدا کند.
تشخیص گرههای ولتاژ
گرههای ولتاژ در واقع نمادهای شماتیکی تکپایه هستند که میتوانیم پایههای سایر قطعات مدار را به آنها وصل کنیم تا سطح ولتاژ خاصی را به آنها اختصاص دهیم. به عنوان مثال تمام پایههایی که به گره GND وصل هستند ولتاژشان صفر است. در اینجا نیز مانند سیمهایی که نام یکسان دارند، سیمهایی که به یک گره ولتاژ مثل 5V وصل شدهاند، در عمل و به صورت فیزیکی به هم وصل خواهند شد.
گرههای ولتاژی که نام یکسان دارند به هم وصل هستند حتی اگر مستقیماً با سیم به هم وصل نشده باشند.
گره ولتاژ زمین (GND) خیلی پرکاربرد است چرا که بسیاری از قطعات نیاز دارند که به زمین وصل شوند.
مراجعه به برگه اطلاعات قطعات (دیتاشیت)
اگر در یک نقشهی شماتیک به موردی برخورد کردید که هر کاری میکنید نمیتوانید از آن سر در بیاورید، برگهی اطلاعات یا اصطلاحاً «دیتاشیت» مهمترین قطعهی موجود در نقشه را پیدا کنید و آن را مطالعه کنید. معمولا قطعهای که بیشترین کار را در یک مدار انجام میدهد یک مدار مجتمع (IC) است، مانند یک میکروکنترلر یا یک سنسور. معمولا این قطعه از سایر قطعات بزرگتر است و در وسط نقشه قرار گرفته است.
دسترسی به منابع واطلاعات الکترونیک