انجام پایان نامه

درخواست همکاری انجام پایان نامه  بانک مقالات رایگان انجام پایان نامه

سفارش پایان نامه

|

انجام پایان نامه ارشد

 پایان نامه 

سفارش پایان نامه|تحقیق درباره اصول و نحوه عملكرد ميكروكنترلرها
         

فصل اول :

اصول و نحوه عملكرد ميكروكنترلرها

 
1-1) آشنايي با ميكروكنترلرها
گر چه كامپيوترها تنها چند دهه اي است كه با ما همراهند، با اين حال تأثير عميق آنها بر زندگي ما با تأثير تلفن، اتومبيل و تلويزيون رقابت مي كنند … تصور ما از كامپيوتر معمولاً «داده پردازي» است  كه محاسبات عددي را بطور خستگي ناپذير انجام مي‎دهد.
ما كامپيوترها را به عنوان جزء مركزي بسياري از فرآورده هاي صنعتي و مصرفي از جمله درسوپرماركت ها،‌ داخل صندوق هاي پول و ترازو، در اجاق ها و ماشين هاي لباسشويي،‌ ساعتهاي داراي سيستم خبر دهنده و ترموستات ها، VCR ها و … در تجهيزات صنعتي مانند مته هاي فشاري و دستگاه هاي حروفچيني نوري مي يابيم. در اين مجموعه ها كامپيوترها وظيفه «كنترل» را در ارتباط با «دنياي واقعي»، براي روشن و خاموش كردن وسايل و نظارت بر وضعيت آنها انجام مي دهند. ميكروكنترلرها (برخلاف ريزكامپيوترها و ريز پرازنده ها) اغلب در چنين كاربردهايي يافت مي‎شوند.
با اين كه بيش از بيست سال از تولد ريزپردازنده ها نمي گذرد، تصور وسايل الكترونيكي و اسباب بازيهاي امرزوي بدون آن كار مشكلي است. در 1971 شركت اينتل،  8080 را به عنوان اولين ريزپردازنده موفق عرضه كرد.
مدت كوتاهي پس از آن شركت موتورولا، RCA و سپس تكنولوژي MOS و شركت زايلوگ انواع مشابهي را به ترتيب به نامهاي 6800 و 1801 و 6502 و Z80 عرضه كردند.  گر چه اين IC ها (مدارهاي مجتمع) به خودي خود فايده اي زيادي نداشتند اما به عنوان بخشي از  يك كامپيوتر تك بورد يا SBC ، به جزء مركزي فرآورده هاي مفيدي براي آموزش طراحي با ريزپردازنده ها تبديل شدند. از اين SBC ها كه به سرعت به آزمايشگاه هاي طراحي در كالج ها و شركهاي الكترونيك راه پيدا كردند مي‎توان براي نمونه از D2 ساخت موتورولا، KIM-1 ساخت Mos Technology و SCK-85 متعلق به شركت اينتل نام برد.
«ريزكنترلگر» قطعه اي شبيه به ريز پردازندها ست در 1976 اينتل 8748 را به عنوان اولين قطعه ي خانواده ي ريزكنترلرگرهاي MCS-48TM معرفي كرد. 8748 با 17000 ترانزيستور در يك مدار مجتمع شامل يك CPU ، 1 كيلوبايت EPROM ، 64 بايت RAM ،‌27 پايه ورودي - خروجي (I/O)  ويك تايمر 8 بيتي بود.
اين IC و ديگر اعضاي MCS-48TM كه پس از آن آمدند، خيلي زود به يك استاندارد صنعتي در كاربردهاي كنترل گرا تبديل شدند. جايگزين كردن اجزاء الكترومكانيكي در فرآورده هايي مثل ماشينهاي لباسشويي و چراغ هاي راهنمايي از ابتداي كار يك كاربرد مورد توجه براي اين ميكروكنترلرها بودند و همين طور باقي ماندند. ديگر فرآورده هايي كه در آنها مي‎توان ميكروكنترلر را يافت عبارتند از اتومبيلها، تجهيزات صنعتي، وسايل سردرگمي و ابزارهاي جانبي كامپيوتر (افرادي كه يك PC  از IBM دارند كافي است به داخل صفحه كليد نگاه كنند تا مثالي ازيك ميكروكنترلر را در يك طراحي با كمترين اجزاء ممكن ببينند).
توان ، ابعاد و پيچيدگي ميكروكنترلرها با اعلام ساخت 8051 يعني اولين عضو خانواده ميكروكنترلر MCS-51TM در 1980 توسط اينتل پيشرفت چمشگيري كرد. در مقايسه با 8084 اين قطعه شامل بيش از 60000 ترانزيستور، 4K بايت ROM ،‌128 بايت RAM ، 32 خط I/O، يك درگاه سريال و دو تايمر 16 بيتي است كه از لحاظ مدارات داخلي براي يك IC ، بسيار قابل ملاحظه است.
امروزه انواع گوناگوني از اين IC وجو ددارند كه به طور مجازي اين مشخصات را دو برابر كرده اند. شركت زيمنس كه دومين توليد كننده قطعات MCS-51TM است ، SAB 80515 را بعنوان يك 8051 توسعه يافته در يك بسته ي 68 پايه با 6 درگاه (پورت) I/O بيتي، 13 منبع وقفه و يك مبدل آنالوگ به ديجيتال با 8 كانال ورودي عرضه كرده است. وخانواده ي 8051 به عنوان يكي از جامعترين و قدرتمندتر ين ميكروكنترلرهاي 8 بيتي شناخته شده و جايگاهش را به عنوان يك ميكروكنترلر مهم براي سالهاي آينده يافته است.







2-1) مقايسه ي ريزپردازنده ها با ميكروكنترلرها
فرق يك ميكروكنترلر با يك پردازنده چيست؟ با اين سوال از سه جنبه مي‎توان برخورد كرد:
1-2-1) معماري سخت افزار
در حالي كه ريزپردازنده يك CPUي تك تراشه اي است، ميكروكنترلر در يك تراشه ي واحد شامل يك CPU و بسياري از مدارات لازم براي يك سيستم ميكروكامپيوتري كامل است. اجزاي  داخل خط چين بخش كاملي از اغلب IC هاي ميكروكنترلر هستند (شكل 2-1). علاوه بر CPU ميكروكنترلرها شامل ROM, RAM يك رابطه سريال، يك رابط موازي، تايمر و مدارات زمان بندي وقفه هستند كه همگي در يك IC قرار دارند. البته مقدار RAM روي تراشه حتي به ميزان آن در يك سيستم ميكروكامپيوتري كوچك هم نمي رسد ولي اين مساله محدوديتي ايجاد مي‎كند براي كاربردهاي ميكروكنترلر بسيار متفاوت است.
يك ويژگي مهم ميكروكنترلرها، سيستم وقفه موجود در آنهاست. ميكروكنترلرها به عنوان ابزارهاي كنترلرگرا، اغلب براي پاسخ بي درنگ به وقفه ها - محرك هاي خارجي- مورد استفاده قرار مي گيرند، يعني بايد در پاسخ به يك «اتفاق» سريعا يك فرآيند را معوق گزارده، به فرآيند ديگر بپردازند. باز شدن در يك اجاق مايكروو مثالي است ازيك اتفاق كه ممكن است باعث ايجاد يك وقفه در يك سيستم ميكروكنترلري شود. البته اغلب ريزپردازنده ها مي‎توانند سيستم هاي وقفه ي قدرتمندي را به اجرا بگذارند اما براي اين كار معمولاً به اجزاي خارجي نياز دارند. حال آنكه مدارات روي يك تراشه ي يك ميكروكنترلر شامل تمام مدارات مورد نياز براي به كارگيري وقفه ها است.
2-2-1) كاربردها
ريزپردازنده ها اغلب به عنوان CPU در يك سيستم ميكروكامپيوتري به كار مي روند ولي ميكروكنترلرها در طراحي هاي كوچك با كمترين اجزاء ممكن كه فعاليت كنترلرگرا انجام مي دهند نيز يافت مي‎شوند. اين طراحي ها در گذشته با چند ودجين و يا حتي صدها IC ديجيتال انجام مي شد و اكنون يك ميكروكنترلر مي‎تواند در كاهش تعداد كل اجزاء كمك كند. آنچه مورد نياز است شامل يك ميكروكنترلر تعداد كمي اجزاء پشتيبان و يك برنامه كنترلي در ROM مي‎باشد. ميكروكنترلرها براي «كنترل» ابزارهاي I/O در طراحي هايي با كمترين تعداد اجزاء ممكن مناسبند، حال آنكه ريزپردازنده ها مناسب «پردازش» اطلاعات در سيستم هاي كامپيوتري مناسبند.
3-2-1) ويژگي هاي مجموعه ي دستور العمل ها
بدليل تفاوت در كاربردها، مجموعه دستورالعمل هاي مورد نياز براي ميكروكنترلر تا حدودي با ريزپردازنده ها تفاوت دارد. مجموعه دستور العملهاي ريزپردازند ها بر عمل پردازش تمركز يافته اند و در نتيجه داراي روشهاي آدرس دهي قدرتمند به همراه دستور العمل هايي انجام عمليات روي حجم زياد داده هستند.
دستور العمل ها روي چهاربيت ها، بايت ها، كلمه ها يا حتي كلمات مضاعف عمل مي كنند. روش هاي آدرس دهي با استفاده از فاصله هاي نسبي و اشاره گرهاي آدرس، امكان دسترسي به آرايه هاي بزرگ داده را فراهم مي كنند. حالتهاي افزايش يك واحدي اتوماتيك و كاهش يك واحدي اتوماتيك، حركت گام به گام روي بايت ها، كلمه ها و كلمه هاي مضاعف را در آرايه ها آسان مي كنند. دستور العمل هاي رمزي نمي توانند در داخل برنامه ي كاربردي اجرا شوند و بسياري ويژگي هاي ديگر از اين قبيل.
از سوي ديگر ميكروكنترلرها ، مجموعه دستور العمل هايي مناسب براي كنترل وروديها و خروجي ها دارند. ارتباط بسياري از  ورودي ها و خروجي ها تنها نيازمند يك بيت است. براي مثال يك موتور مي‎تواند توسط يك سيم پيچ كه توسط يك درگاه خروجي يك بيتي، انرژي دريافت مي‎كند روشن و خاموش شود. ميكروكنترلرها دستور العمل هايي براي 1  كردن و 0 كردن بيت هاي جداگانه دارند و ديگر عمليات روي بيت ها مثل OR ،‌AND يا EXOR كردن منطقي بيت ها، پرش در صورت 1 يا 0 بودن يك بيت و مانند آنها را نيز انجام مي دهند. اين ويژگي مفيد به ندرت در ريزپردازنده ها يافت مي‎شود زيرا آنها معمولاً براي كار روي بايت ها يا واحدهاي بزرگتر داده طراحي مي‎شوند.
ميكروكنترلرها ، براي كنترل و نظارت بر ابزارها (شايد توسط يك رابط تك بيتي)، مدارات داخلي و نيز دستور العملهايي براي عمليات ورودي - خروجي زمان بندي اتفاقات  و فعال كردن و تعيين اولويت كردن وقفه هاي ناشي از محرك هاي خارجي دارند. ريزپردازنده ها اغلب به مدارات اضافي ( IC هاي رابط سريال، كنترل كننده هاي وقفه، تايمرها و غيره) براي انجام اعمال مشابه نياز دارند. با اين همه در قدرت پردازش محض، يك ميكروكنترلر هرگز به ميكروپروسسور نمي رسد (اگر در بقيه موارد هم يكسان باشند) زيرا بخش عمده «فضاي واقعي» IC ميكروكنترلر صرف تهيه امكانات روي تراشه مي‎شود، البته به قيمت كاهاش توان پردازش.
از آنجا كه فضاهاي واقعي در تراشه ها براي ميكروكنترلرها اهميت دارند، دستور العمل ها بايد بي نهايت فشرده باشند و اساسا در يك بايت پياده سازي شوند. يكي از نكات در طراحي،‌جا دادن برنامه كنترلي در داخل ROM روش تراشه است، زيرا افزودن حتي يك ROM خارجي، هزينه نهايي توليد را بسيار افزايش مي‎دهد. كد گذاري (به رمز در آوردن) فشرده براي مجموعه دستور العملهاي ميكروكنترلر، ضروري است، در حالي كه ريز پردازنده ها به ندرت داراي اين ويژگي هستند و روشهاي آدرس دهي آنها باعث به رمز در آوردن غير فشرده ي دستور العمل ها مي‎شود.




فصل دوم:

اصول و نحوه عملكرد فرستنده ها
 و گيرنده هاي راديويي
 
1-2) روشهاي مدولاسيون دامنه
به طور كلي شكل موج ASK  M تايي داراي M-1 دامنه گسسته و يك حالت خاموش است. چون وارونگي فاز و تغييرات ديگر رخ نمي دهد، مي توانيم مولفه q سيگنال (t) را برابر صفر قرار داده مولفه I را يك سيگنال تك قطبيNRZ در نظر بگيريم.
(2 الف)                  
ميانگين و واريانس رشته ديجيتال عبارت است از
(2 ب)                      
پس طيف معادل پايين گذر عبارت است از
(1)                     







اكثر توان سيگنال در گستره   قرار دارد و افت طيف از فركانس مركزي به آن طرف به صورت مرتبه دوم، يعني متناسب با   است. اين ملاحظات مي گويد پهناي باند انتقال تقريبا   است. اگر يك سيگنال ASK M تايي نشان دهنده داده دو دويي با آهنگ   باشد آنگاه   يا
(2)                                
اين نسبت آهنگ بيت به پهناي باند انتقال معيار«سرعت» مدولاسيون يا كارايي طيف آن است. OOK دودويي ضعيفترين كارايي طيفي را دارد زيرا به ازاي  .
 با توسل به اصل مالتي پلكس حامل ربعي ميت وان با AM  حامل ربعي (QAM) به سرعتي دو برابر ASK دودويي دست يافت. شكل1-2 الف نمودار جعبه اي يك فرستنده QAM دودويي با ورودي دودويي قطبي داراي آهنگ rb را نشان مي‎دهد. مبدل سري به موازي ورودي را به دو رشته متشكل از بيتهاي يك در ميان با آهنگ r=rb/2 تقسيم مي‎كند. پس سيگنالهاي مدوله كننده I و q به صورت زير نشان داده مي‎شوند.
 
كه در آن   مقادير اوج سيگنال مدوله كننده   در فاصله دلخواه   است. شكل 14. 1- 3 ب اين اطلاعات را به صورت منظومه سيگنال دو بعدي نشان مي‎دهد چهار نقطه سيگنال با زوج بيتهاي متناظر منبع موسوم به دو بيتي مشخص شده اند. سرانجام با جمع كردن حاملهاي مدوله شده QAM معادله (1) به دست مي‎آيد. مولفه هاي I و q مستقل اند ولي شكل پالس و مقادير آماري يكساني دارند، يعني  . پس
(1-2)





كه در آن معادلات (4 ب) و (5ب) با   استفاده كرده ايم. با QAM دو دويي مي توانيم به   دست يابيم. زيرا آهنگ دو بيتي ها نصف آهنگ بيت ورودي است، و پهناي باند انتقال به   تقليل مي يابد.
ولي به خاطر داشته باشيد كه طيف ASK و QAM در واقع فراتر از پهناي باند انتقال تقريبي است. اين «سرزير» طيفي به خارج BT در انتقال راديويي و سيستمهاي مالتي پلكس تقسيم فركانس بسيار مهم است. زيرا به تداخل با سيگنالهاي ديگر كانالها مي‎انجامد. با فيلتر كردن خروجي مدولاتور مي‎توان سر زير را كنترل كرد، ولي فيلتر كردن شديد باعث بروز ISI درسيگنال مدوله شده مي‎شود و بايد از آن اجتناب كرد.
براي دست يابي به كارايي طيف بدون سرريز مي‎توان مدولاتر VBS شكل 14. 1-4 الف را به كار برد. فيلتر VBS تنها ردي به عرض   ازيك كنار باند را باقي مي گذارد و    چيزي شبيه شكل 2-2 مي‎شود كه طيفي باند محدود با   دارد. پس اگر   آنگاه
(3)                                            
حد بالا به ازاي   حاصل مي‎شود.
2-2) اجزا و محدوديت هاي سيستم هاي مخابراتي
سيستم مخابراتي اطلاعات را از مبدا به مقصدي آن طرفتر مي فرستند. كاربرد سيستمهاي مخابراتي چنان متعدد است كه نمي توانيم تمام انواع آن را در اينجا ذكر كنيم. همچنين نمي توانيم تمام بخشهاي تشكيل دهنده يك سيستم را نيز به تفضيل بيان كنيم يك سيستم نوعي اجزاي متعددي دارد كه تمام رشته مهندسي برق را مي پوشاند مدار ، الكترونيك، الكترومغناطيس، پردازش سيگنال، ميكروپروسسور، و شبكه هاي مخابراتي تنها تعدادي از رشته هاي مربوط به اين زمينه است. به علاوه برسي جزء به جزء اين نكته اساسي را در بوته ابهام باقي مي گذارد كه يك سيستم مخابراتي در كل فراتر از مجموع اجزاي آن است.

انجام پایان نامه

برای دیدن ادامه مطلب از لینک زیر استفاده نمایید

انجام پایان نامه | دانلود مقاله

سفارش پایان نامه