المعالجات والمتحكمات المصغرة الجزء الثالث (01-19)


0001

ترجمة

 

 

0002 0003 0004 0005 0006 0007 0008 0009 0010 0011 0012 0013 0014 0015 0016 0017 0018 0019

ترجمة

المعالجات والمتحكمات المصغرة

المحاضرة الثالثة

التحويل من تشابهي إلى رقمي

جامعة حلب – كلية الهندسة الكهربائية والالكترونية

سنة رابعة – قسم الميكاترونيكس

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

مقارنة الإشارات التشابهية بالرقمية

 يتم تمثيل معظم الإشارات الفيزيائية بطريقة تشابهية،

 الكلام، وحركات النجوم، والموسيقى؛ كلها إشارات تشابهية.

 للإشارات الرقمية متحولاتها الفيزيائية الخاصة بها والتي

تكون معرفة لأجل لحظات متقطعة على متحولاتها المستقلة.

 المحولات التشابهية الرقمية ADC مهمة من أجل أي تطبيق

رقمي يتفاعل مع أوساط تشابهية.

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

2

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

التحسس والتعديل

 تكون الإشارات القادمة في العديد من الأنظمة الرقمية هي

إشارات جهد.

 نحصل عليها من إشارات فيزيائية بمساعدة محولات الطاقة، مثل

 الميكروفون، وحساسات الزاوية، وحساسات الأشعة تحت الحمراء، وحساسات

الحرارة.

 يتم تعديلها لكي تعطي قيما متناسبة مع مجال الدخل الرقمي، 0 –

5 فولت.

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

3

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

أخذ العينات

 أخذ العينات: هي عملية أخذ لقطات من الإشارة مع مرور الزمن.

 يحدد معدل تغير الإشارة، عدد العينات التي يجب أخذها بحيث يمكن إعادة

بناء الإشارة.

 قام HarryNyquist من مختبرات Bell بتحديد أصغر قيمة لتردد أخذ

العينات:

 على الأقل يجب أن تساوي ضعف سرعة أكبر تردد موجود في الإشارة ذات الأهمية.

 عمليا، يجب أخذ إشارة تساوي 5 حتى 10 أضعاف أكبر تردد في الإشارة.

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

4

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

التكميم والتمييز

 إذا كان لدينا n بت، فإنه يمكن الحصول على n2 درجة تكميم مختلفة.

 المزيد من درجات التكميم يعني تخطيطا للإشارة، أفضل وأقرب للقيمة الحقيقية.

 يتناسب خطأ التكميم عكسا مع عدد البتات المستخدمة من أجل تكميم الإشارة.

 التمييز هو المسافة بين درجتي تكميم متجاورتين. ) التمييز =

المجال

2𝑏 )

 يتناسب عدد البتات المستخدمة من أجل التكميم مع تمييز النظام.

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

5

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

التشفير والمجال الديناميكي

 التشفير: هو عملية تحويل الإشارة المكممة إلى صيغة رقمية ثنائية.

 نتيجة لذلك، يتم تمثيل الإشارة التشابهية المقروءة، على شكل مجموعة من الأعداد

الثنائية.

 يتم قياس قوة الإشارة بالمقارنة مع الضجيج باستخدام واحدة الديسبل

( Decibel .)

 زيادة قيمة الديسبل، يعني زيادة قوة الإشارة.

 يتم استخدام 8 – 12 بت في المحولات التشابهية الرقمية التجارية، مما يؤدي إلى

تحويل المجال الديناميكي من ) 20log28dB ( حتى ) 20log212dB )

 في الحالة المثالية: 𝑆𝑁𝑅𝑑𝐵=6.02𝑛+1.76𝑑𝐵

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

6

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

التكميم باستخدام بتات أقل

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

7

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

العمليات ما قبل التحويل التشابهي الرقمي

 يتم تحويل الإشارة الفيزيائية إلى إشارة كهربائية باستخدام

محولة للطاقة.

 محولة الطاقة هي عنصر كهربائي أو جهاز ميكانيكي يقوم بتحويل

الإشارة الفيزيائية إلى إشارة كهربائية.

 يلزم وجود دارة تعديل إشارة

 وذلك لتحجيم وإزاحة مجال الإشارة، ليصبح خرج محولة الطاقة

مطابقا لدخل المحول التشابهي الرقمي.

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

8

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

المخطط الصندوقي لتعديل الإشارة من أجل ال ADC

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

9

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

عملية التحويل من تشابهي إلى رقمي

. 1 أخذ العينات:

 يتم أخذ نوع الإشارة الفيزيائية بعين الاعتبار، وذلك للتأكد من الحصول

على تردد أخذ عينات مناسب.

. 2 التكميم:

 تحديد قيمة خطأ التكميم المقبول، وذلك لتحديد عدد البتات المستخدمة:

 التمييز =

المجال

2𝑏

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

10

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

التقريب التتابعي

 يستخدم محول رقمي تشابهي، ومتحكم، ومقارن.

 بدءا بالخانة الأكثر أهمية MSB حتى الأقل أهمية LSB ، المعالج:

. 1 يعمل على تشغيل كل بت لوحده، و

. 2 يولد إشارة تشابهية، ليتم مقارنتها مع الإشارة الأصلية.

. 3 بالاعتماد على النتائج، يقوم المتحكم بتغيير البت الحالي أو الإبقاء عليه،

وينتقل إلى الخانة الأكثر أهمية التي تليها.

4 . تستمر هذه العملية حتى اتخاذ القرارات المناسبة لجميع البتات المتوفرة.

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

11

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

المخطط الصندوقي للتقريب التتابعي

زمن التحويل موحد، لكنه يستخدم أجهزة معقدة.

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

12

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

النظام الثانوي للتحويل التشابهي الرقمي في

ATmega16

. 1 تمييز ب 10 بتات.

.2 الإحكام مقداره ± 2 على الخانة الأقل أهمية.

.3 زمن تحويل مقداره 13 – 260 ميكرو

ثانية.

.4 قادر على الوصول إلى 15 kSPS ( 15 ألف

عينة في الثانية( عند التمييز الأعظمي.

. 5 ثمانية مداخل منتخبة ولها خرج وحيد.

.67 قنوات تفاضلية على الدخل.

. × 8 قناتان تفاضليتان، مع ربح 10 × و 200 .

مجال دخل المحول التشابهي الرقمي من 0

حتى جهد المنبع.

. 9 جهد مرجعي قابل للتحديد عند 2.56 فولت.

. 01 بدء التحويل عن طريق تشغيل تلقائي عبر

المقاطعة.

. 11 إعطاء مقاطعة عندما ينتهي التحويل

التشابهي الرقمي.

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

13

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

المخطط الصندوقي

للمحول التشابهي

الرقمي

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور:

عبد الغني البكار.

14

مواصفات المحول التشابهي الرقمي

 يتم تحديد التمييز عن طريق العلاقة: 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛=𝑉𝑅𝐻−𝑉𝑅𝐿2𝑏

 حيث أن VRH و VRL هما الكمونان المرجعيان المرتفع والمنخفض، b عدد البتات.

 جهد مرجعي من 0 حتى 5 فولت مستمر، و

10 بتات، فالتمييز: 4.88 ميللي فولت.

 الإحكام ± 2 في الخانة الأقل أهمية، أي ± 9.76 ميللي فولت.

 يحتاج المحول التشابهي الرقمي إلى 13 دورة ساعة حتى يكمل عمليته،

 تردد الساعة يكون بين المجال 50 حتى 200 كيلو هيرتز، وذلك حتى يعمل عند أعظم

تمييز.

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

15

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

مواصفات المحول التشابهي الرقمي

 محول ال ADC من نوع التقريب التتابعي.

 للمحول 8 مداخل تشابهية يتم انتخابها باستخدام خط ناخب بطول ] 4:0 [ بت في

( ADMUX .)

 يتم وضع النتيجة في مسجل بيانات المحول التشابهي الرقمي بطول 10 بت، ADCH و

ADCL .

 يمكن تعديل النتيجة من اليمين أو اليسار عن طريق إعداد المسجل ADLAR الخاص

بمسجل ADMUX .

 يمكن تقسيم الساعة عن طريق استخدام البتات ADPS[2:0] في مسجل حالة المحول

التشابهي الرقمي ADCSRA .

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

16

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

مسجل ADMUX لتحديد قيمة ناخب ال ADC

ADLAR : بت يقوم بتحديد التعديل من اليمين أو من اليسار.

MUX[4:0] بتات تقوم بتحديد أي من مداخل ال ADC سيتم تحديدها من أجل التحويل.

REFS[1:0] بتات تقوم بتحديد الجهد المرجعي:

1 . REFS[0:0] = 00 : يتم استخدام ال AREF من أجل الجهد المرجعي لل ADC .

2 . REFS[0:1] = 01 : AVCC مع مكثفة خارجية عند AREF .

3 . REFS[1:0] = 10 : محجوز.

4 . REFS[1:1] = 11 : مرجع كمون داخلي 2.56 فولت، مع مكثفة خارجية عند AREF .

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

17

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

مسجل التحكم والحالة لل )ADCSRA( ADC

البت

الوصف

ADEN

بت تفعيل ال ADC . يأخذ قيمة 1 من أجل التفعيل.

ADSC

بت بدء التحويل في ADC . يأخذ قيمة 1 للبدء.

ADATE

بت لتحديد العمل الحر في ADC . يأخذ قيمة 1 للتفعيل.

ADIF

بت علم المقاطعة ل ADC . يتم إعطاءه قيمته من قبل الجهاز عند انتهاء دورة التحويل.

ADIE

بت القناع للمقاطعة ل ADC . يتم تحديده من أجل السماح بحدوث مقاطعات عند انتهاء التحويل.

ADPS2

000 : من أجل عامل تقسيم 2 .

001 : من أجل عامل تقسيم 2 .

010 : من أجل عامل تقسيم 4 .

011 : من أجل عامل تقسيم 8 .

100 : من أجل عامل تقسيم 16 .

101 : من أجل عامل تقسيم 32 .

110 : من أجل عامل تقسيم 64 .

111 : من أجل عامل تقسيم 128 .

ADPS1

ADPS0

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

18

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

مسجلات البيانات لل ADC )التعديل من اليمين أو

اليسار(.

ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.

19

ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com

ترجمة

Advertisements

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s