فصل اول :
اصول و نحوه عملکرد میکروکنترلرها
1-1) آشنایی با میکروکنترلرها
گر چه کامپیوترها تنها چند دهه ای است که با ما همراهند، با این حال تاثیر عمیق آنها بر زندگی ما با تاثیر تلفن، اتومبیل و تلویزیون رقابت می کنند … تصور ما از کامپیوتر معمولاً "داده پردازی" است که محاسبات عددی را بطور خستگی ناپذیر انجام میدهد.
ما کامپیوترها را به عنوان جزء مرکزی بسیاری از فرآورده های صنعتی و مصرفی از جمله درسوپرمارکت ها، داخل صندوق های پول و ترازو، در اجاق ها و ماشین های لباسشویی، ساعتهای دارای سیستم خبر دهنده و ترموستات ها، VCR ها و … در تجهیزات صنعتی مانند مته های فشاری و دستگاه های حروفچینی نوری می یابیم. در این مجموعه ها کامپیوترها وظیفه "کنترل" را در ارتباط با "دنیای واقعی"، برای روشن و خاموش کردن وسایل و نظارت بر وضعیت آنها انجام می دهند. میکروکنترلرها (برخلاف ریزکامپیوترها و ریز پرازنده ها) اغلب در چنین کاربردهایی یافت میشوند.
با این که بیش از بیست سال از تولد ریزپردازنده ها نمی گذرد، تصور وسایل الکترونیکی و اسباب بازیهای امرزوی بدون آن کار مشکلی است. در 1971 شرکت اینتل، 8080 را به عنوان اولین ریزپردازنده موفق عرضه کرد.
مدت کوتاهی پس از آن شرکت موتورولا، RCA و سپس تکنولوژی MOS و شرکت زایلوگ انواع مشابهی را به ترتیب به نامهای 6800 و 1801 و 6502 و Z80 عرضه کردند. گر چه این IC ها (مدارهای مجتمع) به خودی خود فایده ای زیادی نداشتند اما به عنوان بخشی از یک کامپیوتر تک بورد یا SBC ، به جزء مرکزی فرآورده های مفیدی برای آموزش طراحی با ریزپردازنده ها تبدیل شدند. از این SBC ها که به سرعت به آزمایشگاه های طراحی در کالج ها و شرکهای الکترونیک راه پیدا کردند میتوان برای نمونه از D2 ساخت موتورولا، KIM-1 ساخت Mos Technology و SCK-85 متعلق به شرکت اینتل نام برد.
"ریزکنترلگر" قطعه ای شبیه به ریز پردازندها ست در 1976 اینتل 8748 را به عنوان اولین قطعه ی خانواده ی ریزکنترلرگرهای MCS-48TM معرفی کرد. 8748 با 17000 ترانزیستور در یک مدار مجتمع شامل یک CPU ، 1 کیلوبایت EPROM ، 64 بایت RAM ، 27 پایه ورودی – خروجی (I/O) ویک تایمر 8 بیتی بود.
این IC و دیگر اعضای MCS-48TM که پس از آن آمدند، خیلی زود به یک استاندارد صنعتی در کاربردهای کنترل گرا تبدیل شدند. جایگزین کردن اجزاء الکترومکانیکی در فرآورده هایی مثل ماشینهای لباسشویی و چراغ های راهنمایی از ابتدای کار یک کاربرد مورد توجه برای این میکروکنترلرها بودند و همین طور باقی ماندند. دیگر فرآورده هایی که در آنها میتوان میکروکنترلر را یافت عبارتند از اتومبیلها، تجهیزات صنعتی، وسایل سردرگمی و ابزارهای جانبی کامپیوتر (افرادی که یک PC از IBM دارند کافی است به داخل صفحه کلید نگاه کنند تا مثالی ازیک میکروکنترلر را در یک طراحی با کمترین اجزاء ممکن ببینند).
توان ، ابعاد و پیچیدگی میکروکنترلرها با اعلام ساخت 8051 یعنی اولین عضو خانواده میکروکنترلر MCS-51TM در 1980 توسط اینتل پیشرفت چمشگیری کرد. در مقایسه با 8084 این قطعه شامل بیش از 60000 ترانزیستور، 4K بایت ROM ، 128 بایت RAM ، 32 خط I/O، یک درگاه سریال و دو تایمر 16 بیتی است که از لحاظ مدارات داخلی برای یک IC ، بسیار قابل ملاحظه است.
امروزه انواع گوناگونی از این IC وجو ددارند که به طور مجازی این مشخصات را دو برابر کرده اند. شرکت زیمنس که دومین تولید کننده قطعات MCS-51TM است ، SAB 80515 را بعنوان یک 8051 توسعه یافته در یک بسته ی 68 پایه با 6 درگاه (پورت) I/O بیتی، 13 منبع وقفه و یک مبدل آنالوگ به دیجیتال با 8 کانال ورودی عرضه کرده است. وخانواده ی 8051 به عنوان یکی از جامعترین و قدرتمندتر ین میکروکنترلرهای 8 بیتی شناخته شده و جایگاهش را به عنوان یک میکروکنترلر مهم برای سالهای آینده یافته است.
2-1) مقایسه ی ریزپردازنده ها با میکروکنترلرها
فرق یک میکروکنترلر با یک پردازنده چیست؟ با این سوال از سه جنبه میتوان برخورد کرد:
1-2-1) معماری سخت افزار
در حالی که ریزپردازنده یک CPUی تک تراشه ای است، میکروکنترلر در یک تراشه ی واحد شامل یک CPU و بسیاری از مدارات لازم برای یک سیستم میکروکامپیوتری کامل است. اجزای داخل خط چین بخش کاملی از اغلب IC های میکروکنترلر هستند (شکل 2-1). علاوه بر CPU میکروکنترلرها شامل ROM, RAM یک رابطه سریال، یک رابط موازی، تایمر و مدارات زمان بندی وقفه هستند که همگی در یک IC قرار دارند. البته مقدار RAM روی تراشه حتی به میزان آن در یک سیستم میکروکامپیوتری کوچک هم نمی رسد ولی این مساله محدودیتی ایجاد میکند برای کاربردهای میکروکنترلر بسیار متفاوت است.
یک ویژگی مهم میکروکنترلرها، سیستم وقفه موجود در آنهاست. میکروکنترلرها به عنوان ابزارهای کنترلرگرا، اغلب برای پاسخ بی درنگ به وقفه ها – محرک های خارجی- مورد استفاده قرار می گیرند، یعنی باید در پاسخ به یک "اتفاق" سریعا یک فرآیند را معوق گزارده، به فرآیند دیگر بپردازند. باز شدن در یک اجاق مایکروو مثالی است ازیک اتفاق که ممکن است باعث ایجاد یک وقفه در یک سیستم میکروکنترلری شود. البته اغلب ریزپردازنده ها میتوانند سیستم های وقفه ی قدرتمندی را به اجرا بگذارند اما برای این کار معمولاً به اجزای خارجی نیاز دارند. حال آنکه مدارات روی یک تراشه ی یک میکروکنترلر شامل تمام مدارات مورد نیاز برای به کارگیری وقفه ها است.
2-2-1) کاربردها
ریزپردازنده ها اغلب به عنوان CPU در یک سیستم میکروکامپیوتری به کار می روند ولی میکروکنترلرها در طراحی های کوچک با کمترین اجزاء ممکن که فعالیت کنترلرگرا انجام می دهند نیز یافت میشوند. این طراحی ها در گذشته با چند ودجین و یا حتی صدها IC دیجیتال انجام می شد و اکنون یک میکروکنترلر میتواند در کاهش تعداد کل اجزاء کمک کند. آنچه مورد نیاز است شامل یک میکروکنترلر تعداد کمی اجزاء پشتیبان و یک برنامه کنترلی در ROM میباشد. میکروکنترلرها برای "کنترل" ابزارهای I/O در طراحی هایی با کمترین تعداد اجزاء ممکن مناسبند، حال آنکه ریزپردازنده ها مناسب "پردازش" اطلاعات در سیستم های کامپیوتری مناسبند.
3-2-1) ویژگی های مجموعه ی دستور العمل ها
بدلیل تفاوت در کاربردها، مجموعه دستورالعمل های مورد نیاز برای میکروکنترلر تا حدودی با ریزپردازنده ها تفاوت دارد. مجموعه دستور العملهای ریزپردازند ها بر عمل پردازش تمرکز یافته اند و در نتیجه دارای روشهای آدرس دهی قدرتمند به همراه دستور العمل هایی انجام عملیات روی حجم زیاد داده هستند.
دستور العمل ها روی چهاربیت ها، بایت ها، کلمه ها یا حتی کلمات مضاعف عمل می کنند. روش های آدرس دهی با استفاده از فاصله های نسبی و اشاره گرهای آدرس، امکان دسترسی به آرایه های بزرگ داده را فراهم می کنند. حالتهای افزایش یک واحدی اتوماتیک و کاهش یک واحدی اتوماتیک، حرکت گام به گام روی بایت ها، کلمه ها و کلمه های مضاعف را در آرایه ها آسان می کنند. دستور العمل های رمزی نمی توانند در داخل برنامه ی کاربردی اجرا شوند و بسیاری ویژگی های دیگر از این قبیل.
از سوی دیگر میکروکنترلرها ، مجموعه دستور العمل هایی مناسب برای کنترل ورودیها و خروجی ها دارند. ارتباط بسیاری از ورودی ها و خروجی ها تنها نیازمند یک بیت است. برای مثال یک موتور میتواند توسط یک سیم پیچ که توسط یک درگاه خروجی یک بیتی، انرژی دریافت میکند روشن و خاموش شود. میکروکنترلرها دستور العمل هایی برای 1 کردن و 0 کردن بیت های جداگانه دارند و دیگر عملیات روی بیت ها مثل OR ، AND یا EXOR کردن منطقی بیت ها، پرش در صورت 1 یا 0 بودن یک بیت و مانند آنها را نیز انجام می دهند. این ویژگی مفید به ندرت در ریزپردازنده ها یافت میشود زیرا آنها معمولاً برای کار روی بایت ها یا واحدهای بزرگتر داده طراحی میشوند.
میکروکنترلرها ، برای کنترل و نظارت بر ابزارها (شاید توسط یک رابط تک بیتی)، مدارات داخلی و نیز دستور العملهایی برای عملیات ورودی – خروجی زمان بندی اتفاقات و فعال کردن و تعیین اولویت کردن وقفه های ناشی از محرک های خارجی دارند. ریزپردازنده ها اغلب به مدارات اضافی ( IC های رابط سریال، کنترل کننده های وقفه، تایمرها و غیره) برای انجام اعمال مشابه نیاز دارند. با این همه در قدرت پردازش محض، یک میکروکنترلر هرگز به میکروپروسسور نمی رسد (اگر در بقیه موارد هم یکسان باشند) زیرا بخش عمده "فضای واقعی" IC میکروکنترلر صرف تهیه امکانات روی تراشه میشود، البته به قیمت کاهاش توان پردازش.
از آنجا که فضاهای واقعی در تراشه ها برای میکروکنترلرها اهمیت دارند، دستور العمل ها باید بی نهایت فشرده باشند و اساسا در یک بایت پیاده سازی شوند. یکی از نکات در طراحی، جا دادن برنامه کنترلی در داخل ROM روش تراشه است، زیرا افزودن حتی یک ROM خارجی، هزینه نهایی تولید را بسیار افزایش میدهد. کد گذاری (به رمز در آوردن) فشرده برای مجموعه دستور العملهای میکروکنترلر، ضروری است، در حالی که ریز پردازنده ها به ندرت دارای این ویژگی هستند و روشهای آدرس دهی آنها باعث به رمز در آوردن غیر فشرده ی دستور العمل ها میشود.
فصل دوم:
اصول و نحوه عملکرد فرستنده ها
و گیرنده های رادیویی
1-2) روشهای مدولاسیون دامنه
به طور کلی شکل موج ASK M تایی دارای M-1 دامنه گسسته و یک حالت خاموش است. چون وارونگی فاز و تغییرات دیگر رخ نمی دهد، می توانیم مولفه q سیگنال (t) را برابر صفر قرار داده مولفه I را یک سیگنال تک قطبیNRZ در نظر بگیریم.
(2 الف)
میانگین و واریانس رشته دیجیتال عبارت است از
(2 ب)
پس طیف معادل پایین گذر عبارت است از
(1)
اکثر توان سیگنال در گستره قرار دارد و افت طیف از فرکانس مرکزی به آن طرف به صورت مرتبه دوم، یعنی متناسب با است. این ملاحظات می گوید پهنای باند انتقال تقریبا است. اگر یک سیگنال ASK M تایی نشان دهنده داده دو دویی با آهنگ باشد آنگاه یا
(2)
این نسبت آهنگ بیت به پهنای باند انتقال معیار"سرعت" مدولاسیون یا کارایی طیف آن است. OOK دودویی ضعیفترین کارایی طیفی را دارد زیرا به ازای .
با توسل به اصل مالتی پلکس حامل ربعی میت وان با AM حامل ربعی (QAM) به سرعتی دو برابر ASK دودویی دست یافت. شکل1-2 الف نمودار جعبه ای یک فرستنده QAM دودویی با ورودی دودویی قطبی دارای آهنگ rb را نشان میدهد. مبدل سری به موازی ورودی را به دو رشته متشکل از بیتهای یک در میان با آهنگ r=rb/2 تقسیم میکند. پس سیگنالهای مدوله کننده I و q به صورت زیر نشان داده میشوند.
که در آن مقادیر اوج سیگنال مدوله کننده در فاصله دلخواه است. شکل 14. 1- 3 ب این اطلاعات را به صورت منظومه سیگنال دو بعدی نشان میدهد چهار نقطه سیگنال با زوج بیتهای متناظر منبع موسوم به دو بیتی مشخص شده اند. سرانجام با جمع کردن حاملهای مدوله شده QAM معادله (1) به دست میآید. مولفه های I و q مستقل اند ولی شکل پالس و مقادیر آماری یکسانی دارند، یعنی . پس
(1-2)
که در آن معادلات (4 ب) و (5ب) با استفاده کرده ایم. با QAM دو دویی می توانیم به دست یابیم. زیرا آهنگ دو بیتی ها نصف آهنگ بیت ورودی است، و پهنای باند انتقال به تقلیل می یابد.
ولی به خاطر داشته باشید که طیف ASK و QAM در واقع فراتر از پهنای باند انتقال تقریبی است. این "سرزیر" طیفی به خارج BT در انتقال رادیویی و سیستمهای مالتی پلکس تقسیم فرکانس بسیار مهم است. زیرا به تداخل با سیگنالهای دیگر کانالها میانجامد. با فیلتر کردن خروجی مدولاتور میتوان سر زیر را کنترل کرد، ولی فیلتر کردن شدید باعث بروز ISI درسیگنال مدوله شده میشود و باید از آن اجتناب کرد.
برای دست یابی به کارایی طیف بدون سرریز میتوان مدولاتر VBS شکل 14. 1-4 الف را به کار برد. فیلتر VBS تنها ردی به عرض ازیک کنار باند را باقی می گذارد و چیزی شبیه شکل 2-2 میشود که طیفی باند محدود با دارد. پس اگر آنگاه
(3)
حد بالا به ازای حاصل میشود.
2-2) اجزا و محدودیت های سیستم های مخابراتی
سیستم مخابراتی اطلاعات را از مبدا به مقصدی آن طرفتر می فرستند. کاربرد سیستمهای مخابراتی چنان متعدد است که نمی توانیم تمام انواع آن را در اینجا ذکر کنیم. همچنین نمی توانیم تمام بخشهای تشکیل دهنده یک سیستم را نیز به تفضیل بیان کنیم یک سیستم نوعی اجزای متعددی دارد که تمام رشته مهندسی برق را می پوشاند مدار ، الکترونیک، الکترومغناطیس، پردازش سیگنال، میکروپروسسور، و شبکه های مخابراتی تنها تعدادی از رشته های مربوط به این زمینه است. به علاوه برسی جزء به جزء این نکته اساسی را در بوته ابهام باقی می گذارد که یک سیستم مخابراتی در کل فراتر از مجموع اجزای آن است.
به همین خاطر موضوع را از دیدگاهی کلی تر بررسی می کنیم با توجه به اینکه کار اصلی تمام سیستم های مخابراتی انتقال اطلاعات است. اصول و مسائل انتقال اطلاعات به صورت الکتریکی را مورد توجه قرار میدهیم. این کار را با چنان عمقی انجام میدهیم که بتوانیم روشهای تحلیل وطراحی مناسبی برای کاربردهایی بسیار وسیع پی ریزی کنیم. به طور خلاصه این کتاب به سیستم مخابراتی به عنوان یک سیستم نظر دارد.
3-2) اطلاعات، پیام، سیگنال
مسلماً مفهوم اطلاع در مخابرات مفهومی محوری است. ولی اطلاع واژه ای متضمن معانی زبان شناختی و فلسفی است که کار تعریف آن را دشوار میکند. برای پرهیز از این دشواریها پیام را در نظر می گیریم که به صورت تبلور فیزیکی اطلاعات ایجاد شده توسط منبع تعریف میشود. پیام هر شکلی داشته باشد هدف سیستم باز سازی قابل قبولی از آن در مقصد است.
منابع اطلاعاتی انواع گوناگونی دارند از منابع ماشینی گرفته تا منابع انسانی، و پیام شکلهای مختلفی دارد. به طور کلی دو نوع پیام مجزا میتوان در نظر گرفت، آنالوگ و دیجیتال، این تمایز به نوبه خود معیاری برای موفقیت سیستم مخابراتی تعیین میکند.
شکل 1. 1-1 سیستم مخابراتی با مبدلهای ورودی و خروجی.
پیام آنالوگ کمیتی فیزیکی است که با زمان تغییر می کند و این تغییر معمولاً به صورتی هموار و پیوسته صورت میگیرد. فشار اکوستیکی حاصل از صحبت کردن، موقعیت زاویه ای ژیروسکوپ هواپیما، یا شدت نور در نقطه ای از تصویر تلویزیونی نمونه هایی از پیامدهای آنالوگ هستند. چون اطلاعات در شکل موج تغییر با زمان نهفته است سیستم مخابراتی آنالوگ باید بتواند این شکل موج را با میزان هماندهی قابل قبولی بازسازی کند .
پیام دیجیتال رشته مرتبی از نمادهای برگزیده از یک مجموعه متناهی از عناصر گسسته است. حروف چاپ شده بر روی این صفحه، فهرست تغییرات ساعت به ساعت دما، یا کلیدهایی که از صفحه کلید فشرده میشوند نمونه هایی از پیام های دیجیتال هستند. چون اطلاعات در نمادهای گسسته نهفته اند، سیستم مخابرات دیجیتال باید بتواند این نمادها را در مقصد با دقت قابل قبولی در یک زمان معین بازسازی کند.
به ندرت میتوان منبع پیامی آنالوگ یا دیجیتال، یافت که به خودی خود الکتریکی باشد. پس چنانچه در شکل 1. 1-1 نشان داده شده اکثرسیستم های مخابراتی در ورودی و خروجی مبدلهایی دارند. مبدل ورودی پیام رابه سیگنال الکتریکی ولتاژ یا جریان، مبدل خروجی سیگنال خروجی را به پیام مطلوب تبدیل میکند. برای مثال مبدلهای یک سیستم مخابراتی صوتی، میکروفون در ورودی و بلندگو در خروجی هستند. از این پس فرض می کنیم مبدلهای مناسبی وجود دارند و کار خود را به انتقال سیگنال متمرکز می کنیم. به این ترتیب اصطلاحات سیگنال و پیام را به جای هم نیزبه کار می بریم زیرا سیگنال نیز مثل پیام تبلور فیزیکی اطلاعات است.
4-2) اجزای سیستم مخابراتی
شکل 1. 2-1 اجزای کی سیستم مخاربراتی را با حذف مبدلها و در نظر گرفتن آلودگیهای ناخواسته نشان میدهد. هرسیستم مخابراتی چند جزء اصلی دارد، فرستنده ، کانال مخابراتی، و گیرنده. هر بخش نقشی خاص در انتقال سیگنال دارد که در زیر تشریح میشود.
فرستنده سیگنال ورودی را پردازش میکند تا یک سیگنال مخابراتی مناسب با مشخصات کانال انتقال ایجاد کند. پردازش سیگنال برای انتقال تقریبا همیشه با مدولاسیون همراه است و میتواند شامل کد گذاری هم بشود.
کانال مخابراتی محیطی الکتریکی است که پلی بین منبع و مقصد است. این کانال میتواند یک زوج سیم یک کابل هم محور یک منبع رادیویی، یا پرتولیزر باشد. هر کانالی مقداری تلفات و تضعیف انتقال دارد. پس با افزایش فاصله توان سیگنال به تدریج کم میشود .
گیرنده روی سیگنال خروجی کانال عمل کرده سیگنال مناسب را برای مبدل وقع در مقصد فراهم میکند.
شکل 1. 1-2 اجزای سیستم مخابراتی
در عمل گیرنده شامل تقویت برای جبران تلفات انتقال، دمدولاسیون و کدگشایی برای معکوس کردن پردازش سیگنال انجام شده در فرستنده میباشد. فیلتر کردن نیز عمل مهم دیگری است که در گیرنده به دلایلی که بعدا خواهیم گفت انجام میشود.
اثرهای ناخواسته و نامطلوبی در مسیر انتقال سیگنال تضعیف نامطلوب است، زیرا قدرت سیگنال را در گیرنده کاهش میدهد. ولی اعوجاج، تداخل، و نویز، که باعث تغییر شکل سیگنال میشوند مهمتر از تضعیف هستند. اگر چه این آلودگیها در هر نقطه ای میتواند رخ دهد ولی طبق قرارداد تمام تقصیر به گردن کانال مخابراتی گذاشته شده فرستنده و گیرنده ایده ال فرض میشوند. شکل 1. 2-1 بازتاب این قرارداد است.
اعوجاج تغییر شکل موجی است که در اثر نقصان پاسخ خود سیستم به سیگنال مطلوب ایجاد میشود. اعوجاج برخلاف نویز و تداخل در صورت نبودن سیگنال از بین می رود. اگر کانال پاسخی خطی ولی با اعوجاج کاهش داشته باشد میتوان اعوجاج را به کمک فیلترهای خاصی موسوم به متعادل کننده حذف کرد یا حداقل کاهش داد.
تداخل آلودگی توسط سیگنالهای خارجی دارای منابع انسانی – مثل فرستنده های دیگر، خطوط انتقال توان و ماشینها مدارهای سوییچینگ و غیره است. تداخل غالباً در سیستمهای رادیویی که آنتنهایشان معمولاً سیگنالهای دیگر را دریافت می کنند صورت میگیرد. تداخل RF (فرکانس رادیویی) در سیستم های کابلی نیز که مدارهای گیرنده هایشان سیگنالهای تابشی از منابع نزدیک را می گیرند رخ میدهد. با فیلتر کردن میتوان تداخل را کم کرد به شرطی که سیگنالهای تداخلی در باند فرکانسی دیگری غیر از باند فرکانسی سیگنال مطلوب قرار داشته باشد.
نویز سیگنال الکتریکی گاوتره ای و غیر قابل پیش بینی یی است که به طور طبیعی در فرایندهای سیستمهای داخلی و خارجی به وجود میآید. وقتی این تغییرات گاتوره ای روی سیگنال حاوی اطلاعات سوار می شود، ممکن است پیام تا حدی خراب شود یا به طور کلی از بین برود فیلتر کردن آلودگی نویز را کاهش میدهد ولی نویز باقی مانده و غیر قابل حذف اجتناب ناپذیر است. این نویز یکی از محدودیتهای اساسی سیستم است.
سرانجام باید بگوییم که شکل 1. 1-2 یک انتقال یکطرفه ( یا simplex به اختصار SX) را نشان میدهد. برای مخابره دو طرفه باید در هر دو طرف هم فرستنده داشت و هم گیرنده سیستم دو طرفه کامل ( Full- duplex به اختصار FDX ) کانالی دارد که مخابره همزمان در دو جهت را ممکن میکند. سیستم نیمه دو طرفه ( half- duplex به اختصار HDX ) انتقال در هر دو طرف را اجازه میدهد ولی نه به طور همزمان .
5-2) مدولاسیون و کدگذاری
مدولاسیون و کدگذاری عملیاتی هستند که در فرستنده برای دستیابی به انتقال موثر و قابل اعتماد انجام میشوند. این عملیات آنقدر مهم هستند که در اینجا راجع به آنها صحبتی بکنیم. بعدا چند فصضل را به روشهای مدولاسیون و کدگذاری اختصاص خواهیم داد.
6-2) روشهای مدولاسیون
در مودولاسیون دو شکل موج دخیل اند: سیگنال مدوله کننده که پیام را نشان میدهد و موج حاصل که باید برای آن کاربرد خاص مناسب باشد. مدولاتور موج حامل را به صورتی متناظر با تغییرات سیگنال مدوله کننده تغییر میدهد. پس موج مدوله شده حاصل اطلاعات پیام را "حمل میکند". مدولاسیون باید عملی برگشت پذیر باشد تا بتوان عمل مکمل دمدولاسیون را انجام داد.
شکل 1. 2-1 بخشی از یک سیگنال مدوله کنننده (الف) و شکل موج مدوله شده حاصل از تغییر دامنه موج حامل سینوسی (ب) را نشان میدهد. این همان مدولاسیون دامنه متداول (AM) درپخش رادیو و یکاربردهای دیگرست. پیام را می توان با مدولاسیون فرکانسی (FM) یا مدولاسیون فاز (PM) نیزبر حامل سینوسی سوار کرد. تمام روشهای مدولاسیون حامل سینوسی تحت نام مدولاسیون موج پیوسته (CW) قرار می گیرند.
جالب اینکه شما هنگام حرف زدن به صورت مدولاتور CW عمل میکنید. انتقال صوت از طریق هوا با ایجاد تونهای حامل در تارهای صوتی و مدوله کردن آنها با زبان، دندان، لبهاو غیره8 انجام میشود. پس آنچه گوش می شنود یک موج اکوستیکی مدوله شده، شبیه سیگنال AM است.
در اکثر سیستمهای انتقال دوربرد از مدولاسیون CW با حاملی که فرکانس آن بسیار بزرگتر از بزرگترین مولفه فرکانسی سیگنال مدوله کننده است، استفاده میشود. به این ترتیب طیف سیگنال مدوله شده، یک باند فرکانسی متمرکز در حول فرکانس حامل خواهد بود. در این شرایط می گوییم مدلاسیون CW انتقال فرکانسی ایجاد میکند. مثلا در پخش AM طیف پسام نوعاً از Hz 100 تا KHz 5 است؛ اگر فرکانس حامل KHz 600 باشد، طیف موج مدوله شده گستره KHz 595 تا KHz 605 را می پوشاند.
در یک روش مدولاسیون دیگر موسوم به مدولاسیون پالسی یک قطار متناوب از پالسهای کوتاه به عنوان موج حامل به کار می رود. شکل 1. 2-1 ج یک شکل موج با مدولاسیون دامنه پالس (PAM) را نشان میدهد. توجه کنید که این موح PAM نمونه های کوتاهی از سیگنال آنالوگ واقع در بالای شکل را استخراج کرده است. نمونه برداری یک روش پردازش سیگنال بسیار مهم است. و تحت شرایط خاص میتوان شکل امواج اصلی را به طور کامل از روی نمونه ها بازسازی کرد.
ولی مدولاسیون پالسی به خودی خود انتقال فرکانسی ایجاد نمی کند انتقالی که برای انتقال موثر سیگنال ضروری است. در بعضی از فرستنده ها مدولاسیون پالسی و CW ترکیب میشوند. در روشهای دیگر مدولاسیون که به زودی شرح خواهیم داد از ترکیب مدولاسیون پالسی و کدگذاری استفاده میشود.
7-2) مزایا و کاربردهای مدولاسیون
هدف اصلی مدولاسیون در یک سیستم مخابراتی ایجاد سیگنال مدوله شده ای است که با مشخصات کانال مخابراتی همخوانی داشته باشد. در واقع مدولاسیون چند مزیت و کاربرد عملی دارد که در زیر به اختصار در مورد آنها صحبت خواهیم کرد.
مدولاسیون برای انتقال موثر انتقال سیگنال به فواصل دور همیشه با حرکت امواج الکترومغناطیسی همراه است چه محیط هدایت کننده ای باشد و چه نباشد بازده هر روش انتقالی به فرکانس سیگنال منتقل شده بستگی دارد با استفاده از خاصیت انتقال فرکانسی مدولاسیون CW میتوان اطلاعات پیام را روی حاملی سوار کرد که فرکانسش برای روش انتقال برگزیده شده مناسب باشد.
به عنوان مثال در مخاربره رادیوی در خط دید باید انتنهایی به کاربرده شود که ابعادشان حداقل یک دهم طول موج سیگنال باشد. انتقال یک سیگنال صوتی مدوله نشده که مولفه های فرکانسی آن تا KHz هم می رسد، مستلزم به کارگیری آنتنهایی با ابعاد حدود km 300 است. انتقال سیگنال مدوله شده در MHz 100 به صورت FM این امکان را میدهد که مخابره با آنتنهای دارای اندازه های معقول بازده بهتری دارند. Tomasi مبحث فشرده ای راجع به انتشار امواج و آنتنها دارد.
مدولاسیون برای غلبه بر محدودیتهای سخت افزاری: طراحی سیستم مخابراتی ممکن است با قیودی راجع به هزینه و در دسترس بودن امکانات سخت افزاری همراه باشد، سخت افزارهایی که عملکردشان غالباً به فرکانس مورد استفاده بستگی دارد. مدولاسیون به طراحی این امکان را میدهد که سیگنال را در گستره ای قرار دهد که در آن محدودیت سخت افزاری وجود ندارد. یک نکته در این ارتباط مسئله پهنای باند کسری است که به صورت پهنای باند مطلق تقسیم بر فرکانس مرکزی تعریف میشود. هزینه ها و پیچیدگی های سخت افزاری در صورت پهنای باند مطلق تقیسم بر فرکانس مرکزی تعریف میشود. هزینه ها و پیچیدگی های سخت افزاری در صورت قرارداشتن پهنای باند کسری در محدوده 1 تا 10 درصد می نیمم میشود . ملاحظات پهنای باند کسری از آنجا ناشی می شوند که واحد مدولاسیون هم در گیرنده ها وجود دارد و هم در فرستنده ها
پس میتوان نتیجه گرفت که سیگنالهای با پهنای باند زیاد باید روی حاملهای فرکانس بالا مدوله شوند. چون آهنگ اطلاعات طبق قانون هارتلی- شنون با پهنای باند متناسب است. نتیجه می گیریم که برای ارسال اطلاعات با آهنگ بالا به یک حامل فرکانس بالا نیاز داریم. برای مثال یک سیستم میکروویو GHz 5 میتواند در یک فاصله زمانی معین ، 10000 برابر یک کانال رادیویی kHz 500 انتقال میکند. اگر در طیف الکترومغناطیسی بالاتر برویم مثلا می توانیم به یک پرتو نور لیزری با امکان پهنای باندی معادل 10 میلیون کانال تلویزیونی دست یابیم.
مدولاسیون برای کاهش نویز و تداخل : یک روش سر راست برای مبارزه با نویز و تداخل افزایش توان سیگنال، برای غلبه بر آلودگیهای نویزی و تداخلی است. ولی افزایش توان هزینه دارد و ممکن است به وسائل آسیب برساند. (یکی از کابلهای بین قاره ای در اثر افزایش ولتاژی که برای دستیابی به سیگنال دریافتی قابل استفاده صورت گرفته بود از بین رفت). خوشبختانه FM و بعضی روشهای مدولاسیون دیگر ویژگیهای با ارزشی از لحاظ حذف نویز و تداخل دارند.
این خاصیت کاهش نویز پهن باند نام دارد زیرا پهنای باند لازم برای انتقال بسیار برزگتر از پهنای باند سیگنال مدوله کننده است. مدولاسیون پهن باند به طرح این امکان را میدهد که کاهش توان سیگنال را با افزایش پهنای باند جبران کند این بده بستان در قانون هارتلی – شنون نیز دیده می شود.
مدولاسیون برای اختصاص فرکانسی: وقتی رادیو را روشن میکنید و ایستگاه خاصی را می گیرید، دارید از میان سیگنالهای متعددی که دریافت میشوند یکی را بر می گزینید. چون هر ایستگاه فرکانس حامل اختصاصی خود را دارد ، سیگنال مطلوب را میتوان با فیلتر کردن جدا کرد. اگر مدولاسیون نبود در هر ناحیه ای تنها یک ایستگاه می توانست برنامه پخش کند و پخش همزمان توسط ایستگاهی دیگر باعث تداخلی نومید کننده می شد.
مدولاسیون برای مالتی پلکس کردن : مالتی پلکس فرآیند ترکیب چند سیگنال برای ارسال همزمان روی یک کانال است. در مالتی پلکس فرکانسی (FDM) از مدولاسیون CW برای گذاشتن هر سیگنال دریک فرکانس حامل متفاوت استفاده میشود. در مقصد برای جدا کردن سیگنالها از فیلتر استفاده میشود. در مالتی پلکس زمانی (TDM) از مدولاسیون پالسی برای قرار دادن نمونه های سیگنالهای مختلف در شکافهای زمانی ناهمپوشان استفاده میشود مثلا در شکل 1. 2-1 ج میتوان در شکاف بین پالسها نمونه های سیگنال دیگر را گذاشت. در مقصد برای جدا کردن نمونه های هر سیگنال از یک مدار سوییچینگ استفاده میشود . از کاربردهای مالتی پلکس میتوان پخش استریوی رادیویی تلویزیون کابلی، و تلفن راه دور را بر شمرد.
دستیابی چند گانه (MA) گونه ای از مالتی پلکس است. در مالتی پلکس به هر سیگنال بخش ثابتی از امکانات مخابراتی محلی اختصاص داده میشود ( مثلا بخشی از طیف فرکانسی) ولی در MA از اشتراک دور منابع استفاده میشود . مثلا در دستیابی چندگانه کد (CDMA) به هر کاربر تلفن همراه یک کد یکتا اختصاص داده میشود و ارتباط خصوصی با همبستگی بین کدهای شخص فرستنده و شخص گیرنده برقرار میشود. چون در CDMA کاربران مختلف میتوانند از یک باند فرکانسی به طور همزمان استفاده کنند راه دیگری برای افزایش بهره وری مخابراتی فراهم میشود.
8-2) روشها و مزایای کدگذاری
مدولاسیون را به عنوان یک عمل پردازش سیگنال برای افزایش بازده مخابراتی توصیف کردیم. کدگذاری یک عمل پردازش نماد برای بهبود مخابره در هنگام دیجیتال بودن پیام یا هنگامی که میتوان پیام را به شکل نمادهای مجزا تقریب زد، می باشد. ممکن است هم کدگذاری و هم مدولاسیون برای مخابره قابل اعتماد دیجیتال به نقاط دور دست لازم باشد.
عمل کدگذاری پیام دیجیتال را به رشته جدیدی از نمادها تبدیل میکند کدگشایی رشته کدشده رابه شکل اصلی پیام بر می گرداند البته ممکن است این کار به خاطر آلایش توسط کانال انتقال با خطا همراه باشد یک کامپیوتر با یک منبع دیجیتال دیگر با M نماد (2) درنظر بگیرید ارسال پیام کدگذاری نشده از این منبع مستلزم به کارگیری M شکل موج متفاوت برای هر نماد یکی است ولی میتوان هر نماد را با یک عدد دودویی متشکل از K رقم دودویی نشان داد. چون با K رقم دودویی میتوان K 2 کد مختلف تشکیل داد. برای کدگذاری M نماد منبع باید هر کلمه از K رقم تشکیل شود که اگر منبع در هر ثانیه r نماد ایجاد کند کد دودویی در هر ثانیه Kr رقم خواهد داشت. و پهنای باند لازم k برابر پهنای باند سیگنال کد نشده میشود.
کدگذاری دودویی منبع M نمادی در قبال افزایش پهنای باند دو مزیت دارد . اول کاهش پیچیدگی سخت افزاری زیرا برای کار با سیگنالهای دودویی متشکل از تنها دو شکل موج متفاوت سخت افزار ساده تری لازم است. دوم این که نویز آلاینده اثر کمتری بر سیگنال دودویی نسبت به سیگنالی با M شکل موج متفاوت دارد. بنابراین ناشی از نویز کاهش می یابد. پس کدگذاری اساسا یک روش دیجیتال کاهش نویز پهن باند است.
کدگذاری کانال: روشی است که برای افزودن حشویات کنترل شده برای عملکرد مطمئنتر کانال نویز به کار می رود. کدگذاری کنترل کننده خطا پا را در زمینه کاهش نوییز پهن باند فراتر می گذارد. در این روش با افزودن رقمهای وارسی به هر کد دودویی امکان تشخیص وحتی تصیحح خطاهای غالب ممکن میشود. کدگذاری کنترل کننده خطا هم پهنای باند را زیاد میکند و هم پیچیدگی سخت افزاری را ولی با این امر با مخابره تقریبا عاری از خطا حتی با نسبت سیگنال به نویز کم جبران میشود.
حال اجازه دهید دیگر محدودیت بنیادی سیستم یعنی پهنای باند را بررسی کنیم. بسیاری از سیستمهای مخابراتی برای انتقال از شبکه تلفن استفاده می کنند. چون پهنای باند این سیستم انتقال توسط مشخصات قدیمی چند دهه گذشته محدود شده است. برای افزایش آهنگ داده باید پهنا باند سیگنال را کم کرد. مودمهای سریع یکی از کاربردهایی است که چنین کاهشی را می طلبد. در روشهای کدگذاری منبع را مشخصات آماری منبع سیگنال برای کدگذاری پربازده استفاده میشود. پس کدگذاری منبع رامی توان همزمان کدگذاری کانال در نظر گرفت زیرا در آن برای دستیابی به بازده مورد نظر از حشویات کاسته میشود.
سرانجام از مزایای کدگذاری دیجیتال میتوان برای مخابرات آنالوگ استفاده کرد. به این منظور از یک روش تبدیل آنالوگ به دیجیتال مثل مدولاسیون کد پالس (PCM) استفاده میشود. سیگنال PCM با نمونه برداری از پیام آنالوگ دیجیتالی کردن (کوانتش) مقادیر نمونه ها و کدگذاری رشته نمونه ها ایجاد میشود. به خاطر قابلیت اعتماد، تنوع، و بازده انتقال دیجیتال PCM در مخابرات انالوگ اهمیت بسزایی یافته است. به علاوه PCM با ترکیب با میکروپروسسورهای سریع امکان جایگزینی پردازش سیگنالهای دیجیتال به جای عملیات آنالوگ را فراهم میکند.
9-2) اعوجاج سیگنال در انتقال
کانال الکتریکی بین منبع اطلاعات و مقصد ، سیستم انتقال سیگنال نام دارد. از لحاظ پیچییدگی این سیستم میتواند یک زوج ساده تا یک لینک لیزری پیچیده باشد. ولی تمام سیستمهای انتقال دو اثر فیزیکی مهم از لحاظ مخابراتی دارند: تلفات توان که باعث کاهش اندازه سیگنال خروجی میشود ، و ذخیره شدن انرژی که شکل موج خروجی را تغییر میدهد.
1-9-2) انتقال بدون اعوجاج
منظور از انتقال بدون اعوجاج این است که سیگنال خروجی با سیگنال ورودی "همشکل" است . دقیقتر این که اگر سیگنال ورودی x(t) باشد می گوییم.
خروجی به شرط بدون اعوجاج است که با ورودی تنها دریک ضریب ثابت و یک تاخیر زمانی محدود تفاوت داشته باشد.
در عمل انتقال بدون اعوجاج تنها به طور تقریبی میسر است، یعنی سیستم انتقال همیشه مقداری اعوجاج ایجاد میکند. برای بررسی اثرات اعوجاج برسیگنالهای مختلف، سه نوع اعوجاج تعریف می کنیم:
1. اعوجاج دامنه که به ازای شرط زیر رخ میدهد.
2. اعوجاج تاخیر که به ازای شرط زیر رخ میدهد.
3. اعوجاج غیر خطی که در صورت وجود اجزای غیرخطی در سیستم رخ میدهد.
دو اعوجاج اول را میتوان در یک دسته عمومی اعوجاج خطی قرار دارد زیرا میتوان آنها را بر حسب تبلیغ تبدیل سیستم خطی توصیف کرد. برای اعوجاج سوم اثرات غیر خطی اجازه نمی دهد برای سیستم تابع تبدیل تعریف شود.
2-9-2) اعوجاج خطی
در یک سیستم انتقال خطی اعوجاج تاخیر با دامنه اعوجاج خطی نامیده میشود اعوجاج دامنه را میتوان به راحتی در حوزه فرکناس توصیف کرد: این نوع اعوجاج نشان میدهد که مولفه های فرکانسی خروجی نسبتهای صحیحی ندارند. چون علت این امر ثابت نبودن با فرکانس است، اعوجاج دامنه را گاهی اعوجاج فرکانسی هم مینامند.
متداولترین شکل اعوجاج دامنه تضعیف یا تقویت اضافی فرکانسهای بسیار بالا یا بسیار پایین طیف سیگنال است. پاسخ نامتناسب در یک نوار فرکانسی طیف نیز گر چه کمتر متداول است، ولی به همین اندازه دردسر می سازد. گر چه توصیف این اعوجاج در حوزه فرکانس ساده است ولی اثر آن در حوزه زمان چندان واضح نیست مگر برای سیگنالهای بسیار ساده.
فصل سوم:
مدار فرستنده و گیرنده
1-3) منبع تغذیه
برای مدار مذکور نیاز به منبع تغذیه 12 و 5 ولت داریم که ولتاژ 5 ولت برای تغذیه میکروکنترلر و آی سی PI میباشد و 12 ولت که جدا یا ایزلوه از +5 ولت میباشد به عنوان تغذیه خروجی های مدار است.
2-3) صفحه کلید
در پائین ترین سطح صفحه کلیدها در ماتریس هایی از ستون ها و سطرها سازماندهی میشوند. CPU سطرها و ستونها را از طریق پورتهای خود دستیابی میکند؛ بنابراین اب دو پورت 8 بیت یک ماتریس 8*8 از کلیدها قابل اتصال به کامپیوتر خواهد بود.
هنگامیکه کلیدی فشرده میشود یک سطر به یک ستون می چسبند در غیر اینصورت اتصالی بین سطرها و ستونها موجود نیست. وظیفه برنامه ذخیره شده EPROM میکروکنترلر پویش مداوم کلیدهاست تا کلید فعال شده را بیابد و آن را به بورد اصلی ارائه دهد.
پویش و شناسایی کلید …
برای تشخیص کلید فشرده شده میکروکنترلر همه سطرحها را با تهیه در لچ خروجی به زمین وصل میکند و سپس ستون را می خواند اگر داده خوانده شده از ستون B3-B3=1111 باشد کلیدی فشرده شده و فرآیند تشخیص کلید فشرده شده ای ادامه خواهد داشت.
با این وجود اگریکی از بیتهای ستون، حاوی صفر باشد به این معنی است که کلید فشرده شده است. پس از تشخیص کلید فشرده شده میکروکنترلر وارد فرآیند شناسایی کلید می گردد با شروع از سطر بالا میکروکنترلر زمین کردن سطر B0 آن را به زمین وصل می نماید سپس ستونها را می خوانند. اگر داده خوانده شده تمام یک باشد کلید در آن سطر فشرده نشده و فرآیند سطر بعدی منتقل میشود سپس سطر بعد را زمین میکند و ستونها را خوانده و به دنبال 0 می گردد. این عمل تا شناسایی سطر ادامه می یابد. پس از شناسایی سطری که در آن کلید فشرده شده یافتن ستونی که کلید به آن متعلق است کار بعدی میباشد.
اتصال 8051 به صفحه کلید در این پروژه اطلاعات از طریق کیبورد به میکرو داده میشود و فرستاده میشود در شکل طریقه اتصال صفحه کلید را به میکرومی بینیم.
3-3) LCD
LCD وسیله ایست برای نمایش اطلاعات که به دلیل مصرف بسیار کم انرژی و قابلیت مانور فراوان مورد توجه قرار گرفته است.
LCDهای کاراکتری با قابلیت نمایش کدهای اسکی Asci و 8 کاراکتر قابل تعریف یکی از پرمصرف ترین انواع LCD هستند که امکان نمایش جروف لاتین بصورت کوچک و بزرگ و اعداد و یک سری از کاراکترها را دارند علاوه بر اینکه قابلیت تعریف 8 کاراکتر بصورت دلخواه را دارد که در هر موقع براحتی در دسترس خواهد بود.
LCD ها علاوه بر ROM داخلی که در برگیرنده کاراکترهای از پیش تعریف شده است دارای 2 نوع RAM هستند.
DD RAM Display DATA RAM
و
CG RAM CHARACTER GENEFATOR RAM
DD RAM محتوی کاراکترهای در حال نمایش میباشد یعنی کاراکترهایی را که ما برای نمایش به LCD می فرستیم در خود نگه می دارد CGRMA برای نگه داشتن کاراکترهایی که ما برای LCD تعریف می کنیم بکار می رود که شرح آن در قسمتهای بعدی خواهد آمد.
ترتیب پایه های LCD
LCD های کاراکتری دارای 16 پایه می باشد که بصورت زیر میباشد.
پایه 1 VSS که ولتاژ 5+ به آن متصل میشود.
پایه 2 VDD که به زمین متصل می گردد.
پایه 3 VO که برای کنترل شدت نور LCD کاربرد دارد.
پایه 4 RS
پایه 5 R/W
پایه 6 E
پایه 7 الی 14 خطوط DATA
پایه 15 و 16 BACK LIGHT
1-3-3) نحوه کار با LCD
LCD در ابتدای کار نیاز به یک سری تعاریف اولیه دارد که نحوه عملکرد LCD را مشخص میکند در حقیقت مد عملکرد LCD را تعریف می نماید که این تعاریف بصورت CMD یا دستور به LCD داده میشود لازم به ذکر است که 2 نوع داده به LCD ارسال می کنیم.
یکی بصورت (CMD) comand که دستوراتی را که می خواهیم به LCD بدهیم را با این ترکیب ارسال می کنیم که روی LCD نمایش داده نمیشود.
و دیگری بصورت DATA که هر اطلاعاتی را که با این ترکیب به LCD بفرستیم داخل DD RAM ذخیره شده و روی LCD به نمایش در میآید.
فرق ارسال اطلاعات بصورت DATA و CMD در پایه کنترلی RS می باشد بدین صورت که اگر پایه 1= RS باشد LCD اطلاعات نوشته شده روی پورت اطلاعات را بصورت DATA برای نمایش روی صفحه LCD دریافت میکند و اگر RS=0 باشد LCD این اطلاعات را بصورت CMD دریافت کرده و به آن عمل خواهد کرد که معمولاً برای کنترل RS یک بیت در میکروکنترل در نظر گرفته میشود و در اول برنامه بصورت زیر تعریف می گردد.
LCD – RS EQU Px.y
LCD برای دریافت اطلاعات نیاز به یک پالس مثبت دارد که با اعمال این پالس شروع به خواندن اطلاعات از روی پورت اطلاعات خود می نماید که ما بعد از نوشتن اطلاعات روی پورت اطلاعات این پالس را به پایه LCD E اعمال می کنیم برای این پایه نیز یک pin از میکروکنترل در نظر گرفته میشود.
LCD EQU Px.y
پایه R/W برای انتخاب خواندن یا نوشتن روی LCD است اگر این پایه، باشد یعنی ما در حال نوشتن اطلاعات بر روی LCD هستیم همانطور که در بالا گفته شد.
و اگر R/W 1 باشد ما در حال خواندن از روی LCD خواهیم بود. LCD برای اجرای دستورات داده شده یا انتقال اطلاعات داده شده به آن بروی صفحه نمایش نیاز به مقداری زمان (Delay) دارد که این زمان به 2 صورت به LCD داده میشود.
1. بصورت Delay (اتلاف وقت)
2. Busy Flay
1. هر دستور برای اجزا نیاز به زمان مشخص دارد که در برگه اطلاعاتی سازنده آمده است و در این پایان نامه نیز آورده شده برای نوشتن اطلاعات بر روی صفحه نمایش زمان 100us کافی میباشد و برای CMD ها از 100us تا 4.5 ms متغیر میباشد.
2. Busy Faly بیت مشغولی
LCD برای اطلاع ما از مشغول یا آزاد بودن پردازشگر خود یک بیت بعنوان پرچم برای ما تعریف میکند که ما بوسیله آن می توانیم از اتمام کار LCD اطلاع پیدا کنیم که خواندن از روی LCD هم در همین مورد کاربرد دارد.
این پرچم (flag) روی DB7 قرار دارد که وقتی R/W ما 1 باشد ما می توانیم به آن دسترسی داشته باشیم.
این فلگ در حالت مشغول بودن high LCD میباشد و با آزاد شدن LCD low می گردد.
ما با استفاده از دستور زیر می توانیم منتظر آزاد شدن LCD برای ارسال CMD یا DATA بعدی به LCD باشیم.
Jb BF, $
که BF نیز در اول برنامه بصورت زیر تعریف میشود.
BF Bit Px.y
توجه: باید دقت شود که LCD در حالت مشغولی آمادگی دریافت هیچگونه اطلاعاتی را ندارد و اگر در این حالت اطلاعاتی را به آن ارسال شود آنرا دریافت نمی کند در حقیقت در حالت مشغول پایه LCD E غیر فعال است و هیچگونه پالسی را دریافت نمی کند پس همیشه باید از آزاد بودن LCD اطمینان حاصل گردد.
2-3-3) دستورات LCD
همانطور که گفته شد LCD از یکسری دستورات پیروی میکند که برای ادامه دادن این فرامین بیت های RS و R/W باید 0 باشند.
فرمان اول 00000001
این فمران تمام صفحه نمایش را پاک کرده و مکان شما را به اولین کاراکتر LCD منتقل میکند برای جبران این دستور 1.64 ms زمان لازم است که در صورت استفاده نکردن از Busy flay این زمان باید رعایت گردد.
فرمان دوم 0000001X
این دستور مکان نما را به اول خط منتقل میکند ولی به اطلاعات DDRAM دست نمی زند زمان لازم برای اجرای این دستور هم 1.64 ms میباشد.
فرمان سوم I/D S 000001
بیت ID برای تعیین جهت حرکت مکان نما بکار می رود بعضی اگر I/D=1 باشد بعد از هر بار نوشتن یا خواندن از DDRAM که کرسور یکی به جلو حرکت میکند و اگر I/D=0 باشد کرسور به عقب حرکت خواهد کرد.
بیت S اگر این بیت 1 باشد هنگامی که ما به LCD می نویسیم یا از آن می خوانیم که سور (مکان نما) تایپ بوده و اگر I/D=1 است صفحه نمایش را به چپ و اگر I/D=0 است محتویات صفحه نمایش را به راست شیفت میدهد.
اگر S=0 باشد بعد از هر بار نوشتن که سور جا به جا میشود و محتویات صفحه نمایش تایپ خواهد بود.
زمان لازم برای اجرای این دستور 40us میباشد.
فرمان چهارم 00001 DC B
در این دستور اگر D=1 باشد صفحه نمایش روشن و اگر D=0 باشد کل صفحه نمایش خاموش خواهد بود.
C بیت کنترلی که سور میباشد اگر این بیت صفر باشد خط زیر کاراکتری که آدرس DD RAM به آن اشاره میکند محو می گردد.
اگر C=1 باشد ما یک خط زیر کاراکتری که آدرس DD RAM به آن اشاره میکند خواهیم داشت که این خط خط هشتم از پیکسل های کاراکتر اشغال خواهد کرد.
بیت B اگر این بیت 1 باشد کاراکتری که مکان نما به آن اشاره میکند چشمک خواهد زد.
فرمان پنجم 00001 S/C R/L XX
اگر S/C=0 باشد و R/L نیز صفر باشد کرسور یک خانه به طرف چپ حرکت خواهد کرد بدون اینکه اطلاعاتی به DD RAM نوشته یا از آن خوانده شود این عمل برای تغییر محل امکان نما کاربرد دارد اگر R/L یک باشد همین عمل به سمت راست (جلو) انجام خواهد شد.
اگر S/C=1 و R/L=1 باشد کل صفحه نمایش به راست شیفت پیدا میکند و اگر S/C=1 و R/L=0 باشد صفحه نمایش به چپ شیفت پیدا خواهد کرد و کرسور نیز همراه آن منتقل خواهد شد.
تذکر: در دستور سوم که ما حرکت مکانما و شیفت صفحه را داشتیم این عم بعد از هم بار خواندن و نوشتن انجام میشود ولی در فرمان پنجم این عمل در هر لحظه و بدون نیاز به خواندن و نوشتن انجام میشود.
فرمان ششم XX F N DL 001
بیت DL برای تعیین تعداد بیت های DATA BUS بکار می رود اگر این بیت 1 باشد DATA BUS 8 بیتی خواهد بود و اگر 0 باشد DATA BUS با بیتی خواهد بود این مد برای میکروکنترلی های با بیتی و مواقعی که ما پورت (pin) با اندازه کافی در اختیار نداریم کاربرد دارد.
N تعداد خطوط LCD را معین میکند اگر N=0 باشد LCD یک خطی و اگر N=1 باشد LCD 2 خطی خواهد بود.
تذکر: در آدرس های داخلی LCD LCD ها حداکثر دارای 2 خط می باشند که مثلا در 20LCD * L هر یک از این خطوط به 2 قسمت تقسیم شده و تشکیل 2 سطر را میدهد.
بیت F تعیین کننده فونت کاراکترها است اگر این بیت 1 باشد اندازه هر کاراکتر 15* 5 پیسکل و اگر این بیت 0 باشد اندازه کاراکترها 7 * 5 پیسکل خواهد بود.
تذکر: در حالت 1 خطری ما مد 10 * 5 را نخواهیم داشت.
فرمان هفتم AAA AAA 01
از این دستور برای تعریف و ساختن یک کاراکتر جدید و بشکل دلخواه استفاهد میشود که شرح کامل آن بصورت زیر میباشد.
ما در این دستور برای ارسال دستور AAA AAA 01 6 بیت خالی در اختیار داریم قبلا ذکر شد که LCD ها قابلیت تعریف 8 کاراکتر دلخواه را دارند که آدرس این کاراکترها در 3 بیت اول تعریف میشود که از (000)B تا (111)B شامل 8 کاراکتر می گردد.
سه بیت دوم شامل آدرس خطی از کاراکتر می گردد که ما از آن خط می خواهیم شروع به تعریف کاراکتر کنیم.
مثلا دستور 01 010 00
کاراکتر آدرس 02H را از خطر اول شروع به تعریف میکند که بعد از ارسال این بایت بصورت 8 CMD بایت DATA به LCD ارسال میشود که اطلاعات پیکسل های کاراکتر دلخواه را در خود دارند.
اگر کاراکترهای ما در اول برنامه بصورت 10 * 5 تعریف شده باشند دراین مرحله باید 10 بایت DATA ارسال گردد.
در ارسال DATA باید 3 بیت اول بایت (MSB) صفر باشند و 5 بیت LSB بصورت دلخواه چیده شوند در این 5 بیت هر کدام از بیت ها 1 شود پیکسل مترادف با آن بیت در کاراکتر تعریف شده روشن خواهد شد و عدد 0 بیانگر پیسکل خاموش است.
فرمان هشتم 1 AAAAAAA
این دستور برای پرش به محل دلخواهی از LCD به کار می رود گاهی لازم میشود که ما به نقطه خواص از LCD دسترسی پیدا کنیم در این حالت از این دستور استفاده می کنیم.
در هر نوع LCD هر کاراکتر دارای یک آدرس مخصوص به خود میباشد که در جداول زیر ارائه می گردد.
توجه گردد که اگر هر یک از آدرس های نوشته شده در جداول را بعنوان CMD به LCD ارسال کنیم کرسور دقیقا به همان محلی خواهد رفت که آدرس آنرا به LCD داده ایم.
این آدرس ها برای LCD های مختلف بصورت زیر است یعنی با ارسال دستور
MOV A,# C3H
CALL WRT-LCD-CMD
در 16LCD* 2 که سور به کاراکتر چهارم از خط دوم انتقال پیدا خواهد کرد.
فرمان نهم BF AAAAAAA
در این دستور باید دقت شود که بیت R/W 1 گردد چون این دستور برای خواندن از روی LCD میباشد.
یعنی در حقیقت وقتی که RS=0 و R/W=1 باشد پورت اطلاعات بصورت زیرقابل استفاده است.
BF همان فلگ مشغول LCD میباشد.
AC یک آدرس 7 بیتی است که نشان دهنده محل فعلی کرسور می باشد یعنی وقتی ما با RS=0 و R/W=1 ازروی LCD اطلاعات را می خوانیم بین اول از سمت چپ Buzy flay و 7 بیت باقیمانده آدرس محل کرسور خواهد بود.
توجه: در قسمت قبل در تمام LCD ها ادرس از 8CH شروع شده بود ولی در اینجا در صورت خواندن آدرس ها از 00H شروع خواهد شد که در قسمت قبل این 128 اختلاف (80H) مربوط به 1 اول در DB7 می باشد که با 00H جمع شده و عدد 80H را به ما میدهد در حقیقت اگر از آدرس های داده شده در قمست قبل مقدار 80H را کم کنیم به آدرس خواهیم رسدی که در این قسمت از LCD خوانده میشود.
فرمان دهم
دستور میدهم که دربرگه اطلاعاتی LCD آمده است همان ارسال DATSA به LCD میباشد که توضیح کافی در موردآن داده شده در این مورد فقط باید دقت شود که RS=1 و R/W=0 باشد.
فرمان یازدهم
آخرین دستور که در مورد LCD کاربر دارد خواندن اطلاعات یک کاراکتر از روی LCD میباشد که برای این کار بعد از قرار دادن کرسور در کاراکتر مورد نظر بوسیله فرمان هشتم بیتهای R/W و RS را یک می کنیم دراین حالت کد اسکی را اطلاعات را روی کاراکتر مورد نظر را روی پورت اطلاعات خود خواهیم داشت.
توجه: در تمام دستوراتی که زمان اجرای آنها ذکر نشد این زمان t=40uS میباشد.
3-3-3) طریقه اتصال LCD به میکرو
دراین پروژه ما از دو LCD استفاده کردیم یکی در برد فرستنده و دیگری در برد گیرنده. هر دو اینها به یک طریق و یک پورت به میکرو متصل شده اند.
4-3) مشخصات فنی مدار گیرنده و فرستنده:
مدار دارای دو کانال مستقل بوده و هر یک از کانال ها توسط یک کلید جداگانه روی فرستنده کنترل می شود. هر یک از کانال ها میتوانند در یکی از حالات زیر عمل کنند:
1-لحظه ای 2-فلیپ فلاپ 3-تایم دار 4-ضربدری
انتخاب حالتهای مختلف توسط نصب چند جامپر (سیم رابط کوتاه) در مدار انجام میشود
در جدول زیر مشخصات فنی مدار فرستنده و گیرنده آمده است .
12 ولت
ولتاژ کار فرستنده
5-15 میلی آمپر
جریان مصرفی فرستنده
12 ولت
ولتاژ کار گیرنده
20 – 100 میلی آمپر
جریان مصرفی گیرنده
مشخصات فنی مدار گیرنده وفرستنده
1-4-3) طرز کار مدار
آی سیPT2262 بعنوان مولد سیگنال و رمز کننده عمل می نماید . بسته به آنکه S1 وصل میشود یا S2 ، فرکانس متفاوتی در خروجی ظاهر می گردد که دارای کد خاصی نیز میباشد . این کد بستگی به وضعیت پایه های 1 تا 8 و 10 و 11 آی سی مزبور دارد . هر یک از پایه های 1 و 2 و 3 و 4 و 5 و6 و7 و 8 و10 و 11 میتوانند در حالت 0 (اتصال به منفی) ویا1(اتصال به مثبت) و یا به حالت آزادباشند. بسته به ترتیب اتصال پایه های مزبور ، کد حاصل بصورت یک کد ده رقمی ظاهر می گردد. استفاده ازD1 وD2 سبب شده است که در حالت عادی باتری از مدار خارج بوده و فقط با فشردن یکی از کلیدها جریان در مدار برقرار گردد . یک عددLED برای نشان دادن ارسال سیگنال در مدار تعبیه شده که بصورت سری با آن قرار گرفته است . مقاومت بین پایه های 15و16 آی سی مربوط به اسیلاتور داخلی آن میباشد . سیگنال ارسالی توسط آی سی در پایه 17 آن ظاهر شده و توسط قسمت مدولاتور (شامل یک اسیلاتور متشکل از ترانزیستور و چند قطعه جانبی آن ) روی امواج UHF مدوله شده و توسط آنتن در فضا انتشار می یابد . توسط خازن تریمر موجود در قسمت مدولاتور میتوان فرکانس امواج ارسالی را تغییر داد . جامپر های JS1 وJS2 که در شکل دیده میشوند در واقع در مدار وجود نداشته و در واقع داخل S1 وS2 قرار دارند. زیرا در داخل این دو کلید پایه ها دو بدو بهم متصلند و از اتصال درونی کلیدها در مدار چاپی بعنوان جامپر استفاده شده است .
امواج ارسالی فرستنده پس از دریافت توسط آنتن گیرنده توسط دو ترانزیستور تقویت و آشکارسازی میشوند . با تنظیم تریمر های فرستنده و گیرنده میتوان دقیقا آنها را با هم هماهنگ کرد . امواج دریافتی پس از آشکارسازی به ورودی های آی سی LM 358 منتقل میشود. این آی سی یک تقویت کننده عملیاتی (OP-AMP) دوبل بوده و سیگنال آشکار شده را پس از تقویت ، بصورت علایم دیجیتالی که قابل استفاده برای قسمتهای بعدی میباشند، در می آورد. در نهایت در خروجی این قسمت سیگنالی مشابه سیگنال ایجاد شده در فرستنده خواهیم داشت.
سیگنال ظاهر شده در خروجی طبقه قبلی به ورودی (پایه 14) آی سی PT2272 اتصال می یابد . آی سی مزبور نقش یک دیکودر(DECODER) را بر عهده داشته و خروجی های آن (پایه های 12 و 13) وقتیکه فرستنده سیگنال ارسال می کند ، تغییر وضعیت می دهند . به این ترتیب که با اتصال هر یک از کلیدهای فرستنده ، خروجی مربوط به همان کانال درگیرنده از حالت صفر به حالت یک می رود . البته به شرط آنکه کدبندی آی سی مزبور مشابه آی سی فرستنده انجام شود . همانند فرستنده پایه های 1 تا8 و 10 و 11 آی سی PT2272 مربوط به کدبندی بوده و پایه های مزبور باید دقیقا در همان وضعیتی قرار گیرند که پایه های مشابه در آی سی PT2262 (در قسمت فرستنده ) قرار داشت . مثلا اگر در فرستنده پایه های 1و2و3و4 به + وصل بوده و پایه های 5و6و7و8 به منفی متصل باشند وپایه های 10و11 نیز آزاد باشند ، درگیرنده نیز پایه های 1و2و3و4 آی سی PT2272 به +وصل بوده وپایه های 5و6و7و8 آن به منفی و پایه های 10و11 آن آزاد باشند . ایجاد حالتهای مختلف در خروجی ها که قبلا در مورد آن توضیح داده شد توسط باز یا بسته بودن کلیدهایA1 تا A4 وB1 تاB4 انجام میشود . خروجی های آی سیPT2272 به ورودی های گیتهای آی سی 4093 متصل می شوند . آی سی4093 شامل چهار گیت نانداشمیت تریگر میباشد . چون این گیتها دوبدو بصورت سری بسته شده اند ،در حالتی که همه کلیدها ی A1 تا A4 وB1 تاB4 باز هستند هریک ازگیت ها بصورت معکوس کننده عمل کرده و بنابر این همان وضعیت ورودی را در خروجی خواهیم داشت .
خروجی های این آی سی به ورودی های CLOCK دو فیلیپ فلاپ نوع Dکه در داخل یک آی سی 4013قرار دارند، اتصال یافته ودر خروجی فلیپ فلاپ ها حالت 1 یا 0 را خواهیم داشت .
نتیجه آن خواهد شد که با هر بار ارسال سیگنال توسط فرستنده ، خروجی فلیپ فلاپ1شده و با ارسال بعدی به حالت 0 میرود.
در صورتی که کلید A2یاB2بسته باشد خروجی فلیپ فلاپ پس از گذشت مدت زمانی که توسط مقاومت R22یاR17وخازن C16یاC23تعیین می گردد، پایه RESET خود را تحریک کرده و RESETمیشود.
بنابر این خروجی بصورت تایم دار عمل کرده وبا ارسال اطلاعات توسط فرستنده ، برای مدت گفته شده، خروجی فعال شده ودوباره به حالت غیر فعال باز میگردد.
در حالتی که هر دو کلید A1 و A2 یا B1 و B2 وصل باشند، پایه 4 (یا 10) آی سی 4093 مستقیما و بدون ارتباط فلیپ فلاپ به خروجی متصل شده و بنا بر این هر یک از خروجی ها بصورت لحظه ای عمل میکنند. در حالت چهارم که B4/ A4/ B3/ A3 وصل باشند، با اتصال کلید هر کانال در فرستنده فلیپ فلاپ متناظر آن در گیرنده ، SET شده و فلیپ دیگر RESET میشود. و در این حالت مدار بصورت ضربدری عمل خواهد کرد.
خروجی فلیپ فلاپ توسط دو عدد مقاومت محدود کننده جریان بیس به ترانزیستور های درایور اتصال می یابند . در کلکتور ترانزیستورها علاوه بر رله از دیود حفاظت کننده در برابر ولتاژ القایی معکوس استفاده شده و دو عدد دیود نورانی نیز همراه با مقاومت های محدود کننده جریان برای نشان دادن و ضعیت رله ها مورد استفاده قرار گرفته است . تغذیه مدار نیز در شکل مزبور دیده میشود. ولتاژ DC دوازده ولت پس از اتصال به دیود محافظ و خازن های فیلتر در ورودی آی سی رگولاتور ظاهر شده و در خروجی آی سی مزبور ولتاژ رگوله شده 8 ولت را خواهیم داشت . خازن بکار رفته در خروجی نیز جهت حذف ریپل های احتمالی بکار برده شده است.
در هنگام ساخت فرستنده باید به نکات زیر توجه شود:
* برای اتصال باتری که از نوع 12 ولتی مینیاتوری انتخاب شده ، از فنر وصفحه فلزی مخصوص استفاده نموده و فنر را در محل – و صفحه را در محل + به فیبر مدار چاپی اتصال دهید. توجه داشته باشید که فیبر مدار چاپی در محل قرار گیری باتری باید بریده شود. (اگر فیبر فرستنده را از نوع نازک انتخاب کرده باشید می توانید به راحتی آنرا توسط قیچی برش دهید ) .
* هنگام نصب قطعات به جهت آی سی ، دیودها، دیود نورانی و ترانزیستور توجه کنید. هنگام نصب ترانزیستور توجه داشته باشید که پایه وسط آن کمی جلوتر از دو پایه دیگر قرار می گیرد.
هنگام مونتاژ گیرنده به نکات زیر توجه داشته باشید:
– پایه های 1 تا 8 و 10 و 11 آی سی PT2272 را فعلا آزاد بگذارید ( پایه های گفته شده در سوکت را لحیم کاری نکنید)در مراحل بعدی در هنگام کد بندی مدار ، این پایه ها مورد استفاده قرار می گیرند .
– آی سی رگولاتور مورد استفاده از نوع کوچک ( شبیه ترانزیستور های مدار) میباشد. در صورت عدم دسترسی به این نوع آی سی رگولاتور میتوانید از نوع معمولی (بزرگ) آن استفاده کنید. تنها باید توجه داشته باشید که جهت نصب آن بر عکس میشود.
– نقاط A1 تا A4 و B1 تا B4 مربوط به انتخاب حالت و برنامه ریزی دستگاه می باشند وفعلا مورد استفاده قرار نمی گیرند .
– برای تریمر گیرنده دو سایز مختلف روی فیبر مدار چاپی در نظر گرفته شده و بنابراین یکی از سوراخ های محل نصب آن (VC) بدون استفاده باقی می ماند .
– برای اتصال باتری به مدار می توانید در محلBAT از ترمینال مخصوص روی برد و یا یک تکه پین هدر سه تایی (که پایه وسط آن خارج شده است ) استفاده کنید.
– آنتن گیرنده می تواند یک تکه سیم لاکی و یا روکش پلاستیکی ضخیم (به قطر 1تا 2 میلیمتر) و به طول تقریبی 30 تا 35 سانتی متر باشد.
– OUT1 وOUT2 خروجی های دستگاه هستند که بعدا در مورد آنها توضیح داده خواهد شدو فعلا در مرحله آزمایش بدون استفاده باقی می مانند.
– هنگام نصب قطعات به جهت آی سی ها ، دیودها، ترانزیستورها ،دیودهای نورانی و خازن های الکترولیت توجه کنید.
– در مدار از مقاومت های صفر اهم استفاده شده که در صورت عدم دسترسی به آنها از یک تکه سیم بعنوان جامپر استفاده کنید.
کدبندی فرستنده و گیرنده:
پایه های 1 تا 8 و 10 و 11 هم در آی سی ENCODER فرستنده (PT2262) و هم در آی سی DECODER گیرنده(PT2272) مربوط به کدبندی دستگاه هستند و این پایه ها در هر دو آی سی باید از نظر متصل بودن به + و- و یا آزار بودن در یک وضعیت باشند.بعنوان مثال میتوان پایه های 1و2و3و4را به + و پایه های 5و6و7و8 رابه – متصل کرد وپایه های 10 و11 را آزاد گذاشت.
مقدمه:
از آنجایی که ساخت و ارائه پروژه یکی از مهمترین ارکان تحصیل یک دانشجو در رشته الکترونیک میباشد لذا انتخاب و ارائه پروژه ای متناسب با رشته تحصیلی بسیار شایان اهمیت است.
پروژه ای که در اینجا به بررسی آن میپردازیم به ما این امکان را میدهد که اطلاعات را در باند 433M بین دو میکروکنترلر انتقال دهیم این کار بصورت بی سیم و بدون استفاده از پورت سریال صورت گرفته ما در این پروژه ابتدا از ماژولهای RF استفاه کردیم اما به دلیل ساخت نامناسب آنها و فرکانس بالایی که ما در آن کار می کردیم شاهد نویزهایی بودیم که نتیجه دلخواه را به ما نمی داد بنابراین برای اخذ نتیجه بهتر تصمیم بر استفاده ازکیتهای PT گرفتیم. PT ها به ما این امکان را می دادند که با کد کردن اطلاعات در برد فرستنده آنها را بدون هیچ پارازیتی درگیرنده ببینیم البته برنامه نویسی مربوط به PT ها نقش مهمی را در این امر ایفا میکند که ما در پیوست برنامه فرستنده و گیرنده را خواهیم دید.
بدین ترتیب هر عددی که ما در برد و فرستنده بوسیله کیبرد انتخاب می کنیم پس از نمایش روی LCD بوسیله pt22 کد میشود و به برد گیرنده فرستاده میشود pt22 وظیفه Dcode کردن دیتا را به عهده دارد و پس از بازگشایی کد میکرو آن را روی LCD نمایش میدهد.
فهرست مطالب
فصل اول : 1
اصول و نحوه عملکرد میکروکنترلرها 1
1-1) آشنایی با میکروکنترلرها 2
2-1) مقایسه ی ریزپردازنده ها با میکروکنترلرها 3
1-2-1) معماری سخت افزار 3
2-2-1) کاربردها 4
3-2-1) ویژگی های مجموعه ی دستور العمل ها 4
فصل دوم: 6
اصول و نحوه عملکرد فرستنده ها 6
و گیرنده های رادیویی 6
1-2) روشهای مدولاسیون دامنه 7
2-2) اجزا و محدودیت های سیستم های مخابراتی 8
3-2) اطلاعات، پیام، سیگنال 9
5-2) مدولاسیون و کدگذاری 11
6-2) روشهای مدولاسیون 11
7-2) مزایا و کاربردهای مدولاسیون 13
8-2) روشها و مزایای کدگذاری 15
9-2) اعوجاج سیگنال در انتقال 16
1-9-2) انتقال بدون اعوجاج 16
2-9-2) اعوجاج خطی 17
فصل سوم: 18
مدار فرستنده و گیرنده 18
1-3) منبع تغذیه 19
2-3) صفحه کلید 19
3-3) LCD 20
1-3-3) نحوه کار با LCD 20
4-3) مشخصات فنی مدار گیرنده و فرستنده: 26
1
1