دانلود تحقیق الکترونیک :طراحی و ساخت شمارنده فرکانس تا یک گیگاهرتز

هر دستگاه اندازه گیری دارای ویژگی ها و محدودیت های خاص خود است و برای انتخاب دستگاه اندازه گیری باید کلیه جوانب در نظر گرفته شود و با توجه به و یژگی های مورد نیاز و قیمت دستگاه اندازه گیری بهترین انتخاب انجام شود.

1-گستره ی اندازه گیری: محدوده ای از تغییرات کمیت تحت اندازه گیری که وسیله قادر به اندازه گیری آن می باشد.

2-ریزنگری یا تفکیک پذیری: کوچکترین اندازه ی تغییرات کمیت تحت اندازه گیری که می تواند توسط دستگاه، اندازه گیری شود.

3-حساسیت: نسبت میزان تغییرات خروجی به تغییرات کمیت تحت اندازه گیری
با بیشترین بودن حساسیت، اندازه گیری تغییرات کوچک کمیت تحت اندازه گیری راحت تر است اما معمولا گستره ی اندازه گیری کم می شود.

4-درستی: میزان نزدیکی مقدار قرائت شده با مقدار واقعی کمیت
معمولا با افزایش گستره ی اندازه گیری درستی کم میشود(یا قیمت ها افزایش قابل توجه می یابد)
5-دقت: نشان دهنده ی میزان پراکندگی آماری مقادیر اندازه گیری شده در چندین بار اندازه گیری یک کمیت است.

به عبارت دیگر میزان عاری بودن اندازه گیر از خطای تصادفی میزان دقت را نشان می دهد.

2.473 2.472
2.563 2.475
2.425 2.479
دقت کمتر دقت بیشتر

در شکل (1-1) نمایش مفهومی دقت و درستی مشاهده می شود.

دقت مناسب دقت نامناسب دقت مناسب
درستی مناسب درستی نامناسب درستی نامناسب


شکل 1-1-نمایش دقت و درستی




1-2- کالیبراسیون(برسنجیدن)
مقایسه عملکرد دستگاه اندازه گیری با مرجع استاندارد (که در رده ی درستی بالاتری قرار دارد) جهت تعیین خطای آن را کالیبراسیون گویند.

به عبارت دیگر کالیبراسیون، کنترل دستگاه اندازه گیری به منظور اطمینان از عملکرد مناسب آن است.

مرجع استاندارد می تواند یک کمیت یا دستگاه اندازه گیری باشد.

1-3- تنظیم دستگاه اندازه گیری
معمولا در دستگاه های اندازه گیری امکان تنظیم ( به صورت محدود) گذاشته می شود تا در مواردی که اندازه گیر از حالت کالیبره خارج می شود، عملکرد آن را اصلاح کنند.

تنظیم می تواند به صورت تنظیم شیب یا آفست باشد.

1-4- قسمت های مختلف دستگاه های اندازه گیری
کار اکثر سیستم های اندازه گیری را می توان در قالب سه مرحله ی اساسی قرار داد:
1-مرحله ی آشکارسازی و مبدل
2-مرحله ی میانی یا تغییر دهنده
3-مرحله ی نمایش، ثبت یا کنترل
عناصری از قبیل مقاومت، سلف، خازن، ترموکوپل، کریستال، فتوسل و...

به عنوان مبدل مورد استفاده قرار می گیرد.

مبدل یک پدیده ی غیر الکتریکی مانند فشار، دما، رطوبت و....را به یک کمیت الکتریکی مثل ولتاژ، جریان و...تبدیل می کنند.

مرحله ی میانی در یک دستگاه اندازه گیری می تواند شامل قسمت هایی از قبیل چرخ دنده ها، لوله ی هیدرولیکی، انواع فیلتر و تقویت کننده ها، سیستم های انتقال و....باشد.

در برخی وسایل ممکن است نیازی به مرحله ی میانی ودر برخی موارد این قسمت بسیار پیچیده باشد.

مرحله ی نهایی می تواند شامل قسمت هایی مثل عقربه واشل، لامپ اشعه کاتدی، ستون مایع، قلم متحرک وکاغذ مدرج، ضبط مغناطیسی و ....

باشد.

علاوه بر نمایش دهنده و ضبط کننده که در مرحله ی آخر وجود دارند، از خروجی این بخش می توان برای کنترل قسمت های دیگر استفاده کرد.

در شکل (1-2 ) قسمت های مختلف یک دستگاه اندازه گیری به صورت کلی نمایش داده شده است.

شکل 1-2-قسمت های مختلف دستگاه اندازه گیری


1-5- اندازه گیری فرکانس
یکی از مهم ترین کمیت ها در سیستم های الکتریکی و الکترونیکی فرکانس می باشد.

در مدارات مخابراتی فرکانس سیگنال در قسمت های مختلف نقش مهمی را ایفا می کند ودر مراحل مختلف مدولاسیون، دمدولاسیون و پخش باید کنترل واندازه گیری شود.

در سیستم های قدرت تغیر فرکانس می تواند باعث تغییر عملکرد سیستم شود، با افزایش فرکانس حجم هسته کاهش می یابد ولی امکان دارد سیستم توانایی تولید گشتاور مورد نیاز را از دست بدهد وهمچنین کاهش فرکانس می تواند باعث به اشباع رفتن هسته و آسیب رسیدن به سیستم شود، بنابراین در سیستم های قدرت هم باید فرکانس به طور دقیق اندازه گیری و کنترل شود.

در سیستم های ابزار دقیق برای انتقال سیگنال با تبدیل ولتاژ به فرکانس اثرات نویز را کاهش می دهند.

با توجه به موارد ومثال های فوق اهمیت اندازه گیری فرکانس در سیستم ها بیش از پیش معلوم می شود.با استفاده از اندازه گیری فرکانس می توان کمیت هایی مثل سرعت سیال را به طور غیر مستقیم اندازه گیری نمود.

1-6- تقسیم بندی باندها وفرکانس ها
فرکانس های رادیویی مطابق جدول زیر تقسیم بندی شده اند:

گستره ی فرکانسی نمادها
3-30 KHz VLF(Very Low Frequency)
30-300 KHz LF(Low Frequency)
300-3000 KHz MF(Main Frequency)
3-30 MHz HF(High Frequency)
30-300 MHz VHF(Very high Frequency)
300-3000 MHz UHF(Ultra high Frequency)
3-30 GHz SHF(Super high Frequency)
30-300 GHz EHF(Extra high Frequency)
جدول 1-1-تقسیم بندی فرکانس ها

امواج رادیویی طیف وسیعی از فرکانس ها را در بر می گیرند که بر حسب کاربرد طبق استاندارد هایی تقسیم بندی شده اند.

با افزایش فرکانس سیگنال کاربرد های آن تخصصی تر و همچنین اندازه گیری فرکانس آن مشکل تر می شود.

1-7- فرکانس متر هاو مدارات ارائه شده برای آن
اصولا یکی از ابزار های مهم که در بخش های مهم سیستم های الکترونیکی و مخابراتی به کار گرفته می شود، فرکانس متر می باشد.

این ابزار می تواند به صورت آنالوگ یا دیجیتال پیاده سازی گردد، نکته ی مهم درپیاده سازی این ابزار توجه به محل استفاده و نیز محدوده ی فرکانسی مورد نظر می باشد.

امروزه عمدتا به دلیل استفاده از مدارات دیجیتال ونیز پردازنده های با سرعت بالا در دستگاه های مختلف از فرکانس مترهای دیجیتال استفاده می شود وعملکرد این دستگاه ها با بهبود سرعت این پردازنده های دیجیتال روز به روز بهتر می شود.

اما هنوز در فرکانس های بالا این ابزار ها ناکارآمد هستند و از ابزارهای تبدیل آنالوگ برای آشکارسازی فرکانسی استفاده می شود.

از تفاوت های فرکانس مترهای دیجیتال و آنالوگ می توان به نحوه ی عملکرد آنها اشاره نمود، در فرکانس متر های دیجیتال عمدتا به طور مستقیم و با توجه به لبه های پالس عمل سنجش فرکانسی انجام می گیرد حال آن که در فرکانس مترهای آنالوگ با تبدیل فرکانس به کمیت هایی مثل ولتاژ وجریان این کار انجام می شود.

گاهی ترکیبی از هر دو روش در سیستم های اندازه گیری استفاده می شود، بخشی از عملیات توسط سیستم آنالوگ ومابقی دیجیتال خواهد بود.

فرکانس متر های دیجیتال نمی توانند فرکانس های بالا را اندازه بگیرند در حالی که فرکانس متر های آنالوگ برای فرکانس های در حد چندین گیگا هرتز قابل استفاده می باشند.

1-7-1- فرکانس متر های آنالوگ
این ابزارها شامل یک بخش آشکار ساز می باشند که در این بخش سیگنال های با فرکانس بالا (از آنجا که بیشتر در فرکانس های مایکرویو کاربرد دارند) به یک دیود آشکارساز می تابد واین دیود توان یا ولتاژ متناسب با آن فرکانس را ارائه می دهد.

معمولا این دیود های آشکارساز از جنس کریستال سلیکن که شامل سیم تنگستن نیز می باشد تشکیل شده است،به همین دلیل به آن دیود کریستالی نیز گفته میشود.

نوع دیگر این دیودها avalanche-transit-time diodes می باشد.

این دیودها ساختار متفاوتی با دیودهای معمولی دارند، این دیودها دارای چهار لایه می باشند که به صورت شکل (1-3) می باشند.

شکل 1-3-ساختار کلی دیود

برای آشنایی بیشتر با این دیودها توضیحات مختصری در ادامه آورده شده است:
دیودهای PIN:
این خانواده از دیودها به عنوان مقاومتی متغیر در فرکانس های مایکروویوی کاربرد دارند.

این دیودها این قابلیت را دارند که بدون ایجاد اعوجاج در سیگنالهای مایکروویوی مقاومت مسیر خود را تغییر دهند که این کار با تغییر جریان dc دیود انجام می شود.

از ویژگی مهم دیگر این سری از دیودها، قابلیت کنترل سیگنالهای مایکروویوی با دامنه زیاد می باشد.

بخش میانی آن تأثیر زیادی در دوام آن و عدم ایجاد اختلال در امواج دریافتی خواهد داشت.

در شکل (1-4) شمای کلی این نوع دیود نشان داده شده است.

شکل 1-4-شمای کلی دیود PIN شکل (1-5 ) مدار معادل دیود در حالت بایاس مستقیم را نشان می دهد.

در این حالت مقاومت RS با جریان dc عبوری از دیود رابطه ی عکس دارد.

شکل 1-5-بایاس مستقیم شکل (1-6 ) مدار معادل دیود در حالت بایاس معکوس را نشان می دهد.

در این حالت دیود مانند یک خازن با صفحات موازی و مستقل از ولتاژ بایاس معکوس عمل می کند.

در کنار خازن یک مقاومت RP نیز وجود دارد که بیانگر تلفات در بایاس معکوس است.

شکل 1-6-بایاس معکوس در مرحله بعدی توان دریافت شده به بخش آشکارساز انتقال می یابد.

بخش آشکار ساز حساسیت بالایی دارد و در برخی از موارد و در کاربردهای موجبری و برای اندازه گیری توان منابع مایکروویوی به دلیل خروجی توان بالایی آن از انتقالی magic-T استفاده می گردد تا توان خروجی را به میزان مطلوب برای آشکار ساز کاهش دهند.

شکل ( 1-7) این قطعه(magic-T ) را نشان می دهد.

شکل1-7-MAGIC-T البته به جز magic-T ممکن است بسته به نوع خروجی سیگنال از تضعیف کننده های دیگری نیز در صورت نیاز استفاده شود .

محل قرار گرفتن این تضعیف کننده ها بسته به موارد کاربرد مختلف می باشد.

بعد از مرحله بالا عملکردهای پردازش وارد سیستم خواهند شد.

این عملکردها می توانند به طور کامل دیجیتال یا آنالوگ باشند.

که بسته به محل استفاده و نوع مدار می توان هر یک از بخش ها را مورد استفاده قرار داد.

1-7-2- فرکانس متر های دیجیتال این گروه از فرکانس متر ها به شکل های مختلف قابل پیاده سازی می باشند.

معمولا در انواع پیشرفته ی آن از پردازنده های قوی و پرسرعت استفاده میشود0 انعطاف پذیری این دسته، بسته به فرکانس کاری پردازنده بالا می باشد.

علاوه بر استفاده از این پردازشگر ها این امکان را می دهد تا علاوه بر عملیات تعیین فرکانسی برای عملکرد های همزمان دیگر نیز از آن بهره گرفته شود.

صورت های دیگری همچون پیاده سازی با گیت ها نیز در برخی موارد مورد استفاده قرار می گیرد که به دلیل حجم زیاد کمتر مورد توجه قرار می گیرد، مگر اینکه این توابع توسط پردازنده هایی با بلوک های گیتی (همچون FPGA و CPLDها) پیاده سازی گردند.

مزیت این پردازنده ها سرعت بالای آنها است که این خاصیت به اندازه گیری فرکانس های بالا کمک می کند.

به طور خلاصه عملکرد این سری از مدارها به دو صورت می باشد که باتوجه به مورد استفاده ی آن ممکن است هر یک از آنها انتخاب گردد.

اولین روش آن استفاده از تایمر ومحاسبه ی زمان، از زمان اولین پرش تا پرش بعدی می باشد.

به عبارتی دقیقا یک پریود اندازه گیری شده واز روی آن فرکانس تعیین می گردد.

واضح است که در این روش با توجه به قابلیت وقفه در پردازنده ها زمان انتظار زیادی مورد نیاز نمی باشد ومعمولا در سیستم هایی مورد استفاده قرار می گیرد که نیاز به سرعت پردازش بالا می باشد.

مسلما چنین سیستمی دارای دقت پایین تری خواهد بود، البته برای فرکانس های پایین بسیار مناسب عمل می کند اما در فرکانس های بالا ممکن است با مشکل مواجه شود.

دومین روش استفاده از شمارنده می باشد.

این بار برخلاف حالت قبل زمان ثابتی را در نظر گرفته و در طی این مدت زمان ثابت تعداد پالس های رسیده شمرده می شود.

سپس با استفاده از پردازنده ها و اطلاعات موجود، فرکانس سیگنال ورودی تعیین می گردد.

این روش مدت زمان بیشتری نسبت به روش قبلی نیاز دارد ولی دقت عملکردی آن بسیار بیشتر از حالت قبلی می باشد.

معمولا از این روش در تعیین فرکانس سیگنال هایی با فرکانس بالا، بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

در این پروژه از روش دوم برای طراحی فرکانس متر استفاده شده است و برای قسمت پردازنده ی آن از میکروکنترلر AVR استفاده شده است.

قسمت های مختلف فرکانس متر در طی دو مرحله در فصل های بعدی بررسی می شوند.

فصل دوم پیش تقسیم کننده و شکل دهنده ی سیگنال 2-1- بخش تقسیم کننده ی فرکانس اصولا مدارات الکترونیکی امکان کار در هر فرکانسی را ندارند و در یک محدوده ی فرکانسی معین کار می کنند.

بنابراین برای اندازه گیری فرکانس های بالا ابتدا بایستی با استفاده از پیش تقسیم کننده فرکانس را با نسبت معین کاهش داده و سپس به مدارات شمارنده ی فرکانس داده شود.

معمولا شمارنده های فرکانس رادیویی و مایکروویوی به پیش تقسیم کننده نیاز دارند.

اساس کار مدار تقسیم کننده ی فرکانسی با استفاده از شمارنده ها می باشد.

شمارنده ها به این صورت عمل می کنند که با اعمال پالس ورودی پایه های آن تغییر وضعیت می دهند و یک رشته اعداد را دنبال میکنند.

هر شمارنده با توجه به مدار خود دارای یک دنباله ی اعداد مخصوص به خود است که با توجه به این دنباله ها می توانیم از شمارنده ها استفاده کنیم.

مثلا وضعیت پایه های خروجی یک شمارنده ی دودویی به صورت زیر است: A0 A1 A2 A3 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 .

.

رشته شمارش دودویی با در نظر گرفتن شکل کلی برای شمارنده ها، همان گونه که در شکل (2-1) و (2-2) نشان داده شده است با استفاده از خروجی های A0، A1، A2، A3، 000 می توان انواع تقسیم های فرکانسی را به دست آورد: شکل 2-1-شمارنده ونسبت تقسیم های به دست آمده شکل 2-2-شکل موج پایه های شمارنده یک شمارنده ساده چهاربیتی ساده بااستفاده از فیلیپ فلاپ نوع D می تواند به صورت شکل ( 2-3) باشد.

شکل 2-3-شمارنده 4 بیتی در تراشه های مقسم فرکانس که کاربرد های زیادی در مدارات مختلف دارند (مثلا در حلقه های قفل شونده در فاز ) علاوه بر قسمت شمارنده که قسمت میانی است، طبقه ی ورودی و خروجی هم اضافه می شوند.

همچنین در اغلب این تراشه ها علاوه بر پایه های ورودی و خروجی وتغذیه پایه هایی هم برای انتخاب نسبت تقسیم در نظر گرفته میشوند.

شماتیک کلی تراشه های تقسیم کننده ی فرکانس را می توان به صورت شکل (2-4 ) در نظر گرفت: شکل2-4-بلوک دیاگرام کلی تقسیم کننده ها 2-1-1- معرفی تقسیم کننده SP8704 تراشه تقسیم کننده ای که در این پروژه استفاده شده است، تراشه ای به نام SP8704 می باشد که دارای مشخصات زیر می باشد: عملکرد فرکانسی تا فرکانس 950 مگاهرتز کار با ولتاژ تغذیه ی 3 تا 5 ولت جریان ورودی کم حفاظت ESD (تخلیه ی الکترواستاتیکی) روی تمام پایه ها دارای چهار مد کاری تقسیم بر 64، 65، 128، 129 کار در دمای 40- تا 85 درجه ی سانتیگراد محدودیت ها : ماکزیمم ولتاژ تغذیه ی 7 ولت حداکثر ولتاژ ورودی5/2 ولت پیک تا پیک حداکثر محدوده ی دمایی 55- تا 125 درجه ی سانتیگراد حداکثر دمای پیوند 175 درجه ی سانتیگراد تعیین نسبت تقسیم به صورت زیر می باشد: جدول 2-1-نسبت تقسیم تراشه در این تراشه با تغییر ولتاژ منطقی روی پایه های 3 و 6 مطابق جدول فوق می توان نسبت تقسیم را تغییر داد.

سیگنال خروجی این تراشه پالسی شکل و ضعیف می باشد.

2-2- قسمت تقویت و شکل دهی سیگنال باتوجه به این که سیگنال خروجی تراشه ی تقسیم کننده ی فرکانس ضعیف می باشد و به طور مستقیم قابل اعمال به میکروکنترلر برای شمارش نمی باشد، بنابراین بایستی این سیگنال به طور مناسب تقویت و شکل دهی شود.در این پروزه از یک تقویت کننده ی فیدبک دار به همراه یک تراشه ی اشمیت تریگر برای این کار استفاده شده است.

شکل 2-5-بخش تقویت و شکل دهی سیگنال مدار قسمت A یک تقویت کننده با بهره ی بالا است.

نوع فیدبک: موازی – موازی در این تقویت کننده با تغییر مقاومت R1 می توان نقطه ی کار مدار را تغییر داد و به این وسیله THD موج خروجی را تغییر داد.

شکل 2-6-تعیین نقطه کار ترانزیستور در مرحله ی بعدی بایستی موج خروجی از تقویت کننده به یک پالس TTL با شکل مناسب تبدیل شود.

برای این کار از اشمیت تریگر از استفاده شده است، اشمیت تریگر یک مدار الکترونیکی دو سطحی است که دارای منحنی هیسترزیس است.

با توجه به منحنی هیسترزیس این نوع مدارات اگر سیگنال ورودی آن از یک مقدار مشخص بیشتر شود سیگنال خروجی به سطح دیگر پرش می کند و اگر سیگنال ورودی از یک مقدار مشخص کمتر شود سیگنال خروجی به سطح دیگر ولتاژ پرش می کند و به این وسیله از اثرگذاری نویز بر روی سیگنال جلوگیری به عمل می آید.

در مداراتی که به اشمیت تریگر نیاز می باشد می توان از مدارات اشمیت تریگر آماده موجود در بازار که به صورت تراشه می باشند استفاده کرد.

در این پروژه از تراشه 7414 که به صورت NAND اشمیت تریگر می باشد، استفاده شده است.

منحنی هیسترزیس این تراشه به صورت شکل (2-7 ) است.

شکل 2-7- منحنی هیسترزیس تراشه اشمیت تریگر فصل سوم کنترل و شمارش تعداد پالس ها 3-1- کلاک سیستم پس از عبور سیگنال اصلی از پیش تقسیم کننده، فرکانس آن کم شده و شمارش فرکانس آن ساده تر می باشد.

وظیفه ی شمارش پالس های تولید شده در مراحل قبل به عهده ی میکروکنترلر است.

برای این کار از تایمرها و شمارنده های داخلی میکروکنترلر استفاده شده است و پس از شمارش تعداد پالس ها، با انجام محاسبات لازم فرکانس واقعی محاسبه می شود و در مرحله بعد مقدار فرکانس سیگنال اصلی روی یک نمایشگر LCD نمایش داده می شود.

با توجه به این که شمارنده های میکروکنترلر AVR به وسیله سیگنال ورودی عمل می کنند که فرکانس آن باید از نصف فرکانس کلاک میکرو کمتر باشد، بنابراین هر چه فرکانس کلاک بیشتر باشد قادر به اندازه گیری فرکانس های بالاتری هستبم.

در ادامه توزیع کلاک سیستم و منابع آن بررسی می شود.

3-1-1- توزیع کلاک سیستم کلاک سیستم میکرو مطابق شکل (3-1) توزیع شده است: شکل3-1-توزیع کلاک میکرو کلاک واحد پردازش مرکزی این کلاک برای انجام عملیات میکرو به طور مثال رجیستر ها ا ستفاده می شود.

توقف و به مکث بردن این کلاک باعث می شودکه عملیات و محاسبات میکرو انجام نگیرد.

کلاک واحد های ورودی خروجی این کلاک توسط بسیاری از ماژول های ورودی خروجی به طور مثال تایمر ها وکانترها و پورت های سریال استفاده می گردد.

کلاک حافظه این کلاک عملیات ارتباطی با حافظه FLASH را کنترل می کند.کلاکFLASH معمولا با کلاک CPU فعال می شود.

کلاک غیر همزمان تایمر با این کلاک تایمر/کانتر به صورت غیر همزمان توسط کریستال ساعت 32768 هرتز کار می کند حتی اگر در حالت استراحت باشد.

کلاک واحد آنالوگ به دیجیتال این واحد از یک کلاک جداگانه حساس استفاده می کند که باعث می شود کلاک های CPUوI/O به حالت ایست رفته تا نویز حاصل از مدار دیجیتال داخلی کاهش یافته و در نتیجه عملیات تبدیل با دقت بیشتری انجام شود.

3-1-2- منابع کلاک سیستم: میکرو دارای انواع منابع کلاک اختیاری است که می توان انواع آن را بوسیله فیوز بیت ها انتخاب کرد.

کلاک انتخاب شده به عنوان ورودی کلاک میکرو در نظر گرفته شده و کلاک مناسب به هر قسمت سیستم داده می شود.

اسیلاتور کریستالی در این حالت کریستال یا نوسانگر سرامیکی یا کریستال کوارتز همانطور که در شکل ( 3-2 ) نشان داده شده است به پایه های میکرو وصل می شوند.

فیوزبیت های مربوطه را می توان برای دو حالت محیط با نویز زیاد ونویز کم برنامه ریزی کرد.

خازن های c1 وc2 برای کریستال ها و نوسانگرها بایستی یک مقدار باشند و مقادیر آنها بستگی به کریستال، نوسانگر و نویز های الکترومغناطیسی محیط دارد.

شکل 3-2-اسیلاتور کریستالی اسیلاتور کریستالی فرکانس پایین با برنامه ریزی کردن فیوزبیت های میکرو می توان از کریستال ساعت به عنوان منبع کلاک استفاده کرد.

می توان با فعال کردن خازن های داخلی، خازن های خارجی را برداشت.

مقدار نامی خازن های داخلی 36 پیکو فاراد است.

اسیلاتورRC خارجی با برنامه ریزی کردن فیوزبیت ها و اتصال مقاومت و خازن مطابق شکل (3-3 ) به میکرو می توان از اسیلاتور RC خارجی استفاده کرد.

فرکانس تقریبی توسط معادلهF=1/(3RC) به دست می آید.

مقدار خازن بایستی حداقل 22 پیکو فاراد باشد.

با فعال کردن خازن داخلی می توان خازن خارجی را برداشت.

شکل 3-3-اسیلاتور RC خارجی اسیلاتورRC کالیبره شده داخلی اسیلاتورRC کالیبره شده داخلی، کلاک های نامی داخلی 1، 2، 4 و8 مگاهرتز را در ولتاژ 5 ولت و دمای 25 درجه سانتیگراد تولید می کند.

این کلاک با برنامه ریزی کردن فیوزبیت های داخلی می تواند به عنوان کلاک سیستم استفاده گردد که در این حالت نیازی به مدار خارجی نیست.

کلاک خارجی برای راه اندازی میکرو توسط کلاک خارجی پایه های میکرو بایستی طبق شکل (3-4 ) وصل شوند.

برای کار در این مد بایستی فیوزبیت ها به طور مناسب برنامه ریزی شوند.در این مد باید از تغییرات ناگهانی فرکانس کلاک خارجی برای اطمینان از عملکرد صحیح میکرو جلوگیری کرد.

تغییرات بیشتر از 2% در فرکانس کلاک خارجی ممکن است باعث رفتارهای غیرقابل انتظار میکرو شود.

زمانی که فرکانس کلاک تغییر داده می شود، بایستی میکرو در حالت RESET نگه داشته شود.

شکل 3-4-کلاک خارجی اسیلاتور تایمر/ کانتر برای میکروکنترلر هایی که دارای پایه های TOSC1 و TOSC2 هستند، کریستال ساعت 768/32کیلو هرتز مستقیما بین دو پایه قرار می گیرد وتایمر / کانتر 0 یا 2 به صورت آسنکرون از این دو پایه کلاک دریافت می کند.

3-2- تایمر / کانتر ها اغلب میکروکنترلر هایAVR دارای 3 تایمر /کانتر هستند .در این پروژه به یک تایمر و یک کانتر نیاز می باشدکه برای این منظور از کانتر 1 و تایمر 2 استفاده شده است.

تایمر / کانتر های میکرو در مدهای مختلف کار می کنند که عبارتند از: مد تایمر مد کانتر مد مقایسه ای مد capture مد مدولاسون عر ض پالس 3-2-1- تایمر / کانتر یک معرفی تایمر / کانتریک تایمر/ کانتر 16 بیتی یک می تواند کلاک خود را از سیستم، تقسیمی از کلاک سیستم و یا از پایه خروجی T1 تامین کند.

عملکرد تایمر /کانتر توسط رجیستر های کنترلی کنترل می شود.

زمانی که تایمر/کانتر از پایه خروجی کلاک دریافت می کند، سیگنال خروجی با فرکانس اسیلاتور CPU سنکرون می باشد.

بنابراین برای اطمینان از نمونه برداری مناسب، بایستی زمان بین دو کلاک خروجی حداقل برابر یک دوره تناوب کلاک CPU باشد.

کلاک خروجی در لبه ی بالارونده ی کلاک CPU نمونه برداری می شود.

تایمر/کانتر یک دارای دو خروجی مقایسه ای است که با مقایسه تایمر/کانتر با مقدار معین تغییر حالت می دهند.

این واحد می تواند در مد PWM و CAPTURE نیز کار کند.

پیکره بندی تایمر/کانتر یک در حالت کانتر تایمر/کانتر یک برای کار در مد تایمر به صورت زیر در محیط BASCOM پیکره بندی می شود: Config timer1=counter , edge=rising/falling , prescale=1/8/64/256/1024 یا می توان چنین نوشت: Config timer1=counter , edge=rising/falling تایمر/کانتر یک می تواند در مد کانتر نیز کار کند.

در این حالت کانتر از پایه ورودی T1 کلاک خود را دریافت می کند که می تواند نسبت به لبه ی بالارونده یا پایین رونده حساس باشد.

محتوای کانتر را می توان خواند یا در آن نوشت.

کانتر بعد از شمردن تعداد1+$FFFF پالس سرریز می شود و سپس پرچم سرریزی خود را با نام OVF1 یک می کند.

در صورتی که وقفه سرریزی با دستور ENABLE OVF1 و وقفه سراسری با دستور ENABLE INTERRUPTS فعال شده باشند، می توان به محل معینی پرش کرد وزیر روال مربوطه را اجرا کرد.

3-2-2- تایمر/کانتر دو معرفی تایمر/کانتر دو تایمر/کانتر هشت بیتی دو انتخاب کلاک از کلاک سیستم، تقسیمی از کلاک سیستم یا از پایه های خروجی به صورت آسنکرون را داراست.

عملکرد این تایمر/ کانتر به وسیله ی رجیسترهای کنترلی کنترل می شود.

از تایمر/کانتر دو برای سرعت های پایین با دقت و وضوح بالا استفاده می شود.

این واحد می تواند در مدهای مقایسه ای ، PWM، CAPTURE نیز عمل کند.

پیکره بندی تایمر/ کانتر دو در حالت تایمر تایمر/کانتر دو برای کار در مد تایمر به صورت زیر در محیط BASCOM پیکره بندی می شود: CONFIG TIMER2=TIMER , ASYNC=ON/OFF , PRESCALE=1/8/32/64/128/256 /1024 به وسیله ی این دستور تایمر/کانتر در مد تایمر به کار برده شده ومی تواند فرکانس کلاک خود را از فرکانس اسیلاتور بخش بر 1، 8، 32، 64، 128،256، 1024 تامین کند.

تایمر پس از شمردن تا مقدار $FFFF پرچم سرریزی خود را با نام OVF2 یک می کند.

در صورتی که وقفه سراسری با دستور ENABLE INTERRUPTS فعال شده باشد در زمان سرریزی با دستورات پرشی می توان به محل معینی پرش کرد.محتوای تایمر را می توان خواند همچنین در آن نوشت.

ASYNC زمانی ON انتخاب می شود که تایمر به صورت آسنکرون از پایه های TOSC2 و TOSC1 باکریستال 32768 هرتز کلاک دریافت می کند.

در این حالت با PRESCALE=128 دقیقا تایمر بعد از یک ثانیه، پرچم سرریزی یک شده و وقفه رخ می دهد که می تواند برای طراحی ساعت استفاده شود.

در غیر این صورت OFF انتخاب می شود.

3-3- نمایش اطلاعات برای نمایش اطلاعات در سیستم های الکترونیکی از وسایل گوناگونی همچون لامپ اشعه کاتدی، LED، 7-SEGMENT،LCD می توان استفاده کرد.

در مدارات دیجیتال اغلب از 7-SEGMENT و LCD برای نمایش اطلاعات استفاده می شود، امروزه با ظهور میکروکنترلرهای پیشرفته بیشتر از LCD برای این کار استفاده می شود که دلیل آن سهولت نمایش اطلاعات در LCD ، ارتباط دهی آسان آن با میکروکنترلر ونیاز به سخت افزار کمتر است.

LCD ها ابزاری برای نمایش اطلاعات هستند که شامل حروف، اعداد و همچنین برخی کاراکترهای گرافیکی می شود.

با استفاده این ابزار می توان اطلاعات را به صورت زیباتر وکاملتر نمایش داد، البته استفاده از LCD برای مدارات ساده توصیه نمی شود و عموما آنرا همراه با میکروکنترلرها یا CPU ها به کار می برند.

چیزی که از آن به عنوان LCD یاد می شود در واقع یک صفحه نمایشگر مانند صفحه ماشین حساب است که همراه با تراشه کنترلر و مدارهای جانبی اش و عموما با لامپ پشت صفحه در یک بسته پیش ساخته ارائه می شود.

همانطور که گفته شد LCD دارای یک کنترلر است با فرستادن اطلاعات به آن این اطلاعات را در صفحه ای که عموما به چند سطر وستون تقسیم شده نمایش می دهد.

مثلا برای نمایش حرف "M" کافیست کد اسکی این حرف را طبق یک پروتکل ساده به LCD ارسال کنیم.

همچنین می توان دستوراتی از قبیل پاک کردن صفحه نمایش، جابجایی مکان نما، خاموش و روشن کردن مکان نما و غیره را نیز به LCD ارسال کرد.

LCD ها از طریق مقدار اطلاعاتی که می توانند در صفحه نمایش بدهند، انتخاب و خریداری می شوند.

انواع معمول آن می توانند دارای 16، 20، 32 و 40 کاراکتر و تعداد 1 یا 2 یا 4 سطر باشند.مثلا LCD 2*16 دارای دو خط و 16کاراکتر در هر خط است.

همچنین LCD ها می توانند همراه با لامپ پشت صفحه یا بدون آن انتخاب شوند.

تقریبا همه ی LCD ها دارای 16 پایه هستندکه 8 خط آن مربوط به فرستادن یا خواندن داده ها یا دستورالعمل ها می باشد.

پایه های دیگر خطوط کنترل و ولتاژهای تغذیه می باشند.

لیست کامل خط ها مطابق جدول 3-1 می باشد.

جدول 3-1-پایه های LCD 3-3-1- پیکره بندی و ارتباط LCD با میکروکنترلر AVR برای اتصال میکرو به LCD حداقل به 6 پایه میکرو نیاز می باشد.

انواع LCD های 16*1، 16*2، 40*4 و...

را می توان به میکرو وصل کرد.

انتقال اطلاعات از میکرو به LCD می تواند 4بیتی یا 8 بیتی باشد که معمولا از 4 بیتی استفاده می شود.

پایه های LCD برای اتصال به پایه های میکرو به صورت زیر پیکره بندی می شوند: CONFIG LCDPIN=PIN , DB4=PN , DB5=PN , DB6=PN , DB7=PN , E=PN , RS=PN PN : پایه ای دلخواه از میکرو که پایه LCD به آن وصل می شود مثل PORTA.6 پیکره بندی پایه های LCD باید در یک خط نوشته شود و یا ادامه آن با علامت – در خط بعد نوشته شود.

اتصال LCD به پورت A میکرو: CONFIG LCDPIN=PIN , DB4=PORTA.4 , DB5=PORTA.5 , DB6=PORTA.6 ,DB7=- PORTA.7 , E=PORTA.3 , RS=PORTA.2 با توجه به پیکره بندی بالا LCD مطابق شکل ( 3-5 ) به پایه های میکرو وصل می شود.

شکل 3-5-اتصال LCD به پورت A میکرو فصل چهارم تشریح عملی پروژه 4-1- تغذیه مدار تغذیه قسمت های مختلف مدار 5 ولت می باشد که توسط مدار شکل ( 4-1 ) این ولتاژ تولید می گردد.

در این مدار از تراشه ی رگولاتور ولتاژ 7805 استفاده شده است.

خروجی ترانس به وسیله ی پل دیودی یکسو شده وسپس به رگولاتور ولتاژ داده می شود.

خازن های 10و 22 میکرو فاراد برای تثبیت ولتاژ و خازن 100 نانوفاراد برای رفع اثر نویز می باشد.

شکل 4-1-مدار تغذیه تراشه های رگولاتور سه سر در کاربردهایی که ولتاژ رگوله شده ی ثابتی مورد نیاز است مناسب هستند.

آنها نیاز به فیدبک خارجی ندارند و معمولا دارای مدارات محافظ در برابر اتصال کوتاه و افزایش حرارت می باشند.رگولاتورهای تجاری در رنج وسیعی از ولتاژ موجود هستند ودر پلاریته ی مثبت و منفی یافت می شوند( به عنوان مثال سری **78 رگولاتور مثبت و**79 رگولاتورهای منفی هستند) و از جریان های 100 میلی آمپر تا 3 آمپر یافت می شوند.

برای تثبیت ولتاژ خروجی، لازم است که ولتاژ ورودی از مقدار حداقلی بیشتر باشد، این ولتاژ معمولا 4 تا 5 ولت بالاتر از ولتاژ خروجی تراشه است.

در کاتالوگ این نوع تراشه ها پیشنهاداتی برای استفاده ی هر چه بهتر از این تراشه ها ارایه شده است.

به عنوان مثال برای حذف جریان های گذرای خط و جلوگیری از آسیب دیدن رگولاتور وجود دو خازن در ورودی و خروجی رگولاتور پیشنهاد شده است.

با وجود این که این تراشه ها دارای ولتاژ ثابت هستند، می توان با افزودن مداراتی ساده به آنها ولتاژ را تغییر داد ویا جریان آنها را افزایش داد.

به عنوان مثال برای افزایش خروجی 7805 به ولتاژ حوالی 6 ولت مدار شکل (4-2 ) مناسب است: شکل 4-2-افزایش ولتاژ رگولاتور 4-2- تعیین عملکرد دستگاه با اینکه این فرکانس متر برای فرکانس های بالا طراحی شده است ولی باتوجه به قابلیت های میکرو می توان فرکانس های پایین را هم اندازه گرفت.

برای این منظور از یک سلکتور برای انتخاب دو حالت استفاده شده است: حالت فرکانس بالا (حالت معمول) حالت فرکانس پایین وقتی حالت فرکانس پایین را انتخاب می کنیم سیگنال به وسیله ی رله ورودی مطابق شکل(4-3) از تراشه تقسیم کننده عبور نمی کند و فقط از قسمت تقویت وشکل دهی عبور کرده و سپس به میکرو داده می شود.در این حالت با انتخاب دکمه ی مربوطه فرمان مناسب به میکرو داده می شود و برای محاسبه فرکانس نسبت تقسیم در نظر گرفته نمی شود و فرکانس به طور صحیح محاسبه می شود.