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.
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 تأثیر عمیق آنها بر زندگی ما با تأثیر 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.
(معادله در فایل اصلی موجود 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) معادلات در فایل اصلی موجود است
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.