طراحي و ساخت سيستم ضبط و پخش سيگنال با ميکروکنترلر AVRو کارت حافظه ی MMC
عنوان پروژه :
طراحي و ساخت سيستم ضبط و پخش سيگنال با ميکروکنترلر AVRو کارت حافظه ی MMC
مقدمه:
در اين پروژه سعي بر اين است که علاوه بر آشنايي با ميکروکنترلر AVRو محيط نرم افزاري (labview) سخت افزار،به گونه اي طراحي شود که با دريافت سيگنال آنالوگ ورودي (صوت) از ميکروفن،از طريق واحدADC ميکرو اين سيگنال به ديجيتال تبديل شود وبا توجه به برنامهاي که در داخل ميکرو تعبيه شده است،اين اطلاعات به داخل MMC ريخته شده وميکرو با دريافت فرمان از کامپيوتر به صورت ارتباط سريال دستور پخش را دريافت ميکند واز طريق واحد تايمر/ کانترکه در مد PWM کار ميکند,اطلاعات ذخيره شده در MMC را با آشکار سازي موج PWM توسط يک انتگرال گير،باز سازي وبه آنالوگ تبديل ميکند و اين سيگنال آنالوگ بوسيله يک سري مدارات مورد نياز براي پخش از طريق يک هدفن پخش ميگردد.
فصل اول :
نگاهي اجمالي به ميکروکنترلرها
بخش اول : ميکروکنترلرها
سير تكاملي ميكروكنترلرها :
اولين ميكروكنترلرها در اواسط دهه 1970 ساخته شدند. اين ميكروكنترلرها در ابتدا پردازندههاي ماشين حساب بودند که داراي حافظه برنامه كوچكي از نوع ROM ، حافظ داده از نوعRAM وتعدادي درگاه ورودي وخروجي بودند.
با توسعه فناوري سيليكون ، ميكرو كنترلرهاي 8 بيتي قويتري ساخته شدند . در اين ميكروكنترلرها علاوه بر بهينه شدن دستورالعمل ها، تايمر /شمارنده روي تراشه، امكانات وقفه و كنترل بهينه شده خطوط ورودي وخروجي نيز به آن اضافه شده است. حافظه موجود بر روي تراشه هنوز هم محدود ميباشد و دربسياري موارد كافي نيست .يكي از پيشرفتهاي قابل توجه در آن زمان، قابليت استفاده از حافظهEPROM قابل پاك شدن با اشعه ماورا بنفش،روي تراشه بوداين قابليت، زمان طراحي و پياده سازي محصول را بطور محسوسي كاهش داد و نيز براي اولين بار امكان استفاده از ميكروكنترلرها را در كاربردهايي كه حجم توليد پاييني دارند، فراهم ساخت.
خانواده 8051 در اوايل دهه 1980 توسط شركت اينتل معرفي گرديد . از آن زمان تاكنون 8051 يكي از محبوبترين ميكروكنترلرها بوده و بسياري از شركتها ديگر نيز به توليد آن اقدام كردهاند . در حال حاضر مدلهاي مختلفي از 8051 وجود دارد كه در بسياري از آنها امكاناتي نظير مبدل آنالوگ به ديجيتال حجم نسبتاً بزرگ از حافظه برنامه و حافظه داده،مدولاتور عرض پالس(PWM) در خروجيها كه امكان پاك كردن و برنامه ريزي مجدد آن توسط سيگنالهاي الکتريکي وجود دارد،تعبيه شده است.
ميكروكنترلرها اكنون به سمت 16 بيتي شدن در حركت هستند . ميكروكنترلر هاي 16 بيتي، پردازندههايي با كارايي بالا (نظير پردازش سيگنالهاي ديجيتال ) ميباشند كه در كنترل فرايندهاي بلادرنگ و در مواردي كه حجم زيادي از عمليات محاسباتي مورد نياز است، به كار برده ميشوند.
بسياري از ميكروكنترلرهاي 16 بيتي، امكاناتي نظير حجم زياد حافظه برنامه و حافظه داده، مبدل هاي آنالوگ به ديجيتال چند كانالي، تعداد زيادي درگاهI/O ، چندين درگاه سريال، عملكردهاي بسيار سريع رياضي و منطقي و مجموعه دستورالعملهاي بسيار قدرتمند با قابليت پردازش سيگنال را دارا ميباشند .
معماري داخلي ميكرو كنترلرها:
ساده ترينمعماري ميكروكنترلر، متشكل از يك ريز پردازنده، حافظه و درگاه ورودي/خروجي است. ريز پردازنده نيزمتشكل از واحد پردازش مركزي(CPU)و واحد کنترل(CU) است.
CPUدر واقع مغز يك ريز پردازنده است و محلي است كه در آنجا تمام عمليات رياضي و منطقي ،انجام ميشود.واحدكنترل ، عمليات داخلي ريزپردازنده را كنترل ميكند و سيگنالهاي كنترلي را به ساير بخشهاي ريز پردازنده ارسال ميكند تا دستورالعملهاي مورد نظر انجام شوند.
حافظه بخش بسيار مهمي از يک سيستم ميکروکامپيوتري است.ما ميتوانيم بر اساس بکارگيري حافظه ،آن را به دو گروه دستهبندي ميکنيم: حافظه برنامه و حافظه داده . حافظه برنامه ، تمام كد برنامه را ذخيره ميكند .اين حافظه معمولا از نوع فقط خواندني (ROM) مي باشد.انواع ديگري از حافظهها نظيرEPROM وحافظههاي فلش EEPROM براي کاربردهايي که حجم توليد پاييني دارند وهمچنين هنگام پيادهسازي برنامه به كار ميروند .حافظه داده از نوع حافظه خواندن/نوشتن(RAM) ميباشد.در كاربردهاي پيچيده كه به حجم بالايي از حافظه RAM نياز داريم، امكان اضافه كردن تراشه هاي حافظه بيروني به اغلب ميكروكنترلر ها وجود دارد.
در گاههاي ورودي / خروجي (I/O) به سيگنالهاي ديجيتال بيروني امكان ميدهند كه با ميكروكنترلر ارتباط پيدا كند .درگاههاي (I/O) معمولاً به صورت گروههاي 8 بيتي دسته بندي ميشوند و به هر گروه نيز نام خاصي اطلاق ميشود به عنوان مثال ، ميكروكنترلر 8051 داراي 4 درگاه ورودي / خروجي 8 بيت ميباشد که P3,P2,P1,P0 ناميده ميشوند.در تعدادي از ميكروكنترلرها ، جهت خطوط درگاه I/O قابل برنامه ريزي ميباشد . لذا بيتهاي مختلف يك درگاه را مي توان به صورت ورودييا خروجي برنامهريزي نمود. در برخي ديگر از ميكروكنترلرها (از جمله ميكروكنترلرهاي 8051) درگاههاي I/Oبه صورت دو طرفه ميباشند . هر خط از درگاه I/O اين گونه ميكرو كنترلرها را مي توان به صورت ورودي و يا خروجي مورد استفاده قرار داد . معمولاً ، اين گونه خطوط خروجي ، به همراه مقاومتهاي بالا كش بيروني به كار برده ميشوند.
خانوادهAVR:
ميکروکنترولر AVR به منظور اجراي دستورالعملهاي قدرتمند در يک سيکل کلاک (ساعت) به اندازه کافي سريع است و ميتواند براي شما آزادي عملي را که احتياج داريد به منظور بهينه سازي توان مصرفي فراهم کند . ميکروکنترلر AVR بر مبناي معماري(RISCکاهش مجموعهي دستورالعملهاي کامپيوتر ) پايه گذاري شده و مجموعه اي از دستورالعملها را که با 32 ثبات کار ميکنند ترکيب ميکند . به کارگرفتن حافظه از نوع Flash که AVR ها به طور يکسان از آن بهره ميبرند از جمله مزاياي آنها است.يک ميکرو AVRميتواند با استفاده از يک منبع تغذيه 2.7 تا 5.5 ولتي از طريق شش پين ساده در عرض چند ثانيه برنامه ريزي شود يا Program شود.
ميکروهاي AVR در هرجا که باشند با 1.8 ولت تا 5.5 ولت تغذيه ميشوند البته انواع توان پايين نيز وجود دارند که بهLow Power معروفند.ويژگيهايي که سبب شد، AVRها جاي 8051 را بگيرند،عبارتست از:
- توان مصرفي پايين: توان مصرفي پايين آنها براي استفاده بهينه از باتري و همچنين کاربرد ميکرو در وسايل سيار و سفري طراحي شده که ميکروهاي جديد AVR با توان مصرفي کم از شش روش اضافي در مقدار توان مصرفي ، براي انجام عمليات بهره ميبرند. اين ميکروها تا مقدار1.8 ولت قابل تغذيه هستند که اين امر باعث طولاني تر شدن عمر باتري ميشود. در ميکروهاي با توان پايين ، عمليات شبيه حالت Standby استيعني ميکرو ميتواند تمام اعمال داخلي و جنبي را متوقف کند و کريستال خارجي را به همان وضعيت شش کلاک در هر چرخه رها کند !
- حافظه ي فلش خود برنامه ريز با امکانات خاص
- قابليت دوباره برنامه ريزي کردن بدون احتياج به اجزاي خارجي
- بايت کوچک که به صورت فلش سکتور بندي شده اند
- داشتن مقدار متغير در سايز بلوک بوت
- خواندن به هنگام نوشتن
- بسيار آسان براي استفاده
- کاهش يافتن زمان برنامه ريزي
- کنترل کردن برنامه ريزي به صورت سخت افزاري
- استفاده از فيوزها و بيتهاي قفل
- ايزوله بودن نسبت به نويز که باعث کابرد آن در محيط صنعتي مي شود.
راههاي مختلف عمل برنامه ريزي :
ü موازي ياparallel يکي از سريعترين روشهاي برنامه ريزي.
ü خود برنامه ريزي توسط هر اتصال فيزيکي.
ü برنامه ريزي توسط هر نوع واسطي از قبيل TWIو SPI و غيره، دارا بودن امنيت صد درصد در بروزرساني و کد کردن.
ü : SPI واسطه سه سيمي محلي براي بروزرساني سريع ، آسان و موثر در استفاده.
ü واسط JTAG : واسطه اي که تسليم قانون IEEE 1149.1 است و ميتواند به صورت NVM برنامهريزي کند يعني هنگام قطع جريان برق دادهها از بين نروند .
AVRهمچنينمجهزبهامکاناتديگرمانندتايمرواچداگومبدلهاي ADC و PWM است.
يکي از مهمترين بخشهاي AVR که کمتر در هر ميکروکنترلرهاي ديگر ديده ميشود مقايسه کننده آنالوگ با گين 1 و200 و ... مي باشد.لازم به ذکر است که در 8051 بايد از فلش(EEPROM) وADCو کريستال مولد ساعت به صورت بيروني استفاده ميکرديم اما در AVR اين امکانات به صورت دروني وجود دارد .
شامل ورد 55صفحه ای
:: موضوعات مرتبط:
فنی و مهندسی ,
کامپیوتر ,
,
:: برچسبها:
طراحی سیستم ضبط و پخش سیگنال ,
میکروکنترلر ,