دانلود پروژه رشته برق در مورد ساخت شمارندة فرکانس تا یک گیگاهرتز – قسمت دوم

دانلود پایان نامه

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.

نکته مهم : برای استفاده از متن کامل تحقیق یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و تحقیق دانشگاهی در رشته های مختلف است که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

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:

نسبت تقسیم پایه6 پایه 3
129 L L
128 H L
65 L H
64 H H

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.

برای دیدن قسمت های دیگر این تحقیق لطفا” از منوی جستجوی سایت که در قسمت بالا قرار دارد استفاده کنید. یا از منوی سایت، فایل های دسته بندی رشته مورد نظر خود را ببینید.

با فرمت ورد

Leave a comment