المعالجات والمتحكمات المصغرة
المحاضرة الثالثة
التحويل من تشابهي إلى رقمي
جامعة حلب – كلية الهندسة الكهربائية والالكترونية
سنة رابعة – قسم الميكاترونيكس
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
مقارنة الإشارات التشابهية بالرقمية
 يتم تمثيل معظم الإشارات الفيزيائية بطريقة تشابهية،
 الكلام، وحركات النجوم، والموسيقى؛ كلها إشارات تشابهية.
 للإشارات الرقمية متحولاتها الفيزيائية الخاصة بها والتي
تكون معرفة لأجل لحظات متقطعة على متحولاتها المستقلة.
 المحولات التشابهية الرقمية ADC مهمة من أجل أي تطبيق
رقمي يتفاعل مع أوساط تشابهية.
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
2
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
التحسس والتعديل
 تكون الإشارات القادمة في العديد من الأنظمة الرقمية هي
إشارات جهد.
 نحصل عليها من إشارات فيزيائية بمساعدة محولات الطاقة، مثل
 الميكروفون، وحساسات الزاوية، وحساسات الأشعة تحت الحمراء، وحساسات
الحرارة.
 يتم تعديلها لكي تعطي قيما متناسبة مع مجال الدخل الرقمي، 0 –
5 فولت.
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
3
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
أخذ العينات
 أخذ العينات: هي عملية أخذ لقطات من الإشارة مع مرور الزمن.
 يحدد معدل تغير الإشارة، عدد العينات التي يجب أخذها بحيث يمكن إعادة
بناء الإشارة.
 قام HarryNyquist من مختبرات Bell بتحديد أصغر قيمة لتردد أخذ
العينات:
 على الأقل يجب أن تساوي ضعف سرعة أكبر تردد موجود في الإشارة ذات الأهمية.
 عمليا، يجب أخذ إشارة تساوي 5 حتى 10 أضعاف أكبر تردد في الإشارة.
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
4
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
التكميم والتمييز
 إذا كان لدينا n بت، فإنه يمكن الحصول على n2 درجة تكميم مختلفة.
 المزيد من درجات التكميم يعني تخطيطا للإشارة، أفضل وأقرب للقيمة الحقيقية.
 يتناسب خطأ التكميم عكسا مع عدد البتات المستخدمة من أجل تكميم الإشارة.
 التمييز هو المسافة بين درجتي تكميم متجاورتين. ) التمييز =
المجال
2 )
 يتناسب عدد البتات المستخدمة من أجل التكميم مع تمييز النظام.
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
5
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
التشفير والمجال الديناميكي
 التشفير: هو عملية تحويل الإشارة المكممة إلى صيغة رقمية ثنائية.
 نتيجة لذلك، يتم تمثيل الإشارة التشابهية المقروءة، على شكل مجموعة من الأعداد
الثنائية.
 يتم قياس قوة الإشارة بالمقارنة مع الضجيج باستخدام واحدة الديسبل
( Decibel .)
 زيادة قيمة الديسبل، يعني زيادة قوة الإشارة.
 يتم استخدام 8 – 12 بت في المحولات التشابهية الرقمية التجارية، مما يؤدي إلى
تحويل المجال الديناميكي من ) 20log28dB ( حتى ) 20log212dB )
 في الحالة المثالية: =6.02+1.76
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
6
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
التكميم باستخدام بتات أقل
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
7
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
العمليات ما قبل التحويل التشابهي الرقمي
 يتم تحويل الإشارة الفيزيائية إلى إشارة كهربائية باستخدام
محولة للطاقة.
 محولة الطاقة هي عنصر كهربائي أو جهاز ميكانيكي يقوم بتحويل
الإشارة الفيزيائية إلى إشارة كهربائية.
 يلزم وجود دارة تعديل إشارة
 وذلك لتحجيم وإزاحة مجال الإشارة، ليصبح خرج محولة الطاقة
مطابقا لدخل المحول التشابهي الرقمي.
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
8
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
المخطط الصندوقي لتعديل الإشارة من أجل ال ADC
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
9
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
عملية التحويل من تشابهي إلى رقمي
. 1 أخذ العينات:
 يتم أخذ نوع الإشارة الفيزيائية بعين الاعتبار، وذلك للتأكد من الحصول
على تردد أخذ عينات مناسب.
. 2 التكميم:
 تحديد قيمة خطأ التكميم المقبول، وذلك لتحديد عدد البتات المستخدمة:
 التمييز =
المجال
2
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
10
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
التقريب التتابعي
 يستخدم محول رقمي تشابهي، ومتحكم، ومقارن.
 بدءا بالخانة الأكثر أهمية MSB حتى الأقل أهمية LSB ، المعالج:
. 1 يعمل على تشغيل كل بت لوحده، و
. 2 يولد إشارة تشابهية، ليتم مقارنتها مع الإشارة الأصلية.
. 3 بالاعتماد على النتائج، يقوم المتحكم بتغيير البت الحالي أو الإبقاء عليه،
وينتقل إلى الخانة الأكثر أهمية التي تليها.
4 . تستمر هذه العملية حتى اتخاذ القرارات المناسبة لجميع البتات المتوفرة.
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
11
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
المخطط الصندوقي للتقريب التتابعي
زمن التحويل موحد، لكنه يستخدم أجهزة معقدة.
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
12
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
النظام الثانوي للتحويل التشابهي الرقمي في
ATmega16
. 1 تمييز ب 10 بتات.
.2 الإحكام مقداره ± 2 على الخانة الأقل أهمية.
.3 زمن تحويل مقداره 13 – 260 ميكرو
ثانية.
.4 قادر على الوصول إلى 15 kSPS ( 15 ألف
عينة في الثانية( عند التمييز الأعظمي.
. 5 ثمانية مداخل منتخبة ولها خرج وحيد.
.67 قنوات تفاضلية على الدخل.
. × 8 قناتان تفاضليتان، مع ربح 10 × و 200 .
مجال دخل المحول التشابهي الرقمي من 0
حتى جهد المنبع.
. 9 جهد مرجعي قابل للتحديد عند 2.56 فولت.
. 01 بدء التحويل عن طريق تشغيل تلقائي عبر
المقاطعة.
. 11 إعطاء مقاطعة عندما ينتهي التحويل
التشابهي الرقمي.
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
13
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
المخطط الصندوقي
للمحول التشابهي
الرقمي
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور:
عبد الغني البكار.
14
مواصفات المحول التشابهي الرقمي
 يتم تحديد التمييز عن طريق العلاقة: =−2
 حيث أن VRH و VRL هما الكمونان المرجعيان المرتفع والمنخفض، b عدد البتات.
 جهد مرجعي من 0 حتى 5 فولت مستمر، و
10 بتات، فالتمييز: 4.88 ميللي فولت.
 الإحكام ± 2 في الخانة الأقل أهمية، أي ± 9.76 ميللي فولت.
 يحتاج المحول التشابهي الرقمي إلى 13 دورة ساعة حتى يكمل عمليته،
 تردد الساعة يكون بين المجال 50 حتى 200 كيلو هيرتز، وذلك حتى يعمل عند أعظم
تمييز.
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
15
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
مواصفات المحول التشابهي الرقمي
 محول ال ADC من نوع التقريب التتابعي.
 للمحول 8 مداخل تشابهية يتم انتخابها باستخدام خط ناخب بطول ] 4:0 [ بت في
( ADMUX .)
 يتم وضع النتيجة في مسجل بيانات المحول التشابهي الرقمي بطول 10 بت، ADCH و
ADCL .
 يمكن تعديل النتيجة من اليمين أو اليسار عن طريق إعداد المسجل ADLAR الخاص
بمسجل ADMUX .
 يمكن تقسيم الساعة عن طريق استخدام البتات ADPS[2:0] في مسجل حالة المحول
التشابهي الرقمي ADCSRA .
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
16
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
مسجل ADMUX لتحديد قيمة ناخب ال ADC
ADLAR : بت يقوم بتحديد التعديل من اليمين أو من اليسار.
MUX[4:0] بتات تقوم بتحديد أي من مداخل ال ADC سيتم تحديدها من أجل التحويل.
REFS[1:0] بتات تقوم بتحديد الجهد المرجعي:
1 . REFS[0:0] = 00 : يتم استخدام ال AREF من أجل الجهد المرجعي لل ADC .
2 . REFS[0:1] = 01 : AVCC مع مكثفة خارجية عند AREF .
3 . REFS[1:0] = 10 : محجوز.
4 . REFS[1:1] = 11 : مرجع كمون داخلي 2.56 فولت، مع مكثفة خارجية عند AREF .
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
17
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
مسجل التحكم والحالة لل )ADCSRA( ADC
البت
الوصف
ADEN
بت تفعيل ال ADC . يأخذ قيمة 1 من أجل التفعيل.
ADSC
بت بدء التحويل في ADC . يأخذ قيمة 1 للبدء.
ADATE
بت لتحديد العمل الحر في ADC . يأخذ قيمة 1 للتفعيل.
ADIF
بت علم المقاطعة ل ADC . يتم إعطاءه قيمته من قبل الجهاز عند انتهاء دورة التحويل.
ADIE
بت القناع للمقاطعة ل ADC . يتم تحديده من أجل السماح بحدوث مقاطعات عند انتهاء التحويل.
ADPS2
000 : من أجل عامل تقسيم 2 .
001 : من أجل عامل تقسيم 2 .
010 : من أجل عامل تقسيم 4 .
011 : من أجل عامل تقسيم 8 .
100 : من أجل عامل تقسيم 16 .
101 : من أجل عامل تقسيم 32 .
110 : من أجل عامل تقسيم 64 .
111 : من أجل عامل تقسيم 128 .
ADPS1
ADPS0
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
18
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com
مسجلات البيانات لل ADC )التعديل من اليمين أو
اليسار(.
ترجمة وتنسيق: رامي قباني. إلقاء الدكتور: عبد الغني البكار.
19
ترجمة أحمد رامي قباني || RamiKabbani.wordpress.com