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
at | Permalink
[…] المعالجات والمتحكمات المصغرة الجزء الثالث (01-19) […]