چكيده :
پروژه پيش رو بر اساس آي سي DDS ، AD9833 بصورت گسترده پياده سازي شده است .
DDS مولد فركانس ديجيتالي است . امروزه DDS در صنعت پيشرفت چشمگيري داشته به طوري كه توانایي در دقت تولید و کنترل شکل موج با فرکانسها و مشخصات مختلف به یک خواسته مشترک در صنعت تبدیل شده است . در فراهم آوردن منابعی با رنج فرکانسی وسیع ( در حد چند ميكرو هرتز تا چندين مگا هرتز كه يكي از مهمترين ملاكهاي انتخاب اين روش بجاي روشهاي ديگر توليد فركانس مي باشد . ) با نویز فازی کم به منظور ساختن ارتباطی مناسب ، یا صرفا تولید فرکانس برای کاربردهای صنعتی ، راحتی کار و حجم کم و قیمت پایین، مهمترین ملاکهای طراحی می باشد.
گزينه هاي متفاوت توليد فركانس از PLL در فركانسهاي خيلي بالا گرفته تا برنامه ريزي ديناميكي خروجي DAC براي توليد فركانس در رنج پايين پيش روي يك طراح ميباشد . اما توليد فركانس به روش DDS بسرعت جايگزين روشهاي ديگر توليد فركانس توسط طراحان خواهد شد . اين استقبال به اين دليل است كه مي توان دستگاه هاي قابل برنامه ريزي ساخت ، كه مي توانند سيگنال هاي انالوگ با دقت و رزولوشن بالايي توليد كنند . علاوه بر اين پيشرفت هاي مستمر در تكنولو‍‍‍ژي طراحي وساخت باعث كاهش قابل ملاحظه اي در مصرف انرژي وقيمت شده است .

مقدمه

هدف از سنتز فركانسي ، به دست آوردن تعداد زيادي فركانس هاي پايدار ، تنها با بهره گيري از يك فركانس مرجع ثابت و عموما كريستال ، مي باشد . مهمترين روش براي منظور فوق استفاده از حلقه قفل فاز (‏‎PLL‎‏ ) مي باشد كه در آن با تغيير ضريب تقسيم يك تقسيم كننده ، مضارب فركانس مرجع حاصل مي شوند . اما از اشكالات عمده اين روش مي توان به عدم دسترسي به تفكيك پذيري فركانسي خيلي كم و در نتيجه عدم توانايي سنتز فركانس هاي خيلي كم ( عموما بيش از ‏‎1KHz‎‏ ) ، احتياج به فيلتر با افت زياد در فركانس مرجع و در نتيجه امكان ايجاد ناپايداري در ‏‎PLL‎‏ ، احتياج به يك ‏‎VCO‎‏ باند پهن و دامنه ثابت براي داشتن رنج فركانسي زياد و عدم پيوستگي فاز و وجود پاسخ هاي گذرا هنگام تغيير فركانس خروجي اشاره نمود . از طرف ديگر روش سنتز ‏‎DDS‎‏ اشكالات فوق را ندارد . از روش هاي مهم و در حال رواج براي سنتز فركانسي با استفاده از يك فركانس ثابت ، روش DDS مي باشد .
فصل 1 به تعريف DDS ، نحوه عملكرد آن ، شكل موج هايي كه مي توان توسط DDS توليد كرد و همچنين بحث جيتر پرداخته شده است . در فصل 2 طراحي مدار ، المانهايي كه در آن استفاده شده ، شماتيك مدار ، برنامه هاي FPGA و AVR و همچنين معرفي نرم افزار MAX+PLUS II و CodeVisionAVR بحث شده است . در فصل 3 نتايج عملي بدست آمده در طول تست پروژه بررسي شده است .

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست مطالب

مقدمه ………………………………………………………………. 1

فصل اول – معرفي DDS

DDS روشی برای تولید شکل موج آنالوگ می باشد (معمولا سینوسی) که این کار را با ساخت یک سیگنال متغیر با زمان به فرم دیجیتال و سپس تبدیل آن به سیگنال آنالوگ (DAC) انجام می دهد . عملکرد دیجیتالی قطعات و بخشهای مختلف DDS ، این دستگاه را دارای خصوصیاتی چون سوئیچ فرکانسی سریع در خروجی ، دقت فرکانسی بالا و عملکرد در یک طیف فرکانسی وسیع ، می کند . با توجه به پیشرفت های حاصله در تکنولوژی طراحی و ساخت ، DDS های امروزی کم حجم تر و با تلفات توان کمتری ارائه می شوند .
1 – 2 – مزاياي اصلي استفاده از DDS
آي سي هاي DDS از قبيل AD9833 توسط پورت هاي سريال سريع SPI برنامه ريزي ميشوند و تنها به يك كلاك خارجي براي توليد يك شكل موج سينوسي ساده نياز دارند .آي سي هاي DDS موجود در بازار مي توانند فركانس هايي كمتر از 1Hz تا 400 MHz (با استفاده از يك كلاك 1GHz) توليد كنند از مزاياي آن مي توان :
1- قيمت كم ومصرف پايين
2- حجم كم همراه با عملكرد عالي در برنامه ريزي ديجيتالي شكل موج خروجي را نام برد .

در صورت استفاده از يك جدول سينوسي انباره فاز آدرس فاز را براي جدول سينوسي محاسبه مي كند ، اين جدول حاوي مقدار دامنه ديجيتالي متناظر با سينوس زاويه فاز كه بايد در خروجي DAC قرار گيرد ، مي باشد . در مرحله بعد DAC اين مقدار را به جريان يا ولتاژ متناظر آن تبديل مي كند . به منظور توليد يك شكل موج سينوسي فركانس ثابت ، مقدار ثابتي ( افزايش فاز كه توسط يك عدد باينري موجود در رجيستر فركانس مشخص مي شود ) در هر سيكل كريستال اسيلاتور به انباره فاز اضافه مي شود . در صورتي كه اين افزايش فاز بزرگ باشد انباره فاز دفعات بيشتري جدول سينوسي را جاروب كرده و شكل موج سينوسي فركانس بالايي را توليد مي كند . اگر اين افزايش فاز كوچك باشد ، انباره فاز دفعات كمتري جدول سينوسي را جاروب كرده و شكل موج سينوسي با فركانس كمتري را توليد مي كند .
1 – 5 – منظور از يك DDS كامل چيست ؟
مجموعه اي از يك DAC و يك DDS روي يك Chip واحد به عنوان يك DDS كامل شناخته مي شوند .
1 – 6 – انباره فاز
سيگنال هاي سينوسي زمان پيوسته با دوره تناوب 0 تا 2 مي باشند . تابع حامل شمارنده فاز به انباره فاز اين امكان را مي دهد تا به عنوان يك چرخ فاز در DDS عمل كند . براي درك اين پروسه به شكل (1 – 2 )
توجه كنيد . هر نقطه معين روي چرخ فاز متناظر با هر نقطه روي يك سيكل سينوسي مي باشد . با چرخش بردار حول چرخ فازي شكل موج سينوسي متناظر با آن در خروجي ساخته مي شود . يك چرخش كامل بردار با سرعت ثابت حول چرخ فاز موجب ايجاد يك سيكل كامل سينوسي در خروجي ميشود . انباره فاز مقادير فازي را با گام هاي برابر و مساوي همراه با چرخش خطي بردار حول چرخ فاز را فراهم مي كند . محتواي انباره فاز ، متناظر با نقاط روي يك دوره تناوب سيگنال سينوسي خروجي مي باشد .
انباره فاز در حقيقت يك شمارنده فاز با اندازه گام M مي باشد كه عدد ذخيره شده در آن در هر كلاك يكبار اضافه مي شود . اندازه M با توجه به عدد ورودي توسط كاربر و فرمول موجود در AVR تعيين مي شود و در رجيستر فركانس قرار مي گيرد . كلمه M اندازه گام فازي در هر كلاك را شكل مي دهد . اين مقدار مشخص مي كند كه از چه تعداد نقطه موجود در چرخ فاز پرش كند . هر چقدر اندازه پرش بزرگتر باشد ، انباره فاز سريع تر سر ريز كرده (با سرعت بيشتري جدول سينوسي را جاروب مي كند) وشكل موج سينوسي معادل آن كامل مي شود . تعداد نقاط فاز گسسته محتوي چرخ فاز كه نشان دهنده ي دقت تنظيم DDS مي باشد توسط رزولوشن انباره فاز n مشخص مي شود . به عنوان مثال براي يك انباره فاز با n مساوي 28 بيت ومقدار M=00…0001 موجب مي شود تا انباره فاز بعد از سيكل ساعت (افزايش) سر ريز كند . رابطه زيط مقدار فركانس خروجي را نشان مي دهد .

1- 1 – DDS چيست ؟ …………………………………………… 2
1 – 2 – مزاياي اصلي استفاده از DDS ………………………ا. 2
1 – 3 – چه نوع خروجي هايي را مي توان توسط DDS توليد كرد ؟ ……………………………………………………………………… 3
1 – 4 – نحوه توليد شكل موج سينوسي توسط DDS .ا…….. 3
1 – 5 – منظور از يك DDS كامل چيست ؟ ……………………. 4
1 – 6 – انباره فاز ……………………………………………….. 4
1 – 7 – چگونگي تبديل خروجي خطي به يك شكل موج سينوسي …………………………………………………………………… . 7
1 – 8 – بيشترين مورد استفاده DDS چيست ؟ ……………. 8
1 – 9 – آيا DDS نويز فازي قابل قبولي دارد ؟ ………………. 8
1 – 10 -Jitter چيست ؟ …………………………………….. 8

فصل دوم – طراحي مدار

امروزه علاوه برمدارات مجتمع استاندارد ( IC ) مدارات مجتمع خاص که ASIC نام دارند نیز براساس نیاز مشتری ساخته می شود ولی ساخت این مدارات با توجه به تولید کم آن گران تمام می شود. برای حل این مشکل مداراتی ساخته شده از گیت ها به بازار عرضه شد که ارزان تر و پر کاربردتر نیز می باشند که به نام CAD معرفی شدند که گیت ها را در عرض چند ثانیه به هم متصل می کند و قابل برنامه ریزی می باشد و اولین مدل آن را PLA نامیدند و بعد از آن مدل های دیگری به نام های PLD و PAL و Programmable CPLD به بازار آمدن تا اینکه مدل مدار مجتمع قابل برنامه ریزی که اخیراً به د نیا عرضه شد به نام FPGA که حدود 20000 تا چند میلیون گیت دارند و با تکنولوژی CMOS ساخته شده است. FPGA و CPLD بر اساس سلول منطقی قابل برنامه ریزی طراحی شده اند که ارتباط بین سلولها نیز قابل برنامه ریزی می باشند. FPGA را با توجه به این تعریف که تا اینجا از آن کردیم می توان گفت که برای طراحی مدارات دیجیتالی کاربرد خاصی دارد و چون برنامه پذیر هست می توان بسته به نیاز کار تغيیرات را در آن ایجاد کرد .
2 – 1 – 1 – مزاياي FPGA
1. مدارات دیجیتالی پیچیده به آسانی در آن ها پیاده سازی می شود .
2. تست مدار سریع انجام می گیرد.
3. برای تولید کم ، ارزان تمام می شود.
4. متناسب به نیاز تغيیرات را می توان در طراحی آن ایجاد کرد و مجدداً FPGA را با ساختار جدید برنامه ریزی کرد.
5. قابل برنامه ریزی توسط کاربر است.
2 – 1 – 2 – معایب FPGA
1. سطح سیلیکونی FPGA به صورت بهینه استفاده نمی شود.
2. تاخیر و توان مصرفی آن نسبت به IC های دیگر بیشتر است .
با توجه به اینکه مزاياي آن نسبت به معایب آن بیشتر است و کار با آن مقرون به صرفه می باشد لذا طراحی سیستم های دیجیتالی با آن و استفاده از محیط برنامه نویسی VHDL بسیار آسان است ( که در زیر توضیحی در مورد آن ارائه می دهیم ) و مصرف آن روز به روز زیاد می شود به گونه ای که امروزه سازندگان مختلفی از جمله شرکت های Xilinx ,Altera AT&T ,Quicklogic ,Actel و … انواع مختلف FPGA را تولید مي كنند . و از ابزار برنامه ریزی به نام MAX+PLUS یا QUARTUS محصول شركت ALTERA استفاده می شود .
نحوه طراحی مدارات دیجیتالی با استفاده از زبان برنامه نویسی VHDL و قطعه FPGA به صورت زیر بلوک بندی می شود .
ابتدا ویژگی طرح توسط طراح تهیه می شود و آن را به برنامه VHDL تبدیل می کند . در این مرحله برنامه به وسیله یکی از ابزارهای برنامه ریز FPGA مانند MAX +PLUS یا QUARTUS کامپایل می شود و متناسب با آن کار قطعات مداری مانند گیت ها فیلیپ فلاپ ، جمع کننده ها و … مدار مشخص می شود . در این مرحله می توان مدار مورد نظر را شبیه سازی کرد و از نحوه عملکرد آن مطلع شد و اصطلاحات لازم را انجام داد. در این مرحله می توان شبیه سازی زمانی را انجام داد و مدار را از لحاظ تاخیر و فرکانس برسی نمود . می توان با انتخاب FPGA مورد نظر و قراردادن آن در پروگرامر ، آن را پروگرام کرد و آن را برای بستن روی برد آماده کرد.

مدارات منطقی برنامه پذیر دارای انواع مختلف CPLD , SPLD , PAL ،PLA , FPGA , MPGA می باشند که هر کدام دارای ظرفیت ، سرعت و ویژگی هايی می باشند ما در مورد FPGA و کمی هم در مورد مدل های دیگر هر کجا نیاز باشد مورد بررسی قرار می دهیم .
سوییچ های قابل برنامه ریزی CPLD , FPGA اولین سویچ های قابل برنامه ریزی فیوزی بودند که با برنامه ریزی ارتباط آن قطع می شود و برای مداراتي که از CMOS هستند مانند CPLD از ترانزیستور با گیت شناور به عنوان سوییچ قابل برنامه ریزی مشابه حافظه های EPROM ,EEPROM به کار برده می شود در FPGA نیز از سوییچ با کنترل SRAM و آنتی فیوز برای برنامه ریزی استفاده می شود که به صورت زیر است .
2 – 1 – 4 – ساختار FPGA
اندازه PAL ها محدود و تا حدود 200 گیت می باشد و در ضمن پایه های خروجی آنها در مجموع کم می باشد اما مدار پر قدرت FPGA ها که از آرای هایی از بلوک ها یا سلول های منطقی تشکیل شده اند که توسط خطوط ارتباطی و از طریق سویچ قابل برنامه ریزی می توانند به هم متصل شوند . علاوه بر این بافرهای قابل برنامه ریزی برای اتصال به پایه های FPGA پیش بینی شده است . ظرفیت FPGA معادل با تعداد گیت های NAND دو ورودی سنجیده می شود امروزه ظرفیت معادل FPGA معمولا حدود 20000 گیت NAND به بالا می باشد و در فرکانس حدود 100MHz کار می کنند بلوک یک سلول منطقی می تواند:
1. از تعدادی مولتی پلکس تشکیل شده باشد .

7

2 – 1 – تاريخچه FPGA …………………ا………………… 10
2 – 1 – 1 – مزاياي FPGA …………………….ا…………. 10
2 – 1 – 2 – معایب FPGA…………..ا……………………. 11
2 – 1 – 3 – انواع مدارات منطقی برنامه پذیر ………….. 13
2 – 1 – 4 – ساختار FPGA ……………………ا………… 13
2 – 2 – حافظه SRAM ……………………ا………………. 14
2 – 3 – حافظهEPROM …………………………..ا………. 14
2 – 4 – پياده سازي آي سي AD9833 بصورت گسترده ………………………………………………………………. 16
2 – 5 – نرم افزار MAX+PLUS II …………………..ا….. 17
2 – 5 – 1 – تاريخچه MAX+PLUS II …ا……………….. 17
2- 5 – 2 – قابليت هاي نرم افزار MAX+PLUS II ……….ا…………………………………………………… 18
2 – 5 – 3 – مراحل طراحي در MAX+PLUS II ………ا………………………………………………….. 20
2 – 5 – 4 – ايجاد برنامه FPGA با MAX+PLUS II ……ا……………………………………………………. 21
2 – 5 – 4 – 1 – ايجاديك پروژه جديد ……………… 22
2 – 5 – 4 – 2 – ايجاد فايل شماتيك ………………. 23
2 – 5 – 4 – 3- قرار دادن قطعات لازم در فايل شماتيك ……………………………………………………………24
2 – 5 – 4 – 4 – ايجاد سمبل ……………………… 26
2 – 5 – 4 – 5 – تعيين نوع PLD ………………..ا…. 27
2 – 5 – 4 – 6 – كامپايل كردن …………………….. 28
2 – 5 – 4 – 7 – پروگرام كردن FPGA …….ا……….. 29
2 – 6 – برنامه FPGA …………ا…………………….. 30
2 – 6 – 1– توضيح برنامه FPGA ……………….ا… 31
2 – 6 – 2 – شرح عملكرد برنامه FPGA ……..ا……. 32
2 – 7 – نحوه ايجاد برنامه AVR توسط نرم افزار CodeVisionAVR ……..ا…………………………………………………… 33
2 – 8 – برنامه AVR ………………….ا………………. 36
2 – 8 – 1 – شرح عملكرد برنامه AVRا……………….. 47
2 – 9 – توضيح بخشهاي مختلف پروژه ……………… 48
2 – 9 – 1 – بخش ميكرو …………………………….. 48
2 – 9 – 2 – بخش تغذيه ……………………………… 52
2 – 9 – 3 – بخش DDS ……………..ا…………….. 53
2 – 9 – 4 – بخش فيلتر ……………………………… 57
2 – 9 – 5 – بخش خروجی …………………………. 57
2 – 10 – شماتيك پروژه …………………………… 58
2 – 11 – خصوصيات ( L ) ATmega 128 …….ا… 61
2 – 12 – آي سي حافظه SRAM 61256 ……ا…… 63
2 – 13 – آي سي حافظه EPROM 27 C 256 ……….ا…………………………………………….. 66
2 – 14 – آي سي تقويت كننده TL082 ..ا…….. 69
2 – 15 – آي سي مبدل ديجيتال به آنالوگ HI1171 ….ا……………………………………………….. 69
2 – 16 – شماي PCB مدار …………………… 72

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل سوم – گزارش كار عملي و نتيجه گيري

3 – 1 – پراگرامر AVR ………………..ا……….. 75
3 – 1 – 1 – ليست قطعات برد SPI …………..ا 75
3 – 2 – پراگرامر FPGA …………..ا…………… 76
3 – 2 – 1 – ليست قطعات برد JTAG …ا……… 76
3 – 3 – ليست قطعات برد DDS100 …..ا…….. 77
3 – 4 – شكل موجهاي عملي گرفته از خروجي دستگاه …………………………………………………… 80
3 – 5 – تصوير كامل پروژه ……………………. 81
3 – 6 – نتيجه گيري و پيشنهاد ……………. 82
فهرست منابع ………………………………. 83
واژه نامه انگليسي به فارسي …………… 84
واژه نامه فارسي به انگليسي ………….. 87

فهرست اشكال

شكل ( 1 – 1 ) _ شماي بلوكي يك DDS …….ا………….. 3
شكل ( 1 – 2 ) _ نمايش عملكرد انباره فاز ……………….. 5
شكل ( 1 – 3 ) _ نمايش توليد يك شكل موج سينوسي با استفاده از اطلاعات سيكل سينوس ……………………………………………………….. 7
شكل ( 2 – 1 ) _ بلوك بندي قطعه FPGA توسط زبان برنامه نويسي VHDL …ا……………………………………………………………….12
شكل ( 2 – 2 ) شماي بلوكي DDS طراحي شده ……………………………………………………………….. 16
شكل ( 2 – 3 ) _ پنجره نمايشگر هرمي ………………………………………………………………. 19
شكل ( 2 – 4 ) _ محيط نرم افزار MAX+PLUS II ……………ا………………………………………………… 21
شكل ( 2 – 5 ) _ توضيح منوي MAX+PLUS II …………..ا……………………………………………و…… 22
شكل ( 2 – 6 ) _ پنجره Project Name …………..ا……. 23
شكل ( 2 – 7 ) _ پنجره New ………………….ا………… 24
شكل ( 2 – 8 ) _ پنجره Graphic Editor ………….ا………………………………………………….. 24
شكل ( 2 – 9 ) _ پنجره Enter Symbol …………………………..ا………………………………… 25
شكل ( 2 – 10 ) _ نمونه اي از گيت هاي منطقي ………………………………………………………….. 26
شكل ( 2 – 11 ) _ پنجره Device ……………….ا….. 27
شكل ( 2 – 12 ) _ پنجره compiler………ا………….. 28
شكل ( 2 – 13 ) _ نمايش صحت برنامه …………….. 28
شكل ( 2 – 14 ) _ پنجره Programmer …..ا………. 29
شكل ( 2 – 15 ) _ شماتيك برنامه FPGA ..ا……….. 30
شكل ( 2 – 16 ) _ محيط برنامه نويسي CodeVisionAVR ………..ا……………………………………………….. 33
شكل ( 2 – 17 ) _ پنجره Create New File ………ا…….. 34
شكل ( 2 – 18 ) _ پنجره Confirm ……..ا……………….. 34
شكل ( 2 – 19 ) _ پنجره CodeWizardAVR برگه Chip …………..ا…………………………………………………… 35
شكل ( 2 – 20 ) _ پنجره CodeWizardAVR برگه Port …………ا……………………………………………………. 36
شكل ( 2 – 21 ) _ شماي اتصال پايه هاي AVR ……….ا……………………………………………………… 49



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان