چکیده :
پروژه پیش رو بر اساس آی سی DDS ، AD9833 بصورت گسترده پیاده سازی شده است .
DDS مولد فرکانس دیجیتالی است . امروزه DDS در صنعت پیشرفت چشمگیری داشته به طوری که توانایی 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 میکرو هرتز تا چندین مگا هرتز که یکی از مهمترین ملاکهای انتخاب این روش بجای روشهای دیگر تولید فرکانس می 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.
گزینه های متفاوت تولید فرکانس از PLL در فرکانسهای خیلی بالا گرفته تا برنامه ریزی دینامیکی خروجی DAC برای تولید فرکانس در رنج پایین پیش روی یک طراح میباشد . اما تولید فرکانس به روش DDS بسرعت جایگزین روشهای دیگر تولید فرکانس توسط طراحان خواهد شد . این استقبال به این دلیل است که می توان دستگاه های قابل برنامه ریزی ساخت ، که می توانند سیگنال های انالوگ با دقت و رزولوشن بالایی تولید کنند . علاوه بر این پیشرفت های مستمر در تکنولو‍‍‍ژی طراحی وساخت باعث کاهش قابل ملاحظه ای در مصرف انرژی وقیمت شده است .

مقدمه

هدف از سنتز فرکانسی ، به دست آوردن تعداد زیادی فرکانس های پایدار ، تنها با بهره گیری از یک فرکانس مرجع ثابت و عموما کریستال ، می باشد . مهمترین روش برای منظور فوق استفاده از حلقه قفل فاز (‏‎PLL‎‏ ) می باشد که در آن با تغییر ضریب تقسیم یک تقسیم کننده ، مضارب فرکانس مرجع حاصل می شوند . اما از اشکالات عمده این روش می توان به عدم دسترسی به تفکیک پذیری فرکانسی خیلی کم و در نتیجه عدم توانایی سنتز فرکانس های خیلی کم ( عموما بیش از ‏‎1KHz‎‏ ) ، احتیاج به فیلتر با افت زیاد در فرکانس مرجع و در نتیجه امکان ایجاد ناپایداری در ‏‎PLL‎‏ ، احتیاج به یک ‏‎VCO‎‏ باند پهن و دامنه ثابت برای داشتن رنج فرکانسی زیاد و عدم پیوستگی فاز و وجود پاسخ های گذرا هنگام تغییر فرکانس خروجی اشاره نمود . از طرف دیگر روش سنتز ‏‎DDS‎‏ اشکالات فوق را ندارد . از روش های مهم و در حال رواج برای سنتز فرکانسی با استفاده از یک فرکانس ثابت ، روش DDS می باشد .
فصل 1 به تعریف DDS ، نحوه عملکرد آن ، شکل موج هایی که می توان توسط DDS تولید کرد و همچنین بحث جیتر پرداخته شده است . در فصل 2 طراحی مدار ، المانهایی که در آن استفاده شده ، شماتیک مدار ، برنامه های FPGA و AVR و همچنین معرفی نرم افزار MAX+PLUS II و CodeVisionAVR بحث شده است . در فصل 3 نتایج عملی بدست آمده در طول تست پروژه بررسی شده است .

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

فهرست مطالب

مقدمه ………………………………………………………………. 1

فصل اول – معرفی 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 – مزایای اصلی استفاده از DDS
آی سی های DDS از قبیل AD9833 توسط پورت های سریال سریع SPI برنامه ریزی میشوند و تنها به یک کلاک خارجی برای تولید یک شکل موج سینوسی ساده نیاز دارند .آی سی های DDS موجود در بازار می توانند فرکانس هایی کمتر از 1Hz تا 400 MHz (با استفاده از یک کلاک 1GHz) تولید کنند از مزایای آن می توان :
1- قیمت کم ومصرف پایین
2- حجم کم همراه با عملکرد عالی در برنامه ریزی دیجیتالی شکل موج خروجی را نام برد .

در صورت استفاده از یک جدول سینوسی انباره فاز آدرس فاز را برای جدول سینوسی محاسبه می کند ، این جدول حاوی مقدار دامنه دیجیتالی متناظر با سینوس زاویه فاز که باید در خروجی DAC قرار گیرد ، می باشد . در مرحله بعد DAC این مقدار را به جریان یا ولتاژ متناظر آن تبدیل می کند . به منظور تولید یک شکل موج سینوسی فرکانس ثابت ، مقدار ثابتی ( افزایش فاز که توسط یک عدد باینری موجود در رجیستر فرکانس مشخص می شود ) در هر سیکل کریستال اسیلاتور به انباره فاز اضافه می شود . در صورتی که این افزایش فاز بزرگ باشد انباره فاز دفعات بیشتری جدول سینوسی را جاروب کرده و شکل موج سینوسی فرکانس بالایی را تولید می کند . اگر این افزایش فاز کوچک باشد ، انباره فاز دفعات کمتری جدول سینوسی را جاروب کرده و شکل موج سینوسی با فرکانس کمتری را تولید می کند .
1 – 5 – منظور از یک DDS کامل چیست ؟
مجموعه ای از یک DAC و یک DDS روی یک Chip واحد به عنوان یک DDS کامل شناخته می شوند .
1 – 6 – انباره فاز
سیگنال های سینوسی زمان پیوسته با دوره تناوب 0 تا 2 می باشند . تابع حامل شمارنده فاز به انباره فاز این امکان را می دهد تا به عنوان یک چرخ فاز در DDS عمل کند . برای درک این پروسه به شکل (1 – 2 )
توجه کنید . هر نقطه معین روی چرخ فاز متناظر با هر نقطه روی یک سیکل سینوسی می باشد . با چرخش بردار حول چرخ فازی شکل موج سینوسی متناظر با آن در خروجی ساخته می شود . یک چرخش کامل بردار با سرعت ثابت حول چرخ فاز موجب ایجاد یک سیکل کامل سینوسی در خروجی میشود . انباره فاز مقادیر فازی را با گام های برابر و مساوی همراه با چرخش خطی بردار حول چرخ فاز را فراهم می کند . محتوای انباره فاز ، متناظر با نقاط روی یک دوره تناوب سیگنال سینوسی خروجی می باشد .
انباره فاز در حقیقت یک شمارنده فاز با اندازه گام M می باشد که عدد ذخیره شده در آن در هر کلاک یکبار اضافه می شود . اندازه M با توجه به عدد ورودی توسط کاربر و فرمول موجود در AVR تعیین می شود و در رجیستر فرکانس قرار می گیرد . کلمه M اندازه گام فازی در هر کلاک را شکل می دهد . این مقدار مشخص می کند که از چه تعداد نقطه موجود در چرخ فاز پرش کند . هر چقدر اندازه پرش بزرگتر باشد ، انباره فاز سریع تر سر ریز کرده (با سرعت بیشتری جدول سینوسی را جاروب می کند) وشکل موج سینوسی معادل آن کامل می شود . تعداد نقاط فاز گسسته محتوی چرخ فاز که نشان دهنده ی دقت تنظیم DDS می باشد توسط رزولوشن انباره فاز n مشخص می شود . به عنوان مثال برای یک انباره فاز با n مساوی 28 بیت ومقدار M=00…0001 موجب می شود تا انباره فاز بعد از سیکل ساعت (افزایش) سر ریز کند . رابطه زیط مقدار فرکانس خروجی را نشان می دهد .

1- 1 – DDS چیست ؟ …………………………………………… 2
1 – 2 – مزایای اصلی استفاده از DDS ………………………ا. 2
1 – 3 – چه نوع خروجی هایی را می توان توسط DDS تولید کرد ؟ ……………………………………………………………………… 3
1 – 4 – نحوه تولید شکل موج سینوسی توسط DDS .ا…….. 3
1 – 5 – منظور از یک DDS کامل چیست ؟ ……………………. 4
1 – 6 – انباره فاز ……………………………………………….. 4
1 – 7 – چگونگی تبدیل خروجی خطی به یک شکل موج سینوسی …………………………………………………………………… . 7
1 – 8 – بیشترین مورد استفاده DDS چیست ؟ ……………. 8
1 – 9 – آیا DDS نویز فازی قابل قبولی دارد ؟ ………………. 8
1 – 10 -Jitter چیست ؟ …………………………………….. 8

فصل دوم – طراحی 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 تغییرات را در آن ایجاد کرد .
2 – 1 – 1 – مزایای 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 تغییرات 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 مزایای 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 می کنند . و از ابزار برنامه ریزی به نام MAX+PLUS یا QUARTUS محصول شرکت 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 هایی 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 مداراتی 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 – تاریخچه FPGA …………………ا………………… 10
2 – 1 – 1 – مزایای 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 – پیاده سازی آی سی AD9833 بصورت گسترده ………………………………………………………………. 16
2 – 5 – نرم افزار MAX+PLUS II …………………..ا….. 17
2 – 5 – 1 – تاریخچه MAX+PLUS II …ا……………….. 17
2- 5 – 2 – قابلیت های نرم افزار MAX+PLUS II ……….ا…………………………………………………… 18
2 – 5 – 3 – مراحل طراحی در MAX+PLUS II ………ا………………………………………………….. 20
2 – 5 – 4 – ایجاد برنامه FPGA با MAX+PLUS II ……ا……………………………………………………. 21
2 – 5 – 4 – 1 – ایجادیک پروژه جدید ……………… 22
2 – 5 – 4 – 2 – ایجاد فایل شماتیک ………………. 23
2 – 5 – 4 – 3- قرار دادن قطعات لازم در فایل شماتیک ……………………………………………………………24
2 – 5 – 4 – 4 – ایجاد سمبل ……………………… 26
2 – 5 – 4 – 5 – تعیین نوع PLD ………………..ا…. 27
2 – 5 – 4 – 6 – کامپایل کردن …………………….. 28
2 – 5 – 4 – 7 – پروگرام کردن FPGA …….ا……….. 29
2 – 6 – برنامه FPGA …………ا…………………….. 30
2 – 6 – 1– توضیح برنامه FPGA ……………….ا… 31
2 – 6 – 2 – شرح عملکرد برنامه FPGA ……..ا……. 32
2 – 7 – نحوه ایجاد برنامه AVR توسط نرم افزار CodeVisionAVR ……..ا…………………………………………………… 33
2 – 8 – برنامه AVR ………………….ا………………. 36
2 – 8 – 1 – شرح عملکرد برنامه AVRا……………….. 47
2 – 9 – توضیح بخشهای مختلف پروژه ……………… 48
2 – 9 – 1 – بخش میکرو …………………………….. 48
2 – 9 – 2 – بخش تغذیه ……………………………… 52
2 – 9 – 3 – بخش DDS ……………..ا…………….. 53
2 – 9 – 4 – بخش فیلتر ……………………………… 57
2 – 9 – 5 – بخش خروجی …………………………. 57
2 – 10 – شماتیک پروژه …………………………… 58
2 – 11 – خصوصیات ( L ) ATmega 128 …….ا… 61
2 – 12 – آی سی حافظه SRAM 61256 ……ا…… 63
2 – 13 – آی سی حافظه EPROM 27 C 256 ……….ا…………………………………………….. 66
2 – 14 – آی سی تقویت کننده TL082 ..ا…….. 69
2 – 15 – آی سی مبدل دیجیتال به آنالوگ HI1171 ….ا……………………………………………….. 69
2 – 16 – شمای PCB مدار …………………… 72

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

فصل سوم – گزارش کار عملی و نتیجه گیری

3 – 1 – پراگرامر AVR ………………..ا……….. 75
3 – 1 – 1 – لیست قطعات برد SPI …………..ا 75
3 – 2 – پراگرامر FPGA …………..ا…………… 76
3 – 2 – 1 – لیست قطعات برد JTAG …ا……… 76
3 – 3 – لیست قطعات برد DDS100 …..ا…….. 77
3 – 4 – شکل موجهای عملی گرفته از خروجی دستگاه …………………………………………………… 80
3 – 5 – تصویر کامل پروژه ……………………. 81
3 – 6 – نتیجه گیری و پیشنهاد ……………. 82
فهرست منابع ………………………………. 83
واژه نامه انگلیسی به فارسی …………… 84
واژه نامه فارسی به انگلیسی ………….. 87

فهرست اشکال

شکل ( 1 – 1 ) _ شمای بلوکی یک DDS …….ا………….. 3
شکل ( 1 – 2 ) _ نمایش عملکرد انباره فاز ……………….. 5
شکل ( 1 – 3 ) _ نمایش تولید یک شکل موج سینوسی با استفاده از اطلاعات سیکل سینوس ……………………………………………………….. 7
شکل ( 2 – 1 ) _ بلوک بندی قطعه FPGA توسط زبان برنامه نویسی VHDL …ا……………………………………………………………….12
شکل ( 2 – 2 ) شمای بلوکی DDS طراحی شده ……………………………………………………………….. 16
شکل ( 2 – 3 ) _ پنجره نمایشگر هرمی ………………………………………………………………. 19
شکل ( 2 – 4 ) _ محیط نرم افزار MAX+PLUS II ……………ا………………………………………………… 21
شکل ( 2 – 5 ) _ توضیح منوی MAX+PLUS II …………..ا……………………………………………و…… 22
شکل ( 2 – 6 ) _ پنجره Project Name …………..ا……. 23
شکل ( 2 – 7 ) _ پنجره New ………………….ا………… 24
شکل ( 2 – 8 ) _ پنجره Graphic Editor ………….ا………………………………………………….. 24
شکل ( 2 – 9 ) _ پنجره Enter Symbol …………………………..ا………………………………… 25
شکل ( 2 – 10 ) _ نمونه ای از گیت های منطقی ………………………………………………………….. 26
شکل ( 2 – 11 ) _ پنجره Device ……………….ا….. 27
شکل ( 2 – 12 ) _ پنجره compiler………ا………….. 28
شکل ( 2 – 13 ) _ نمایش صحت برنامه …………….. 28
شکل ( 2 – 14 ) _ پنجره Programmer …..ا………. 29
شکل ( 2 – 15 ) _ شماتیک برنامه FPGA ..ا……….. 30
شکل ( 2 – 16 ) _ محیط برنامه نویسی CodeVisionAVR ………..ا……………………………………………….. 33
شکل ( 2 – 17 ) _ پنجره Create New File ………ا…….. 34
شکل ( 2 – 18 ) _ پنجره Confirm ……..ا……………….. 34
شکل ( 2 – 19 ) _ پنجره CodeWizardAVR برگه Chip …………..ا…………………………………………………… 35
شکل ( 2 – 20 ) _ پنجره CodeWizardAVR برگه Port …………ا……………………………………………………. 36
شکل ( 2 – 21 ) _ شمای اتصال پایه های 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