nyquist diagram

برق ناپيوسته پايان نامه كارشناسي

گرايش الكترونيك

گرافيكي LCDبر روي LTIرسم نمودار نايكوئيست يك سيستم

:تهيه و تنظيم

محسن اكرمي

محسن فتاحي

:استاد راهنما

آقاي دكتر امينيان

89 تابستان


٢ صفحه

صفحه : فهرست مطالب

4.........................................................................................................................................چكيده

:مقدمه

5 ...................................................................................................... و خواص آن LTIسيستم

7 ........................................................................................................پاسخ فركانسي و انواع آن

: پروژه توصيف سخت افزار 12.....................................................................................................................بلوك دياگرام كلي

12........................................................................................................................دامنه آشكارساز

19.............................................................................................................. اختالف فاز آشكارساز

30......... ........................................................................................................ كنترل كننده اصلي

31...................................................................................................................كنترل كننده فرعي

: توصيف نرم افزار پروژه 31.....................................................................................................................فلوچارت نرم افزار

: آن تست سيستم و نتايج 35.......................................................................................................فيلتر پايين گذر مرتبه اول

36........................................................................................................ فيلتر ميانگذر مرتبه دوم


٣ صفحه

صفحه : فهرست مطالب

37.......................................................................................................... گذر مرتبه اولفيلتر باال

38.................................................................................................... فيلتر ميانگذر مرتبه چهارم

39............................................................................................................ ر شيفت دهنده فازمدا

40......................................................................................................................... پيشنهادات

41.............................................................................................................شماتيك كل مدار

42...................................................................................................................................... منابع


۴ صفحه

:چكيده

هدف از انجام اين پروژه ، ساخت يك نمونه دستگاه است كه به صورت اتوماتيك ، با گرفتن بعضي فرضيات از تعريف مي شود را به شكل نمودار نايكوئيست ، رسم LTIكاربر ، پاسخ فركانسي مداري كه در قالب يك سيستم

. با زمان ، به صورت فيزيكي و كامال عملي به درگاههاي سيستم متصل مي شود اين مدار خطي نامتغير . نمايداست ، دامنه و ) و قابل كنترل ( سيستم مورد نظر، با اعمال ورودي سينوسي كه داراي دامنه و فركانس مشخص

ازه گيري هاي با تكرار اين عمل ، يعني ورودي دادن و اند. اختالف فاز خروجي مربوطه را اندازه گيري مي كند خروجي در فركانسهاي مختلف ، يك جاروب فركانسي را انجام داده ايم و مي توان ادعا كرد كه سيستم بدون داشتن

..هيچ گونه اطالعاتي از محل صفر و قطبها ، جاروب فركانسي را انجام داده و نمودار حاصل شده را رسم مي كند


۵ صفحه

:مقدمه

و خواص آنها آشنا مي شويم و سپس اطالعات مختصري راجع به انواع پاسخ LTIدر اين مقدمه ابتدا با سيستمهاي

.فركانسي به دست مي آوريم

: و خواص آن LTIسيستم

سيستمي است كه هم خاصيت خطي بودن و هم خاصيت تغيير ) خطي تغيير ناپذير با زمان( LTIسيستم

اكثر )١ي اهميت بسياري دارند چرا كه از نظر عمل LTIسيستمهاي .ناپذيري با زمان را به طور توام دارا مي باشند

ابزارهاي قدرتمندي براي تحليل اين )٢مدل كرد LTIسيستمهايي را كه ما با آنها سروكار داريم ميتوان به صورت

چنانچه پاسخ يك )۴ تجزيه و تحليل اين سيستمها در مقايسه با ساير سيستمها ساده تر است )٣سيستمها وجود دارد

.به يك سري از وروديها معلوم باشد پاسخ اين سيستم به تعداد زيادي از وروديها را خواهيم داشت LTIسيستم

مستلزم آنست كه با خواص خطي بودن و تغيير ناپذيري با زمان نيز به حد كافي آشنا LTIدرك بهتر مفهوم

.،بدين منظور به تعريف اين خواص مي پردازيمباشيم

مشتمل بر دو خاصيت جمع (يك سيستم خطي است چنانچه خاصيت جمع آثار : )Linearity(خطي بودن

باشد آنگاه اين y2و y1به ترتيب x2و x1اگر پاسخ يك سيستم به وروديهاي .را داشته باشد) پذيري و همگني

:سيستم خطي است هرگاه هردو خاصيت زير را دارا باشد

a*y1برابر باشد با a*x1پاسخ سيستم به ورودي : خاصيت همگني )١

y1+y2برابر باشد با x1+x2پاسخ سيستم به ورودي : خاصيت جمع پذيري )٢

يك سيستم خطي است هرگاه پاسخ : دو خاصيت فوق را مي توان با يكديگر تركيب كرد و چنين گفت كه

ay1+by2باربر باشد با ax1+bx2سيستم به ورودي


۶ صفحه

ميانه ميتوان گفت يك سيستم تغيير ناپذير با زمان است اگر رفتار آن بستگي به به طور عا:تغيير ناپذيري با زمان

چنانچه پاسخ سيستمي به ورودي .كنداين نداشته باشد كه چه زماني است،يعني رفتار و مشخصات آن با زمان تغيير ن

x(t) برابر y(t) به ورودي شيفت يافته باشد آنگاه در صورتي اين سيستم تغيير ناپذير با زمان است كه پاسخ آن

x(t-t0) برابرy(t-t0) باشد.

: LTIخواص سيستمهاي

در اين پروژه تماما مدارات الكتريكي و الكترونيكي مي باشد،لذل LTIالزم به ذكر است كه منظور از سيستمهاي

كه اكثرا در در بحث مدار مي پردازيم و از ذكر خواص سيستمي آن LTIدر اين بخش به بررسي خواص سيستمهاي

. بحث سيگنالها و سيستمها اهميت دارند چشم پوشي مي كنيم

عموما با يك معادله ديفرانسيل معمولي خطي با y(t)و خروجي x(t)رابطه بين ورودي LTIدر يك مدار

ي را پاسخ ضربه آن م delta(t)پاسخ حالت صفر مدار خطي نامتغير با زمان به ورودي .ضرايب ثابت توصيف مي شود

، پاسخ حالت صفر مدار به هر ورودي h(t)نشان داده و اهميت آن در اين است كه با داشتن h(t)پاسخ ضربه را با .گوييم

).خاصيت كانولوشن(دلخواهي قابل محاسبه است

: )LTI(تغيير ناپذير با زمان خطي اتخواص مدار

.ت، مجموع پاسخهاي حالت صفر و ورودي صفر اس مدار پاسخ كامل)الف

.پاسخ ورودي صفر تابعي خطي از شرايط اوليه است)ب

.از وروديها است پاسخ حالت صفر تابعي خطي)ج

پاسخ حالت صفر به لحظه اعمال ورودي بستگي ندارد)د

و x’(t)باشد آنگاه پاسخ حالت صفر مدار به ورودي y(t)، تابع x(t)اگر پاسخ حالت صفر به ورودي )ه

.خواهد بود و y’(t)برابر به ترتيب


٧ صفحه

: LTIنكات مربوط به پاسخ حالت دائمي سينوسي مدارات

نكته دوم اين است . ورودي سينوسي وپاسخ دائمي سينوسي فقط در دامنه و فاز اختالف دارندنخست اينكه فركانس با ورودي است و فقط باشد ، خروجي هم ) همه قطبها سمت چپ محور موهومي ( كه اگر مدار پايدار نمايي

باشد ، پاسخ ) داراي قطبي روي محور موهومي ( ولي اگر مدار پايدار مجانبي . در دامنه و فاز با هم اختالف دارند اين حالت اساسا موضوع كار . دائمي آن داراي دو فركانس است ؛ يكي فركانس ورودي و ديگري فركانس طبيعي مدار

بنابراين ، اين مورد . و روشهاي به كار رفته در اين پروژه قادر به تشخيص اين حالت نيستيمما نيست ، چون با وسايل .نيز ، يكي از فرضيات اوليه ماست كه با توجه به آنها مي توان اين اندازه گيري ها را معتبر دانست

: پاسخ فركانسي و انواع آن

در روشهاي پاسخ .دي سينوسي استمنظور از پاسخ فركانسي پاسخ حالت ماندگار سيستم به ورو

.فركانسي،فركانس سيگنال ورودي را در گستره فركانسي خاصي تغيير داده،پاسسخ حاصل را بررسي مي كنيم

يكي از مزاياي رهيافت پاسخ فركانسي اين است كه مي توانيم از داده هاي كسب شده از اندازه گيري سيستم

روشهاي پاسخ فركانسي در دهه .ه ساختن مدل رياضي سيستم داشته باشيمفيزيكي استفاده كنيم،بدون اينكه نيازي ب

روشهاي پاسخ فركانسي در نظريه .توسط نايكوئيست،بوده،نيكولس و اشخاص ديگري پي ريزي شد ١٩۴٠و ١٩٣٠هاي

.آيند همچنين در نظريه كنترل مقاوم نيز ابزارهايي كامال ضروري به حساب مي.كالسيك كنترل بسيار كارآمد هستند

معيار پايداري نايكوئيست قادرمان مي كند با دانستن مشخصات پاسخ فركانسي حلقه باز پايداري مطلق و نسبي

يك مزيت رهيافت پاسخ فركانسي اين است كه آزمونهاي پاسخ فركانسي .سيستمهاي حلقه بسته خطي را بررسي كنيم

به عالوه .ل اندازه گيري موجود مي توان اين آزمونها را انجام دادعموما ساده اند و با استفاده از مولد هاي سينوسي و وسائ

رهيافت پاسخ فركانسي اين مزايا را دارد كه به كمك آن مي توان سيستمي طراحي كرد كه اثرهاي نامطلوب نويز و

.يم دادتداخل در آن مي نيمم شود و اين نوع تحليل و طراحي را مي توان به سيستمهاي كنترل غير خطي خاصي تعم


٨ صفحه

: خروجي حالت ماندگار به ورودي سينوسي

G(s)ورودي و خروجي اين سيستم كه تابع تبديل آن .سيستم خطي مستقل از زمان شكل زير را در نظر بگيريد

يك سيگنال سينوسي باشد ، خروجي حالت ماندگار نيز يك x(t)اگر .نشان داده شده اند y(t) و x(t) است ، به ترتيب با

.با همان فركانس است ، ولي دامنه و فاز آن مي تواند تغيير كرده باشدسينوسي

فرض كنيد سيگنال ورودي به صورت زير است

X(t)=X sin wt

آنگاه پاسخ حالت ماندگار اين مي توان اثبات كرد ، چنانچه سيستم خطي و مستقل از زمان فوق پايدار باشد

: تگي نداشته و به صورت زير خواهد بودسيستم به ورودي سينوسي به شرايط اوليه بس

در واقع دامنه خروجي حاصلضرب دامنه ورودي و و كه در آن

.تفاوت دارد است و فاز خروجي و ورودي به اندازه

نسبت دامنه سينوسي خروجي براي وروديهاي سينوسي: بر اين اساس اين نتيجه مهم را به دست مي آوريم كه

= =به دامنه سينوسي ورودي

= =يير فاز سينوسي خروجي نسبت به سينوسي ورودي تغ

ه دست آوردبنابراين مشخصات پاسخ يك سيستم به ورودي سينوسي را مي توان مستقيما از رابطه زير ب


٩ صفحه

و كميتي مختلط است كه به اين تابع نسبت.را تابع تبديل سينوسي مي نامند تابع

مي تابع تبديل سينوسي يك سيستم خطي را .مي توان آن را با دو كميت وابسته به فركانس اندازه و زاويه فاز نشان داد

.در تابع تبديل سيستم به دست آورد sبه جاي توان با گذاشتن

شبكه داراي مشخصه پيشفازي ، شبكه پيشفاز و .زاويه فاز منفي را پسفازي و زاويه فاز مثيت را پيشفازي مي نامند

.شبكه داراي مشخصه پسفازي را شبكه پسفاز مي نامند

: نمايش تصويري مشخصات پاسخ فركانسي

براي نمايش .است ، با دامنه و زاويه فاز مشخص مي شود كه كميتي مختلط و وابسته به تابع تبديل سينوسي ،

:تابع تبديل سينوسي سه روش وجود دارد

نمودار بوده يا نمودار لگاريتمي )١

نمودار نايكوئيست يا نمودار قطبي )٢

لگاريتم دامنه بر حسب فاز نيكولس يا نمودار نمودار )٣

: نمودار بوده

تابع تبديل سينوسي را مي توان با دو نمودار مجزا نمايش داد ، يك نمودار تغييرات دامنه تابع تبديل يك

هر دو منحني بر . را بر حسب فركانس نشان مي دهد ) با واحد درجه ( سينوسي بر حسب فركانس و ديگري زاويه فاز

.حسب لگاريتم فركانس رسم مي شوند

محاسبه مي شود ١٠است كه در آن لگاريتم در پايه ، ه بيان استاندارد لگاريتم دامن

در نمايش لگاريتمي ، منحني ها روي كاغذ نيم لگاريتمي رسم . است dBواحد اين بيان دسيبل ، با عالمت اختصاري .

به كار ) بر حسب درجه ( يا فاز )بر حسب دسيبل( مي شود ، مقياس لگاريتمي براي فركانس و مقياس خطي براي دامه

).هاي محور افقي را تعيين مي كند گستره فركانسي مورد نياز تعداد دهه . (مي رود


١٠ صفحه

به عالوه روش ساده اي . مزيت اصلي استفاده از نمودار بوده اين است كه ضرب دامنه ها به جمع تبديل مي شود

تقريب با استفاده از . اساس اين روش مجانبهاي تقريبي است . د براي رسم تقريبي منحني هاي لگاريتم دامنه وجود دار

هرگاه . مجانبهاي راست در مواردي كه تنها اطالعات تقريبي مشخصات پاسخ فركانسي الزم است ، تقريب خوبي است

فاز را منحني هاي زاويه . منحني دقيقتري الزم باشد مي توان منحني رسم شده براساس اين مجانبها را تصحيح كرد

استفاده از مقياس لگاريتمي براي فركانس به خاطر باز . مي توان تنها با در دسترس داشتن الگوي منحني فاز رسم كرد

عملي مشخصات فركانس پايين بسيار مهم شدن ناحيه فركانسهاي پايين بسيار مهم است ، زيرا براي اكثر سيستمهاي

(نس نمي توان منحني ها را تا فركانس صفر رسم كرد اين كه به خاطر لگاريتمي بودن فركا. هستند

.مشكلي جدي ايجاد نمي كند )

.با نمايش اطالعات پاسخ فركانسي به شكل نمودار بوده ، تعيين تابع تبديل به روش تجربي كار ساده اي مي شود

: نمودار نايكوئيست

در مختصات قطبي بر حسب زاويه مودار دامنه ، ن نمودار قطبي تابع تبديل سينوسي

پس نمودار قطبي مكان هندسي بردارهاي زير. از صفر تا بينهايت تغيير مي كند است ، وقتي كه

( در جهت پادساعتگرد ) منفي ( ثبت توجه كنيد كه در نمودار قطبي زاويه م. است تا 0از با تغيير

در نمودار . ناميده مي شود نمودار قطبي غالبا نمودار نايكوئيست . و نسبت به محور حقيقي سنجيده مي شود ) ساعتگرد

روي محورهاي حقيقي و موهومي ، تصوير . قطبي مقدار گذراي منحني بر حسب فركانس امري مهم است

.را به دست مي دهد ي و موهومي مولفه هاي حقيق

يك مزيت نمودار قطبي اين است كه مشخصات پاسخ فركانسي سيستم در تمام گستره فركانسي روي يك نمودار

يك عيب اين نمودار اين است كه اثر هر عامل تشكيل دهنده تابع تبديل حلقه باز را به وضوح . نشان داده مي شود

.نشان نمي دهد


١١ صفحه

:مودار نيكولزن

در اين . راه ديگر نمايش ترسيمي مشخصات پاسخ فركانسي ، استفاده از نمودار لگاريتم دامنه بر حسب فاز است

. نمدار ، لگاريتم دامنه بر حسب دسيبل ، بر حسب زاويه فاز يا حاشيه فاز ، در گستره فركانسي مورد نظر رسم مي شود

منحني حاصل بر ) ، يعني است -180قعي و حاشيه فاز تفاضل بين زاويه فاز وا(

.اين گونه نمودار لگاريتم دامنه بر حسب زاويه فاز را معموال نمودار نيكولز مي نامند . مقدار گذاري مي شود حسب

لگاريتمي نشان داده توسط دو منحني مختلف روي كاغذ نيم در نمودار بوده ، مشخصات پاسخ فركانسي

در نمودار لگاريتم دامنه بر حسب زاويه فاز اين . اين منحني ها منحني هاي لگاريتم دامنه و زاويه فاز هستند .مي شود

نمودار لگاريتم دامنه بر حسب فاز را مي توان با خواندن دامنه و فاز از نمودار بوده به . دو منحني در هم ادغام مي شوند

( تنها منحني را باال توجه كنيد كه در نمودار لگاريتم دامنه بر حسب فاز تغيير بهره ثابت . د راحتي رسم كر

.مي برد ، ولي شكل منحني تغيير نمي كند ) بهره كمتر ( يا پايين ) بهره زيادتر

قه بسته را به سرعت مزيت نمودار لگاريتم دامنه بر حسب فاز اين است كه مي توان پايداري نسبي سيستم حل

.تعيين و مشخصات جبران كننده الزم را به سهولت به دست آورد


١٢ صفحه

: توصيف سخت افزار پروژه

: بلوك دياگرام كلي

.در قسمتهاي پاياني شماتيك كل مدار قرار دارد

: )Peak Detector(آشكارساز دامنه

وجود دارد كه در اين پروژه ACكل موجهاي ش) پيك(دامنه ) آشكارسازي(روشهاي مختلفي براي اندازه گيري

.ما به سراغ يكي از ساده ترين انواع آن رفته ايم


١٣ صفحه

مقاومت از اتصال سري يك ديود و يك همانگونه كه در شكل زير نشان داده شده است اين آشكارساز دامنه

ورودي ACدامنه شكل موج بوده كه به طور تقريبي مي توان گفت برابر DCو خروجي آن يك ولتاژ تشكيل شده است

.مي باشد

R1Cبا ثابت زماني Cورودي ، ديود هدايت كرده و خازن ACدر نيم سيكلهاي مثبت شكل موج

مقاومت دروني منبع ولتاژ ورودي مقاومت حالت هدايت ديود و كه در آن (

ذخيره شده DCورودي اندكي كمتر از ولتاژ ACهنگامي كه ولتاز . ي شارژ مي شودتقريبا تا پيك دامنه ورود) است

بنابراين . مي شود ، ديود باياس معكوس شده و از دشارژ شدن خازن جلوگيري مي كند ) پيك دامنه ورودي(در خازن

ورودي را همچون يك ولتاز همچنان پيك دامنهدر حاليكه ولتاژ ورودي كاهش يافته و به صفر نزديك مي شود ، خازن

DC در خود حفظ مي كند.

در حالت ايده آل پس از اولين نيم سيكل مثبت شكل موج ورودي خازن به اندازه پيك دامنه ورودي شارز شده و

اما در عمل به علت وجود مقاومت دروني منبع ولتاژ ورودي و مقاومتهاي . به علت قطع شدن ديود ديگر دشارژ نمي شود

شده كه در حقيقت اين مقاومتها باعث بوجود آمدن يك پاسخ گذرا. چنين چيزي امكان ندارد ت هدايت و قطع ديود حال

اين مدت . خروجي برابر پيك دامنه ورودي شده و تثبيت گردد DCبه موجب آن چندين سيكل طول مي كشد تا ولتاز

بوده ثابت زماني شارز خازن R1Cكه در آن مي باشد R1C 5به طور تقريبي برابر معموال مقدار ناچيزي بوده و زمان

و

خروجي هيچگاه به پيك دامنه ورودي نرسيده و DCاز طرفي به علت افت ولتاز هدايت مستقيم ديود ، ولتاژ

.همواره به اندازه اين افت ولتاژ از پيك دامنه ورودي كمتر است


١۴ صفحه

:ولت خواهيم داشت ۵ناچيز و دامنه ورودي Rfو Rs=1Kohm ،C=0.1 uFبه عنوان مثال با فرض

اما مدار فوق الذكر داراي يك اشكال نسبتا بزرگ مي باشد و آن اينست كه با كاهش دامنه ولتاز ورودي قادر به

از آنجا كه در حقيقت با كاهش دامنه ولتاژ ورودي ديود همچنان قطع مانده و. دنبال كردن پيك دامنه ورودي نيست

اين اشكال در هنگام افزايش دامنه ولتاژ . خازن هيچ مسيري براي دشارژ شدن ندارد ، ولتاز آن ثابت باقي مي ماند

.تا پيك دامنه جديد ورودي شارژ مي شود ورودي با هدايت ديود مرتفع شده و خازن

:ون شكل زير بهره برد همچ Cموازي با خازن R بزرگ براي حل اين مشكل مي توان از يك مقاومت

با Rاز طريق مقاومت نيز Cاينست كه در هنگام كاهش دامنه ولتاز ورودي خازن Rمزيت استفاده از مقاومت

منهاي افت ولتاژ (دشارژ شده و ولتاژ آن كاهش مي يابد تا زمانيكه ولتاژ آن به پيك دامنه ورودي RCثابت زماني

هنگام ديود روشن شده و مانع از كمتر شدن ولتاژ خازن شده و مجددا خازن را به اندازه برسد ، در اين ) ستقيم ديودم

.شارژ مي كند) منهاي افت ولتاژ مستقيم ديود(پيك دامنه ورودي


١۵ صفحه

اما استفاده از اين مقاومت عيبي نيز دارد و آن افزايش ريپل خروجي است چرا كه در هر سيكل پس از شارژ شدن

دشارز شده تا زمانيكه در سيكل بعد با افزايش ولتاژ ورودي و Rود ، خازن از طريق مقاومت خازن و قطع شدن دي

.رسيدن آن به ولتاژ خازن مجددا خازن شارژ شود

را تا حد امكان بزرگ اختيار كرد كه اين نيز به نوبه خود سبب Rبراي كاهش ريپل خروجي بايستي مقاومت

.هنگام كاهش دامنه ولتاژ ورودي مي شود ايجاد پاسخ گذراي بسيار طوالني در

ترفندي كه براي حل اين مشكل مي توان به كار برد ، اتصال كوتاه كردن دو سر خازن در هنگام كاهش دامنه

اين اتصال كوتاه شدن بايستي به اندازه اي طول بكشد كه خازن به طور كامل دشارژ شده و يا ولتاژ .ولتاز ورودي است

.تر از پيك دامنه ورودي شده باشد خازن اندكي كم

:بدين منظور مي توان از تركيب يك آپ امپ و دو ديود مطابق شكل زير بهره برد

، خروجي آپ امپ ) ولت متصل كند 5به ولتاژ (در اين مدار چنانچه ميكروكنترلر پايه منفي آپ امپ را يك كند

ه ، دو سر خازن اتصال كوتاه شده و پس از مدتي خازن دشارژ مي هدايت كرد D2و D1به اشباع منفي رفته ، ديود

D2و D1 هايديود آپ امپ به اشباع مثبت رفته ، و اگر ميكروكنترلر پايه منفي آپ امپ را صفر كند ، خروجي شود

.خواهد كرد ) منهاي افت ولتاژ مستقيم ديود(قطع شده و خازن شروع به شارژ شدن تا پيك دامنه ورودي


١۶ صفحه

مورد نظر ، LTIهر بار نمونه گيري سيستم از دامنه ولتاژ ورودي و يا خروجي مدار استفاده از اين مدار ، در ا ب

اتصال ) ثانيه 1 مثال(دوسر خازن براي مدت زمان مشخصي )يك كردن پايه منفي آپ امپ( با فرمان ميكروكنترلر ابتدا

خازن ) صفر كردن پايه منفي آپ امپ(ا با فرمان ميكروكنترلر تا خازن به طور كامل دشارژ شود سپس مجدد كوتاه شده

خروجي مدار كه پاسخ گذرا از بين رفت ، )ثانيه 2مثال (شروع به شارژ شدن كرده و پس از مدت زمان مشخصي

.ميكروكنترلر خوانده شده و ثبت مي گردد ADCتوسط ) خروجي پس از بافر(آشكارساز دامنه فوق

يد ، ماكزيمم ريپل خروجي مدار فوق مربوط به فركانسهاي پايين بوده و با افزايش فركانس همانطور كه مي دان

به روش سعي و خطا طوري انتخاب Cو خازن Rريپل خروجي كاهش مي يابد ، لذا با توجه به اين نكته مقادير مقاومت

اين اساس همانطور كه در شكل فوق بر . گشته اند كه مي نيمم ريپل خروجي را در فركانسهاي پايين داشته باشيم

.اختيار شده است C=22uFو خازن R=220 Kohmمشاهده مي شود مقاومت

:محدوديتها

مدار آشكار ساز دامنه طراحي شده فوق داراي محدوديتهايي از نظر دامنه و فركانس ورودي بوده كه به شرح زير

:است

ADCو حداقل ولتاژ قابل خواندن توسط مستقيم ديودمي نيمم دامنه ولتاژ ورودي محدود به افت ولتاژ ) أ

و ماكزيمم دامنه آن محدود به حداكثر ولتاز قابل )ميكروكنترلر ADCرزولوشن يا قدرت تفكيك پذيري ( ميكروكنترلر

.ميكروكنترلر است ADCتحمل و قابل خواندن توسط

ي نداشته ، اما از نظر ماكزيمم محدود به فركانس سيگنال ولتاژ ورودي از نظر مي نيمم تقريبا محدوديت) ب

.ديود است ) مدت زمان قطع و وصل(سرعت سوئيچ

: هاراه حل

چنانچه بتوان ديودي . ده ديود الماني كليدي است همانطور كه مشاهده مي شود در هر دو محدوديت ذكر ش

شد هر دو محدوديت فوق تا حد پيدا كرد كه داراي مي نيمم افت ولتاژ مستقيم و مي نيمم زمان قطع و وصل با

.زيادي قابل رفع است


١٧ صفحه

:پيشنهاد ذكر مي شود 3براي كاهش و يا حذف افت ولتاز مستقيم ديود

كه دقيقا - DCبا يك ولتاژ ) از نوع آپ امپي(ورودي را توسط يك مدار جمع كننده ساده ACمي توان ولتاژ )1

جمع كرده و ولتاژ حاصل را به عنوان ورودي به مدار آشكار ساز فوق ، -برابر افت ولتاز مستقيم ديود مورد استفاده است

ACولتاژ (ورودي ACديود همواره در آستانه روشن شدن بوده و به محض مثبت شدن ولتاژ بدين ترتيب. اعمال كرد

شارژ شدن تا ديود روشن شده ، خازن شروع به) ورودي مي تواند دامنه خيلي كم در حد چند ده ميلي ولت داشته باشد

بدين ترتيب پس از چند سيكل خازن تا پيك . پيك دامنه ورودي كرده و پس از نيم سيكل اول ديود خاموش مي شود

بسيار DCالبته همانطور كه مي دانيد ساخت يك ولتاز .دامنه ورودي شارز شده و خروجي به حالت دائم مي رسد

محدوديت . كاري بس دشوار است و لذا اين يكي از معايب اين روش است دقيق آنهم دقيقا برابر افت ولتاژ مستقيم ديود

Slewديگر اين روش در سرعت آپ امپ مورد استفاده در مدار جمع كننده است چرا كه اين آپ امپ بايستي داراي

Rate و پهناي باند بااليي باشد .

در شكل زير مدار . يده آل طراحي كرد يك آپ امپ معمولي ، يك ديود نسبتا ا مي توان از تركيب يك ديود و )2

استفاده شده است ) به عنوان ديود ايده آل(از تركيب ديود و آپ امپ ، آشكارساز دامنه فوق كه در آن به جاي ديود تنها

:، نشان داده شده است


١٨ صفحه

نكته قابل . كرد را نيز آشكار )در حد ميلي ولت(با استفاده از اين تركيب مي توان دامنه هاي خيلي كم ورودي

از در اين تركيب ضروريست ، چرا كه در غير اينصورت R=220kدر مورد اين تركيب آنست كه وجود مقاومت توجه

پايه هاي ورودي آپ امپ جريان بسيار كمي مي كشند ، لذا مسيري براي برقراري حداقل جريان هدايت ديود آنجا كه

.د قادر به روشن شدن نخواهد بود كه اين امر نيز منجر به اختالل در كار مدار مي شود وجود نداشته و در نتيجه ديو

چنانچه . البته استفاده از اين روش خود باعث ايجاد محدوديتي ديگر مي شود و آن هم مربوط به آپ امپ است

Slewيم ، نيازمند آپ امپي با بهره ببر) كيلو هرتز 500مثال (بخواهيم از اين روش در رنج وسيعي از فركانس ورودي

Rate و پهناي باند باال هستيم.

بررسي و آزمايش انواع ديودها و انتخاب ديودي با كمترين افت ولتاژ مستقيم) 3

.در مورد زمان قطع و وصل ديود تنها راه ممكن انتخاب ديودي با كمترين زمان قطع و وصل است

ميكروكنترلر مي توان بعد از خروجي مدار فوق ADCي اندازه گيري دامنه هاي ورودي بزرگتر از حد تحمل برا

تركيب سري يك عدد تقويت كننده وارونگر با بهره كمتر از واحد و يك عدد تقويت كننده (از يك مدار تضعيف كننده

.و يا تقسيم ولتاژ مقاومتي استفاده كرد ) وارونگر با بهره واحد

جه به پيشنهادهاي فوق الذكر ، ساده ترين و كم مشكلترين راه براي رفع محدوديتهاي ذكر شده انتخاب با تو

ديودي با مشخصات مطلوب است ، لذا در اين پروژه پس از بررسي و آزمايش چندين نوع ديود ، ديود ژرمانيم به عنوان

ميكروكنترلر ADCحداكثر ولتاژ قابل تحمل و خواندن توسط با توجه به اينكهتفاده قرار گرفت و ديود مطلوب مورد اس

ميلي 250ورودي را در رنج ACولتاژهاي دامنه قادر است طراحي شده مدار آشكار ساز دامنهدر نتيجه ولت است 5

ي پايين الزم به ذكر است كه در فركانسها. كيلوهرتز آشكار سازد 500هرتز تا 10ولت و در گستره فركانسي 5ولت تا

ز ، ديود ژرمانيم عمل يكسوسازي كيلو هرت 500هرتز ريپل خروجي بيش از حد شده و در فركانسهاي باالتر از 10تر از

كه در هر دو حالت خروجي معتبر نبوده و لذا رنج ) به علت تاخير ناشي از زمان سوئيچ باال(را به درستي انجام نداده

.د فركانسي محدود به بازه فوق خواهد بو


١٩ صفحه

: ) Phase Detector (فاز اختالف آشكارساز

انواع متنوع و پيچيده اي از آشكار ساز فاز بسته به نوع رنج كاري وجود دارد كه در اين پروژه باز هم ما به سراغ

.رفته ايم XORيكي از ساده ترين انواع آن يعني گيت منطقي

دو ورودي XORبه عنوان ورودي به يك گيت منطقي را ) TTLاز نوع (چنانچه دو پالس مربعي هم فركانس

. سب با اختالف فاز دو پالس مربعي و هم فركانس ورودي خواهد بودمتنا XORاعمال كنيم ، در اينصورت خروجي

صفر است ، همانطور كه در شكل زير مشاهده مي شود ، زماني كه اختالف فاز دو پالس مربعي هم فركانس

.ر خواهد بود صف XORخروجي گيت


٢٠ صفحه

به صورت يك XORبه محض اينكه دو پالس مربعي ورودي حتي يك درجه اختالف فاز پيدا كنند ، خروجي

آن ) DCمقدار ( Duty Cycleمتناوب در آمده كه فركانس آن دو برابر فركانس پالسهاي مربعي ورودي و پالس

درجه تغيير در ١به طور تقريبي به ازاي هر . بود خواهد XORمتناسب با اختالف فاز پالسهاي مربعي ورودي گيت

به . درصد تغيير مي كند ٠.۵۶به اندازه XORپالس خروجي Duty Cycleاختالف فاز پالسهاي مربعي ورودي ،

درجه اختالف فاز داشته باشند ، آنگاه همانطور كه در شكل زير نشان داده شده ٩٠عنوان مثال چنانچه دو پالس ورودي

.خواهد بود ) ولت ۵.٢، DCمقدار ( درصد Duty Cycle ،۵٠يك پالس با XORخروجي است

١٨٠خروجي نيز افزايش يافته تا اينكه در اختالف فاز Duty Cycleبا افزايش اختالف فاز پالسهاي ورودي ،

ج شده و يك درصد رسيده و مطابق شكل زير خروجي از حالت متناوب خار ١٠٠به خروجي Duty Cycleدرجه

.بدون تغييرات مي شود ) ولت ۵(خالص DCمقدار


٢١ صفحه

خروجي Duty Cycleبا افزايش اختالف فاز پالسهاي ورودي اينبار ) درجه ١٨٠بعد از اختالف فاز ( از اين پس

.صفر مي شود XORدرجه مجددا خروجي ٣۶٠شروع به كم شدن كرده ، تا اينكه در اختالف فاز

با درجه ١٨٠درجه تا ٠فزايش اختالف فاز پالسهاي ورودي از با ا خروجي DCكه مقدار در واقع مي توان گفت

درجه باشيب ٣۶٠درجه تا ١٨٠، و از افزايش يافته ولت ۵تا ٠از به صورت خطي شيب

.واضح و آشكار است كاهش مي يابد ، اين موضوع در شكل زير به خوبي ولت ٠تا ۵از به صورت خطي

به عنوان آشكار ساز فاز XORبا توجه به توضيحات ارائه شده مي توان فهميد كه با استفاده از گيت منطقي

درجه نيز دقيقا همان ٣۶٠تا ١٨٠درجه را آشكار نمود چرا كه به ازاي اختالف فاز ١٨٠تا ٠فقط مي توان اختالف فاز

خروجي DCدرجه مقدار ٩٠به عنوان مثال به ازاي اختالف فاز . درجه را خواهيم داشت ١٨٠ تا ٠خروجي متناظر با

خواهد بود ، لذا از روي ولت ٢.۵خروجي DCدرجه نيز مقدار ٢٧٠ولت است ، حال آنكه به ازاي اختالف فاز ۵.٢

درجه است و يا ٩٠ورودي ولت نمي توان تشخيص داد كه اختالف فاز پالسهاي ۵.٢، DCبا مقدار XORخروجي

.درجه ٢٧٠

درجه را تشخيص داد ، البته الزم ١٨٠تا ٠بنابراين توسط اين نوع آشكار ساز فاز تنها مي توان اختالف فازهاي

، با اين درجه هستند ١٨٠تا ٠به ذكر است كه اكثر روشهاي آشكارسازي فاز نيز تنها قادر به آشكارسازي اختالف فاز


٢٢ صفحه

درجه را نيز تشخيص ٣۶٠تا ١٨٠دامه تكنيكي را معرفي مي كنيم كه به كمك آن مي توان اختالف فاز حال ما در ا

.به اختالف فاز مربوطه پي برد XORاما اكنون به سراغ اين مطلب مي رويم كه چگونه مي توان از روي خروجي . داد

اختالف فاز پالسهاي ورودي بوده و لذا پالس خروجي متناسب با DCهمانطور كه پيش از اين ذكر شد ، مقدار

خروجي را به طور دقيق آشكار كرد آنگاه مي توان ادعا كرد كه به اختالف فاز وروديها پي برده DCچنانچه بتوان مقدار

از آنجا كه در اين . با فركانس قطع خيلي پايين هستيم يك فيلتر پايين گذرمند ما نيازبراي دستيابي به اين هدف . ايم

نيز هرتز باشد كه در ١٠پروژه يك جاروب فركانسي صورت مي گيرد لذا فركانس پالسهاي ورودي مي تواند حداقل

شود ، با اين ) دو برابر فركانس پالسهاي ورودي(هرتز ٢٠نيز مي تواند حداقل XORنتيجه فركانس پالس خروجي

اما . اينكه ريپل خروجي آن از حد مطلوب خارج نشود هرتز باشد تا ٢٠توصيف فركانس قطع اين فيلتر بايستي حداكثر

نسبت عكس داشته و لذا براي دستيابي به RCهمانطور كه مي دانيد فركانس قطع فيلترهاي غيرفعال با حاصلضرب

چنين فركانس قطع كوچكي بايستي اين حاصلضرب بسيار بزرگ باشد كه اين خود باعث ايجاد مشكلي ديگر مي شود و

.طوالني تر مي شود اشد پاسخ گذراي خروجي فيلتر بزرگتر ب RCكه هرچه مقدار آن اينست

جهت رفع اين مشكل تصميم بر آن شد كه براي آشكارسازي اختالف فاز محدوده جاروب فركانسي به دو بازه

ه ها اختالف كيلو هرتزي تقسيم شده و در هريك از اين باز ۵٠٠كيلو تا ٢.۵كيلوهرتزي و ٢.۵هرتز تا ١٠فركانسي

، چرا كه بدين ترتيب براي فركانسهاي باالتر از استخراج گردد XORفاز مربوطه به يك روش كامال متمايز از خروجي

يك فيلتر پايين گذر مناسب با فركانس قطع و پاسخ گذراي مطلوب طراحي كرد و مي توان به راحتي كيلوهرتز ۵.٢

در ادامه به . به سراغ روش ديگري كه نياز به چنين فيلتري ندارد ، رفت نيز كيلوهرتز ٢.۵براي فركانسهاي كمتر از

:تشريح هر يك از اين روشها مي پردازيم

: KHz 2.5تا Hz 10بازه فركانسي ) 1

مدت (در اين بازه مي توان از قابليتهاي ميكروكنترلر بهره برد ، همانطور كه مي دانيد چنانچه بتوان عرض پالس

نيز قابل محاسبه XORرا به دست آورد ، از آنجا كه دوره تناوب خروجي XORخروجي ) دن پالسبو Highزمان


٢٣ صفحه

و در نتيجه اختالف فاز متناظر با آن با يك تناسب Duty Cycleلذا ) ( است

.ساده قابل محاسبه خواهد بود

، همانطور كه در شكل زير نشان داده شده است XORخروجي ) ( به منظور اندازه گيري عرض پالس

ANDشده اند و سپس خروجي گيت ANDو يك پالس مربعي با فركانس ثابت و مشخص با هم XORابتداخروجي

.ميكروكنترلر به پايه مربوطه متصل شده است ) Counter(شمارنده كالك منبع عنوانبه

س ثابت اينست كه بدين ترتيب به راحتي مي توان و پالس مربعي با فركان XORكردن خروجي ANDعلت

Vo1را به كمك شمارنده ميكروكنترلر به دست آورد ، چرا كه در اينصورت عرض پالس XORعرض پالس خروجي

س مربعي با دوره تناوب پال تعداد شمارش شمارنده ميكروكنترلر و Nكه در آن = :عبارتست از

.فركانس ثابت است

XORدرجه باشند خروجي ٩٠كيلو هرتز و اختالف فاز ١به عنوان مثال اگر پالسهاي ورودي داراي فركانس

)Vo1 ( و خروجيAND )Vo2 (به شكل زير خواهند بود:


٢۴ صفحه

از افزايش مي آشكارسازي ف) قدرت تفكيك پذيري ( با افزايش فركانس پالس مربعي با فركانس ثابت ، رزولوشن

) (عرض پالسهاي ، XORشدن اين پالس مربعي با فركانس زياد در خروجي Andيابد چرا كه در اينصورت با

پارامتر رزولوشن براي اين روش . و در نتيجه اختالف فازهاي كوچكتر نيز قابل اندازه گيري خواهند بود كوچكتر

: مي آيد آشكارسازي فاز از رابطه زير به دست

degree

. فركانس پالس مربعي با فركانس ثابت است و ماكزيمم فركانس ورودي كه در آن

مدارهاي متنوعي براي توليد پالس مربعي با فركانس ثابت موجود و يا قابل طراحي است ، لكن در اين پروزه از

كردن پايه خروجي ميكروكنترلر به طور Resetو Setي رسيد بهره برداري شد و آن ي كه به نظر مروشساده ترين

مگاهرتز است لذا با توجه به ١.٣فركانس پالس توليد شده بدين روش تقريبا . )توسط يك حلقه بينهايت ( متناوب بود

:كيلوهرتز مي باشد خواهيم داشت 2.5اينكه ماكزيمم فركانس ورودي در اين روش

degree

در اين حالت حداقل مقدار اختالف فازي كه قابل تشخيص است برابر اين عدد نشان دهنده اين موضوع است كه

.خواهد بود درجه ۶٩٢.٠

: KHz 500تا KHz 2.5بازه فركانسي ) 2

فركانس قطع و پاسخ همانطور كه قبال گفته شد در اين بازه فركانسي مشكلي از بابت طراحي فيلتر پايين گذر با

براي آشكارسازي اختالف XORگرفتن از خروجي DCگذراي مطلوب نداريم ، لذا در اين بازه فركانسي از همان روش

.فاز استفاده مي كنيم

:مشخصات اين فيلتر عبارتست از . انتخاب شده است ٢مرتبه RCفيلتر مورد استفاده در اين بخش از نوع


٢۵ صفحه

و ميلي ثانيه ٢٠، KHz 2.5م مدت زمان پاسخ گذرا در فركانس ماكزيم ، Hz 37.76پايين فركانس قطع

.ناچيز است KHz 2.5خروجي در فركانس ) ماكزيمم تغييرات( ريپل

:در شكل زير اين فيلتر به عنوان بخشي از مدار آشكارساز فاز نشان داده شده است

ميكرو داده مي شود تا اختالف فاز متناظر از آن ADCبه است DCكه يك مقدار ) Vo2(ولتاژ خروجي فيلتر

خروجي فيلتر به راحتي با يك تناسب ساده به صورت زير DCرابطه موجود ميان اختالف فاز و ولتاز .استخراج گردد

:دست مي آيد

=اختالف فاز

از آنجا كه . ت و اختالف فاز بر حسب درجه به دست مي آيد ولتاژ خروجي فيلتر بوده و بر حسب ولت اس كه در آن

ADC لذا با ، است ميلي ولت مي شود 4.9تقريبا هك ولت ) رزولوشن( رت تفكيك پذيري دميكروكنترلر داراي ق

يم را آشكار كن degreeياستفاده از اين روش قادر خواهيم بود اختالف فازهايي به كوچك

كيلو هرتز نشان مي 2.5درجه در فركانس 90و خروجي فيلتر را به ازاي اختالف فاز XORشكل زير ولتاژ خروجي . :دهد


٢۶ صفحه

:درجه 360تا 0اصالح مدار آشكار ساز فاز براي اندازه گيري اختالف فاز

درجه ٣۶٠تا ٠ف فاز انطور كه قولش را داده بوديم اكنون مي خواهيم تكنيكي را براي اندازه گيري اختالهم

به راحتي توسط يك هم فركانس را مي توان شكل موجاختالف فاز بين دو تا كنون متوجه شديم كه .معرفي كنيم

. درجه قابل شناسايي ميباشد ١٨٠تا ٠البته با اين روش فقط اختالف فاز ، به دست آورد XORگيت منطقي

٠درجه اي را به دو بخش ٣۶٠تا ٠مي توان محدوده اندازه گيري درجه ٣۶٠تا ٠براي اندازه گيري اختالف فاز

و ) تاخر(مربوط به حالت پس فازي ١٨٠تا ٠درجه تقسيم كرد به طوريكه محدوده ٣۶٠تا ١٨٠درجه و ١٨٠تا

از حال براي اندازه گيري اختالف فاز كافيست يكي . باشد) تقدم(حالت پيش فازي مربوط به ٣۶٠تا ١٨٠محدوده

به عنوان سيگنال مرجع انتخاب شده و پيش فاز و يا پس فاز بودن سيگنال ديگر ) مثال سيگنال ورودي(سيگنالها

با مشخص شدن تقدم و يا تاخر سيگنال خروجي . نسبت به سيگنال مرجع سنجيده شود) مثال سيگنال خروجي(

١٨٠تا ٠در بازه XORآمده از خروجي نسبت به سيگنال ورودي مي توان تشخيص داد كه اختالف فاز به دست

.درجه ميباشد ٣۶٠تا ١٨٠درجه قرار داشته و يا متعلق به بازه

حال سوال اصلي آنست كه چگونه مي توان پيش فاز و يا پس فاز بودن يك سيگنال را نسبت به سيگنال ديگر

.داريم D Flip-Flopاز به يك تشخيص داد؟پاسخ اين سوال بسيار ساده است چرا كه تنها ني) سيگنال مرجع(

D Flip-Flopچنانچه سيگنال مرجع به عنوان كالك به يك همانطور كه در شكل زير مشاهده مي شود ،

و Lowسطحنيز به پايه ديتاي آن اتصال يابد ، كه كالك آن حساس به لبه باالرونده است داده شده و سيگنال دوم

High خروجيD Flip-Flop م نسبت به سيگنال مرجع ن پس فاز و پيش فاز بودن سيگنال دوتيب مبيبه تر

.خواهد بود


٢٧ صفحه

درجه سيگنال خروجي نسبت به سيگنال ورودي در حالت پس فازي بوده 90به عنوان مثال به ازاي اختالف فاز

صورت درجه شود در اين 270خواهد بود ، حال چنانچه اختال ف فاز Lowدر سطح Dو لذا خروجي فليپ فالپ

Highدر سطح Dسيگنال خروجي نسبت به سيگنال ورودي در حالت پيش فازي بوده و لذا خروجي فليپ فالپ

.اين مثال در شكلهاي زير نشان داده شده است . خواهد بود

درجه 90اختالف فاز

درجه 270اختال ف فاز

:آماده سازي سيگنالها

يگنالهاي ورودي بايستي از نوع ذكر شد ، س XORاستفاده از گيت آشكارساز فاز با همانطور كه در ابتداي بحث

داده مي XORباشند چرا كه اين پالسها به عنوان ورودي به گيت منطقي TTLپالس مربعي و با سطوح استاندارد


٢٨ صفحه

از آنجا كه سيگنالهاي ورودي و خروجي سيستم . ولت را مي شناسد 5و 0هم فقط سطوح منطقي XORشوند و گيت

LTI ي كه قرار است پاسخ فركانسي ان رسم شود از نوع سينوسي است لذا ابتدا بايستي اين سيگنالهاي سينوسي به

بدين منظور از مدار آشكارساز گذر از صفر جهت . پالس مربعي تبديل شده و سپس عمليات تغيير سطح صورت گيرد

به RS232جهت تغيير سطح از استاندارد MAX232مدار تغيير سطح تبديل سيگنال سينوسي به پالس مربعي و

.استفاده مي شود TTLاستاندارد

:آشكار ساز گذر از صفر

آشكارساز گذر از صفر همچنان كه از اسم آن بر مي آيد مداري است براي تشخيص لحظه عبور از صفر سيگنال

.كس تغيير سطح مي دهد و يا برع Highبه Low، به طوريكه در اين لحظات خروجي مدار از سطح ورودي

ما در حال مقايسه سيگنال ورودي با سطح صفر ئآشكار ساز گذر از صفر در حقيقت يك مقايسه كننده است كه دا

بدين منظور تنها . به همبن خاطر به راحتي مي توان توسط يك آپ امپ ، يك آشكارساز گذر از صفر ساخت . است

و سيگنال ورودي به پايه مثبت آپ امپ متصل ) ولت ٠ولتاژ ( پ به زمين كافيست همانند شكل زير پايه منفي آپ ام

.شود

از سيكنال ورودي در شكل زير نشان 1KHzشكل موج سيگنالهاي ورودي و خروجي اين مدار به ازاي فركانس

:داده شده است


٢٩ صفحه

: MAX232مبدل سطح

ارائه خواهد ل موجهاي ورودي و خروجي آنو شك ، نحوه كار MAX232آي سي ي ازمعرفي مختصردر اينجا

معموال در زمان ارتياط بين كامپيوتر و ( RS232به TTL، به عنوان مبدل سطح ولتاژ كاربرد اصلي اين آي سي . شد

در اين پروژه به دليل استفاده از آپ امپ ها كه تغذيه متقارن دارند ، به عنوان . استفاده مي شود ،) يك ميكروكنترلر

در خروجي آنها ظاهر مي شود كه قابل اتصال به ورودي ر ساز صفر ، سطوح ولتاژ به صورت مثبت و منفي و متقارن آشكا

، ) ولت 5و TTL )0مثبت و منفي به ولتاژ از يك مبدل سطح ولتاژبه همين دليل بايد . گيتهاي منطقي نيست

.استفاده كرد

اين قطعه . .دل است كه داراي دو پورت براي اين كار مي باشداين آي سي مبيك روش براي اين كار استفاده از

كه در هنگام اتصال آنها عدد خازن الكتروليتي با ظرفيتهاي مساوي دارد 4 ولتي و 5يك تغذيه براي راه اندازي ، نياز به

دامه بايد گفت كه اين آي در ا. مانند دستور العمل ، به آي سي متصل نمودبايد به پالريته خازنها حتما دقت كرد و دقيقا

در در شكل زير ورودي و خروجي نمونه از آن را .تا فركانس كاري اي كه ما انتظار داريم به درستي عمل مي كندسي

.مي بينيد كيلوهرتز 10فركانس


٣٠ صفحه

) :ATMEGA32(كنترل كننده اصلي

و وظايف آن ATMEGA32معرفي مختصر ميكروكنترلر ) 1

8پورت 4: مي باشد ، )مورد استفاده در اين پروژه ( است و داراي امكانات زير ر اصلي پروژهكنترل اين قطعه

بيتي كه براي اندازه گيري 8و 16كانتر / عدد تايمر 3 –بيتي براي ورودي و خروجي كه از برخي از آنها استفاده شده

با كنترلر UARTارتباط سريال – ADCورت يك پ -يك وقفه خارجي –استفاده شده ) روش اول ( فركانس و فاز

.برخورداري از كامپايلر بيسيك كه توابع كتابخانه اي بسيار مفيد و كاربردي را در اختيار كاربر مي گذارد –فرعي

نيز استفاده شده است كه تنها ) M8( فرعيدر اين پروژه به دليل كمبود تعداد پايه ها از يك ميكروكنترلر

با كنترلر اصلي در ارتباط UART صلي را بر عهده دارد كه با پروتكلن صفحه كليد و ارسال آن به كنترلر اوظيفه خواند

.است

:اصلي ذكر وظايف ميكروكنترلر) 2

از ميكروكنترلر فرعي به كمك ارتباط سريال و ) از طريق صفحه كليد( دريافت اطالعات واردشده توسط كاربر ) ١

اندازه )۴محاسبه اختالف فاز ، اندازه گيري و )٣محاسبه دامنه هاي ورودي و خروجي ، گيري و اندازه )٢پردازش آن ،

گرافيكي LCDنمايش اطالعات بر روي ) ۵محاسبه فركانس و گيري و

ميكرو و ADCو ) Peak Detector ( همانطور كه اشاره شد ، اندازه گيري دامنه ، به وسيله مدار خارجي

، به كمك توضيح داده شد، همانطور كه قبل از اين اندازه گيري فاز ، از دو روش نيز. ام مي گيرد برنامه نويسي انج

براي DFFو خروجي ) روش دوم ( ADC، يك پايه ) در روش اول ( تايمر وكانتر مدارات مربوط به خود و به كارگيري

. ، انجام مي گيرد) در هر دو روش ( ناحيه مثلثاتي تشخيص

، بعد از بدست آوردن اطالعاتي همچون گين و است كه ، اين نايكوئيست قابل ذكر درباره رسم نمودار نكته

با توجه به دستورات كار . ، مي توانيم اين نمودار را در يك دستگاه مختصات قطبي رسم كنيم اختالف فاز در هر فركانس

يست ابتدا اين اطالعات به فرم دكارتي كه براي يعني براي رسم مي با. گرافيكي ، اين امر ممكن نيست LCDبا


٣١ صفحه

صفحه نمايش ، گوشه سمت چپ و ، بعد از آن با توجه به اين كه مبدأ نمايشي قابل فهم است ، تبديل شوددستورات

نقاط را هايي است كه yو xاطالعات بدست آمده تا اينجا ، . باال مي باشد ، بايد يك انتقال خطي نيز صورت گيرد

را گرفته و يك ) yو xبر حسب ( براي رسم نمودار كافي است از دستوري كه مختصات دو نقطه . ي كنندمشخص م

به دليل اينكه براي گين هاي كوچك ، شكل حتي به طول و عرض . خط مستقيم بين آنها رسم مي كند ، استفاده كنيم

، فراتر نرود LCDاي بزرگ ، شكل از ابعاد و براي گين ه) ديد مناسب نيست كه قابل شناسايي و( نشود يك پيكسل

چه مقدار است ) متناظر با آن yو xيعني بيشترين فاصله از مبدا و ( نياز داريم تا قبل از رسم بدانيم كه بزرگترين گين

با آن متناظر yو xاگر آنقدر زياد است كه گين كوچك است ، به اندازه كافي شكل را بزرگ كنيم و ، تا بر اساس آن اگر

به LCDالبته اين نرخ تغيير را مي توان در انتها روي . ، به اندازه كافي شكل را كوچك كنيم فراتر مي رود LCDاز ابعاد

.نمايش داد مي باشد ،صورت يك عدد ، كه همان ضريب

) :ATMEGA8(كنترل كننده فرعي

يك رقم از صفحه كليد و تحويل ،قميك ر صورتها به تعداد نمونه اين كنترلر دو وظيفه عمده دارد ؛ يكي گرفتن

. )روش اول ( براي مدار اندازه گيري فاز MHz 1.33و ديگري توليد نوسان UARTبا ارتباط كنترلر اصليآن به

: توصيف نرم افزار پروژه

پس از ،ت اسرسم شده م افزارنر كلي فلو جارت توضيح مختصري از برنامه ارائه مي شود و ابتدا در اين قسمت

.است آمده نيز ،ي بوده هر كدام از بلوكها كه داراي ساختار خاص فلو چارت آن ،

بعد . در ابتدا بايد كاربر تعداد نمونه هاي مورد نياز خود را وارد كند و بعد از آن ، كليد نمونه برداري را فشار دهد

ظاهر شده و برنامه منتظر زدن دوباره كليد مي طي زمان مشخصي ، خالصه نتايج اندازه گيري ها روي صفحه نمايش از

بار شمارش تعداد پالس در هر نيم ثانيه و 3( ثانيه براي اندازه گيري فركانس 1.5 اين زمان تشكيل شده است از. ماند

براي گذشتن از پاسخ گذراي( ثانيه براي اندازه گيري دامنه خروجي و ورودي 2 و )آخر نتيجه 2ميانگين گيري

پس از اتمام تعداد نمونه برداري ها رسم نمودار .مي توان اين زمان را در ابتدا از كاربر گرفت و وارد برنامه كرد). تم سيس

.وظايف كنترلر اصلي ذكر شد ، انجام مي گيرد و برنامه به انتها مي رسد، با ويژگيهايي كه در


٣٢ صفحه

: نرم افزار كلي فلوچارت

اتمام نمونه ها ؟

تعريف متغيرهاي مورد نياز و پيكره بندي ها

داد نمونه هاگرفتن تع

شروع

انتظار براي زدن كليد نمونه گيري

اندازه گيري ها

تحليل داده ها و رسم نمودار

پايان

بلي

خير

نمايش خالصه اي از نتايج روي LCDبه همرا ه شماره نمونه


٣٣ صفحه

:بلوك گرفتن تعداد نمونه ها

زده شد؟Eآيا كليد

واست كردن ميكروكنترلر اصلي از ميكروكنترلر درخ فرعي براي گرفتن يك رقم از صفحه كليد

گرفتن يك رقم از صفحه كليد توسط )رقم 3تا(ميكروكنترلر فرعي

ارسال رقم براي ميكروكنترلر اصلي

خارج شدن از حلقه ارسال و دريافت و MHz 1.33شروع توليد نوسان

پايان

بلي

خير

شروع


٣۴ صفحه

:بلوك اندازه گيري ها

كيلو 2.5آيا فركانس از هرتز بيشتر است؟

اندازه گيري فركانس و ثبت آن در آرايه

اندازه گيري فاز از روش دوم

ثبت فاز اندازه گيري شده در آرايه ها

پايان

بلي

خير

شروع

اندازه گيري فاز از روش اول

اندازه گيري دامنه خروجي و ورودي و بدست آوردن بهره و ثبت آن در آرايه


٣۵ صفحه

:تست سيستم و نتايج آن

اكنون كه با سخت افزار و نرم افزار پروزه تا حدودي آشنا شديم وقت آنست كه به سراغ تست سيستم و نتايج

.حاصل از آن برويم

استفاده با هر يك از آنها نمودار نايكوئيست سپس و انتخاب شدهمناسب مدار 5ابتدا تست اين سيستم نظور به م

در رسم پاسخ فركانسي اين مدارها فرض شده است كه مدارهاي مورد نظر خطي و تعيير . م گرديد رس از دستگاه ،

:مدارهاي مورد تست عبارتند از . ناپذير با زمان هستند

ايين گذر مرتبه اولفيلتر پ

، به ) نمودار ( در اينجا شكل مدار تست ، نتيجه عملي

و نمودار فاز نمودار نايكوئيست ( همراه نتايج شبيه سازي

مي PSpiceرا به وسيله نرم افزار ) و اندازه بوده

.بينيم


٣۶ صفحه

گذر مرتبه دوم فيلتر ميان


٣٧ صفحه

فيلتر باالگذر مرتبه اول


٣٨ صفحه

گذر مرتبه چهارم فيلتر ميان


٣٩ صفحه

مدار شيفت دهنده فاز


۴٠ صفحه

:پيشنهادات

. استفاده از يك تراشه فانكشن ژنراتور مي توان سيكل كار سيستم را به طور كامال خودكار طراحـي كـرد با )1ور يكپارچه است كه قابليت ك تراشه فانكشن ژنراتي XR2206. بهره برد XR2206بدين منظور مي توان از تراشه شـكل . مثلثي و شيب را با كيفيت باال و نيز دقت و پايداري باال دارا ميباشد، مربعي، توليد شكل موجهاي سينوسي

فركانس كاري اين تراشه مي . موجهاي خروجي مي توانند هم با دامنه و هم با فركانس يك ولتاژ خارجي مدوله شوند . مگاهرتز انتخاب شود ١هرتز تا بيش از ٠.٠١ميان رنج فركانسي تواند به صورت خارجي از

ابل كنترل شود آنگاه ق دامنه و فركانس ورودي چنانچه پيشنهاد فوق عملي شده و دستگاه كامال خودكار و) 2 .مورد نطر فراهم مي شود خطي و يا غير خطي بودن سيستم امكان تشخيص

ه قادر خواهيم بود كه انواع ديگر نمايش پاسخ فركانسي يعني نمودارهاي با اصالح و گسترش نرم افزار پروژ )3 .اندازه و فاز بوده و نيز نمودار نيكولز را رسم نماييم

آمده اطالعات بدست مورد نظر را با توجه به LTI مي توان به طور تقريبي محل صفرها و قطبهاي سيستم) 4 .تخمين زد )بهره و اختالف فاز ( از سيستم


۴١ صفحه

شماتيك كل مدار


۴٢ صفحه

:منابع Specification For LCD Module TA-12864A-2 http://DataSheet4U.com [1]

[2] D . W . Reid , D . Riggin , M . V. Fazio , R .S . Bidlle , R . D . Patton , and H . A . Jackson , “ A 360 Degree Digital Phase Detector With 100 KHz Bandwidth ” , IEEE Transactions on Nuclear Science , Vol.NS-28 , No 3, June 1981

Data sheet LM324 . National Semiconductor . December 1994 [3]

Data sheet CA3130 . Intersil . August 2005 [4]

Data sheet LF412 . National Semiconductor . February 1995 [5]

. ٨۴تابستان -چاپ دوم -نص انتشارات –مهندسي كنترل -سو هيكو اگاتاكات ]۶[

مردادماه چاپ دوم -انتشارات سروش آزادي -نظريه اصولي مدارهاي الكتريكي -مهندس قوشه عابد هدتني ]٧[٨٢ .

. ٨۶چاپ يازدهم زمستان -انتشارات نص - AVRميكروكنترلرهاي -مهندس علي كاهه ]٨[

nyquist diagram

Documents