ترموستات دیجیتالی قابل برنامه ریزی
| دسته بندی | برق ، الکترونیک و مخابرات |
| بازدید ها | 0 |
| فرمت فایل | doc |
| حجم فایل | 27 کیلو بایت |
| تعداد صفحات فایل | 22 |
ترموستات دیجیتالی قابل برنامه ریزی
مقدمه:
تغییر سیستم‌های مکانیکی و برقی به سیستم‌های الکترونیکی روز به روز در حال افرایش است. در بیشتر تکنولوژی‌های عمده، سیستم‌های الکترونیکی جایگزین بخش‌های مکانیکی شده و از آن پیش افتاده‌اند .امروزه چاپ الکترونیکی شده است. تلویزیون، کامپیوتر و بسیاری از ابزارهای دیگر نیز که در زندگی روزمره از آن استفاده می‌کنیم همین گونه‌اند. سیستم‌های الکترونیکی مسلماً بر تکنولوژی فکری متکی هستند زیرا محاسبات ریاضی و نوشتن نرم‌افزار و برنامه‌ها کارکرد آنها را ممکن می‌گرداند.
یکی از برجسته‌ترین تغییرات، کوچک شدن وسایلی است که هادی برق هستند یا تکانه‌های برقی را منتقل می‌کنند. اختراع ترانزیستور تغییری شگرف را به دنبال داشت: توانایی تولید وسایل میکروالکترونیک با صدها کارکرد از جمله کنترل، تنظیم، هدایت و حافظه که میکروپرسسورهاومیکروکنترلرها به اجرا درمی‌آورند. در آغاز هر تراشه 4 کیلو بایت حافظه داشت که بعدها به 8، 16، 32، 64 کیلو بایت افزایش یافت و امروزه سازندگان میکروپروسسور تراشه‌هایی تولید می‌کنند که ظرفیت ذخیره‌سازی آنها چندین مگابایت یا حتی گیگا بایت است.
امروزه یک تراشه‌ی ریز سیلیکنی(میکروپروسسوریا میکرو کنترلر) حاوی مدارهای الکترونیکی دارای صدها هزار ترانزیستور و همه‌ی اتصالات لازم و بهای آن فقط چند دلار است. مداربندی روی این تراشه می‌تواند خود میکروکامپیوتری باشد با ظرفیت پردازش ورودی / خروجی و حافظه‌ی دستیابی تصادفی و... .
نحوه عملکرد ترموستات
ترموستات طراحی شده قابلیت برنامه ریزی در رنج های دمایی بین C°0 تا C°150 را دارد و می توان از آن برای تعدیل دمایی محیط استفاده نمود برای راه اندازی آن به ولتاژی بین 6 تا 9 ولت نیاز است یک رنج دمایی خاصC° 32 C°(250 به عنوان پیش فرض در برنامه این ترموستات در نظر گرفته شده است که در ابتدای راه اندازی و همچنین به هنگام بروز خطا، خود به خود این رنج عملیاتی پیش فرض فعال می‌شود باتوجه8 به شکل صفحه بعد مشاهده می شود که یک صفحه نمایش ،چهار کلید و سه LED در نظر گرفته شده است که کاربر می تواند با استفاده از این کلید ها رنج های دمایی مورد نظر را انتخاب نماید و LED ها برای نشان دادن وضعیت دما و همچنین خطاهای احتمالی در حین کار با ترموستات تعبیه شده است.
وقتی ترموستات فعال می شود رنج دمایی پیش فرض بر روی صفحه نمایش نشان داده می شود و کاربر می تواند با استفاده ار کلید START آن را فعال نموده و یا با استفاده از کلید DOWN, UP,CHANGE آن را تغییر دهد تغییرات مورد نظر برای رنج های دمایی را درحین کار ترموستات نیز با زدن کلید change می توان اعمال نمود بازدن کلید change رنج دمایی ابتدا به صورت خودکار بر روی MAX رفته و کاربر می تواند با استفاده ارکلید up آن را زیاد و توسط کلید down آن را کم نماید البته توجه داشته باشید که رنج دمایی کمتر از c °0 را نمی توان به آن اعمال نمود و پس از تنظیم max و زدن کلید start می توان رنج min را انتخاب نمود. حال با زدن کلید start صفحه نمایش رنج دمایی مورد نظر شما را نمایش داده وشما می توانید آن را فعال نمایید پس از فعال شدن رنج مورد نظر اگر دمای محیط بین رنج min و max باشد LED زرد به منزله متعادل بودن دما روشن می شود چنانچه دمای محیط بین minو max باشد . LED قرمز به منزله نا متعادل بودن دما روشن می شود و اگر دمای محیط از min کمتر شود LED سبز به منزله نامتعادل بودن دما روشن می شود با اتصال این ترموستات به وسایل جانبی مانند بخاری و کولر در محیط می توان دمارا در شرایط متعادل نگهداری نمود.
نمایش خطاهای احتمالی به هنگام انتخاب رنج های خاص:
- چنانچه در رنج دمایی انتخاب شده minو max برابر باشند، هر سه LED به صورت چشمک زن فعال شده و ترموستات به صورت خودکار رنج پیش فرض را انتخاب می نماید.
- چنانچه min بیشتر از max انتخاب شود هر سه LED به صورت چشمک زن فعال شده و ترموستات به صورت خودکار، رنج پیش فرض را انتخاب می نماید.
از مشکلات این ترموستات وجود نداشتن اشمیت تر مگیر نرم افزاری در برنامه آن است.
مبدل آنالوگ به دیجیتال(ANALOG TO DIGITAL COVERTOR)
متداول ترین انواع ADC ها به قرار زیر است:
1- مبدل ADC نوع شمارشی (COUNTING ANALOG TO DIGITAL CONVERTOR)
2- مبدل ADC نوع تقریبهای متوالی (SUCCESSIVE – APROXIMATION CONVERTOR)
3- مبدل ADC با مقایسه موازی(PARALLEI-CIMPARATOR ADC)
4- مبدل ADC دو شیبه (DUAL- SLOP OR RATIOMETRIC ADC)
مبدل نوع SUCCESSIVE- APPROXIMATION
مبدل آنالوگ به دیجیتال داخلی میکروهای AVR که ADC دارند از این نوع است به همین دلیل قصد داریم در مورد این نوع ADC مختصری توضیح دهیم.
بجای شمارنده در این طرح از یک میکروکنترلر یا میکروپروسسور استفاده می شود.
با برنامه ای MSB یک شده و در یک DAC بزرگتر باشد MSB صفر شده و MSB بعدی 1 می شود و مقایسه می شود واگر کوچکتر باشد MSB 1 باقی مانده و MSB بعدی 1 می شود واین عمل به همین ترتیب ادامه پیدا می کند تا سیگنال آنالوگ خروجی DAC با سیگنال آنالوگ حاضر در پایه ADC برابر شود.
مبدل آنالوگ به دیجیتال داخلی میکرو
خصوصیات مبدل آنالوگ به دیجیتال داخلی AVR به شرح زیر است :
* وضوح 10بیتی
* صحت مطلق 2LSB
* زمان تبدیل 65-260(CONWERSION TIME)
* وضوح 15KSPS در بالاترین حد
* کانالهای مولتی پلکس شده
* مدهای تبدیل SINGLE .FREE
* ولتاژ ورودی از 0V تا VCC
* پرچم وقفه پایان تبدیل ADC
* حذف کننده نویز(NOISE CACELER)
ADC بسته به میکرو به چند کانال آنالوگ مالتی یلکس شده که به هر یک از پایههای پورت اجازه می دهد که به عنوان یک ورودی مبدل آنالوگ به دیجیتال عمل نماید. مبدل داخلی میکرو دارای وضوح 10 بیتی است و برای تبدیل با این وضوح،نیاز به فرکانس کلاکی بین 50KHZ بین 200KHZ دارد و این کلاک را از تقسیم فرکانس کریستال تامین می کند. در صورت که نیاز به وضوح بالا ( کمتر از 10 بیت ) نیست می توان کلاکی بالاتر از 200KHZ به آن اعمال کرد. ADC دارای یک SAMPLE AND HOLD است که باعث می شود ولتاژ ونرودی ADC در زمان تبدیل در سطح ثابت نگه داشته شود تا عملیات تبدیل با دقت بیشتری انجام شود.
ADCدارای دومنبع ولتاژ آنالوگ مجزا است.AVCC و AGND که AGVD بایستی به زمین یا ولتاژ زمین آنالوگ متصل شود و AVCC نباید بیشتر از 0.3V نسبت به VCC اختلاف داشته باشد ولتاژ مرجع (VOLTAGE REFERENCE) خارجی در صورت وجود باید به پایه AREF وصل شود که این ولتاژ بایستی بین ولتاژ موجود بر روی پایه های AGND-AVCC باشد در غیر این صورت به VCC وصل می شود ADC مقدار آنالوگ ورودی را باتقریب متوالی به مقدار دیجیتال 10 بیتی تبدیل می کند. کمترین مقدار نشان دهنده مقدار آنالوگ موجود در پایه AGVD و بالاترین مقدار، نشان دهنده ولتاژ پایه AREF منهای یک LSB است.
به طور مثال اگر پایه به ولتاژ AREF=3.5V و AGND=0V وصل شده باشد مقدار دیجیتال شده 1023 نشان دهنده ولتاژ 3.5V و مقدار 0نشان دهنده ولتاژ 0.0V بر روی پایه مبدل ADC انتخاب شده است.ADC دارای دو مد تبدیل SINGLE و FREE است مد SINGLE بایستی توسط کاربر پیکره بندی وکانال دلخواه برای نمونه برداری انتخاب شود درمد FREE و ADC بایک ثابت نمونه برداری رجیستر داده ADCرا UPDATEمی کند.
دانلود تحقیق بررسی معماری‌ها و روش‌های طراحی سیستم‌های قابل پیکربندی مجدد
1. مقدمه
دو روش در محاسبات سنتی برای اجرای یک الگوریتم وجود دارد.
روش اول بکار بردن ASIC ها می‌باشد تا الگوریتم مورد نظر را در سخت‌افزار
پیاده‌سازی کند. چون این قطعات برای هر الگوریتم خاص ساخته می‌شوند، سریع و
کارا می‌باشند. اما مدارات آنها پس از ساخت تغییر نمی‌کند.
ریزپردازنده‌ها راه حل بسیار با انعطاف‌تری هستند. آنها مجموعه‌ای از
دستورات را اجرا می‌کنند. و کارایی سیستم بدون تغییر سخت‌افزار تغییر
میکند. ام همانند یک ASIC دارای قابلیت انعطاف نمی‌باشد. یک سیستم قابل
پیکربندی مجدد توسعه یافته‌است تا فاصله را میان سخت‌افزار و نرم‌افزار را
کم کند. و به یک کارایی بسیار بالاتر از نرم‌افزار و قابلیت انعطاف بیشتر
سخت‌افزار برسد.
در این پایان نامه ابتدا تاریخچه‌ای مختصر از توسعه‌ی
سیستم‌های قابل پیکربندی مجدد ارائه شده است.سپس مفهوم قابلیت پیکربندی
مجدد و انواع آن بیان شده است.پس از آن نگاهی کلی به دو طبقه بندی مختلف
معماری‌های این سیستم‌ها شده است و همچنین مروری بر روش‌های طراحی و
ملزومات آن کرده‌ایم. در فصل پنجم انواع تکنولوژی‌های سخت افزار قابل
پیکربندی مجدد بحث شده است. در فصل ششم روند طراحی سیستم قابل پیکربندی
مجدد بر روی تراشه ( SoC ) آورده شده است. و نهایتا در فصل هفت ویژگی‌های
طراحی سیستم با یک زبان برنامه نویسی بر مبنای C به نام SystemC بیان شده
است.
2. تاریخچه محاسبات قابل پیکر بندی مجدد
مفهوم محاسبات
قابل پیکربندی مجدد از دهه 1960 پدیدار شد . موقعی که مقاله جرالد
استرین(Gerald Estrin) مفهوم یک کامپیوتر ساخته شده از یک پردازنده ی
استاندارد و آرایه ای از سخت افزار قابل پیکربندی مجدد را پیشنهاد کرد .
پردازنده اصلی باید رفتار سخت افزار قابل پیکربندی مجدد را کنترل کند . در
نتیجه این سخت افزار قابل پیکربندی مجدد برای انجام کاری خاص مناسب خواهد
بود برای مثال می توان کارهایی نظیر پردازش تصویر و تطبیق الگو را با سرعت
بالایی انجام داد . به محض اتمام کار ، سخت افزار می تواند برای انجام کار
جدید پیکربندی مجدد شود. چنین خاصیتی با ترکیب انعطاف پذیری یک نرم افزار و
سرعت یک سخت افزار در یک ساختار کامپیوتری ترکیبی میسر شده است . متاسفانه
چنین ایده ای در زمان پیدایش بسیار جلوتر از تکنولوژی ساخت سخت افزار مورد
نیازش بود.
در دهه ی اخیر یک رنسانس در عرصه ی تحقیقات درباره ی
معماری های قابل پیکربندی مجدد بوجود آمد . این معماری ها هم در دانشگاهها و
هم در صنعت توسعه می یافتند معماری هایی نظیر : Matrix , Gorp , Elixent ,
XPP , Silicon Hive , Montium , Pleiades , Morphosys , PiCOGA چنین
طرحهایی عملی بودند . و این مرهون پیشرفت مداوم فناوری سیلیکونی بود که
پیاده سازی طرح های پیچیده را روی یک تراشه میسر میساخت .
اولین مدل
تجاری کامپیوتر قابل پیکربندی مجدد در جهان به نام Algotronix CHS 2*4 در
سال 1991 تکمیل شد این یک موفقیت تجاری نبود اما آنقدر امیدبخش بود که شرکت
Xilinx (مخترع FPGA) تکنولوژی را خرید و محققان Algotronix را به خدمت
گرفت .
هم اکنون تعدادی فروشنده ی کامپیوترهای قابل پیکربندی مجدد وجود
دارند که بازار کامپیوترهای با کارایی بالا را مورد توجه قرار داده اند .
این شرکت ها شامل SRC Computers , SGL , Cray می شوند . شرکت ابر رایانه ای
Cray (که به SRC ارتباطی پیدا نمی کند ) Octigabay و بستر محاسبات قابل
پیکربندی مجدد آنرا به دست آورد که Cray آنرا به عنوان XD1 تا کنون به فروش
رسانده است . SGI رایانه ی RASC را همراه با سری ابر رایانه های Altix به
فروش می رساند . شرکت SRC Computers یک خانواده از رایانه های قابل
پیکربندی مجدد را توسعه داده است . این خانواده بر اساس معماری ضمنی + صریح
خود شرکت و پردازنده MAP می باشد .
تمام آنچه که گفته شد رایانه های
هیبرید Estrin هستندکه این رایانه ها با ریزپردازنده های سنتی که FPGA ها
همراه شده اند ساخته می شوند . FPGA ها توسط کاربر برنامه ریزی می شوند این
سیستم ها می توانند به عنوان رایانه های دسته ای سنتی بدون استفاده از
FPGA ها به کاربرده شوند ( در حقیقت FPGA ها گزینه ای در XD1 و SGIRASC
هستند ) پیکربندی XD1 و SGIFPGA از طریق زبانهای توصیف سخت افزار (HDL )
سنتی تکمیل شده است . و یا با به کارگیری زبانهای سطح بالایی نظیر ابزار
گرافیکی Star bridge viva یا زبانهایی مانند C مثل Handel-C از Celoxica و
Lmpulse-C از Impulse Accelerated technologies یا Mitrpn-C از
Mitrionics کامل شده اند . به قول راهنمای برنامه نویسی XD1 «توسعه ی فایل
منطقی یک FPGA خام یک فرآیند پیچیده است که نیازمند دانش و ابزار تخصصی است
».
SRC کامپایلری را توسعه داده است که زبان سطح بالایی مثل C یا
Fortran را گرفته و با اندکی تغییرات آنها را برای اجرا روی FPGA در
ریزپردازنده کامپایل می کند . به نقل از مستندات SRC « ... الگوریتم های
کاربردی با زبانهای سطح بالا همانند C و Fortran نوشته می شوند . Carte
(همان کامپایلر) حداکثر موازی سازی را از کد استخراج می کند و منطق سخت
افزار خط لوله ای را تولید می کند که در MAP مقدار دهی شده اند . همچنین
این کامپایلر تمام کدهای واسطی که برای مدیریت انتقال داده به داخل و خارج
MAP نیاز است را تولید می کند . این کدهای واسط وظیفه ی هماهنگ سازی
ریزپردازنده ی با منطق در حال اجرا در MAP را دارند » ( توجه شود که SRC
همچنین اجازه استفاده از یک HDL سنتی را داده است ).
XD1 بین
ریزپردازنده و FPGA بوسیله ی شبکه ی اتصال داخلی Rapid Array اش ارتباط
برقرار میکند . سیستم های SRC از طریق واسط حافظه SNAP و یا سویچ اختیاری
Hi-Bear ارتباط برقرار می کند . واضح است که دسته بندی معماری های قابل
پیکربندی مجدد هنوز توسعه می یابند و این بدلیل عرضه شدن معماری های جدید
است . هیچ طبقه بندی واحدی تا کنون پیشنهاد نشده است . به هر حال چندین
پارامتر دوری می‌توانند برای دسته بندی چنین سیستم هایی استفاده شوند .
هنگامی
که مفاهیم پایه ی محاسبات قابل پیکربندی مجدد در دهه ی 1960 شکل گرفت . RC
در شکل جدی و عملی خود با پدیدار شدن FPGA ها در اواخردهه‌‌ی 1980 آغاز شد
. FPGA ها IC هایی بودندکه شکل سخت‌افزاری آنها می توانست از نو به راحتی
تعریف شود . یعنی با بارگذاری یک پیکربندی جدید درست همانند نرم‌افزار
جدیدی که می تواند بر روی یک ریزپردازنده یا DSP بارگذاری شود نگاشت داده و
سپس پردازش آن و الگوریتم های فشرده ی FPGA ها می توانست IC های متمایز
شده به وسیله کاربرد ( Application Specific (ASIC) IC ) را حاصل سازد .
محققان در ایالات متحده و فرانسه به دنبال پایه های اولیه ی با بازدهی بالا
و انعطاف پذیری مطلوب ابر رایانه ای را در سر می پروراندند که متشکل بود
از اجزا سخت افزاری قابل برنامه ریزی مجدد که برای هر کاربرد می توانست
بهینه شود . که در نتیجه یک تا دو برابر کارایی را در پردازنده هایی با طول
دستور ثابت و قراردادی افزایش می داد . اولین رایانه های قابل پیکربندی
مجدد بوسیله IDA Supercomputing Research Center ( SRC که در سال 1994 به
Center for Computing Sciences تغییر نام داد ) در آمریکا ساخته شد . در
فرانسه به وسیله DEC Paris Research Lab که پس از فروش Digital Equipment
Co بسته شد ساخته شد .
دو نسخه آرایه انقباضی Spalsh در SRC ساخته شدند .
مدار اصلی Spalsh در سال 1989 با قیمت تقریبی 13000 دلار ساخته شد که می
توانست از ابر رایانه ی موجود در آن زمان به نام Cray 2 برای کاربردهای
تطبیق الگوی بیتی پیشی گیرد .این سیستم حاوی 32عدد FPGA از سری 3090 شرکت
Xilinx بود که بصورت یک ارایه ی خطی متصل شده بودند . FPGA ها ی مجاور از
یک بافر حافظه ای اشتراکی بهره مند بودند .
RC در ایستگاه کاری SUN از
طریق ارتباط داخلی VME معرفی شد . Splash 1 می توانست مقایسه ی یک رشته ی
DNA را 45 برابر سرعت یک ایستگاه کاری با کارایی بالا را در دهه ی 1990
انجام دهد . سه سال بعد Splash 2 ساخته شد که تعداد FPGA های خود را به 16
کاهش داده بود . با این وجود به خاطر رشد سریع تراکم در FPGA ، Splash 2 با
شانزده عدد FPGA مدل 4010 از شرکت Xilinx حاوی 5/1 برابر منطق بیشتر از
Splash 1 بود . برای بهبود انعطاف ارتباطات داخلی Splash 2 ارتباط داخلی
خطی را به وسیله یک میله عرضی تقویت کرد که اجازه می داد که هر FPGA با هر
FPGA دیگر ارتباط برقرار کند . در سالهای بین 1987 تا 1990 رایانه ی قابل
پیکربندی مجدد Splash توسط مرکز تحقیقات ابر رایانه ای SRC توسعه یافت . از
خصوصیات این طراحیمی توان به این نکات اشاره کرد :
این رایانه در LDG
یا در طرح شماتیک برنامه نویسی شده بود . سخت افزار فوق العاده و تسریع
قابل توجهی داشت. اما با وجود تمام این مزایا برنامه نویسی اش مشکل بود در
نتیجه تعداد برنامه های کاربردی آن محدود بود . همین شرکت یعنی SRC در
سالهای 1992 تا 1994 مشغول توسعه و تکمیل Splashبود و سرانجام موفق شد تا
Splash 2 را طراحی کند . زبان شبیه سازی این رایانه VHDL بود همانند مدل
پیشین دارای سخت افزار بسیار خوبی بود . برنامه ریزی اش غیر استاندارد بود
اما دارای قابلیت برنامه نویسی خوبی بود . از 1986 تا 1995 حافظه‌های فعال
قابل برنامه ریزی (PAMETTe , PAM) توسط شرکت فرانسوی DEC Paris معرفی شدند .
برنامه نویسی این نوع حافظه ها در زبان C++ بود اما همان عیب Splash از
SRC را داشتند یعنی سخت افزار خوبی داشتند اما برنامه های کاربردی پشتیبانی
شده توسط آنان محدود بود .
فهرست مطالب
1. مقدمه
2. تاریخچه
3. مفهوم پیکربندی مجدد
3-1.محاسبات قابل پیکربندی مجدد
3-2. سیستم بدون پیکربندی
3-3. پیکربندی مجدد منطقی
3-4. پیکربندی مجدد دستورات
3-5. پیکربندی مجدد ایستا و پویا
4. مروری بر معماری‌ها و طراحی سیستم‌های قابل پیکربندی مجدد
4-1. دیدگاه اول
4-2. دیدگاه دوم
5. فناوری‌های سخت‌افزار قابل پیکربندی مجدد
5-1. FPGAها
5-2. قطعات مدارات مجتمع با منابع قابل پیکربندی مجدد تعبیه شده
5-3. هسته‌های قابل پیکربندی مجدد تعبیه شده
6. روند طراحی برای سیستم‌های قابل پیکربندی مجدد بر روی تراشه
6-1. مقدمه
6-2. ملزومات روند طراحی SoC
6-3.
رویکرد طراحی پیشنهاد شده برای SoC قابل پیکربندی
مجدد
81
6-4. مسائل پیکربندی مجدد در روند پیشنهادی
6-5. نتیجه گیری
7. رویکرد بر مبنای SystemC
7-1. مقدمه
7-2. مروری بر SystemC 2.0
7-3. مروری بر گسترش‌های بر مبنای SystemC
7-4. رویکرد تخمین زنی برای تحلیل سیستم
7-5. مدل کردن سربار پیکربندی مجدد
7-6. استفاده از مدل‌های بار کاری برای پویش فضای طراحی
7-7. نتیجه گیری
8. چکیده
شامل 121 صفحه word