مقاله در مورد اشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی

word قابل ویرایش
185 صفحه
22700 تومان
227,000 ریال – خرید و دانلود

اشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی

پیشگفتار:
با ساخت وسایل الکترو مغنا طیسی نظیر انواع الکتروموتورها، بوبین ها ،رله ها وغیریه ،انسان قادر شد با بهره گیری از الکترونیک ، کنترل ابزارهای مکانیکی را در دست گیرد و سر انجام با پیدایش میکرو پروسسورها و با توجه به توانایی آنها در پردازش اطلاعات و اعمال کنترلی و همچنین قابلیت مهم برنامه پذیر بودن آنها تحول شگرفی در ساخت تجهیزات الکترونیکی و صنعتی وغیره به‌وجودآمد.
پیشرفت ها و تحولات اخیر باعث پیدایش اتوماسیون صنعتی شده که در بسیاری از موارد جایگزین نیروی انسانی می گردد.به عنوان نمونه انجام امور سخت در معادن و یا کارخانه ها و یا کارهایی

که نیازمند دقت وسرعت بالا می‌باشد و یا انجام آن برای نیروی انسانی خطر آفرین است به انواع دستگاهها و رباتها سپرده شده است. همچنین با پیشرفت الکترونیک در زمینه ساخت سنسورها . بالا رفتن دقت آن ها، امروزه انواع گوناگونی از حس گرها در دنیا تولید می شود که در ساخت رباتها و در زمینه اتوماسیون نقش مهمی را ایفا می‌کنند.

در این پایان نامه پس از مباحثی در مورد پردازش دیجیتالی تصویر ، معرفی میکرو کنترلر ۸۰۵۱ بصورت مختصر و در حد نیاز و بخش کوچکی در مورد استپ موتورها به طراحی وپیاده سازی نمونه ای کوچک از یک ماشین مسیر یاب پرداخته شده است .شایان ذکر است که مطالب مربوط به طراحی وساخت ماشین بگونه ای بیان شده که توسط هر فردی که آشنایی مختصری با میکرو کنترلرها داشته باشد، قابل پیاده سازی است.
در خاتمه از استاد گرانقدر جناب آقای همایون موتمنی و نیز تمام کسانی که در این امر مرا یاری دادند، از جمله مهندس فیض ا… خاکپور و نیز دوست عزیزم مهدی جعفری ، تشکر و قدردانی می نمایم.

فصل اول

آشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی
۱-۱کلیات
تکنولوژی ماشین بینایی وتصویر بر داری دیجیتالی شامل فرایند هایی است که نیازمند بکارگیری علوم مختلف مهندسی نرم افزار کامپیوتر می باشد این فرایند را می توان به چند دسته اصلی تقسیم نمود :
۱- ایجاد تصویر به شکل دیجیتالی
۲- بکارگیری تکنیکهای کامپیوتری جهت پردازش ویا اصلاح داده های تصویری

۳- بررسی و استفاده از نتایج پردازش شده برای اهدافی چون هدایت ربات یا کنترل نمودن تجهیزات خود کار ، کنترل کیفیت یک فرایند تولیدی ، یا فراهم آوردن اطلاعات جهت تجزیه و تحلیل آماری در یک سیستم تولیدی کامپیوتری (MAC)
ابتدا می بایست آشنایی کلی ، با هر یک از اجزاء سیستم پیدا کرد و از اثرات هر بخش بر روی بخش دیگر مسطح بود . ماشین بینایی و تصویر بر داری دیجیتالی از موضوعاتی است که در آینده نزدیک تلاش و تحقیق بسیاری از متخصصان را بخود اختصاص خواهد بود.
در طی سه دهه گذشته تکنولوژی بینایی یا کامپیوتری بطور پراکنده در صنایع فضایی نظامی و بطور محدود در صنعت بکار برده شده است . جدید بودن تکنولوژی ، نبودن سیستم مقرون به صرفه در بازار و نبودن متخصصین این رشته باعث شده است تا این تکنولوژی بطور گسترده استفاده نشود .
تا مدتی قبل دوربین ها و سنسورهای استفاده شده معمولا بصورت سفارشی ومخصوص ساخته می شدند تا بتوانند برا ی منظورخاصی مورد استفاده قرار گیرند همچنین فرایند ساخت مدارهای مجتمع بسیار بزرگ آنقدر پیشرفت نکرده بود تا سنسورهای حالت جامد با رزولوشن بالا ساخته شود .
استفاده از سنسورهای ذکر شده مستلزم این بود که نرم افزار ویژه ای برای آن ته

یه شود و معمولا این نرم افزارها نیز نیاز به کامپیوتر هایی با توان پردازش بالا داشتند. علاوه بر همه این مطالب مهندسین مجبور بودند که آموزشهای لازم را پس از فراغت از تحصیل فرا گیرند . زیرا درس ماشین بینایی در سطح آموزشهای متداول مهندسی در دانشگاهها وبه شکل کلاسیک ارائه نمی شد .
تکنولوژی ماشین بینایی در دهه آینده تاثیر مهمی بر تمامی کارهای صنعتی خواهد گذاشت که دلیل آن پیشرفتهای تکنولوژی اخیر در زمینه های مرتبط با ماشین بینایی است واین پیشرفتها در حدی است که استفاده از این تکنولوژی هم اکنون حیاتی می باشد .

۲-۱-بینایی واتوماسیون کارخانه
وظایف اساسی که می تواند توسط سیستمهای ماشین بینایی انجام گیرد شامل سه دسته اصلی است.
۱- کنترل
۲- بازرسی
۳- ورود داده

کنترل در ساده ترین شکل آن مرتبط با تعیین موقعیت و ایجاد دستورات مناسب می باشد تا یک مکانیزم را تحریک نموده ویا عمل خاصی صورت گیرد . هدایت نقاله های هدایت شونده خود کار (AGVS) در عملیات انتقال مواد در یک کارخانه هدایت مشعل جوشکاری در امتداد یک شمایر یا لبه یا انتخاب یک سطح بخصوص برای انجام عملیات رنگ پاشی توسط ربات ، مثلهایی از بکار گیری ، ماشین بینایی در کنترل می باشند . کاربردهای ماشین بینایی در بازرسی مرتبط با

تعیین برخی پارامترها می باشد . ابعاد مکانیکی وهمچنین شکل آن ، کیفیت سطوح ، تعداد سوراخها در یک قطعه ، وجود یاعدم وجود یک ویژگی یا یک قطعه در محل خاصی از جمله پارامترهایی هستند که توسط ماشین بینایی ممکن است ، بازرسی می شوند عمل اندازه گیری توسط ماشین بینایی کم و بیش مشابه بکار‌گیری روشهای سنتی استفاده از قیدها و سنجه های مخصوص و مقایسه ابعاد می باشد . سایر عملیات بازرسی بجز موارد اندازه گیری شامل مواردی چون کنترل وجود بر چسب بر روی محصول بررسی رنگ قطعه ، وجود مواد خارجی در محصولات غذایی نیز با تکنیکهای خاصی انجام می گیرد . کار بازرسی ممکن است حتی شامل مشخص نمودن خواص یا ویژگیهایی الکتریکی یک محصول گردد . با مشاهده خروجی اندازه گیرهای الکتریکی می توان صحت عملکرد محصولات الکتریکی را بازرسی نمود . هر چند که در چنین مواردی چنانچه سیستم بینایی کار دیگری بجز مورد ذکر شده انجام ندهد معمولا روش ساده تر و مقرون به صرفه ترین بدین صورت خواهد بود که کار بازرسی فوق توسط یک ریز پردازنده و ابزارهای مربوط انجام گیرد .
اطلاعات مربوط به کیفیت محصول ویا مواد وهمچنین تعقیب فرایند تولید را می توان توسط ماشی

ن بینایی گرفته ودر بانک اطلاعاتی سیستم تولید کامپیوتری جامع بطور خود کار وارد نمود . این روش ورود اطلاعات بسیار دقیق و قابل اعتماد است که دلیل آن حذف نیروی انسانی از چرخه مزبور می باشد . علاوه بر این ورود اطلاعات بسیار مقرون به صرفه خواهد بود چرا که اطلاعات بلافاصله پس از بازرسی وبه عنوان بخشی از آن جمع آوری و منتقل می شوند .
میزان پیچیدگی سیستم های بینایی متفاوت می باشد این سیستم ها ممکن است منحصر به

یک سیستم بارکدینگ معمولی که برای مشخص نمودن محصول جهت کنترل موجودی بکار می رود تشکیل شده باشد یا ممکن است متشکل از یک سیستم بینایی صنعتی کامل برای اهدافی چون کنترل کیفیت محصول باشد .

۳-۱ سرعت واکنش
زمان مورد نیاز برای تصمیم گیری توسط ماشین بینایی بستگی به اندازه ماتریس تصویر یا زمان پردازش لازم در کارت تصویر گیر و نوع دوربین دارد . دوربیهایی نوع لاچکی که با استاندارد Rs-170 کار می کنند تعداد ۳۰ تصویر در ثانیه تولید می کنند که این تصاویر بر روی مونیتورهای موجود در بازار قابل نمایش هستند . چنانچه از استاندارد Rs-170 استفاده نشود می توان تعداد تصاویر در ثانیه را پنج تا ده برابر افزایش داد . دوربینهای حالت جامد می توانند در زمان بسیار کوتاه معادل ( میکرو ثانیه تصویر گیری کنند زمان لازم جهت خواندن سیگنال تصویر از سنسور دوربین بستگی به اندازه ماتریس سنسور سرعت پردازش و پهنای باند سیستم دارد. با استفاده از تکنیکهای پردازش موازی می توان زمان پردازش را متناسب با تعداد پردازشگرهای موازی کاهش داد .
زمان واکنش سیستم بینایی انسان در حدود ۶% ثانیه یا ۱۶/۱ ثانیه می باشد این موضوع توسط این حقیقت تائید می شود که وقتی تصاویر ، با سرعت ۳۰ عدد در ثانیه یک صحنه متحرک را نشان می دهند چشم انسان قادر به تشخیص انقطاع بین تصاویر نیست .
سیستم های ماشین بینایی مورد استفاده در صنعت که برای کنترل بر چسب روی بطریها بکار می رود می توانند با سرعتی معادل ۹۰۰ بطری در دقیقه یا در صورت یک بطری در ۷% ثانیه کار کنند . البته می توان با گرفتن تصاویری که بیش از یک بطری را در بر می گیرد سرعت کنترل را بیش از این نیز افزایش داد . سرعت چشم انسان برای انجام کار مشابه حداکثر ۶۰ بطری در دقیقه می باشد که این سرعت در اثر خستگی و شرایط نامساعد محیطی کاهش نیز می یابد .
بطور خلاصه تصویر گیری توسط ماشین بینایی تقریبا ۱۰ برابر سرعت بینایی انسان می باشد این نسبت با پیشرفت تکنولوژی در علوم الکترونیک رو به افزایش می باشد در حالیکه سرعت چشم انسان مقدار مشخصی است سرعت انجام فرایند کامل توسط ماشین بینایی در حدود ۱۵ برابر چشم انسان می باشد .

۴-۱ واکنش طیف موج
چشم انسان فقط در مقابل نور قابل رویت که طیف محدودی است می تواند اشیاء را ببیند

. دامن دید از طول موج بنفش در ۳۹۰ میکرون تا طول موج قرمز در ۷۹۰ میلی میکرون می باشد
واکنش سیستم ماشین بینایی در مقایسه با چشم انسان بسیار وسیع تر بوده و دامنه از پرتو گاما و X در منطقه طول موج کوتاه شروع شده وتا طول موج مادون قرمز در قسمت طول موجهای طویلی ختم می شود .
توانایی چشم انسان در تشخیص رنگها و پیچیده بوده ودر هنگام تشخیص رنگ مولفه های

آن بطور مجزا در نظر گرفته نمی شوند . در عوض میانگین ، انرژی در طول موجهای مختلف مورد استفاده قرار گرفته ورنگ دیده شده یکی از طول موجهای مابین آنها می باشد .
ماشین بینایی برای شناسایی رنگها نیازمند سه دسته اطلاعات است که همان مولفه های رنگ یعنی طول موجهای قرمز یا سبز و آبی می باشد ایجاد رنگ بر روی مانیتور نیز با تحریک هر یک از مولفه ها به مقدار معین بوده بطوریکه نهایتا رنگ مورد نظر ایجاد شود .
ذخیره سازی تصاویر رنگی به حافظه ای معادل سه برابر تصاویر غیر رنگی نیاز دارد .
همچنین حجم پردازش تصاویر رنگی که حاوی اجزاء B,G,R می باشند در مقایسه با تصاویر یک رنگ بیشتر می باشد .
بطور خلاصه طیف طول موج قابل رویت توسط ماشین بینایی بسیاروسیعتر از طیف قابل رویت توسط چشم انسان می باشد همچنین امکان تلفیق و استفاده از طول موجهای مختلف یک تصویر توسط ماشین بینایی وجود دارد یکنواختی و دقت ماشین بینایی در مورد تصاویر رنگی بیش از چشم انسان می باشد .

۵-۱مقایسه بینایی انسان و ماشین بینایی

ماشین انسان
محدود به تنظیمات اولیه ،نیازمند داده های عددی بسیار تطبیق پذیر وانعطاف پذیر در مقابل نوع کار و ورود اطلاعات انعطاف پذیری
قادر به اندازه گیری ابعادی می باشد مثال : طول یک قطعه برحسب تعداد پیکسل قادر به تخمین نسبتا دقیق موارد توصیفی مثل : تشخیص میوه بد از روی رنگ و شکل آن توانایی
اندازه گیری مقدار هر یک از R,B بیان توصیفی از رنگ رنگ
حساس به فرکانس و سطح روشنایی
قابلیت تطبیق ، باشرایط نوری ،خواص فیزیکی حالت

 

 

ماشین انسان
حساس به خواص فیزیکی سطح جسم ، قابلیت بیان سطح خاکستری به صورت عددی دقیق و مشخص ،براحتی قادر به تشخیص ۲۵۶ سطح خاکستری می باشد سطح اجسام و فاصله تا جسم ، محدودیت در توانایی تشخیص مقدار سطوح خاکستری بستگی به بیننده دارد و ممکن است در یک زمان متفاوت از زمان دیگر باشد مقدار سطوح خاکستری قابل تشخیص بین ۷ تا ۱۰ می باشد حساسیت
بسیار بالا که البته بستگی به پردازشگر مورد استفاده و پهنای بانددارد سرعت واکنش در حدود ثانیه بوده وسرعتهای بالاتر نیز از نظر تکنیکی قابل دسترسی است. سرعت واکنش کند و حداکثر در حدود ۱۰/۱ثانیه می باشد واکنش
صحنه های دو بعدی براحتی قابل تشخیص می باشد ودر صحنه های سه بعدی براحتی مقدور نیست و نیازمند به ۲ دوربین بوده وسرعت نیز کم است . صحنه های سه بعدی براحتی قابل درک می باشد دو و سه بعدی
اطلاعات اخذ شده بطور خودکار و مداوم وارد بانک اطلاعاتی می شود ، انتقال ورود و اطلاعات دقیق و کم هزینه می باشد. اطلاعات اخذ شده می بایستی بطور دستی انتقال داده شود هزینه انتقال و ورود اطلاعات زیاد بوده و میزان خطا زیاد می باشد . خروج داده ها

می تواند به هر دو صورت خطی و لگاریتمی دریافت کند .
محدوده طیف از طول موجهای پائین پرتو تا طول موجهای بالای مادون قرمز می باشد . براساس مقیاس لگاریتمی است و متاثر از رنگ زمینه می باشد
محدود به طیف قابل رویت از ۳۰۰ تا ۷۰۰میلی میکرون دریافت داده ها

طول موج

 

۶-۱ سیستم بینایی چیست ؟
۱-۶-۱ کلیات سیستم
یک سیستم ماشین بینایی شامل تمام اجزاء لازم بمنظور تهیه ، تعریف دیجیتالی یک تصویر تغییر واصلاح داده ها وارائه نمایش داده های تصویری دیجیتالی به دنیای بیرون می باشد چنین سیستمی چنانچه در یک محیط صنعتی بکار گرفته شود ، ممکن است به دلیل اینکه متصل به سایر تجهیزات خط تولید می باشد بسیار پیچیده بنظر می رسد ولی اگر چنانچه با توجه به نقش و وظیفه سیستم بینایی اجزاء اصلی تشکیل دهنده آن بیان شوند ، مشخص خواهد شد که پیچیدگی زیادی در سیستم وجود ندارد اجزاء اصلی سیستم شامل سه قسمت اصلی است :
۱- قسمت تصویر برداری
۲- پردازش
۳- نمایش یا وسایل خروجی اطلاعات
۲-۶-۱ تصویر گیری
تصویر گیری در ماشین بینایی یعنی تبدیل اطلاعات تصویری یک شئی فیزیکی و خواص ظاهری آن بصورت داده های عددی است بگونه ای که این تصویر می تواند از توسط پردازشگر پردازش شود تصویر گیری ممکن است شامل چهار فرایند زیر باشد :
۱- نور پردازی
۲- تشکیل تصویر یا متمرکز کردن آن
۳- تبدیل تصویر به سیگنالهای الکتریکی
۴- قالب بندی کردن سیگنال خروجی تصویر
۳-۶-۱ نور پردازی
نور پردازی یک عامل کلیدی وتاثیر گذ ار بر روی کیفیت تصویر تشکیل شده است که به عنوان ورودی ماشین بینایی مورد استفاده قرار می گیرد ممکن است تا ۳۰ درصد حجم کار و تلاش طراحی اجزاء یک سیستم ماشین بینایی را بخود اختصاص دهد .
بسیاری از سیستم های ماشین بینایی که در گذشته در صنعت بکار رفته اند از نور قابل رویت استفاده کرده اند که علت آن از یک طرف در دسترس بودن آن واز طرف دیگر خود کار نمودن عمل بازرسی که قبلا توسط کارگر انجام می شده است می باشد بازرسی توسط کارگر براساس توانایی چشم ودر محدوده طول موج نور قابل رویت می باشد چهار نوع لامپ از لامپهایی که نور قابل رویت تولید می کنند واغلب در صنعت استفاده شده اند عبارتند از : لامپهای التهابی فلورسنت بخار جیوه وبخار سدیم استفاده از نور غیر قابل رویت شبیه اشعه ایکس ماوراء بنفش و مادون قرمز بدلیل نیاز به انجام بررسی های ویژه که توسط نور قابل رویت انجام پذیر نیست ، روبه افزایش است روشهای نور پردازی جهت کار بردهای صنعتی ماشین بینایی شامل چهار دسته زیر است :
۱- نور پردازی از پشت
۲- نور پردازی از مقابل

۳- نور پردازی دارای ساختار
۴- نور پردازی لحظه ای
نور پیرامون محیط کار که منابعی بجز منبع اصلی نور پردازی سیستم ماشین بینایی بر مجموع میزان نور تابیده شده برجسم اثر گذاشته وبطور کلی بصورت نویز در داده های تصویری ظاهر می شود .
برای کم کردن تاثیر نور پیرامونی می توان از پرده نوری یا دیواره های محافظ استفاده نمو

د تا از ورود آن به لنز دوربین جلوگیری شود .

۱-۳-۶-۱ نور پردازی از پشت :
وقتیکه شی مورد بررسی بین دوربین و منبع نور قرار می گیرد نور پردازی را اصطلاحا نور پردازی از پشت می گویند در این روش سایه ای از جسم تشکیل می شود و مرز جسم کاملا مشخص می باشد .

(شکل ۱-۱)

مزیت نور پردازی از پشت ایجاد تصاویر با کنتر است بالاو تفکیک آسان مرز جسم می باشد کنتر است بالاباعث کم شدن پردازش های بعدی شده همچنین از حساسیت سیستم به تغییرات نوردهی منبع نور می کاهد در مورد نور پردازی اجسامی که مسطح نیستند ممکن است لازم باشد تا با استفاده از عدسی های مناسب نور به جسم تابانده شود .
روش نور دهی از پشت برای اعمالی از قبیل تشخیص ترک ، مک و وجود اشیاء خارجی در قطعات شفاف ایده آل می باشد . تشخیص ترک الستخوان در تصاویر اشعه X واندازه گیری میزان تنش انرژی و حرارتی از یک ساختمان توسط پرتو مادون قرمز از جمله مثالهای این روش نور پردازی می باشند .
اساسا تصویر حاصل از روش نور دهی از پشت تک رنگ است با توجه به اینکه لب های تصویر بگونه ای بر روی صفحه سنسور تشکیل تصویر می دهند که ممکن است یک پیکسل کامل را پر نکنند .
بنابراین این پیکسلها دارای مقادیر حدود سطحی بین سیاه و سفید مطلق خواهند بود به عنوان مثال مقدار عددی پیکسل که ۵۰ درصد آن توسط جسم پوشیده شده است در یک

سیستم دارای ۱۶ سطح خاکستری معادل عدد ۷ خواهد بود و بطور کلی مقدار عددی هر پیکسل که نشانگر مرزهای قطعه باشد متناسب با مقدار پوشش آن خواهد بود شی نشان داده شده در صفحه بعد در قسمت مرزها ، فقط بخشی از مساحت پیکسلها را پوششی می دهد که مقادیر عددی پیکسلها یا همان سطح خاکستری بدست آمده برای پیکسلها در ماتریس تصویر نشان داده شده است شایان ذکر است که مقدار عددی پیکسلها وهمچنین مقدار کاهش یافته آن نمی تواند هیچگونه اطلاعاتی در خصوص شکل قطعه ارادئه دهد و بایستی اطلاعات مربوط به اینکه چه شکلی در مقابل دوربین قرار گرفته است با مقادیر عددی پیکسلها توام گردد.
(شکل۲-۱)

۲-۳-۶-۱نور پردازی از مقابل :
در روش نور پردازی از مقابل نور منعکس شده از سطح جسم به دوربین وارد می شود . در این روش دوربین ومنبع نور در یک طرف شئی قرار می گیرند با استفاده از این روش می توان اطلاعاتی درباره سطح جسم یا برجستگی و فرورفتگیهای آن وهمچنین ابعاد جسم بدست آورد .
بسته به زاویه دوربین می توان از تکنیکهای اندازه گیری مات ویا نور پردازی Specular استفاده نمود . (شکل ۳-۱)

۳-۳-۶-۱نور پردازی لحظه ای :
درنور پردازی لحظه ای شی و برای مدت بسیار کوتاه ولی باشدت زیاد ( ۵ تا ۵۰۰ میکروثانیه ) نور دهی می شود پالس کوتاه نور دهی ممکن است برای ایجاد یک تصویر ساکن از اجسام در حال حرکت بکار رود ویا ممکن است برای کاهش اثر نامطلوب نور محیط استفاده شود .
در فرایند های تولید معمولا قطعات بر روی نوارنقاله متحرک بوده ویا قطعه طبعا در حال حرکت می باشد .
در این نور پردازی لازم است تا دوربین و منبع نور برای ایجاد پالس کوتاه نور منکرون شوند .با توجه به اینکه لازم است تا تصویر ساکن از جسم تهیه شود ، لذا مدت پالس حائز اهمیت فراوان می باشد .

۴-۳-۶-۱نور پردازی دارای ساختار :
نور پردازی دارای ساختارعبارت است از نور دادن به شئی با پرتوهای نوری دارای الگوهای خاص یا بصورت الگوی مشبک ۱۰ از تلاقی شئی با تصویر پرتوهای نور دارای ساختار ، یک الگوی منحصر بفرد از شی حاصل می شود که این الگو بستگی به شکل واندازه های جسم دارد یک جسم سه بعدی دارای تصویری خواهد بود که طبعا وقتی در صفحه سنسور قرار می گیرد دارای دو بعد بیشتر نخواهد بود با استفاده از تکنیک نور پردازی دارای ساختار ونه تنها می توان فواصل افق

 

ی بلکه اندازه های عمودی را بر روی قطعه اندازه گیری نمود و شکل سه بعدی قطعه را مشخص کرد مشاهده می شود که خط نشان داده شده در شکل از حالت خط مستقیم خارج شده و بصورت منقطع در آمده است که علت آن وجود برآمدگی بر روی قطعه است اندازه فاصله بین قسمت مقطع وسطی با امتداد اولیه مرتبط ، با ارتفاع برآمدگی می باشد اطلاعات بیشتر تا شبیه فواصل بین اجزاء قطعه را می توان با استفاده از گونه های مختلف ساختار نور بدست آورد .(شکل ۴-۱)

۷-۱مفاهیم اولیه پردازش تصویر
۱-۷-۱ پیکسل
هر تصویر توسط یک ماتریس M ×N از مقادیرپیکسلها ( المانهای P( I,j) با مقادیر اسکالر منفی که بیانگر شدت نور تابیده شده از جسم بر سطح پیکسل واقع درموقعیت ( x,y) می باشد تعریف می شود این مطلب درشکل پائین نشان داده شده است در این شکل ارتباط بین المان تصویر و پیکسلهای ماتریس نشان داده شده است مبدا مختصات استفاده شده برای تصویر ماتریس با یکدیگر فرق دارند مبدا مختصات تصویر درگوشه چپ پائین قرار دارد در حالیکه مبدا مختصات پیکسلها در گوشه چپ بالای ماتریس قرار دارد .(شکل ۵-۱)

برخی از سیستم هابجای نقطه شروع (۱و۱) از نقطه (۰و۰) استفاده می کنند . تمامی ماتریسهای استفاده شده در این مبحث بصورت ربعی M ×Nخواهند بود ولی در عمل مقادیر M ×N ممکن است متفاوت باشند .
(شکل ۶-۱)

مقدار عددی پیکسل عبارت از میانگین شدت نور تابیده شده برسطح پیکسل می باشد مقدار هر پیکسل P(I,j) بین ۰ و ۱ می باشد .

۲-۷-۱ پنجره
یک بخش یا ناحیه از تصویر از یک پنجره گویند پنجره توسط مختصات نقاط چهارگوش

ه آن بیان می شود .

(شکل ۷-۱ )

۳-۷-۱ مکان پیکسل
یک پیکسل متعلق به ماتریس M ×N در ساده ترین شکل توسط مختصاتش بیان می شود پیکسل واقع در مکان n,m از یک ماتریس دارای مقدار عددی می باشد که این مقدار بیانگر مقدار نور تابیده شده از بخشی ازسطح به پیکسل مربوطه می‌باشد .
به عنوان مثال تصویری را در نظر بگیرید که در قسمت با روی آن هیچگونه لوزی وجود ندارد ( سیاه کامل ) وقسمت پائین آن بسیار روشن می باشد ( سفید کامل ) واین تصویر دارای ابعاد ۱۰×۱۰ می باشد اگر از یک سیستم دو روئی برای نشان دادن تصویر استفاده شود آنگاه ناحیه ای که در آن هیچ نوری وجود ندارد توسط عدد صفر و قسمت روشن با مقدار یک مشخص خواهد شد و شکل پائین چنانچه از یک ماتریس ۴×۵ یعنی دارای ۵ ردیف و ۴ ستون از پیکسلها استفاده شود هر المان ۲× ۵/۲ ( پهنا در ارتفاع ) اینچی از تصویر توسط یک پیکسل بیان خواهد شد که مقدار آن بستگی به میانگین نور تابیده شده برسطح آن دارد .
(شکل ۸-۱)

سطح ۲×۵/۲ اینچی واقع در گوشه بالای سمت چپ که با موقعیت ( ۱و۱) در ماتریس ۴×۵ المانی مشخص می شود با مقدار صفر بیان می شود که معنی آن این است که هیچگونه نوری از این قسمت دریافت نشده است سطح ۲×۵/۲ اینچی واقع در گوشه پایین سمت راست تصویر یعنی المان واقع در ستون چهارم و ردیف پنجم ( مختصات (۴×۵)) با مقدار یک یعنی حداکثر دریافت نور بیان می شود .
بایستی توجه داشت که چنانچه از یک سیستم که دارای ۱۶ سطح خاکستری است استفاده می شد آنگاه مقدار پیکسل ( ۱و۱) برابر صفحه ومقدار پیکسل ( ۴و ۵) برابر ۱۶ سی بود .
مشاهده می شود که هیچگونه اطلاعاتی در مورد مقادیر میانی سطوح وجود ندارد و طراح سیستم بایستی یک حد آستانه را مشخص نماید تا مقادیر زیر حد آستانه
توسط عدد صفحه ومقادیر بالای حد آستانه توسط یک عدد بیان شوند .
در مثال ذکر شده شکل المانها تصویر مستطیلی در نظر گرفته شدند ولی بسته به نوع سنسور ممکن است المانها بصورت مستطیلی یا دایره ای در نظر گرفته شوند در مورد دوربینهای لابی با سطح سنسور دایره ای ممکن است المانها قدری همپوشانی داشته باشند . (شکل ۹-۱)

در هنگام استفاده از المانها مدور مجزا ( بدون همپوشانی ) نور انعکاسی از سطح تصویر که در پیرامون دوایر قرار می گیرند اندازه گیری نمی شود در حالیکه وقتی از المانهای با همپوشانی استفاده می شود بخشهایی از تصویر دوبار اندازه گیری می شود بایستی توجه دا

شت نمی توان هیچگونه اطلاعاتی در مورد شکل سطحی از تصویر که توسط یک پیکسل نمایش داده می شود بدست آورد وهمچنین نمی‌توان از مقدار یک پیکسل اطلاعاتی درباره توزیع نور بر سطح آن پیکسل بدست آورد .

۴-۷-۱سطح خاکستری
برای اینکه بتوان مقادیر میانی بین روشن وتاریک کامل را بیان نمود واطلاعات تصویری کاملتری بدست آورد لازم است تا تعداد بیتهایی که مقدار پیکسل را نشان می دهند افزایش داد به عنوان نمونه ، چنانچه قرار باشد شدت نور پردازی را با چهار شدت مختلف بیان نمود لازم است تا از دو بیت دودوئی استفاده نمود بهمین ترتیب برای ۱۶ سطح نیاز به ۴ بیت و برای ۲۵۶ سطح نیاز به ۸ بیت می باشد تعداد مجموع سطوح خاکستری معمولا بصورت توانی از عدد ۲ می باشد کمترین مقدار پیکسل یعنی صفر برای سیاه کامل بکار می رود و مقدار یک یا عددی برابر یکی کمتر از تعداد سطوح خاکستری سیستم برای سفید کامل استفاده می شود مثلا عدد ۱۵ برای بیان سفید کامل در یک سیستم سطحی بکار می رود مقادیر پیکسلها همواره مقادیر صحیح می باشند .
سطح خاکستری دامنه مقدار خاکستری
۲۱ ۲ مقدار ۰ و ۱
۲۳ ۸ مقدار از ۰ تا ۷
۲۴ ۱۶ مقدار از ۰ تا ۱۵
۲۵ ۲۵۶ مقدار از ۰ تا ۲۵۵
سیستم های اولیه ماشین بینایی فقط دو دویی بودند به همین دلیل سنسورهای استفاده شده بسیار ساده بودند . علاوه بر آن جمع آوری داده ها ، پردازش وذخیره سازی تصویر ساده تر بود .
اغلب ریز پردازنده های امروزی حداقل ۸ بیتی هستند لذا سیستم های ۱۶ و ۶۴ و ۲۵۶ سطح خاکستری ، متداول می باشند . استفاده از سیستم هایی با سطوح بیشتر از ۲۵۶ چندان سفید نبوده و برای اکثر کاربردهای صنعتی فعلی سیستم های با ۲۵۶ سطح کفایت می کنند . سیستم های ۶۴ و ۲۵۶ سطحی تعداد سطوح بیشتری از آنچه توسط چشم انسان قابل تشخیص است را فراهم می کنند چشم انسان قادر است درهنگام مقایسه بین رنگهای مختلف خاکستری تا ۴۰ سطح مختلف بین سفید و سیاه کامل را تشخیص دهد ولی بطور مطلق قادر به مشخص نمودن ۱۰ تا ۱۵ سطح بیشتر نیست . قدرت تمایز یک سیستم ۱۶ سطحی قادر کمتر از چشم انسان می باشد در حالیکه سیستم های ۶۴ و ۲۵۶ سطحی قدرت تمایز بیشتری از چشم انسان دارند .
اگر چه سیستم بینایی استفاده شده در یک کاربرد خاص ممکن است دارای ۲۵۶ سطح باشد ولی بنا به دلایلی ممکن است لازم باشد تا تعداد سطوح متفاوت استفاده شود برای دستیابی به دقت باتلرانس مورد نیاز از تکنیکهای اعشار پیکسل با دقت ۹/۱ ، ۱۳/۱ یا ۲۰/۱ پیکسل ممکن است استفاده شود در این صورت سیستمی با سطوح ۹ ، ۱۳ یا ۲۰ بکار گرفته می شود

.
تعداد سطوح خاکستری با و اضح تر جلوه دادن بعضی از ویژگیهای تصویر یا با حذف برخی از جزئیات بر روی کیفیت تصویر تاثیر می گذارند . در حالت کلی افزایش تعداد سطوح خاکستری باعث بهبود کیفیت تصویر شده واین امکان را بوجود می آورد تا بتوان بخشهای خاصی از تصویر را بهبود داد تصویر گیری بصورت تصاویر دو دویی نیازمند حافظه کمتری می باشد .
اما امکان استفاده از تکنیکهای بسط سطوح خاکستری در هنگام پردازش تصویر را محدود می کند افزایش تعداد پیکسلهای تصویر از مقادیر کم شبیه ۳۲×۳۲ به ۲۵۰×۲۵۰ از روزلوشن سیستم را افزایش می دهد وتصویر حاوی جزئیات بیشتری خواهد داد . افزایش روزلوشن متفاوت

از بزرگ کردن تصویر توسط عدسی می‌باشد . با بزرگ کردن تصویر توسط عدسی فقط اندازه پیکسل افزایش می یابد .
سیستم های دارای سطوح بیشتر از ۲ اولا این امکان را فراهم می کنند تا سطوح متفاوت شدت نور تابیده شده را تفکیک نموده ثانیا امکان بهره گیری از تکنیک اعشار پیکسل را فراهم آورده که می تواند در اندازه گیری دقیق ابعاد اجسام از آن بهره جست . (شکل۱۰-۱)

(aشی برروی میزنور
(bنمای شئی از بالا
(cداد های تصویری متناظر نقاط سیاه با صفر و نقاط سفید با ۱۵نشان داده شده است .

در یک تحلیل سلول به سلول مشاهده می شود که سطح نشان داده شده توسط پیکسل ( ۴و۲) یک سطح تاریک بوده ولذا مقدار پیکسل بر۱ و صفر خواهد بود . در حالیکه فقط صف سطح پیکسل ( ۲و۲) توسط جسم پوشانده شده است از اینرو میانگین نور دریافت شده برابر ۲ ( ۱۵+۰) یا ۵/۷ خواهد بود تمامی سطوح کناری روشن بوده لذ ا مقادیر پیکسلهای مربوطه برابر ۱۵ خواهد بود .
با توجه به اینکه مقادیر پیکسلها بایستی اعداد صحیح باشد عدد ۵/۷ بایستی تبدیل به یک عدد صحیح گردد در هر سیستمی بایستی نحوه تبدیل اعداد اعشاری به اعداد صحیح مشخص باشد به عنوان مثال یک قانون کلی می تواند این باشد که از روش گرد کردن ریاضی استفاده شود یعنی اعداد اعشاری با جز صحیح کوچکتر گرد شوند از اینرو مقدار ۵/۷ در مثال فوق بایستی به عدد ۸ گرد شود یا اگر مقدار پیکسل ۶/۶ باشد به عدد ۷ گرد خواهد شد انتخاب حد آستانه برای گرد کردن مهم بوده و بر روی تلرانس اثر می گذارد لذا اطلاع از این مقدار نیز مهم می باشد .
۸-۱ هیستو گرام
به نموداری که تعداد تکرار سطوح مختلف خاکستری در یک تصویر را نشان دهد هیستو گرام گویند . در این نمودار محور x ها را نشان دهنده هر یک ازسطوح خاکستری و محور y ها تعداد پیکسلهای متناظره با سطوح خاکستری مختلف می باشند .

هیستو گرام بدین گونه ساخته می شود که :

۱- داده های تصویری بصورت دیجیتال در آورده شود .
۲- تعداد پیکسلها در هر یک از سطوح خاکستری شمرده می شوند .
۳- نمودار تعداد تکرار پیکسلها در هر یک از سطوح خاکستری ترسیم می گردد .
نمودار می تواند بصورت میله ای باشد که ارتفاع هر یک از میله ها بیانگر تعداد پیکسل در آن ۳۲ سطح خاکستری خاص می باشد مقدار هیستو گرام در یک مقدار مشخص از پیکسل بیانگر احتمال وضوح آن سطح خاکستری در هر یک از المانهای تصویر می باشد از این گراف هیچ اطلا

عی در خصوص مکان پیکسلها نمی توان بدست آورد احتمال اینکه یک پیکسل در مکانی مثل ( x,y) دارای مقداری مثل b باشد از شکل ( ۱-۳) می تواند بدست آید که این مقدار عبارت است از :
مقدار b = P(b) در نقطه (y,x) از تصویر
مجموع تعداد پیکسل ها

اگر b=6 فرض شود با توجه به شکل صفحه قبل مقدار هیستو گرام به ازای سطح خاکستری ۶ برابر ۷ می باشد لذا :
شکل هیستو گرام اطلاعاتی را درباره خواص تصویر فراهم می کند به عنوان مثال ، یک هیستو گرام باریک ( در امتداد محور x ها ) نشان دهنده این واقعیت است که کمتر است تصویر کم می باشد یا یک مقدار پیکسل مشخص می تواند نشان دهنده یک خاصیت منحصر بود از یک جزء تصویری مثل یک سوراخ باشد هیستو گرام می تواند در مواردی از قبیل بدست آوردن مقدار حد آستانه ۶ که برای تبدیل تصاویر سطح خاکستری به تصاویر دو دویی لازم است یا در تصحیح بخشی از طیف سطوح خاکستری سفیدباشد .

۱-۸-۱ ایجاد هیستو گرام
هیستو گرام یک تصویر می تواند طبق زیر وهمانگونه که در شکلهای زیر نشان داده شده است ایجاد گردد . (شکل۱۱-۱)

تعداد مجموع پیکسلهای تشکیل دهنده تصویر مشخص گردد این تعداد بستگی به تعداد المانها دارد . در مثال ذکر شده ماتریس با ابعاد M ×N استفاده شده است اگر ۱۰ = N=M باشد تعداد مجموع پیکسلها برابر ۱۰۰ = ۱۰×۱۰ خواهد بود .
۱-لازم به ذکر است که M الزاما برابر N نیست و مقادیر آن بستگی به دوربین استفاده شد ه سرعت نمونه گیری در فرایند تبدیل سنگنال آنالوگ به دیجیتال و گنجایش حافظه سیستم دارد
هر چه مقادیر N,M بیشتر باشد دقت و زیر سنجی سیستم افزایش می یابد ولی لازم است تا محاسبات بیشتری انجام گیرد و زمان واکنش نیز افزایش می یابد .
۱- داده های تصویری بصورت ماتریسی در آ‎ورده شود در مثال از یک ماتریس ۵×۵ یعنی مجموعا ۲۵ مقدار استفاده شده است .
۲- داده های تصویری بصورت جدول در آورده شده است یعنی به ازای هر سطح خاکستری چه تعداد پیکسل دارای آن مقدار می باشد به عنوان مثال ۶ پیکسل دارای مقدار صفر هستند و یک پیکسل دارای مقدار ۳ است مجموع تعداد مقادیر جدول بایستی مساوی M ×N باشد در مثالی که ذکر شد این مقدار برابر ۲۵ خواهد بود .
۳- نمودار میله ای براساس جدول تهیه شده در مرحله ۳ ترسیم گردد محور افقی ا

ز صفر شروع شده تا مقدار حداکثر یکی کمتر از تعداد سطوح خاکستری ادامه می یابد درمثال ذکر شده چون از یک سیستم ۱۶ سطحی استفاده شده حداکثر عدد افقی عدد ۱۵ خواهد بود .
بایستی توجه داشت که مقدار حداکثر پیکسل ها عامل تعیین کننده ای نیست هیستو گرام حاصل دارای میله هایی با ارتفاع های مختلف به ازای مقادیر از ۰ تا ۱۵ خواهد بود .

۹-۱سیستم های رنگی CMYB , RGB

در سیستم های رنگی هر یک از پیکسل ها دارای ۳ یا ۴ مقدار مرتبط با آن پیکسل می باشند بعنوان مثال ، در سیستم سنتی قرمز ، سبز ، آبی ( RGB) برای هر پیکسل سه مقدار وجود دارد که هریک از این مقادیر مرتبط با یکی از اجزاء اصلی رنگ می باشد از ترکیب سه مولفه رنگ میتوان رنگهای گوناگون را ایجاد نمود در صنعت چاپ معمولا از سیستم چهار رنگی CMYB استفاده می شود زیرا بیننده نور انعکاسی را مشاهده می کند که یک فرایند تفریحی است .
همچنین میتوان از دیاگرام کروماتوگرافی CIE در جهت متضاد استفاده کرد بدین معنی که بر روی نمودار یک نقطه که همان رنگ مورد نظر است انتخاب می شود مختصات نقطه انتخاب شده نشان دهنده مقادیر اجزاء رنگ هستند بایستی استفاده شوند هر یک از مولفه های رنگ دارای ۱۶ یا ۲۵۶ سطوح مختلف می باشند .
سیستم سه رنگی قرمز ، سبز ، آبی در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد و سیستم چهار رنگی (CMYB)مورد استفاده در صنعت چاپ از این جهت باهم تفاوت دارند که سیستم سه رنگی یک سیستم اصطلاحا افزودنی است در حالیکه سیستم ۴ رنگی اصطلاحا یک سیستم کاهشی می باشند . اگر پرتوهای نورانی سه رنگ RGB بر روی یک صفحه سفید که در یک اتاق تاریک تابا نده شودوقتی هر سه دسته نور برروی هم قرار گیرند رمگ سفید حاصل خواهد شدووقتی که پرتو نوری وجود نداشته باشد, کا ملا تاریک خواهد شد .رنگ سفید تشکیل شده حاصل جمع سه مولفه رنگ می باشد.
در سیستمCMYB نور سفید مرکب از تما می مولفه ها می باشدو برای آنکه بتوان یک رنگ خاص را ایجاد کرد لازم است تا از فیلتر مناسب که در بین نور وصفحه شفات قرار می گیرد استفاده شود تا با حذف یکی از رنگها رنگ مورد نظر تشکیل شود .فرایند فوق یک فرایند کاستنی است.

فصل دوم

میکروکنترلر ۸۰۵۱
۱-۲ مقدمه
با وجود اینکه بیش از بست سال از تولد ریز پردازنده نمی گذرد،تصور وسایل الکترونیکی و اسباب بازیهای امروزی بدون آن کار مشکلی است.در ۱۹۷۱ شریک انیتل،۸۰۸۰ را به عنوان اولین ریز پردازنده موفق عرضه کرد.مدت کوتاهی پس از آن،موتور ولا،RCA و سپس Mostechnology‌و Zilog انواع مشابهی را به ترتیب به نامهای ۶۸۰۰،۱۸۰۱،۶۵۰۲،Z80 عرضه کردند.گرچه این مدارهای مجتمع (IC) به خودی خود فایده چندانی نداشتند اما به عنوان بخشی از یک کامپیوتر تک بورد(SBC) به جزء مرکزی فرآورده های مفیدی برای آموزش طراحی با ریز پردازنده ها تبدیل شدند.تز تیم SBC ها که به سرعت به آزمایشگاههای طراحی در کالج،دانشگاهها و شرکت های الکترونیک راه پیدا کردند می توان برای نمونه از D2 موتورولا،KIM-1 ساخت Mos technology و SDK-85‌ متعلق به شرکت انتیل نام برد.
میکروکنترلر قطعه ای شبیه به ریز پردازنده است.در ۱۹۷۶ انتیل ۸۷۴۸ را به عنوان اولی

ن قطعه خانواده میکروکنترلرهای MCS-48TM معرفی کرد.۸۷۴۸ با ۱۷۰۰۰ ترانزیستور،در یک مدار مجتمع،شامل یک cpu، ۱کیلوبایت EPROM، ۶۴ بایت RAM‌، ۲۷ پایه I/O و یک تایمر ۸ بیتی بود.این IC‌ و دیگر اعضای MCS-48TM که پس از آن آمدند خیلی زود به یک استاندارد صنعتی در کابردهای کنترل گرا تبدیل شدند.جایگزین کردن اجزاء‌الکترومکانیکی در فرآورده های مثل ماشین های لباسشویی و چراغ های راهنمایی از ابتدا کار،یک کاربرد مورد توجه برای این میکروکنترلرها بودند و همین طور باقی ماندند.دیگر فرآورده هایی که در آنها می توان میکروکنترلر را یافت عبارتند از اتومبیل ها،تجهیزات صنعتی،وسایل سرگرمی و ابزارهای جانبی کامپیوتر (افرادی که یک I

BM PC دارند کافی است به داخل صفحه کلید نگاه کنند تا مثالی از یک میکروکنترلر را در یک طراحی با کمترین اجزاء ممکن ببینند)
توان ابعاد و پیچیدگی میکروکنترلر با اعلام ساخت ۸۰۵۱،یعنی اولین عضو خانواده میکروکنترلرهای MCS-51TM در ۱۹۸۰ توسط انیتل پیشرفت چشمگیری کرد.در مقایسه ۸۰۴۸ این قطعه شامل بیش از ۶۰۰۰۰ ترانزیستور،K4 بایت ROM، ۱۲۸ بایت RAM، ۳۲ خط I/O یک درگاه سریال و دو تایمر ۱۶ بیتی است.که از لحاظ مدارات داخلی برای یک TC بسیار قابل ملاحظه است.امروزه انواع گوناگونی از این IC وجود دارند که به صورت بخاری این مشخصات را دو برابر کرده اند.شرکت زیمنس که دومین تولید کننده قطعات MCS-51TM است SAB80515 را به عنوان یک ۸۰۱۵ توسعه یافت در یک بسته ۸۶‌پایه با شش درگاه I/O 8 بیتی،۱۳ منبع وقفه و یک مبدل آنالوگ به دیجیتال با ۸ کانال ورودی عرضه کرده است.خانواده ۸۰۵۱ به عنوان یکی از جامعترین و قدرتمندترین میکروکنترلرهای ۸ بیتی شناخته شده و جایگاهش را به عنوان یک میکروکنترلر مهم برای سال های آینده یافته است.
یک سیستم کامپیوتری شامل یک واحد پردازش مرکزی (CPU) است که از طریق گذرگاه آدرس،گذرگاه داده و گذرگاه کنترل به حافظه‌قابل دستیابی تصادفی (RAM) و حافظه فقط خواندی (ROM) متصل می باشد.مدارهای واسطه گذرگاه های سیستم را به وسایل جانبی متصل می کنند.

(شکل۱ –۲)

۲-۲واحد پردازش مرکزی

CPU‌،به عنوان «مغز» سیستم کامپیوتری،تمامی فعالیت های سیستم را اداره کرده و همه عملیات روی داده را انجام می دهد.اندیشه اسرار آمیز بودن CPU در اغلب موارد ناردست است زیرا این تراشه فقط مجموعه ای از مدارهیا منطقی است که بطور مداوم دو عمل انجام می دهند:واکنشی دستورالعمل ها و اجرای آنها،CPU‌توانایی درک و اجرای دستورالعمل های را براساس مجموعه ای از کدهای دورویی دارد که هریک از این کدها نشان دهنده یک عمل ساده است.این دستورالعمل ها معمولاً حسابی (جمع،تفریق،ضرب و تقسیم)،منطقی (AND،OR،NOT و غیره)انتقال داده یا عملیات انشعاب هستند و یا مجموعه ای از کدهایی دروریی با نام مجموعه دستورالعمل ها نشان داده می شوند.

۳-۲حافظه نیمه رسانا:RAM‌ وROM

برنامه ها و داده ها در حافظه ذخیره می شوند.حافظه های کامپیوتر بسیار مشوعند و اجزای همراه آنها بسیار و تکنولوژی بطور دائم و پی در پی موانع را برطرف می کند.بگونه ای که اطلاع از جدیدترین پیشرفت ها نیاز به مطالعه جامع و مداوم دارد.حافظه هایی که به طور مستقیم توسط CPU قابل دستیابی می باشند،IC‌ های (مدار مجتمع)نیمه رسانایی هستند که RAM‌و ROM نامیده می شوند.دو ویژگی RAM و ROMرا از هم متمایز سازد:اول آنکه RAM حافظه خواندنی /نوشتنی است‌.در حالیکه ROM حافظه خواندنی است و دوم آنکه RAM فرّار است(یعنی محتویات آن هنگام عبور ولتاژ تغذیه می شود)در حالی که ROM‌ غیرفرّار است.

۴-۲ابزارهای کنترل/نظارت
به کمک ابزارهای کنترل/نظارت در برخی نرم افزارها و روابط های الکترونیکی (دقیق)کامپیوترها می توانند کارهای کنترلی زیادی را بی وقفه،بدون خستگی و بسیارفراتر از توانایی انسان انجام دهند.
کاربردهایی نظیر کنترل حرارت یک ساختمان،محافظت از خانه، کنترل آسانسور،کنترل وسایل خانگی و حتی جوش دادن قطعات مختلف یک خودرو همگی با استفاده از این ابزارها امکان پذیر هستند.ابزارهای کنترل،ابزارهای خروجی یا عمل کننده هستند.آنها وقتی که با یک ولتاژ با جریان،تغذیه شوند می توانند بر جهان پیرامون خود اثر بگذارند(مثل موتورها مولدها).ابزارهای نظارت،ابزارهای ورودی یا مسگر هستند که با کمیت هایی نظیر حرارت،نور،فشار،حرکت و مانند آن،تحریک شده و آنها را به جریان یا ولتاژی که توسط CPU خوانده می شود تبدیل می کنند(مثل فتوترانزیستورها و ترمیستورها و سوئیچ ها).ولتاژ یا جریان توسط مدارهای واسطه، به یک داده دورویی تبدیل می وشد و یا برعکس و سپس نرم افزار،یک رابطه منطقی بین ورودی ها و جروجی ها برقرارمی کند.

۵-۲مقایسه ریز پردازنده ها با میکروکنترلرها

پیش از این خاطرنشان شد که ریز پردازنده ها CPU هایی تک تراشه هستند و در میکروکامپیوترها به کار می روند.پس فرق میکروکنترلرها با ریز پردازنده ها چیست؟با این سؤال از سه جنبه می توان برخورد کرد:معماری سخت افزار،کاربردهایو ویژگی های مجموعه دستورالعمل ها.

۱-۵-۲ معماری سخت افزار
در حالی که زیز پردازنده یک CPU‌ تک تراشه ای است،میکروکنترلر در یک تراشه واحد شامل یک CPU‌و بسیاری از مدرارات لازم برای یک سیستم میکروکامپیوتری کامل می باشد.اجزای داخل خط چین در شکل زیر بخش کاملی از اغلب IC های میکروکنترلر می باشند.علاوه بر CPU‌ میکروکنترلرها شامل RAM و ROM یک رابطه سریال،یک رابط سریال،یک رابط موازی،تایمر و مدارات زمانبد

ی البته مقدار RAM‌روی تراشه حتی به میزان آن در یک سیستم میکروکامپیوتری کوچک هم نمی‌رسد اما آن طور که خواهیم دید این مسأله محدودیتی ایجاد نمی کند زیرا کاربردهای میکروکنترلر بسیار متفاوت است.

(شکل ۲-۲)

یک ویژگی مهم میکروکنترلرها،سیستم وقفه موجود در داخل آنهاست.میکروکنترلرها به عنوان ابزار های کنترل گرا اغلب برای پاسخ بی درنگ به محرکهای خارجی (وقفه ها)مورد استفاده قرار می گیرند.یعنی باید در پاسخ به یک «اتفاقی» سریعاً یک فرآیند را معدق گذاره،به فرآیند دیگر بپردازند.باز شدن در یک اجاق مایکروویو مثالی است از یک اتفاق ممکن است باعث ایجاد یک وقفه در یک سیستم میکروکنترولی شود.البته اغلب ریز پردازنده ها می توانند سیستم های وقفه قدرتمندی را به اجرا بگذارند،اما برا این کار معمولاً نیاز به اجزای خارجی دارند.مدارات روی تراشه یک میکروکنترولر شامل تمام مدارات مورد نیاز برای بکارگیری وقفه های می باشد.

۲-۵-۲ کاربردها
ریز پردازنده اغلب به عنوان CPU در سیستم های میکروکامپیوتری بکار می روند.این کاربرد دلیل طراحی آنها و جایی است که می توانند خود را به نمایش بگذارند.با این وجود میکروکنترلرها در طراحی های کوچک با کمترین اجزاء ممکن که فعالیت های کنتری گرا انجام می شد.یک میکروکنترلر می تواند در کاهش تعداد کل اجزاء کمک کند.آنچه که مورد نیاز است عبارت است از یک میکروکنترلر،تعداد کمی اجزاء‌پشتیبان و یک برنامه کنترلی در ROM میکروکنترلرها برای «کنترل» ابزارهای I/O در طراحی هایی با کمترین تعداد اجزاء ممکن مناسب هستند،اما ریزپردازنده ها برای «پردازش» اطلاعات در سیستم های کامپیوتری مناسبند.

۳-۵-۲ ویژگی های مجموعه دستورالعمل ها
به علت تفاوت در کاربردها،مجموعه دستورالعمل های مورد نیاز برای میکروکنترلرها تاحدودی با ریز پردازنده ها تفاوت دارد.مجموعه دستورالعمل های ریز پردازنده ها بر عمل پردازش تمرکز یافته اند و در نتیجه دارای روش های آدرس دهی قدرتمند به همراه دستورالعمل هایی برای انجام

عملیات روی حجم زیاد داده می باشند. دستورالعمل های روی چهار بیت ها،بایتها،کلمه ها یا حتی کلمه های مضاعف عمل می کنند.روش های آدرس دهی با استفاده از فاصله های نسبی و اشاره گر های آدرس امکان دسترسی به آرایه های بزرگ داده را فراهم می کنند.حالت های افزایش یک واحدی اتوماتیک و کاهش یک واحدی اتوماتیک حرکت گام به گام روی بایت ها،کلمه ها کلمه های مضاعف را درآرایه ها آسان می کنند

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 22700 تومان در 185 صفحه
227,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد