مقاله در مورد اشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی

توضیحات

 مقاله در مورد اشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی دارای 195 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد اشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد اشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله در مورد اشنایی با ماشین بینایی و تصویر برداری دیجیتالی :

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 8051 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
1-1كلیات
تكنولوژی ماشین بینایی وتصویر بر داری دیجیتالی شامل فرایند هایی است كه نیازمند بكارگیری علوم مختلف مهندسی نرم افزار كامپیوتر می باشد این فرایند را می توان به چند دسته اصلی تقسیم نمود :
1- ایجاد تصویر به شكل دیجیتالی
2- بكارگیری تكنیكهای كامپیوتری جهت پردازش ویا اصلاح داده های تصویری

3- بررسی و استفاده از نتایج پردازش شده برای اهدافی چون هدایت ربات یا كنترل نمودن تجهیزات خود كار ، كنترل كیفیت یك فرایند تولیدی ، یا فراهم آوردن اطلاعات جهت تجزیه و تحلیل آماری در یك سیستم تولیدی كامپیوتری (MAC)
ابتدا می بایست آشنایی كلی ، با هر یك از اجزاء سیستم پیدا كرد و از اثرات هر بخش بر روی بخش دیگر مسطح بود . ماشین بینایی و تصویر بر داری دیجیتالی از موضوعاتی است كه در آینده نزدیك تلاش و تحقیق بسیاری از متخصصان را بخود اختصاص خواهد بود.
در طی سه دهه گذشته تكنولوژی بینایی یا كامپیوتری بطور پراكنده در صنایع فضایی نظامی و بطور محدود در صنعت بكار برده شده است . جدید بودن تكنولوژی ، نبودن سیستم مقرون به صرفه در بازار و نبودن متخصصین این رشته باعث شده است تا این تكنولوژی 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 نكرده بود تا سنسورهای حالت جامد با رزولوشن بالا ساخته شود .
استفاده از سنسورهای ذكر شده مستلزم این بود كه نرم افزار ویژه ای برای آن ته

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

2-1-بینایی واتوماسیون كارخانه
وظایف اساسی كه می تواند توسط سیستمهای ماشین بینایی انجام گیرد شامل سه دسته اصلی است.
1- كنترل
2- بازرسی
3- ورود داده

كنترل در ساده ترین شكل آن مرتبط با تعیین موقعیت و ایجاد دستورات مناسب می باشد تا یك مكانیزم را تحریك نموده ویا عمل خاصی صورت گیرد . هدایت نقاله های هدایت شونده خود كار (AGVS) در عملیات انتقال مواد در یك كارخانه هدایت مشعل جوشكاری در امتداد یك شمایر یا لبه یا انتخاب یك سطح بخصوص برای انجام عملیات رنگ پاشی توسط ربات ، مثلهایی از بكار گیری ، ماشین بینایی در كنترل می باشند . كاربردهای ماشین بینایی در بازرسی مرتبط با

تعیین برخی پارامترها می باشد . ابعاد مكانیكی وهمچنین شكل آن ، كیفیت سطوح ، تعداد سوراخها در یك قطعه ، وجود یاعدم وجود یك ویژگی یا یك قطعه در محل خاصی از جمله پارامترهایی هستند كه توسط ماشین بینایی ممكن است ، بازرسی می شوند عمل اندازه گیری توسط ماشین بینایی كم و بیش مشابه بكار‌گیری روشهای سنتی استفاده از قیدها و سنجه های مخصوص و مقایسه ابعاد می باشد . سایر عملیات بازرسی بجز موارد اندازه گیری شامل مواردی چون كنترل وجود بر چسب بر روی محصول بررسی رنگ قطعه ، وجود مواد خارجی در محصولات غذایی نیز با تكنیكهای خاصی انجام می گیرد . كار بازرسی ممكن است حتی شامل مشخص نمودن خواص یا ویژگیهایی الكتریكی یك محصول گردد . با مشاهده خروجی اندازه گیرهای الكتریكی می توان صحت عملكرد محصولات الكتریكی را بازرسی نمود . هر چند كه در چنین مواردی چنانچه سیستم بینایی كار دیگری بجز مورد ذكر شده انجام ندهد معمولا روش ساده تر و مقرون به صرفه ترین بدین صورت خواهد بود كه كار بازرسی فوق توسط یك ریز پردازنده و ابزارهای مربوط انجام گیرد .
اطلاعات مربوط به كیفیت محصول ویا مواد وهمچنین تعقیب فرایند تولید را می توان توسط ماشی

ن بینایی گرفته ودر بانك اطلاعاتی سیستم تولید كامپیوتری جامع بطور خود كار وارد نمود . این روش ورود اطلاعات بسیار دقیق و قابل اعتماد است كه دلیل آن حذف نیروی انسانی از چرخه مزبور می باشد . علاوه بر این ورود اطلاعات بسیار مقرون به صرفه خواهد بود چرا كه 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 ممكن است منحصر به

یك سیستم باركدینگ معمولی كه برای مشخص نمودن محصول جهت كنترل موجودی بكار می رود تشكیل شده باشد یا ممكن است متشكل از یك سیستم بینایی صنعتی كامل برای اهدافی چون كنترل كیفیت محصول باشد .

3-1 سرعت واكنش
زمان مورد نیاز برای تصمیم گیری توسط ماشین بینایی بستگی به اندازه ماتریس تصویر یا زمان پردازش لازم در كارت تصویر گیر و نوع دوربین دارد . دوربیهایی نوع لاچكی كه با استاندارد Rs-170 كار می كنند تعداد 30 تصویر در ثانیه تولید می كنند كه 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 كوتاه معادل ( میكرو ثانیه تصویر گیری كنند زمان لازم جهت خواندن سیگنال تصویر از سنسور دوربین بستگی به اندازه ماتریس سنسور سرعت پردازش و پهنای باند سیستم دارد. با استفاده از تكنیكهای پردازش موازی می توان زمان پردازش را متناسب با تعداد پردازشگرهای موازی كاهش داد .
زمان واكنش سیستم بینایی انسان در حدود 6% ثانیه یا 16/1 ثانیه می باشد این موضوع توسط این حقیقت تائید می شود كه وقتی تصاویر ، با سرعت 30 عدد در ثانیه یك صحنه متحرك را نشان می دهند چشم انسان قادر به تشخیص انقطاع بین تصاویر نیست .
سیستم های ماشین بینایی مورد استفاده در صنعت كه برای كنترل بر چسب روی بطریها بكار می رود می توانند با سرعتی معادل 900 بطری در دقیقه یا در صورت یك بطری در 7% ثانیه كار كنند . البته می توان با گرفتن تصاویری كه بیش از یك بطری را در بر می گیرد سرعت كنترل را بیش از این نیز افزایش داد . سرعت چشم انسان برای انجام كار مشابه حداكثر 60 بطری در دقیقه می باشد كه این سرعت در اثر خستگی و شرایط نامساعد محیطی كاهش نیز می یابد .
بطور خلاصه تصویر گیری توسط ماشین بینایی تقریبا 10 برابر سرعت بینایی انسان می باشد این نسبت با پیشرفت تكنولوژی در علوم الكترونیك رو به افزایش می باشد در حالیكه سرعت چشم انسان مقدار مشخصی است سرعت انجام فرایند كامل توسط ماشین بینایی در حدود 15 برابر چشم انسان می باشد .

4-1 واكنش طیف موج
چشم انسان فقط در مقابل نور قابل رویت كه طیف محدودی است می تواند اشیاء را ببیند

. دامن دید از طول موج بنفش در 390 میكرون تا طول موج قرمز در 790 میلی میكرون می باشد
واكنش سیستم ماشین بینایی در مقایسه با چشم انسان بسیار وسیع تر بوده و دامنه از پرتو گاما و X در منطقه طول موج كوتاه 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 یكی از طول موجهای مابین آنها می باشد .
ماشین بینایی برای شناسایی رنگها نیازمند سه دسته اطلاعات است كه همان مولفه های رنگ یعنی طول موجهای قرمز یا سبز و آبی می باشد ایجاد رنگ بر روی مانیتور نیز با تحریك هر یك از مولفه ها به مقدار معین بوده بطوریكه 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 كه حاوی اجزاء B,G,R می باشند در مقایسه با تصاویر یك 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 امكان تلفیق و استفاده از طول موجهای مختلف یك تصویر توسط ماشین بینایی وجود دارد یكنواختی و دقت ماشین بینایی در مورد تصاویر رنگی بیش از چشم انسان می باشد .

5-1مقایسه بینایی انسان و ماشین بینایی

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

ماشین انسان
حساس به خواص فیزیكی سطح جسم ، قابلیت بیان سطح خاكستری به صورت عددی دقیق و مشخص ،براحتی قادر به تشخیص 256 سطح خاكستری می باشد سطح اجسام و فاصله تا جسم ، محدودیت در توانایی تشخیص مقدار سطوح خاكستری بستگی به بیننده دارد و ممكن است در یك زمان متفاوت از زمان دیگر باشد مقدار سطوح خاكستری قابل تشخیص بین 7 تا 10 می باشد حساسیت
بسیار بالا كه البته بستگی به پردازشگر مورد استفاده و پهنای بانددارد سرعت واكنش در حدود ثانیه بوده وسرعتهای بالاتر نیز از نظر تكنیكی قابل دسترسی است. سرعت واكنش كند و حداكثر در حدود 10/1ثانیه می باشد واكنش
صحنه های دو بعدی براحتی قابل تشخیص می باشد ودر صحنه های سه بعدی براحتی مقدور نیست و نیازمند به 2 دوربین بوده وسرعت نیز كم است . صحنه های سه بعدی براحتی قابل درك می باشد دو و سه بعدی
اطلاعات اخذ شده بطور خودكار و مداوم وارد بانك اطلاعاتی می شود ، انتقال ورود و اطلاعات دقیق و كم 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 كند .
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 300 تا 700میلی میكرون دریافت داده ها

طول موج

6-1 سیستم بینایی چیست ؟
1-6-1 كلیات سیستم
یك سیستم ماشین بینایی شامل تمام اجزاء لازم بمنظور تهیه ، تعریف دیجیتالی یك تصویر تغییر واصلاح داده ها وارائه نمایش داده های تصویری دیجیتالی به دنیای بیرون می باشد چنین سیستمی چنانچه در یك محیط صنعتی بكار گرفته شود ، ممكن است به دلیل اینكه 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 تشكیل دهنده آن بیان شوند ، مشخص خواهد شد كه پیچیدگی زیادی در سیستم وجود ندارد اجزاء اصلی سیستم شامل سه قسمت اصلی است :
1- قسمت تصویر برداری
2- پردازش
3- نمایش یا وسایل خروجی اطلاعات
2-6-1 تصویر گیری
تصویر گیری در ماشین بینایی یعنی تبدیل اطلاعات تصویری یك شئی فیزیكی و خواص ظاهری آن بصورت داده های عددی است بگونه ای كه این تصویر می تواند از توسط پردازشگر پردازش شود تصویر گیری ممكن است شامل چهار فرایند زیر باشد :
1- نور پردازی
2- تشكیل تصویر یا متمركز كردن آن
3- تبدیل تصویر به سیگنالهای الكتریكی
4- قالب بندی كردن سیگنال خروجی تصویر
3-6-1 نور پردازی
نور پردازی یك عامل كلیدی وتاثیر گذ ار بر روی كیفیت تصویر تشكیل شده است كه به عنوان ورودی ماشین بینایی مورد استفاده قرار می گیرد ممكن است تا 30 درصد حجم كار و تلاش طراحی اجزاء یك سیستم ماشین بینایی را بخود اختصاص دهد .
بسیاری از سیستم های ماشین بینایی كه در گذشته در صنعت بكار رفته اند از نور قابل رویت استفاده كرده اند كه علت آن از یك طرف در دسترس بودن آن واز طرف دیگر خود كار نمودن عمل بازرسی كه قبلا توسط كارگر انجام می شده است می باشد بازرسی توسط كارگر براساس توانایی چشم ودر محدوده طول موج نور قابل رویت می باشد چهار نوع لامپ از لامپهایی كه نور قابل رویت تولید می كنند واغلب در صنعت استفاده شده اند عبارتند از : لامپهای التهابی فلورسنت بخار جیوه وبخار سدیم استفاده از نور غیر قابل رویت شبیه اشعه ایكس ماوراء بنفش و مادون قرمز بدلیل نیاز به انجام بررسی های ویژه كه توسط نور قابل رویت انجام پذیر نیست ، روبه افزایش است روشهای نور پردازی جهت كار بردهای صنعتی ماشین بینایی شامل چهار دسته زیر است :
1- نور پردازی از پشت
2- نور پردازی از مقابل

3- نور پردازی دارای ساختار
4- نور پردازی لحظه ای
نور پیرامون محیط كار كه منابعی بجز منبع اصلی نور پردازی سیستم ماشین بینایی بر مجموع میزان نور تابیده شده برجسم اثر گذاشته وبطور كلی بصورت نویز در داده های تصویری ظاهر می شود .
برای كم كردن تاثیر نور پیرامونی می توان از پرده نوری یا دیواره های محافظ استفاده نمو

د تا از ورود آن به لنز دوربین جلوگیری شود .

1-3-6-1 نور پردازی از پشت :
وقتیكه 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 تشكیل می شود و مرز جسم كاملا مشخص می باشد .

(شکل 1-1)

مزیت نور پردازی از پشت ایجاد تصاویر با كنتر است بالاو تفكیك آسان مرز جسم می باشد كنتر است بالاباعث كم شدن پردازش های بعدی شده همچنین از حساسیت سیستم به تغییرات نوردهی منبع نور می كاهد در مورد نور پردازی اجسامی كه مسطح نیستند ممكن 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 ترك ، مك و وجود اشیاء خارجی در قطعات شفاف ایده آل می باشد . تشخیص ترك الستخوان در تصاویر اشعه X واندازه گیری میزان تنش انرژی و حرارتی از یك ساختمان توسط پرتو مادون قرمز از جمله مثالهای این روش نور پردازی می باشند .
اساسا تصویر حاصل از روش نور دهی از پشت تك رنگ است با توجه به اینكه لب های تصویر بگونه ای بر روی صفحه سنسور تشكیل تصویر می دهند كه ممكن است یك پیكسل كامل را پر نكنند .
بنابراین این پیكسلها دارای مقادیر حدود سطحی بین سیاه و سفید مطلق خواهند بود به عنوان مثال مقدار عددی پیكسل كه 50 درصد آن توسط جسم پوشیده شده است در یك

سیستم دارای 16 سطح خاكستری معادل عدد 7 خواهد بود و بطور كلی مقدار عددی هر پیكسل كه 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 پیكسلها را پوششی می دهد كه مقادیر عددی پیكسلها یا همان سطح خاكستری بدست آمده برای پیكسلها در ماتریس تصویر نشان داده شده است شایان ذكر است كه مقدار عددی پیكسلها وهمچنین مقدار كاهش یافته آن نمی تواند هیچگونه اطلاعاتی در خصوص شكل قطعه ارادئه دهد و بایستی اطلاعات مربوط به اینكه چه شكلی در مقابل دوربین قرار گرفته است با مقادیر عددی پیكسلها توام گردد.
(شکل2-1)

2-3-6-1نور پردازی از مقابل :
در روش نور پردازی از مقابل نور منعكس شده از سطح جسم به دوربین وارد می شود . در این روش دوربین ومنبع نور در یك 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 تكنیكهای اندازه گیری مات ویا نور پردازی Specular استفاده نمود . (شکل 3-1)

3-3-6-1نور پردازی لحظه ای :
درنور پردازی لحظه ای شی و برای مدت بسیار كوتاه ولی باشدت زیاد ( 5 تا 500 میكروثانیه ) نور دهی می شود پالس كوتاه نور دهی ممكن است برای ایجاد یك تصویر ساكن از اجسام در حال حركت بكار رود ویا ممكن است برای كاهش اثر نامطلوب نور محیط استفاده شود .
در فرایند های تولید معمولا قطعات بر روی نوارنقاله متحرك بوده ویا قطعه طبعا در حال حركت می باشد .
در این نور پردازی لازم است تا دوربین و منبع نور برای ایجاد پالس كوتاه نور منكرون شوند .با توجه به اینكه لازم است تا تصویر ساكن از جسم تهیه شود ، لذا مدت پالس حائز اهمیت فراوان می باشد .

4-3-6-1نور پردازی دارای ساختار :
نور پردازی دارای ساختارعبارت است از نور دادن به شئی با پرتوهای نوری دارای الگوهای خاص یا بصورت الگوی مشبك 10 از تلاقی شئی با تصویر پرتوهای نور دارای ساختار ، یك الگوی منحصر بفرد از شی حاصل می شود كه این الگو بستگی به شكل واندازه های جسم دارد یك جسم سه بعدی دارای تصویری خواهد بود كه طبعا وقتی در صفحه سنسور قرار می گیرد دارای دو بعد بیشتر نخواهد بود با استفاده از تكنیك نور پردازی دارای ساختار ونه تنها می توان فواصل افق

ی بلكه اندازه های عمودی را بر روی قطعه اندازه گیری نمود و شكل سه بعدی قطعه را مشخص كرد مشاهده می شود كه خط نشان داده شده در شكل از حالت خط مستقیم خارج شده و بصورت منقطع در آمده است كه 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 4-1)

7-1مفاهیم اولیه پردازش تصویر
1-7-1 پیكسل
هر تصویر توسط یك ماتریس M ×N از مقادیرپیكسلها ( المانهای P( I,j) با مقادیر اسكالر منفی كه بیانگر شدت نور تابیده شده از جسم بر سطح پیكسل واقع درموقعیت ( x,y) می باشد تعریف می شود این مطلب درشكل پائین نشان داده شده است در این شكل ارتباط بین المان تصویر و پیكسلهای ماتریس نشان داده شده است مبدا مختصات استفاده شده برای تصویر ماتریس با یكدیگر فرق دارند مبدا مختصات تصویر درگوشه چپ پائین قرار دارد در حالیكه مبدا مختصات پیكسلها در گوشه چپ بالای ماتریس قرار دارد .(شکل 5-1)

برخی از سیستم هابجای نقطه شروع (1و1) از نقطه (0و0) استفاده می كنند . تمامی ماتریسهای استفاده شده در این مبحث بصورت ربعی M ×Nخواهند بود ولی در عمل مقادیر M ×N ممكن است متفاوت باشند .
(شکل 6-1)

مقدار عددی پیكسل عبارت از میانگین شدت نور تابیده شده برسطح پیكسل می باشد مقدار هر پیكسل P(I,j) بین 0 و 1 می باشد .

2-7-1 پنجره
یك بخش یا ناحیه از تصویر از یك پنجره گویند پنجره توسط مختصات نقاط چهارگوش

ه آن بیان می شود .

(شكل 7-1 )

3-7-1 مكان پیكسل
یك پیكسل متعلق به ماتریس M ×N در ساده ترین شكل توسط مختصاتش بیان می شود پیكسل واقع در مكان n,m از یك ماتریس دارای مقدار عددی می باشد كه این مقدار بیانگر مقدار نور تابیده شده از بخشی ازسطح به پیكسل مربوطه می‌باشد .
به عنوان مثال تصویری را در نظر بگیرید كه در قسمت با روی آن هیچگونه لوزی وجود ندارد ( سیاه كامل ) وقسمت پائین آن بسیار روشن می باشد ( سفید كامل ) واین تصویر دارای ابعاد 10×10 می باشد اگر از یك سیستم دو روئی برای نشان دادن تصویر استفاده شود آنگاه ناحیه ای كه در آن هیچ نوری وجود ندارد توسط عدد صفر و قسمت روشن با مقدار یك مشخص خواهد شد و شكل پائین چنانچه از یك ماتریس 4×5 یعنی دارای 5 ردیف و 4 ستون از پیكسلها استفاده شود هر المان 2× 5/2 ( پهنا در ارتفاع ) اینچی از تصویر توسط یك پیكسل بیان خواهد شد كه مقدار آن بستگی به میانگین نور تابیده شده برسطح آن دارد .
(شکل 8-1)

سطح 2×5/2 اینچی واقع در گوشه بالای سمت چپ كه با موقعیت ( 1و1) در ماتریس 4×5 المانی مشخص می شود با مقدار صفر بیان می شود كه معنی آن این است كه هیچگونه نوری از این قسمت دریافت نشده است سطح 2×5/2 اینچی واقع در گوشه پایین سمت راست تصویر یعنی المان واقع در ستون چهارم و ردیف پنجم ( مختصات (4×5)) با مقدار یك یعنی حداكثر دریافت نور بیان می شود .
بایستی توجه داشت كه چنانچه از یك سیستم كه دارای 16 سطح خاكستری است استفاده می شد آنگاه مقدار پیكسل ( 1و1) برابر صفحه ومقدار پیكسل ( 4و 5) برابر 16 سی بود .
مشاهده می شود كه هیچگونه اطلاعاتی در مورد مقادیر میانی سطوح وجود ندارد و طراح سیستم بایستی یك حد آستانه را مشخص نماید تا مقادیر زیر حد آستانه
توسط عدد صفحه ومقادیر بالای حد آستانه توسط یك عدد بیان شوند .
در مثال ذكر شده شكل المانها تصویر مستطیلی در نظر گرفته شدند ولی بسته به نوع سنسور ممكن است المانها بصورت مستطیلی یا دایره ای در نظر گرفته شوند در مورد دوربینهای لابی با سطح سنسور دایره ای ممكن است المانها قدری همپوشانی داشته باشند . (شکل 9-1)

در هنگام استفاده از المانها مدور مجزا ( بدون همپوشانی ) نور انعكاسی از سطح تصویر كه در پیرامون دوایر قرار می گیرند اندازه گیری نمی شود در حالیكه 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 شكل سطحی از تصویر كه توسط یك پیكسل نمایش داده می شود بدست آورد وهمچنین نمی‌توان از مقدار یك پیكسل اطلاعاتی درباره توزیع نور بر سطح آن پیكسل بدست آورد .

4-7-1سطح خاكستری
برای اینكه بتوان مقادیر میانی بین روشن وتاریك كامل را بیان نمود واطلاعات تصویری كاملتری بدست آورد لازم است تا تعداد بیتهایی كه مقدار پیكسل 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 16 سطح نیاز به 4 بیت و برای 256 سطح نیاز به 8 بیت می باشد تعداد مجموع سطوح خاكستری معمولا بصورت توانی از عدد 2 می باشد كمترین مقدار پیكسل یعنی صفر برای سیاه كامل بكار می رود و مقدار یك یا عددی برابر یكی كمتر از تعداد سطوح خاكستری سیستم برای سفید كامل استفاده می شود مثلا عدد 15 برای بیان سفید كامل در یك سیستم سطحی بكار می رود مقادیر پیكسلها همواره مقادیر صحیح می باشند .
سطح خاكستری دامنه مقدار خاكستری
21 2 مقدار 0 و 1
23 8 مقدار از 0 تا 7
24 16 مقدار از 0 تا 15
25 256 مقدار از 0 تا 255
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 8 بیتی هستند لذا سیستم های 16 و 64 و 256 سطح خاكستری ، متداول می باشند . استفاده از سیستم هایی با سطوح بیشتر از 256 چندان سفید نبوده و برای اكثر كاربردهای صنعتی فعلی سیستم های با 256 سطح كفایت می كنند . سیستم های 64 و 256 سطحی تعداد سطوح بیشتری از آنچه توسط چشم انسان قابل تشخیص است را فراهم می كنند چشم انسان قادر است درهنگام مقایسه بین رنگهای مختلف خاكستری تا 40 سطح مختلف بین سفید و سیاه كامل را تشخیص دهد ولی بطور مطلق قادر به مشخص نمودن 10 تا 15 سطح بیشتر نیست . قدرت تمایز یك سیستم 16 سطحی قادر كمتر از چشم انسان می باشد در حالیكه سیستم های 64 و 256 سطحی قدرت تمایز بیشتری از چشم انسان دارند .
اگر چه سیستم بینایی استفاده شده در یك كاربرد خاص ممكن است دارای 256 سطح باشد ولی بنا به دلایلی ممكن است لازم باشد تا تعداد سطوح متفاوت استفاده شود برای دستیابی به دقت باتلرانس مورد نیاز از تكنیكهای اعشار پیكسل با دقت 9/1 ، 13/1 یا 20/1 پیكسل ممكن است استفاده شود در این صورت سیستمی با سطوح 9 ، 13 یا 20 بكار گرفته می شود

.
تعداد سطوح خاكستری با و اضح تر جلوه دادن بعضی از ویژگیهای تصویر یا با حذف برخی از جزئیات بر روی كیفیت تصویر تاثیر می گذارند . در حالت كلی افزایش تعداد سطوح خاكستری باعث بهبود كیفیت تصویر شده واین امكان را بوجود می آورد تا بتوان بخشهای خاصی از تصویر را بهبود داد تصویر گیری بصورت تصاویر دو دویی نیازمند حافظه كمتری می باشد .
اما امكان استفاده از تكنیكهای بسط سطوح خاكستری در هنگام پردازش تصویر را محدود می كند افزایش تعداد پیكسلهای تصویر از مقادیر كم شبیه 32×32 به 250×250 از روزلوشن سیستم را افزایش می دهد وتصویر حاوی جزئیات بیشتری خواهد داد . افزایش روزلوشن متفاوت

از بزرگ كردن تصویر توسط عدسی می‌باشد . با بزرگ كردن تصویر توسط عدسی فقط اندازه پیكسل افزایش می یابد .
سیستم های دارای سطوح بیشتر از 2 اولا این امكان را فراهم می كنند تا سطوح متفاوت شدت نور تابیده شده را تفكیك نموده ثانیا امكان بهره گیری از تكنیك اعشار پیكسل را فراهم آورده كه می تواند در اندازه گیری دقیق ابعاد اجسام از آن بهره جست . (شکل10-1)

(aشی برروی میزنور
(bنمای شئی از بالا
(cداد های تصویری متناظر نقاط سیاه با صفر و نقاط سفید با 15نشان داده شده است .

در یك تحلیل سلول به سلول مشاهده می شود كه سطح نشان داده شده توسط پیكسل ( 4و2) یك سطح تاریك بوده ولذا مقدار پیكسل بر1 و صفر خواهد بود . در حالیكه فقط صف سطح پیكسل ( 2و2) توسط جسم پوشانده شده است از اینرو میانگین نور دریافت شده برابر 2 ( 15+0) یا 5/7 خواهد بود تمامی سطوح كناری روشن بوده لذ ا مقادیر پیكسلهای مربوطه برابر 15 خواهد بود .
با توجه به اینكه مقادیر پیكسلها بایستی اعداد صحیح باشد عدد 5/7 بایستی تبدیل به یك عدد صحیح گردد در هر سیستمی بایستی نحوه تبدیل اعداد اعشاری به اعداد صحیح مشخص باشد به عنوان مثال یك قانون كلی می تواند این باشد كه از روش گرد كردن ریاضی استفاده شود یعنی اعداد اعشاری با جز صحیح كوچكتر گرد شوند از اینرو مقدار 5/7 در مثال فوق بایستی به عدد 8 گرد شود یا اگر مقدار پیكسل 6/6 باشد به عدد 7 گرد خواهد شد انتخاب حد آستانه برای گرد كردن مهم بوده و بر روی تلرانس اثر می گذارد لذا اطلاع از این مقدار نیز مهم می باشد .
8-1 هیستو گرام
به نموداری كه تعداد تكرار سطوح مختلف خاكستری در یك تصویر را نشان دهد هیستو گرام گویند . در این نمودار محور x ها را نشان دهنده هر یك ازسطوح خاكستری و محور y ها تعداد پیكسلهای متناظره با سطوح خاكستری مختلف می باشند .

هیستو گرام بدین گونه ساخته می شود كه :

1- داده های تصویری بصورت دیجیتال در آورده شود .
2- تعداد پیكسلها در هر یك از سطوح خاكستری شمرده می شوند .
3- نمودار تعداد تكرار پیكسلها در هر یك از سطوح خاكستری ترسیم می گردد .
نمودار می تواند بصورت میله ای باشد كه ارتفاع هر یك از میله ها بیانگر تعداد پیكسل در آن 32 سطح خاكستری خاص می باشد مقدار هیستو گرام در یك مقدار مشخص از پیكسل بیانگر احتمال وضوح آن سطح خاكستری در هر یك از المانهای تصویر می باشد از این گراف هیچ اطلا

عی در خصوص مكان پیكسلها نمی توان بدست آورد احتمال اینكه یك پیكسل در مكانی مثل ( x,y) دارای مقداری مثل b باشد از شكل ( 1-3) می تواند بدست آید كه این مقدار عبارت است از :
مقدار b = P(b) در نقطه (y,x) از تصویر
مجموع تعداد پیكسل ها

اگر b=6 فرض شود با توجه به شكل صفحه قبل مقدار هیستو گرام به ازای سطح خاكستری 6 برابر 7 می باشد لذا :
شكل هیستو گرام اطلاعاتی را درباره خواص تصویر فراهم می كند به عنوان مثال ، یك هیستو گرام باریك ( در امتداد محور x ها ) نشان دهنده این واقعیت است كه كمتر است تصویر كم می باشد یا یك مقدار پیكسل مشخص می تواند نشان دهنده یك خاصیت منحصر بود از یك جزء تصویری مثل یك سوراخ باشد هیستو گرام می تواند در مواردی از قبیل بدست آوردن مقدار حد آستانه 6 كه برای تبدیل تصاویر سطح خاكستری به تصاویر دو دویی لازم است یا در تصحیح بخشی از طیف سطوح خاكستری سفیدباشد .

1-8-1 ایجاد هیستو گرام
هیستو گرام یك تصویر می تواند طبق زیر وهمانگونه كه در شكلهای زیر نشان داده شده است ایجاد گردد . (شکل11-1)

تعداد مجموع پیكسلهای تشكیل دهنده تصویر مشخص گردد این تعداد بستگی به تعداد المانها دارد . در مثال ذكر شده ماتریس با ابعاد M ×N استفاده شده است اگر 10 = N=M باشد تعداد مجموع پیكسلها برابر 100 = 10×10 خواهد بود .
1-لازم به ذكر است كه 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 واكنش نیز افزایش می یابد .
1- داده های تصویری بصورت ماتریسی در آ‎ورده شود در مثال از یك ماتریس 5×5 یعنی مجموعا 25 مقدار استفاده شده است .
2- داده های تصویری بصورت جدول در آورده شده است یعنی به ازای هر سطح خاكستری چه تعداد پیكسل دارای آن مقدار می باشد به عنوان مثال 6 پیكسل دارای مقدار صفر هستند و یك پیكسل دارای مقدار 3 است مجموع تعداد مقادیر جدول بایستی مساوی M ×N باشد در مثالی كه ذكر شد این مقدار برابر 25 خواهد بود .
3- نمودار میله ای براساس جدول تهیه شده در مرحله 3 ترسیم گردد محور افقی ا

ز صفر شروع شده تا مقدار حداكثر یكی كمتر از تعداد سطوح خاكستری ادامه می یابد درمثال ذكر شده چون از یك سیستم 16 سطحی استفاده شده حداكثر عدد افقی عدد 15 خواهد بود .
بایستی توجه داشت كه مقدار حداكثر پیكسل ها عامل تعیین كننده ای نیست هیستو گرام حاصل دارای میله هایی با ارتفاع های مختلف به ازای مقادیر از 0 تا 15 خواهد بود .

9-1سیستم های رنگی CMYB , RGB

در سیستم های رنگی هر یك از پیكسل ها دارای 3 یا 4 مقدار مرتبط با آن پیكسل می باشند بعنوان مثال ، در سیستم سنتی قرمز ، سبز ، آبی ( RGB) برای هر پیكسل سه مقدار وجود دارد كه هریك از این مقادیر مرتبط با یكی از اجزاء اصلی رنگ می باشد از تركیب سه مولفه رنگ میتوان رنگهای گوناگون را ایجاد نمود در صنعت چاپ معمولا از سیستم چهار رنگی CMYB استفاده می شود زیرا بیننده نور انعكاسی را مشاهده می كند كه یك فرایند تفریحی است .
همچنین میتوان از دیاگرام كروماتوگرافی CIE در جهت متضاد استفاده كرد بدین معنی كه بر روی نمودار یك نقطه كه همان رنگ مورد نظر است انتخاب می شود مختصات نقطه انتخاب شده نشان دهنده مقادیر اجزاء رنگ هستند بایستی استفاده شوند هر یك از مولفه های رنگ دارای 16 یا 256 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 كه سیستم سه رنگی یك سیستم اصطلاحا افزودنی است در حالیكه سیستم 4 رنگی اصطلاحا یك سیستم كاهشی می باشند . اگر پرتوهای نورانی سه رنگ RGB بر روی یك صفحه سفید كه در یك اتاق تاریك 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

میكروكنترلر 8051
1-2 مقدمه
با وجود اینكه بیش از بست سال از تولد ریز پردازنده نمی گذرد،تصور وسایل الكترونیكی و اسباب بازیهای امروزی بدون آن كار مشكلی است.در 1971 شریك انیتل،8080 را به عنوان اولین ریز پردازنده موفق عرضه كرد.مدت كوتاهی پس از آن،موتور ولا،RCA و سپس Mostechnology‌و Zilog انواع مشابهی را به ترتیب به نامهای 6800،1801،6502،Z80 عرضه كردند.گرچه این مدارهای مجتمع (IC) به خودی خود فایده چندانی نداشتند اما به عنوان بخشی از یك كامپیوتر تك بورد(SBC) به جزء مركزی فرآورده های مفیدی برای آموزش طراحی با ریز پردازنده ها تبدیل شدند.تز تیم SBC ها كه به سرعت به آزمایشگاههای طراحی در كالج،دانشگاهها و شركت های الكترونیك راه پیدا كردند می توان برای نمونه از D2 موتورولا،KIM-1 ساخت Mos technology و SDK-85‌ متعلق به شركت انتیل نام برد.
میكروكنترلر قطعه ای شبیه به ریز پردازنده است.در 1976 انتیل 8748 را به عنوان اولی

ن قطعه خانواده میكروكنترلرهای MCS-48TM معرفی كرد.8748 با 17000 ترانزیستور،در یك مدار مجتمع،شامل یك cpu، 1كیلوبایت EPROM، 64 بایت RAM‌، 27 پایه I/O و یك تایمر 8 بیتی بود.این IC‌ و دیگر اعضای MCS-48TM كه پس از آن آمدند خیلی زود به یك استاندارد صنعتی در كابردهای كنترل گرا تبدیل شدند.جایگزین كردن اجزاء‌الكترومكانیكی در فرآورده های مثل ماشین های لباسشویی و چراغ های راهنمایی از ابتدا كار،یك كاربرد مورد توجه برای این میكروكنترلرها بودند و همین طور باقی ماندند.دیگر فرآورده هایی كه در آنها می توان میكروكنترلر را یافت عبارتند از اتومبیل ها،تجهیزات صنعتی،وسایل سرگرمی و ابزارهای جانبی كامپیوتر (افرادی كه یك I

BM PC دارند كافی است به داخل صفحه كلید نگاه كنند تا مثالی از یك میكروكنترلر را در یك طراحی با كمترین اجزاء ممكن ببینند)
توان ابعاد و پیچیدگی میكروكنترلر با اعلام ساخت 8051،یعنی اولین عضو خانواده میكروكنترلرهای MCS-51TM در 1980 توسط انیتل پیشرفت چشمگیری كرد.در مقایسه 8048 این قطعه شامل بیش از 60000 ترانزیستور،K4 بایت ROM، 128 بایت RAM، 32 خط I/O یك درگاه سریال و دو تایمر 16 بیتی است.كه از لحاظ مدارات داخلی برای یك TC بسیار قابل ملاحظه است.امروزه انواع گوناگونی از این IC وجود دارند كه به صورت بخاری این مشخصات را دو برابر كرده اند.شركت زیمنس كه دومین تولید كننده قطعات MCS-51TM است SAB80515 را به عنوان یك 8015 توسعه یافت در یك بسته 86‌پایه با شش درگاه I/O 8 بیتی،13 منبع وقفه و یك مبدل آنالوگ به دیجیتال با 8 كانال ورودی عرضه كرده است.خانواده 8051 به عنوان یكی از جامعترین و قدرتمندترین میكروكنترلرهای 8 بیتی شناخته شده و جایگاهش را به عنوان یك میكروكنترلر مهم برای سال های آینده یافته است.
یك سیستم كامپیوتری شامل یك واحد پردازش مركزی (CPU) است كه از طریق گذرگاه آدرس،گذرگاه داده و گذرگاه كنترل به حافظه‌قابل دستیابی تصادفی (RAM) و حافظه فقط خواندی (ROM) متصل می باشد.مدارهای واسطه گذرگاه های سیستم را به وسایل جانبی متصل می كنند.

(شکل1 –2)

2-2واحد پردازش مركزی

CPU‌،به عنوان «مغز» سیستم كامپیوتری،تمامی فعالیت های سیستم را اداره كرده 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 كه بطور مداوم دو عمل انجام می دهند:واكنشی دستورالعمل ها و اجرای آنها،CPU‌توانایی درك و اجرای دستورالعمل های را براساس مجموعه ای از كدهای دورویی دارد كه هریك از این كدها نشان دهنده یك 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 كدهایی دروریی با نام مجموعه دستورالعمل ها نشان داده می شوند.

3-2حافظه نیمه رسانا:RAM‌ وROM

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

4-2ابزارهای كنترل/نظارت
به كمك ابزارهای كنترل/نظارت در برخی نرم افزارها و روابط های الكترونیكی (دقیق)كامپیوترها می توانند كارهای كنترلی زیادی را بی وقفه،بدون خستگی و بسیارفراتر از توانایی انسان انجام دهند.
كاربردهایی نظیر كنترل حرارت یك ساختمان،محافظت از خانه، كنترل آسانسور،كنترل وسایل خانگی و حتی جوش دادن قطعات مختلف یك خودرو همگی با استفاده از این ابزارها امكان پذیر هستند.ابزارهای كنترل،ابزارهای خروجی یا عمل كننده هستند.آنها وقتی كه با یك ولتاژ با جریان،تغذیه شوند می توانند بر جهان پیرامون خود اثر بگذارند(مثل موتورها مولدها).ابزارهای نظارت،ابزارهای ورودی یا مسگر هستند كه با كمیت هایی نظیر حرارت،نور،فشار،حركت و مانند آن،تحریك شده و آنها را به جریان یا ولتاژی كه توسط CPU خوانده می شود تبدیل می كنند(مثل فتوترانزیستورها و ترمیستورها و سوئیچ ها).ولتاژ یا جریان توسط مدارهای واسطه، به یك داده دورویی تبدیل می وشد و یا برعكس و سپس نرم افزار،یك رابطه منطقی بین ورودی ها و جروجی ها برقرارمی كند.

5-2مقایسه ریز پردازنده ها با میكروكنترلرها

پیش از این خاطرنشان شد كه ریز پردازنده ها CPU هایی تك تراشه هستند و در میكروكامپیوترها به كار می روند.پس فرق میكروكنترلرها با ریز پردازنده ها چیست؟با این سؤال از سه جنبه می توان برخورد كرد:معماری سخت افزار،كاربردهایو ویژگی های مجموعه دستورالعمل ها.

1-5-2 معماری سخت افزار
در حالی كه زیز پردازنده یك CPU‌ تك تراشه ای است،میكروكنترلر در یك تراشه واحد شامل یك CPU‌و بسیاری از مدرارات لازم برای یك سیستم میكروكامپیوتری كامل می باشد.اجزای داخل خط چین در شكل زیر بخش كاملی از اغلب IC های میكروكنترلر می باشند.علاوه بر CPU‌ میكروكنترلرها شامل RAM و ROM یك رابطه سریال،یك رابط سریال،یك رابط موازی،تایمر و مدارات زمانبد

ی البته مقدار RAM‌روی تراشه حتی به میزان آن در یك سیستم میكروكامپیوتری كوچك هم نمی‌رسد اما آن طور كه خواهیم دید این مسأله محدودیتی ایجاد نمی كند زیرا كاربردهای میكروكنترلر بسیار متفاوت است.

(شکل 2-2)

یك ویژگی مهم میكروكنترلرها،سیستم وقفه موجود در داخل آنهاست.میكروكنترلرها به عنوان ابزار های كنترل گرا اغلب برای پاسخ بی درنگ به محركهای خارجی (وقفه ها)مورد استفاده قرار می گیرند.یعنی باید در پاسخ به یك «اتفاقی» سریعاً یك فرآیند را معدق گذاره،به فرآیند دیگر بپردازند.باز شدن در یك اجاق مایكروویو مثالی است از یك اتفاق ممكن است باعث ایجاد یك وقفه در یك سیستم میكروكنترولی شود.البته اغلب ریز پردازنده ها می توانند سیستم های وقفه قدرتمندی را به اجرا بگذارند،اما برا این كار معمولاً نیاز به اجزای خارجی دارند.مدارات روی تراشه یك میكروكنترولر شامل تمام مدارات مورد نیاز برای بكارگیری وقفه های می باشد.

2-5-2 كاربردها
ریز پردازنده اغلب به عنوان CPU در سیستم های میكروكامپیوتری بكار می روند.این كاربرد دلیل طراحی آنها و جایی است كه می توانند خود را به نمایش بگذارند.با این وجود میكروكنترلرها در طراحی های كوچك با كمترین اجزاء ممكن كه فعالیت های كنتری گرا انجام می شد.یك میكروكنترلر می تواند در كاهش تعداد كل اجزاء كمك كند.آنچه كه مورد نیاز است عبارت است از یك میكروكنترلر،تعداد كمی اجزاء‌پشتیبان و یك برنامه كنترلی در ROM میكروكنترلرها برای «كنترل» ابزارهای I/O در طراحی هایی با كمترین تعداد اجزاء ممكن مناسب هستند،اما ریزپردازنده ها برای «پردازش» اطلاعات در سیستم های كامپیوتری مناسبند.

3-5-2 ویژگی های مجموعه دستورالعمل ها
به علت تفاوت در كاربردها،مجموعه دستورالعمل های مورد نیاز برای میكروكنترلرها تاحدودی با ریز پردازنده ها تفاوت دارد.مجموعه دستورالعمل های ریز پردازنده ها بر عمل پردازش تمركز 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،كلمه ها یا حتی كلمه های مضاعف عمل می كنند.روش های آدرس دهی با استفاده از فاصله های نسبی و اشاره گر های آدرس امكان دسترسی به آرایه های بزرگ داده را فراهم می كنند.حالت های افزایش یك واحدی اتوماتیك و كاهش یك واحدی اتوماتیك حركت گام به گام روی بایت ها،كلمه ها كلمه های مضاعف را درآرایه ها آسان می كنند

برای دریافت اینجا کلیک کنید