Разработка устройства, предназначенного для формирования импульсных сигналов с заданным периодом и скважностью - ШИМ-регулятор

Рисунок 5

Рассмотрим назначение основных узлов.

Схема выбора канала формирует сигналы управления каналами 0, 1, 2 внутренними и внешними передачами данных, приемом управляющих слов. Буфер канала данных состоит из восьми двунаправленных формирователей, имеющих на выходе состояние «Выключено», и осуществляет сопряжение таймера с шиной данных МП. Через буфер канала осуществляется запись управляющего слова в регистры режима и параметров счета в счетчики каждого канала. Схемы каналов 0, 1, 2 идентичны и содержат регистры режима, схемы управления, схемы синхронизации и счетчики. Регистр режима предназначен только для записи информации. Он принимает и хранит управляющее слово, код которого задаст режим работы канала, определяет тип счета и последовательность загрузки данных в счетчик. Схема управления канала синхронизирует работу счетчика и в соответствии с запрограммированным режимом и работу капала с работой МП.

Схема синхронизации канала формирует серию внутренних тактовых импульсов определенной длительности, которая зависит от внешней частоты синхронизации CLK и определяется внутренними времязадающими цепями схемы. Максимальная частота внешних сигналов синхронизации CLK не более 2,6 МГц.

Счетчик канала представляет собой 16-разрядный счетчик с предустановкой, работающий на вычитание в двоичном или двоично-десятичном коде. Максимальное число при счете равно 216 при работе в двоичном коде или 104 при работе в двоично-десятичном коде. Счетчики каналов независимы друг от друга и могут иметь различные режимы работы и типы счета. Запуск счета в каждом канале, его останов и продолжение осуществляются по соответствующему сигналу GATE «Разрешение канала».

Режимы работы (0--5) отличаются порядком формирования выходного напряжения па выводе OUT по окончании отсчета числа, загруженного в счетчик, по отношению к управляющему сигналу GATE.

В режиме 0 (прерывания терминального счета) на выходе канала формируется напряжение высокого уровня после отсчета числа, загруженного в счетчик. Сигнал GATE обеспечивает начало счета, его прерывание (при необходимости) и продолжение счета.

Перезагрузка счетчика во время счета прерывает текущий счет и возобновляет его по новой программе.

В режиме 1 (работы ждущего мультивибратора) на выходе канала формируется отрицательный импульс длительностью ф=TCLK·n, где TCLK --период тактовых импульсов; n -- число, записанное в счетчик. Запуск ждущего мультивибратора осуществляется положительным фронтом сигнала GATE. Каждый положительный фронт этого сигнала запускает текущий счет или перезапускает счетчик сначала. Перезагрузка счетчика во время счета не влияет на текущий счет.

В режиме 2 (генерации частоты) таймер выполняет функцию делителя входной частоты CLK на n. При этом длительность положительной части периода равна TCLK·(n--1), а отрицательной TCLK. Перезагрузка счетчика во время счета не влияет на текущий счет.

Режим 3 (генерации меандра) аналогичен режиму 2, при этом длительность положительного и отрицательного полупериодов для четного числа n равна TCLK·n/2. Для нечетного числа n длительность положительного полупериода равна TCLK·n/2, а отрицательного TCLK·(n-1)/2.

В режиме 4 (программного формирования одиночного строба) па выходе канала формируется импульс отрицательной полярности длительностью ф=Tclk после отсчета числа, загруженного в счетчик. По сигналу GATE и после перезагрузки счетчика работа канала в режиме 4 аналогична режиму 0.

В режима 5 (аппаратного формирования одиночного строба) на выходе капала формируется импульс отрицательной полярности длительностью ф=Tclk после отсчета числа, загруженного в счетчик. Назначение выводов КР580ВИ53 приведено в таблице 1.

Таблица 1. Назначение выводов КР580ВИ53

Перечисленные выше режимы работы проиллюстрированы на рисунке 6.

Рисунок 6. Режимы работы

Программируемый таймер интервалов KP580BИ53

Число каналов ………………………..….. 3

Число разрядов каждого канала ……………..…..16

Разрядность шины данных ……………………...8

Число программируемых режимов работы …..…..6

Максимальный счет при работе счетчиков в
режимах:

- двоичного счета ……………………………………210

- двоично-десятичного счета ………………………104

Тактовая частота, МГц ………………………….….<2,6

Потребляемая мощность, мВт ……………………..700

2.2 Микросхема К1533АГ3

Микросхема К1533АГ3 представляет собой сдвоенный одновибратор с возможностью повторного запуска. Содержит 156 интегральных элементов. Внутренняя структура, условное обозначение приведены на рис. 7, а состояния работы К1533АГ3 даны в табл. 2. Каждый из мультивибраторов представляет собой триггер с двумя выходами и и дополнительной логикой на входе, имеющей три входа: вход сброса (активный уровень - низкий) и два входа запуска и . Вход - инверсный с активным низким уровнем, а вход - прямой с активным высоким уровнем напряжения. На рис.9 показано подключение времязадающих элементов и , а также график зависимостей от номиналов и . Для К1533АГ3 длительность выходного импульса . В данной работе времязадающие элементы имеют номинал и . Таким образом .

Выходной импульс можно оборвать, подав на вход сброса напряжение низкого уровня.

Если мультивибратор К1533АГ3 запущен, то выходной импульс можно продолжить (перезапустить), подав на вход напряжение низкого уровня (или на вход - высокого). С момента перезапуска до окончания импульса пройдет время , определяемое времязадающими элементами и .

Если два ждущих мультивибратора микросхемы К1533АГ3 включить по кольцевой схеме, то получим автогенератор (автомультивибратор).

Корпус у К1533АГ3 типа 238.16-1 представлен на рис. 10, масса корпуса не более 2 г. Основные электрические параметры микросхемы приведены в табл. 3.

Таблица. 2. Состояния работы микросхемы К1533АГ3

Рисунок. 7. Структура, условное графическое обозначение

и цоколевка микросхемы К1533АГ3

Рисунок. 8. Схемы подключения времязадающих элементов и ,

График зависимости

Рисунок. 9. Корпус микросхемы К1533АГ3

Основные электрические параметры микросхемы К1533АГ3 представлены далее в таблице 3.

Таблица. 3. Основные электрические параметры микросхемы К1533АГ3

2.3 Микросхема K155АП5

Микросхема представляет собой восьмиразрядный буфер . Используется в для разрешения/запрещения передачи данных с линий В на линии А. Логика работы микросхемы определяется поданными на контакты 1 и 19 сигналами. В процессе выполнения курсового проекта были задействованы контакты 1 и 19 следующим образом: на контакт 19 подавался нуль (контакт заземлялся), а на контакт 1 подавался либо нуль для запрещения передачи, либо единица для разрешения.

Вид микросхемы представлен на рисунке.10.

Рисунок 10

3 Схема макета

3.1 Схема принципиальная электрическая.

На рисунке 11 представлена разработанная принципиальная электрическая схема.

Рисунок 11. Принципиальная электрическая схема

Номиналы резисторов и конденсаторов:

R1, R2……….1Ком;

R3, R4……….6,8Ком;

C1, C2, C5…...0,15 пФ;

С3, С4………..220пФ.

3.2 Таблицы контактов

Далее в таблицах 4-8 представлены таблицы контактов.

Таблица 4 .Контакты DD1

Таблица 5.Контакты X

Таблица 6.Контакты DD2

Таблица 7.Контакты DD3

Таблица 8.Контакты LPT

4 Программа управления

4.1 Логика работы

Программа осуществляет управление ШИМ-регулятором через LPT порт ЭВМ.

Для доступа к порту используются адреса 378H, 379H и 37AH. По адресу 378H осуществляется запись в регистр Data, по адресу 379H - в регистр Status и по адресу 37AH - в регистр Control.

В нашем случае, так как предполагается чтения из порта, а только запись в порт, то регистр Status не используется. Регистр Data используется для передачи байта в программируемый таймер-счётчик, а биты 0,1 и 2 регистра Control для выставления строба записи и выбора режима записи в таймер-счётчик.

На рисунке 12 изображены контакты LPT порта и их принадлежность тому или иному регистру.

Рисунок 12

Для формирования на выходе ШИМ- регулятора импульсов с заданной скважностью и периодом, таймер-счётчик КР580ВИ53 был запрограммирован в режим работы 2 и 1 - соответственно таймер-счётчик 1 и 0 . Таймер-счётчик 2 не использовался.

В режиме 2 таймер выполняет функцию делителя входной частоты CLK на n. Таким образм мы получаем импульсы с определённым периодом и подаём их на вход таймера-счётчика 0, который работает в режиме 1, то есть в режиме программируемого мультивибратора. В результате на выходе таймера-счётчика 0 мы получаем импульсы с заданным периодом и скважностью. Для реализации данного алгоритма была написана программа. Теакт программы представлен в приложении А.

Заключение

В результате проделанной работы были получены знания в области макетирования и сборке платы ШИМ-регулятора, также были получены теоретические знания в области микропроцессорных средств. Была разработана электрическая схема ШИМ - регулятора и программа для управления через LPT порт ЭВМ. По результатам проделанной работы можно сделать вывод, что ШИМ - регулятор достаточно прост с точки зрения схемотехнического решения, а значит экономичен как с точки зрения элементной базы, так и с точки зрения денежных затрат. У него высокий коэффициент полезного действия и он упрощает работу транзистора, тем самым, обеспечивая его сохранность. Эти достоинства делают предпочтительным применение ШИМ - регулятора там, где необходима надёжность и простота реализации.

Приложение А

Текст программы

program lpt;

uses dos,crt;

var

addr_d,addr_c: word;

e:integer;

in_t,in_tau:byte;

input_t,input_tau: String;

procedure set_kanal_0(value: byte);{процедура установки режима работы счётчика-таймера 0}

var

PSW_strobe_0: byte;

PSW_strobe_1: byte;

N0_strobe_0: byte;

N0_strobe_1: byte;

psw_set: byte;

begin

PSW_strobe_1:=7;{00000111}

PSW_strobe_0:=6;{00000110}

N0_strobe_1:=1;{00000001}

N0_strobe_0:=0;{00000000}

psw_set:=50;{00110010}

{set mode}

Port[addr_c]:=PSW_strobe_1;

Port[addr_d]:=psw_set;

Port[addr_c]:=PSW_strobe_0;Port[addr_c]:=PSW_strobe_1;

{data => 8253}

Port[addr_d]:=value;

Port[addr_c]:=N0_strobe_0;Port[addr_c]:=N0_strobe_1;

end;

procedure set_kanal_1(value: byte); {процедура установки режима работы счётчика-таймера 1}

var

var

PSW_strobe_0: byte;

PSW_strobe_1: byte;

N1_strobe_0: byte;

N1_strobe_1: byte;

psw_set: byte;

begin

PSW_strobe_1:=7;{00000111}

PSW_strobe_0:=6;{00000110}

N1_strobe_1:=3;{00000011}

N1_strobe_0:=2;{00000010}

psw_set:=116;{01110100}

{set mode}

Port[addr_c]:=PSW_strobe_1;

Port[addr_d]:=psw_set;

Port[addr_c]:=PSW_strobe_0;Port[addr_c]:=PSW_strobe_1;

{data => 8253}

Port[addr_d]:=value;

Port[addr_c]:=N1_strobe_0;Port[addr_c]:=N1_strobe_1;

end;

begin

{считывание адреса LPT порта}

addr_d:=MemW[$0040:$0008];

{вычисление адреса регистра Control LPT порта}

addr_c:=addr_d+2;

while true do begin {считывание значений скважности и периода в цикле}

write('Период [q - для выхода]: ');

readln(input_t);

if input_t='q' then break;

val(input_t,in_t,e);

set_kanal_1(in_t);

write('Скважность [q - для выхода]: ');

readln(input_tau);

if input_tau='q' then break;

val(input_tau,in_tau,e);

set_kanal_0(in_tau);

writeln('==========================================');

end;{цикл выполняется до тех пор, пока не введена буква q}

end.

Страницы: 1, 2