Микропроцессоры в электронных устройствах

Номинал сопротивления R₁ составляет 1 Ом, что гораздо меньше выходного сопротивления транзистора, поэтому напряжение от ЦАП будет примерно равно напряжению на КЭ, а напряжение на сопротивлении прямо пропорционально току базы. Так как напряжение на R₁ очень мало, то в схеме используется усилитель с положительной обратной связью, выход которого подключен к 8миразрядному АЦП. Коэффициент усиления усилителя равен 100. В качестве усилителя использована микросхема AD711JN. В качестве 8миразрядного АЦП использована микросхема ADC0820, совместимая с микропроцессорами Intel 8080, Zilog Z80 и т. д. Данная микросхема имеет 8-битную шину данных. Опорное напряжение АЦП составляет 5 В, напряжение питания - 5 В. Шаг квантования 20 мВ. На аналоговый вход АЦП может подаваться напряжение от 0 до 5 В. Преобразование входного напряжения в двоичный код происходит в соответствии со следующей формулой:

где V_REF - опорное напряжение (5 В), - выходное число по шине данных. - входное напряжение.

Ток в цепи базы задаётся цифро-аналоговым преобразователем с токовым выходом. В качестве такого ЦАП используется микросхема DAC08030, совместимая с микропроцессорами Intel 8080, Zilog Z80 и т. д. Данная микросхема имеет 8-битную шину данных и два токовых выхода, рассчитываемых по формуле:

где V_REF - опорное напряжение (10 В), - входное число по шине данных. В данной работе будет использоваться выход .

Для подачи напряжения на КЭ в схеме используется цифро-аналоговый преобразователь двоичного кода в напряжение. В данной работе используется микросхема AD7302, совместимая с микропроцессорами Intel 8080, Zilog Z80 и т. д. Данная микросхема имеет 8-битную шину данных, опорное напряжение 2.5 В (выходное напряжение меняется от 0 до 2.5х2 В), напряжение питание 5 В. К выходу ЦАП подключён усилитель, с коэффициентом усиления 2. Т. о. удаётся изменять напряжение на КЭ в диапазоне от 0 до 10 В.

На рис. микросхема DAC08030 представлена в виде источника тока I₁, AD7302 - источника напряжения V₁, ADC0820 - в виде вольтметра U₂. Для того, чтобы показать реальный протекающий ток в цепи коллектора в моделируемую цепь включён амперметр U₃. Вольтметр U₁ показывает напряжение на КЭ.

Схема измерения

После проведения вычислений, значения будут заноситься в ОЗУ в виде таблиц. Каждая таблица содержит в себе информацию о зависимости h_21Э от тока коллектора при определённом напряжении КЭ. Таким образом можно будет выводить семейство характеристик. Каждая таблица будет состоять из одного столбца:

1. Значения параметра h_21Э.

2. Значения измеренного тока коллектора.

ОЗУ с объёмом 8х256 бит на сегодняшний день не выпускается.

Однако есть возможность использовать ОЗУ с большим объёмом памяти. В качестве неё может быть использована микросхема К537РУ9А. Это статическое ОЗУ, ёмкостью 2Кх8 бит и напряжением питания 5В.

В качестве ПЗУ использована микросхема К558РР1 ёмкостью 8х256 бит. Это ПЗУ использует источник питания напряжением 5 В.

Вывод информации на экран будет осуществляться на 16 светодиодных матрицах по 16х16 светодиодов в каждой.

Для такого дисплея требуются два дешифратора 1 из 64, один из которых с инверсными выходами. Если координата точки, которая должна загореться - i, j, то один дешифратор будет подавать высокое напряжение (лог. 1) на i-ю строку, другой будет подавать низкое напряжение (лог. 0) на j-ый столбец. Пересечение столбца и строки будет зажигать светодиод, соответствующей точке. В качестве дешифратора 1 из 64 использованы микросхемы К155ИД3.

Микросхема представляет собой дешифратор 1 из 16НЕ. Микросхема К155ИД3 имеет четыре адресных входа 1, 2,4, 8, два инверсных входа стробирования S, объединенных по И, и 16 выходов 0-15 Если на обоих входах стробирования лог. 0, на том из выходов, номер которого соответствует десятичному эквиваленту входного кода (вход 1 - младший разряд, вход 8 -старший), будет лог. 0, на остальных выходах - лог. 1. Если хотя бы на одном из входов стробирования S лог. 1, то независимо от состояний входов на всех выходах микросхемы формируется лог. 1. Схема дешифратора 1 из 64НЕ приведена на рисунке.

Дешифратор на 64 выхода

Для создания дешифратора 1 из 64 к каждому выходу подключается инвертор.

Так как обращение к дешифратору за время задержки между подачей напряжений на светодиоды производится однократно, то необходим буфер данных. В качестве такого элемента может быть использован порт ввода-вывода (например, совместимый с микропроцессором Z80 микросхема Z80PIO). Однако гораздо выгоднее применять регистр хранения на D-триггерах. В качестве регистра может быть использован набор D-триггеров CD74H573. Он имеет следующие преимущества перед портом ввода-вывода (при сравнении использовался Z80PIO):

1. Стоимость регистра значительно ниже, чем у порта ввода-вывода.

2. Для такого устройства не нужна процедура инициализации, что упрощает программирование и экономит память ПЗУ.

Процедура снятия зависимости h_21Э от тока коллектора разбита на 3 части:

1. Подача тока базы при помощи цифро-аналогового преобразователя DAC08030 и измерение тока коллектора при заданном значении напряжении КЭ.

2. Вычисление h_21Э = I_к/I_б. При этом значения h_21Э и I_к записываются в ОЗУ.

3. Вывод зависимости h_21Э от тока коллектора на экран.

Времязадающей является процедура вывода информации на экран. Рассчитаю время, в течение которого светится каждый светодиод. Для данного способа вывода информации верны следующие утверждения:

1) Минимальная частота следования кадров составляет f_кадр. = 24 к/с.

2) Так как выводится семейство характеристик, состоящее из четырёх кривых, то за время каждого кадра загораются N = 32х4=128 светодиодов.

Поэтому время, в течение которого должен светиться каждый светодиод составляет:

,

Что соответствует частоте:

Таким образом, при выводе информации на экран должна быть часть алгоритма, задающая задержку. Следовательно, необходимо подобрать такой микропроцессор, тактовая частота которого выше частоты .

В курсовой работе был выбран микропроцессор Z80 фирмы Zilog.

Данный микропроцессор хорошо сочетается с предложенной блок-схемой:

1) Он имеет шестнадцатиразрядную шину адреса, благодаря которой существует возможность обращения ко всем периферийным устройствам системы.

2) Его рабочая тактовая частота составляет 2.5 МГц, что значительно выше f_кадр.

3) Микропроцессор имеет восьмиразрядную шину данных, которая соответствует разрядности выбранных периферийных устройств.

4) Для тактирования процессора может быть использован кварцевый однофазный тактовый генератор.

Более подробное описание микропроцессора и его система команд приведена в приложении.

2. Принципиальная электрическая схема

микросхема коллектор ток база

Принципиальная электрическая схема устройства показана на рисунке 5. Схема дешифраторов 6х64 показана на рисунке 6. Микросхемы К155ЛН1, состоящие из 6 инверторов показаны на рисунке 6 в упрощённом варианте. Схема К155ЛН1 показана на рисунке 7.

Выходы дешифраторов 6х64 подключаются таким образом, чтобы светодиод, который должен светиться, был смещён в прямом напрявлении. Таким образом выходы Y-дешифратора должны подключаться к анодам диодов, а выходы X-дешифратора - к катодам. В таком случае остальные диоды будут смещены в обратном напрявлении и светиться не будут.

Рис. 7. Микросхема К155ЛН1

Размещено на Allbest.ru