ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6

6.1 Тема: Налагодження програми керування

Мета роботи: Набуття навиків програмної реалізації алгоритмів керування.

6.2 Порядок виконання роботи

1. Перевірка програм, складених студентами для реалізації індивідуальних завдань.

2. Введення та налагодження індивідуальних програм керування.

3. Демонстрування роботи програм викладачеві.

4. Складання звіту з лабораторної роботи.

6.3 Методичні вказівки

В ході виконання лабораторної роботи студенти реалізують на мікро-ЕОМ "Мікролаб КР580ИК80" індивідуальні алгоритми керування, які раніше були реалізовані схемним способом в лабораторній роботі № 3. "Синтез схеми управління технологічнимобладнанням".

Складання програм для реалізації алгоритмів керування.

В першу чергу слід визначити таблицю привласнювання датчиків та сигналів керування.

В алгоритмах керування, які були запропоновані студентам для реалізації, використовуються 4 датчики (сигнали Х₁, Х₂, Х₃, Х₄) та 6 сигналів керування (У₁, У₂, У_З, У₄, У₅, У₆). В мікропроцесорній лабораторії "Мікролаб КР580М80" для прийому сигналів від датчиків використовується восьмирозрядний порт з адресою FА, до 1-го, 2-го і 3-го розряду якого підключені движкові перемикачі. Логічно з цих розрядів читати вхідні сигнали Х₁, Х₂, Х₃ відповідно інші розряди порту FА використовуються монітором програмного забезпечення. Але при роботі програми користувача усі вони вільні і мають вхідні нулі. Тому будь-який з них може бути використаний для аналізу вхідного сигналу Х₄. Сигнал Х₄ введений в алгоритм керування для реалізації тимчасової затримки (таймера). Передбачено, що таймер повинний вмикатись за умовою Х₄ = 0, тобто тимчасова затримка реалізується завжди. Тому, під час аналізу сигналу Х₄ його можна читати у будь-який вільний розряд вхідного порту. Логічніше читати розряд 4-ий.Тоді вхідні сигнали будуть прив’язані до розрядів порту FА таким чином:

Сигнали керування реалізуються у вихідному порту з адресою F9. До кожного розряду порту підключений світлодіод. Прив’язка сигналів керування до розрядів вихідного порту може бути довільною. Прив’язка, яка має перевагу, одержує такий вигляд:

Програма, яка реалізує заданий алгоритм керування (програма користувача), починається з програмного настроювання інтерфейсу. Потім у порядку, який визначається конфігурацією алгоритму, аналізуються вхідні сигнали X у порту введення та формуються сигнали керування У у порту виведення. Техніка аналізу та формування сигналів відпрацьовувалась в лабораторній роботі № 5.

Для полегшення складання програми та зменшення кількості помилок бажано на граф-схемі алгоритму керування записувати команди, що реалізуються біля відповідних вершин графа.

Приклад:

На граф-схемі алгоритму повинні бути розставлені мітки з вказанням адрес переходів.

Приклад:

При формуванні сигналів керування динамічним способом бажано використовувати підпрограму виведення, перед зверненням до якої в один регістр / РОН / заноситься маска сигналів, які вимикаються, в другий - маска сигналів які вмикаються.

Приклад:

MVI D, <маска сигналів, які вимикаються>

MVI E, <маска сигналів, які вмикаються>

CALL <адреса підпрограми>

Також бажано оформлювати підпрограмою аналіз датчиків (вхідних сигналів).

Приклад:

MVI B, <маска датчиків>

CALL <адреса підрограми>

JZ <адреса переходу>

Реалізація тимчасової затримки завжди виконується спеціальною підпрограмою за методикою лабораторної роботи № 5. програма оформляється у вигляді таблиці такого змісту:

Структура програми керування відображує склад та взаємодію програмних модулів, а також прив’язку їх до адресного простору оперативної пам’яті користувача.

Приклад:

В
ведення та налагодження індивідуальних програм керування

Програма вводиться у оперативну пам’ять мікро-ЕОМ з адреси 8000. Адреси підпрограм вибираються довільно, проте підпрограму тимчасової затримки бажано розташувати з адреси 8100.

Шлях проходження алгоритму керування визначається розташуванням перемикачів вхідних сигналів. При цьому засвічуються усі світлодіоди в працюючих операторних вершинах. Відповідні комбінації сигналів керування вмикаються поперемінно з електронних елементів, проте сприймається їх одночасна робота.

Якщо під час проходження алгоритму виконується тимчасова затримка (таймер), то постійно горять світлодіоди затриманої операторної вершини, а решта світлодіодів даного шляху коротко проблискують. Таким чином перевіряється робота усіх гілок алгоритму керування.

Послідовність вмикання комбінацій вихідних сигналів можна спостерігати, штучно затримуючи кожну операторну вершину алгоритму, додаючи до неї таймер.

Приклад:

Для повернення програми у режим реального часу виклик таймера замінюється порожніми операторами НОП.

Демонстрація роботи програм викладачеві

Контроль правильності програми керування проводиться комутацією перемикачів на вхідному каналі мікро-ЕОМ та спостеріганням за світлодіодами на вихідному каналі.

Зміст звіту:

— титульний лист;

— мета роботи;

— вихідний керуючий алгоритм у вигляді граф-схеми алгоритму (ГСА);

— граф-схема алгоритму з розставленими програмними мітками;

— структура, програми керування;

—програма керування з коментарями.

Звіт оформляється на листах формату А4 згідно з вимогами діючих стандартів на оформлення звітів з дослідних робіт.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №7

7.1 Тема: Дослідження характеристик діода

Мета роботи: ознайомитися із методикою зняття вольт-амперних характеристик (ВАХ) діодів; дослідити властивості схем випрямляння: однопівперіодної, мостової, симетричної із подвоєнням напруги; ознайомитися зі схемою стабілізатора напруги на стабілітроні.

Обладнання: прилад для зняття вольт-амперних характеристик діодів, демонстраційні блоки із зазна­ченими схемами випрямляння та стабілізації; згладжувальні RC-фільтри; осцилограф.

7.2 Теоретичні відомості

Напівпровідникові діоди

Напівпровідниковий діод — це р-n-перехід, який має випрямні властивості. На обох його ділянках (р і п) закріплені контактні виводи. За конструкцією переходи і діоди бувають площинні й точкові.

У
площинних діодах лінійні розміри, що визначають площу переходу, значно більші від товщини переходу, у точкових лінійні розміри такі самі, як і товщина переходу. У точкових діодах (з точковим переходом) як випрямний елемент використовується контакт германієвої або кремнієвої монокристалічної пластинки з загостреним електродом із вольфраму, фосфористої або берилієвої бронзи. Структуру площинного і точкового діодів показано на рисунку 7.1.

Вольт-амперна характеристика діода

Розглянемо вольт-амперну характеристику ідеалізованого площинного діода, а потім зробимо необхідні уточнення, справедливі для реального діода. Ідеалізація зводиться до таких припущень:

а) перехід р-п несиметричний, ділянка р легована значно більше, ніж ділянка п (р > п). Можна вважати, що в такому переході інжекція відбувається лише в одному напрямі;

б) ширина переходу дуже мала, тому процесами, що відбуваються в ділянці переходу, можна знехтувати;

в) оскільки опір емітерної і базової ділянок незначний порів­няно з опором ділянки переходу, вважатимемо, що зовнішня на­пруга прикладена до переходу.

При прямому зміщенні переходу внаслідок інжекції дірок з емі­тера в базу створюється підвищена концентрація їх на базовій межі переходу. Із віддаленням від переходу концентрація дірок змен­шується внаслідок рекомбінації. Інжекція дірок у базу порушує її електричну нейтральність і спричинює до припливу надлишко­вих електронів із зовнішнього кола. Ці електрони розподіляються так, щоб скомпенсувати поле дірок, тобто розподіляються в базі за тим самим законом, що й дірки.

В установленому режимі в базі проходить дифузійний дірковий струм J_рд. Дірки, інжектовані в базу внаслідок наявності градієн­та їх концентрації, дифундують від більшої концентрації до меншої.

Під час дифузійного руху частина дірок рекомбінує з електронами. Для відновлення електричної нейтральності, тобто поповнення електронів, що пішли на рекомбінацію, в базу з джерела напруги надходять електрони, рух яких і є базовим струмом.

Дифузійним електронним струмом J_nд, зумовленим інжекцією електронів з бази в емітер, відповідно до нашого припущення (P_р >> п_п),нехтуємо.

Отже, при прямому зміщенні діода через нього проходить дифу­зійний дірковий струм, при зворотному відбувається явище екстрак­ції, яке й зумовлює зворотний струм діода.

Дірки бази (неосновні носії), що підійшли до ділянки переходу, внаслідок теплового ру­ху викидаються полем переходу в ділянку емітера. Порушена електрична нейтральність в емітері й базі відновлюється припливом (від джерела напруги в емітер) електронів і відпливом з ділянки бази надлишкових елек­тронів у джерело. Такий рух електронів і яв­ляє собою діркову дрейфову складову зворот­ного струму J_pE. Електронною дрейфовою складовою зворотного струму J_nЕ, що зумов­лена екстракцією електронів з емітера в ба­зу, зважаючи на припущення, що р_п>>п_р, нехтуємо. Зворотний струм діода, як і прямий, в основному дір­ковий.

Рівняння вольт-амперної характеристики ідеалізованого діода

де I=jS;

Струм I₀ називається тепловим струмом, бо він дуже залежить від температури внаслідок збільшення рівноважної концентрації неосновних носіїв (дірок) у базі р_0б. Крім того, I_о називають «зво­ротним струмом насичення». При великих значеннях зворотної при­кладеної напруги з її зміною він не змінюється. Вольт-амперну характеристику ідеалізованого діода показано на рисунку 7.2.

Із збільшенням зворотної прикладеної напруги (U< 0) збіль­шується потенціальний бар'єр, а дифузійний струм (струм основ­них носіїв) зменшується за експоненціальним законом. Загальний струм через перехід дорівнює тепловому струмові, який, будучи струмом неосновних носіїв, не залежить від напруги. При │U│≥ 0,1 ... 0,2 В значення <<1і тепловий струм визначається лише кількістю неосновних носіїв, які з'являються на межі пере­ходу за одиницю часу, тобто температурою і концентрацією неоснов­них носіїв.

При збільшенні прямої напруги потенціальний бар'єр знижує­ться, дифузійний струм зростає за експоненціальним законом, а тепловий струм лишається незмінним. Ним можна знехтувати вже при U=0,1 В, бо I_о >>I_о .

Із зміною знака прикладеної до діода напруги змінюється напрям струму. При зворотних напругах проходить струм, що до­рівнює одиницям і десяткам мікроамперів. Водночас при невели­ких прямих напругах у кілька десятих вольта ці самі діоди пропус­кають струми близько 1 А. Це дає підставу твердити, що напів­провідниковий діод придатний для випрямляння змінних струмів.

Розглянута вольт-амперна характеристика ідеалізованого ді­ода добре узгоджується з експериментальною. Проте реальна вольт-амперна характеристика істотно відрізняється від ідеалізованої. У реальних діодах зворотний струм не залишається сталим, він дуже зростає із збільшенням зворотної напруги і завжди при ма­лих і великих зворотних напругах більший від теплового. Пояснює­ться це тим, що зворотний струм реального діода складається з таких струмів: теплового I_о, термогенерації I_G, поверхневого ви­току I_В.