Файл: Разработка лабораторного стенда по программированию микроконтроллера stm.doc

Тема «Программирование управляющих сигналов транзисторной стойки с генерацией «мертвого» времени (DeadTime)»

Цель: программирование ШИМ – сигналов с настройкой «мертвого времени». Описание лабораторной работы:

В процессе выполнения данной лабораторной работы, обучающиеся научатся владеть технологией разработки программного обеспечения для микроконтроллеров STM32. Познакомятся c методом генерации мертвого времени. Также вживую увидят результаты проделанной работы, что позволит наглядно убедиться в правильности выполнения задания. Краткие теоретические сведения:

«Мертвое» время (DeadTime) – задержка по времени положительных фронтов управляющих сигналов для исключения аварийных ситуаций в стойках. Стойка (рисунок 37) — это основной элемент силовой схемы, состоит из двух последовательно соединённых транзисторов и обратных диодов, соединённых параллельно с ними.

Рисунок 37 – Один из вариантов исполнения стойки

Управление стойкой происходит с помощью ШИМ, обычно для стойки с двумя транзисторами скважность задается только для верхнего ключа, а нижний ключ работает в комплементарном (со–зависимом) режиме (рисунок 38), то есть когда верхний ключ включен, то нижний выключен и наоборот, кода нижний ключ включен, верхний должен быть выключен. Такой комплементарный способ управления применяется в большинстве преобразователей. Микроконтроллер STM32F103C8T6 имеет в своем наборе таймер TIM1, с помощью которого можно назначить комплементарные выводы для генерации ШИМ – сигнала, то есть программисту необходимо задать скважность ШИМ только для верхнего ключа, а на соответствующем выводе микроконтроллера аппаратно сформируется комплементарный сигнал для нижнего ключа.

Рисунок 38 – Комплементарное управление транзисторами в стойке

Особое внимание следует обратить на момент выключения верхнего транзистора и включения нижнего. На практике время срабатывания транзисторов отлично от нуля и возможна ситуация, когда один транзистор уже успел включиться, а другой еще не успел выключится это приводит к короткому замыканию между положительным и отрицательным контактами стойки. Ток, который возникает в таком аварийном режиме называют «сквозным». Для предотвращения таких ситуаций используют генерацию «мертвого» времени, то есть происходит смещение фронтов сигналов (рисунок 39) и возникают паузы в управлении, которые гарантируют безопасное включение и отключение транзисторов в стойке.[1]

Рисунок 39 – Генерация «мертвого» времени

Содержание и порядок выполнения работы:

Представлено в ПРИЛОЖЕНИИ А.

Задание: в соответствии с назначенным преподавателем вариантом необходимо изменить значение поля TIM_DeadTime структуры BDTR на значение из таблицы 6, скомпилировать полученный проект, загрузить рабочую программу в микроконтроллер и продемонстрировать результат.

Таблица 6 – Значения для поля TIM_DeadTime

Вариант	1	2	3	4
Значение	20	30	40	50

Содержание отчёта:

Название и цель работы.
Код с измененными параметрами.
Компоновка элементов лабораторной установки, название входящих в нее элементов, в том числе основных узлов микроконтроллера.
Выводы о проделанной работе.
Подготовиться к устному опросу по лабораторной работе. Вопросы для самоконтроля:

Что такое мертвое время (DeadTime)?
Что такое сквозной ток?
Поясните как происходит управление стойкой при помощи ШИМ.
Поясните способ комплементарного управления стойкой.
Укажите в каком поле структуры BDTR, указывается значение мертвого времени?

2.5. Характеристика лабораторной работы 3

Тема «Изменение скважности ШИМ – сигнала с помощью кнопки

(button)»

Цель: написать программу для изменения скважности ШИМ – сигнала с помощью кнопки. Описание лабораторной работы:

В процессе выполнения данной лабораторной работы, обучающиеся научатся владеть технологией разработки программного обеспечения для микроконтроллеров STM32. Познакомятся с особенностями инициализации такого периферийного устройства как порт ввода – вывода. Научатся использовать выводы микроконтроллера для снятия входных данных, в данном случае с кнопки. Знакомство с портами ввода – вывода наиболее важная часть в процессе изучения микроконтроллеров, так как именно они используется для взаимодействия контроллера с внешним миром. После проделанной работы, обучающиеся будут лучше ориентироваться в вопросах о разработках систем управления для «умного» дома, электропривода и так далее.

Краткие теоретические сведения:

Порты ввода – вывода (GPIO) это основной элемент любого микроконтроллера, они используются для «общения» микроконтроллера с внешним миром. Устройство портов ввода – вывода представлено на рисунке 40.

Рисунок 40 –Устройство портов ввода – вывода (GPIO)

Как видно из рисунка 40, выводы микроконтроллера можно сконфигурировать как на вход, так и на выход:

Входной драйвер (input driver) – позволяет сконфигурировать порт микроконтроллера как вход (аналоговый вход, альтернативная функция), с возможностью чтения входных данных, включает в себя:

а) триггер Шмитта (TTL Schmitt trigger);

б) стягивающий резистор (pull – down) –подключен к выводу G (земля), позволяет получить на выводе низкое напряжение (логический ноль);

в) подтягивающий резистор (pull – up) – подключен к питанию микро-

контроллера, позволяет получить на выводе высокое напряжение (логическую единицу);

г) защитный диод (protection diode) – защищает микроконтроллер от перенапряжения.

Выходной драйвер (output driver) – позволяет сконфигурировать порт микроконтроллера как выход, с возможностью чтения и записи выходных данных, также возможна конфигурация порта в виде выхода альтернативной функции (например, для генерации ШИМ – сигналов). Выходной драйвер включает в себя:

а) управление выходом (output control);

б) транзисторы (P – MOS и N – MOS), используются для определения

на выходе микроконтроллере высокого напряжения (логической единицы), либо низкого напряжения (логического нуля);

в) защитный диод (protection diode) – защищает микроконтроллер от перенапряжения.

В данной лабораторной работе необходимо подключать кнопку. Кнопка – это устройство при нажатии, на которое происходит замыкание контактов. Для подключения кнопки к микроконтроллеру необходимо сконфигурировать порт микроконтроллера как вход и включить чтение входных данных.

Содержание и порядок выполнения работы:

Представлено в ПРИЛОЖЕНИИ Б.

Задание: в соответствии с назначенным преподавателем вариантом, необходимо изменить значение макроса TIM_PULSE_BUTTON_ONна значение из таблицы 7, скомпилировать проект, загрузить рабочую программу в микроконтроллер, результат продемонстрировать. Таблица 7 – Значения для макроса

Вариант	1	2	3	4
Значения	1600	1700	1800	2000

Содержание отчёта:

Название и цель работы.
Код с измененными параметрами.
Компоновка элементов лабораторной установки, название входящих в нее элементов, в том числе основных узлов микроконтроллера.
Выводы о проделанной работе.
Подготовиться к устному опросу по лабораторной работе.