Файл: Учебнометодический комплекс по дисциплине электрооборудование фармацевтического производства для специальности 5В074800 Технология фармацевтического производства.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.01.2024

Просмотров: 216

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Караганда

Тема 7 Импульсные и цифровые устройства Импульсная техника – раздел электроники, предметом которого является разработка теоретических основ, практических методов и технических средств генерирования, преобразования и измерения параметров электрических импульсов, а также исследование импульсных процессов в электрических цепях. Наиболее часто в импульсных электронных устройствах используются импульсы прямоугольной (рис. 34,а), трапецеидальной (рис. 34,б), треугольной (рисунок 34,в) и экспоненциальной (рис. 34,г) формы. Импульсы, формы которых приведены на рис. 34,а…г, являются идеализированными. Форма реальных импульсов не является геометрически правильной из-за нелинейности характеристик полупроводниковых приборов и влияния реактивных сопротивлений в схемах. Поэтому реальные прямоугольные импульсы, наиболее часто используемые в практических импульсных схемах, имеют форму, приведенную на рис. 34,д.Участки быстрого нарастания и спада напряжения или тока называются фронтом и срезом импульса, а интервал, на котором напряжение или ток изменяются сравнительно медленно,- вершиной импульса.Активные длительности фронта τфа и среза τса определяются между уровнями 0,1Um и 0,9Um, где Um – амплитуда импульса. Активная длительность вершины τа оценивается на уровне 0,5Um. Импульс, показанный на рис. 34,д, имеет обратный выброс с амплитудой Um обр. Кроме того, на его вершину наложены затухающие синусоидальные колебания, который, как правило, возникают из-за наличия в схеме паразитных колебательных цепей, образованных распределенными индуктивностями и емкостями. Рисунок 34Упрощенная форма реального прямоугольного импульса показана на рис. 34,е. Спрямленные отрезки ab, bc, cd отображают соответственно фронт, вершину и срез импульса, а отрезки de и ef – нарастание и спад обратного импульса. Скорость нарастания напряжения или тока на рис. 34,е характеризуется крутизной фронта импульса, а убывание напряжения или тока на вершине относительным снижением.Одним из важнейших показателей импульсных сигналов является длительность импульсов. Помимо указанного параметра τа, определяющего активную длительность вершины на уровне 0,5Um, длительность импульса характеризует время tи, определяемое либо на уровне 0,1Um, либо по основанию импульса (рис. 34,е).К основным параметрам импульсов относится период повторения импульсов Т – интервал времени между началом двух соседних однополярных импульсов. Величину, обратную периоду повторения, называют частотой следования импульсов ν. Часть периода Т занимает пауза tп – отрезок времени между окончанием и началом двух соседних импульсов tп = T – tи.Отношение длительности импульса к периоду повторения называется коэффициентом заполненияВеличина, обратная коэффициенту заполнения, называется скважностью импульсовКачество работы импульсных устройств во многом определяется временем восстановления импульса tвос (рис. 34,е). Чем меньше tвос, тем надежнее работает схема, тем выше ее быстродействие.Мультивибраторы. Одним из наиболее распространенных генераторов импульсов прямоугольной формы является мультивибратор, представляющий собой двухкаскадный резистивный усилитель с глубокой положительной обратной связью. Одна из наиболее простых и типичных схем мультивибратора приведена на рис. 35. Элементы схемы подобраны так, чтобы обеспечить идентичность каждого из усилительных каскадов, собранных на однотипных транзисторах VТ1, VT2. При R1 = R4, R2 = R3, C1 = C2 и одинаковых параметрах транзистора мультивибратор называется симметричным. Рисунок 35На рис. 36 приведены временные диаграммы токов, протекающих в транзисторах, и напряжений на коллекторах и базах транзисторов. Исходный момент t0 соответствует тому случаю, когда транзистор VT1 заперт, а транзистор VT2 открыт. Моменты t1, t2, t3 соответствуют переключению схемы. Рисунок 36Базовые логические элементы. Применение двоичной системы счисления в цифровой электронике обеспечивает более высокую скорость выполнения операций и более высокую надежность электронной аппаратуры, т.к. элементной базой для ее построения служат элементы с двумя устойчивыми состояниями. Для описания алгоритмов работы цифровых устройств используется соответствующий математический аппарат, получивший название булевой алгебры или алгебры логики. Каждую конкретную комбинацию значений аргументов называют набором. При n аргументах существует 2n наборов. Для краткости набор записывается в виде двоичного числа, цифрами которого являются значения переменных, расположенных в определенном порядке. Двоичное число, представляющее набор, называется номером набора и обозначается α.. При n аргументах совокупность всех значений функции на 2n наборах содержит 2n нулей и единиц. Каждой функции соответствует своя комбинация этих 2n значений. Общее количество всех возможных функций n аргументов определяется числом .Логические функции одной переменной приведены в таблице 1,Таблица 1

Тематика рефератов:

Погрешность квантования – погрешность, вызванная значением шага квантования, определяемая как половина амплитуды младшего разряда (0,5АМР).

Точностные параметры АЦП характеризуются несоответствием идеальной и действительной характеристик преобразования для конкретной реализации АЦП. К ним относятся: напряжение смещение нуля, отклонение коэффициента преобразования от номинального, монотонность характеристики, дифференциальная нелинейность, апертурная погрешность.

Напряжение смещения нуля – напряжение, которое определяет параллельный сдвиг характеристики преобразования вдоль оси абсцисс. Это обусловлено наличием напряжения смещения нуля в компараторе и отклонением сопротивления первого резистора делителя опорных напряжений.

Отклонение коэффициента преобразования от номинального значения характеризуется погрешностью преобразования в конечной точке характеристики. Это обусловлено напряжением смещения нуля и отклонением сопротивлений резисторов в другом конце делителя.

Дифференциальная нелинейность АЦП определяется отклонением действительных значений шагов квантования характеристики от их среднего значения.

Монотонность характеристики преобразования АЦП характеризуется наличием всех кодовых комбинаций на его выходе при подаче на вход изменяющегося аналогового сигнала.

Апертурная погрешность определяется неопределенностью между значением входного сигнала в момент выборки и значением фактически преобразуемой величины входного аналогового сигнала.

Основными динамическими параметрами являются: время преобразования, время задержки запуска, частота дискретизации, апертурное время, апертурная неопределенность, монотонность характеристики преобразования при максимальной скорости изменения входного сигнала, время цикла кодирования.

Время преобразования – отрезок времени с момента начала появления сигнала на входе АЦП до появления на выходе устойчивого цифрового кода.

Время задержки запуска определяется минимальным временем с момента подачи скачкообразного сигнала на аналоговый вход АЦП до момента подачи сигнала запуска АЦП, при котором выходной код отличается от номинального не более чес на значение статистической погрешности. Это время определяется переходными процессами во входных цепях АЦП.


Время цикла кодирования определяется временем, в течение которого осуществляется непосредственное преобразование установившегося значения входного сигнала. Оно определяется задержкой передачи сигнала в составных блоках АЦП.

Частота дискретизации – максимальная частота преобразования входного сигнала, при которой выбранный параметр АЦП не выходит за заданные пределы.

Апертурное время – время, в течение которого сохраняется неопределенность между моментом выборки входного сигнала и моментом времени, к которому оно относится. Физически это определяется инерционностью токовых переключателей и компараторов.

Апертурная неопределенность – случайное изменение апертурного времени, наиболее часто определяемое в конкретной точке характеристики пробразования. Апертурная неопределенность приводит к появлению различных кодовых комбинаций при кодировании быстроизменяющегося сигнала одной величины.

Монотонность характеристики преобразования при максимально допустимой скорости изменения входного сигнала определяется той скоростью его изменения, при которой характеристика АЦП еще монотонна.

При эксплуатации АЦП необходимо учитывать минимальный временной интервал между преобразованиями, который характеризует время возвращения АЦП в исходное состояние и может влиять на частоту дискретизации.

Для нормальной и устойчивой работы АЦП необходимо выполнять ограничения на следующие эксплуатационные параметры устройства:

- диапазон изменения входных и выходных сигналов;

- длительность управляющих импульсов;

- длительность фронта и среза импульсов;

- используемый цифровой код.

Основная литература: [2, 5, 6];

Дополнительная литература: [7, 8].

Тема 8 Микропроцессоры и микропроцессорные систем


Структура микропроцессорной системы

Микропроцессором (МП) называется построенное на одной или нескольких БИС/СБИС программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки информации и управление им.

Решаемая задача определяется реализуемой МП программой, структура микропроцессорной системы остается неизменной, что и определяет его универсальность.

Микропроцессоры появились, когда уровень интеграции ИС достиг значений, когда необходимые для программной реализации алгоритмов блоки удалось разместить на одном или нескольких кристаллах. МП – центральный процессорный элемент микропроцессорной системы (микро-ЭВМ), в которую также входят память и устройства ввода/вывода (внешние устройства).

Совокупность БИС/СБИС, пригодных для совместного применения в составе микро-ЭВМ, называется микропроцессорным комплектом БИС/СБИС (МПК). Понятие МПК задает номенклатуру микросхем с точки зрения возможностей их совместного применения (совместимость по архитектуре, электрическим параметрам, конструктивным признакам и пр.). В состав МПК могут входить микросхемы различных серий и схемотехнических типов при условии их совместимости.

В микропроцессорной системе (МПС) организуется процесс выполнения заданной программы, и самые различные задачи решаются путем выполнения последовательности команд, свойственных данному МП. Вычислительные, контрольно-измерительные или управляющие системы, обрабатывающим элементом которых служит МП, относятся к числу МПС.

Практически всегда структура МПС является магистрально-модульной. В такой структуре всегда имеется группа магистралей (шин), к которым подключаются различные модули (блоки), обменивающиеся между собой информацией поочередно, в режиме разделения времени.

Термин «шины» относится к совокупности цепей (линий), число которых определяется разрядностью шины.

Типична трехшинная структура МПС с шинами адресов ША (английский термин Adress Bus – AB), данных ШД (Data Bus – DB) и управления ШУ (Control Bus – CB).

На рис. 40 показана структура микропроцессорной системы с МП (К1821ВМ85А), имеющим мультиплексированную шину адресов/данных.


Линии А15-8 являются адресными, через них в систему подается старший байт 16-разрядного адреса. В эту шину включен формирователь на постоянно открытом по входу разрешения EN буферном регистре ИР82, обеспечивающем работу шины на нагрузку, образуемую внешними цепями. Собственной нагрузочной способности у выводов МП, как правило, не хватает. Линии AD7-0 мультиплексируются. Вначале они передают младший байт адреса, признаком чего служит наличие сигнала ALE (Adress Latch Enable), загружающего этот байт в регистр ИР82.

Рисунок 40
После загрузки регистра сигнал ALE снимается, и содержимое регистра остается неизменным вплоть до новой загрузки в следующем цикле работы процессора. Так формируется 16-разрядная шина адреса, содержащая адрес А15-0. Этот адрес используется блоками постоянной и оперативной памяти ROM и RAM. Адресация портов ввода и вывода данных требует восьмиразрядного адреса, что соответствует возможности работы не более чем с 256 портами каждого из типов. Адрес портов можно снимать с любой половины адресной шины.

После передачи младшего байта адреса шина AD7-0 отдается для передачи данных. Эти передачи двунаправлены, направление задается буфером данных BD в зависимости от сигнала Т (Transit). При активном состоянии сигнала чтения RD (Read) данные передаются справа налево, при пассивном – в обратном направлении. К шине данных подключены информационные выводы всех модулей МПС.

Выводы х1 и х2 служат для подключения кварцевого резонатора или иных контуров, задающих частоту тактовому генератору, расположенному в МП. Тактирование системы производится на частоте, раной половине частоты резонанса кварца или иного контура, поскольку генератор работает на триггер, с которого снимаются сигналы тактирования модулей МПС, а триггер делит частоту на 2. Вход является входом асинхронного сброса, приводящим МП в исходное состояние. Сигнал L – активный. Сброс может быть осуществлен замыканием ключа К и автоматически происходить при включении питания Ucc. В этом случае благодаря цепочке RC напряжение на входе
нарастает постепенно, и в течение некоторого времени после включения питания остается низким (ниже порогового), что равноценно подаче сигнала .

Выполняя программу, МП обрабатывает команду за командой. Команда задает выполняемую операцию и содержит сведения об участвующих в ней операндах. после приема команды происходит ее расшифровка и выполнение, в ходе которого МП получает необходимые данные из памяти или внешних устройств. Ячейки памяти и внешние устройства (порты) имеют номера, называемые адресами, которыми они обозначаются в программе.

По однонаправленной адресной шине МП посылает адреса, определяя объект, с которым будет обмен, по шине данных (двунаправленной) обменивается данными с модулями (блоками) системы, по шине управления идет обмен управляющей информацией.

Устройства ввода-вывода (УВВ) или внешние устройства (ВУ) – технические средства для передачи данных извне в МП или память, либо из МП или памяти во внешнюю среду. Для подключения ВУ необходимо привести сигналы, форматы слов, скорость передачи и т.д. к стандартному виду, принимаемому данным МП. Это выполняется специальными блоками, называемыми адаптерами (интерфейсными блоками ввода-вывода). Интерфейсом называется совокупность аппаратных и программных средств, унифицирующих процессы обмена между модулями системы.

Кроме блоков, обозначенных на рисунке 40, в состав систем входят обычно и более сложные, чем адаптеры, блоки управления внешними устройствами – контроллеры. К их числу относятся, прежде всего, контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти. Имеются также контролеры клавиатуры, дисплея, дисковой памяти и пр.

Контроллеры прерываний обеспечивают обмен с внешними устройствами в режиме прерывания (временной остановки) выполняемой программы для обслуживания запроса от внешнего устройства.

Контроллеры прямого доступа к памяти обслуживают режим прямой связи между внешними устройствами и памятью без участия МП. При управлении обменом со стороны МП пересылка данных между внешними устройствами и памятью происходит в два этапа – сначала данные принимаются микропроцессором

Смотрите также файлы