ТАУ и электроника АВиМ

Рис. 8.7.2

Схема И, элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ - реализуются подключением на выход диодной матрицы транзисторного инвертора R >> Rпр. (см. Рис. 8.7.3)

Рис. 8.7.3

Простые логические элементы предназначены для реализации основных функций алгебры логики в цифровых устройствах. Дешифраторы и шифраторы принадлежат к числу преобразователей кодов.

Мультиплексором называется комбинационное устройство, обеспечивающее коммутацию одного из входов на общий выход под управлением сигналов на адресных входах.

Демультиплексором называется комбинационное устройство, обеспечивающее коммутацию единственного входа на один из выходов под управлением сигналов на адресных входах.

С понятием шифрации связано представление о сжатии данных, с понятием дешифрации, обратное преобразование. Дешифратор предназначен для преобразования поступающего на входы кода - в сигнал только на одном из выходов. Шифраторы выполняют микрооперации, обратную микрооперации дешифраторов. При возбуждения одной из входных цепей шифратора на его выходах формируется слово, отображающее номер возбуждённой цепи.

Сумматором называется устройство, выполняющее арифметическое сложение двух чисел, представленных операций (сдвига числа, обращение кода числа) могут выполнять алгебраическое сложение, вычитание, умножение, деление, сравнение и другие действия с числами.

Микроконтроллеры в общем случае предназначены для автоматического измерения, индикации, регистрации заданных параметров, выработки управляющих сигналов (команд), для исполнительных элементов в соответствии с заданной программой.

8.8 - назначение микроконтроллера.

Микроконтроллер

(Термин "микроконтроллер" (МК) вытеснил из употребления ранее использовавшийся термин "однокристальная микро-ЭВМ".)

Микроконтроллер 1993 года с УФ стиранием памяти 62E40 европейской фирмы STMicroelectronics

Микроконтроллер -- микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами.

Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, может содержать ОЗУ и ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи. Использование одной микросхемы, вместо целого набора, как в случае обычных процессоров, применяемых в персональных компьютерах, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость устройств, построенных на базе микроконтроллеров.

Микроконтроллеры являются основой для построения встраиваемых систем, их можно встретить во многих современных приборах, таких, как телефоны, стиральные машины и т. п. Бомльшая часть выпускаемых в мире процессоров -- микроконтроллеры.

Описание

При проектировании микроконтроллеров приходится соблюдать баланс между размерами и стоимостью с одной стороны и гибкостью и производительностью с другой. Для разных приложений оптимальное соотношение этих и других параметров может различаться очень сильно. Поэтому существует огромное количество типов микроконтроллеров, отличающихся архитектурой процессорного модуля, размером и типом встроенной памяти, набором периферийных устройств, типом корпуса и т. д.

В то время, как 8-разрядные процессоры общего назначения полностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные микроконтроллеры продолжают широко использоваться. Это объясняется тем, что существует большое количество применений, в которых не требуется высокая производительность, но важна низкая стоимость. В то же время, есть микроконтроллеры, обладающие большимми вычислительными возможностями, например цифровые сигнальные процессоры.

Ограничения по цене и энергопотреблению сдерживают также рост тактовой частоты контроллеров. Хотя производители стремятся обеспечить работу своих изделий на высоких частотах, они, в то же время, предоставляют заказчикам выбор, выпуская модификации, рассчитанные на разные частоты и напряжения питания. Во многих моделях микроконтроллеров используется статическая память для ОЗУ и внутренних регистров. Это даёт контроллеру возможность работать на меньших частотах и даже не терять данные при полной остановке тактового генератора. Часто предусмотрены различные режимы энергосбережения, в которых отключается часть периферийных устройств и вычислительный модуль.

Кроме ОЗУ, микроконтроллер может иметь встроенную энергонезависимую память для хранения программы и данных. Во многих контроллерах вообще нет шин для подключения внешней памяти. Наиболее дешёвые типы памяти допускают лишь однократную запись. Такие устройства подходят для массового производства в тех случаях, когда программа контроллера не будет обновляться. Другие модификации контроллеров обладают возможностью многократной перезаписи энергонезависимой памяти. В отличие от процессоров общего назначения, в микроконтроллерах часто используется гарвардская архитектура.

Неполный список периферии, которая может присутствовать в микроконтроллерах, включает в себя:

различные интерфейсы ввода-вывода, такие как UART, I²C, SPI, CAN, USB, ETHERNET

аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи

компараторы

широтно-импульсные модуляторы

таймеры

контроллеры бесколлекторных двигателей

контроллеры дисплеев и клавиатур

радиочастотные приемники и передатчики

массивы встроенной FLASH памяти

Программирование микроконтроллеров обычно осуществляется на языке ассемблера или Си, хотя существуют компиляторы для других языков, например Форта используются также встроенные интерпретаторы Бейсика. Для отладки программ используются программные симуляторы (специальные программы для персональных компьютеров, имитирующие работу микроконтроллера), внутрисхемные эмуляторы (электронные устройства, имитирующие микроконтроллер, которые можно подключить вместо него к разрабатываемому встроенному устройству) и интерфейс JTAG.

____________________________________________________________

____________________________________________________________

Задание 9 - (Дополнительно): - Классификация фильтров, построение и схемы активных фильтров.

Фильтрующие элементы

Теоретические сведения.

Фильтрующие элементы используются в блоках питания для фильтрации сигналов, в качестве корректирующих звеньев в системах управления и т.п. Фильтры делятся на два больших класса - пассивные и активные, причём основным отличием активного фильтра является наличие усилительного элемента - обычно это ОУ. Если в фильтре содержится один реактивный элемент (ёмкость или индуктивность), то такой фильтр называется фильтром первого порядка, если два - то второго порядка и т.д.

Наиболее распространённым пассивным фильтром первого порядка является интегрирующая RC- цепь, входящая в состав рассмотренного выше интегратора, который может рассматриваться как активный низкочастотный фильтр первого порядка. Этот же фильтр в технике электропитания называется Г-образным, в аудиотехнике - фильтром нижних частот (ФНЧ), а в технике управления - корректирующим или интегрирующим звеном. Основными характеристиками фильтра являются АЧХ и ФЧХ. Например, для интегрирующей цепи на Рис. 9.1 они описываются выражениями:

Следует отметить, что фильтры на базе RC-цепей обладают своеобразной дуальностью. Если на Рис.9.1 поменять местами элементы R и C, то получим фильтр верхних частот (ФВЧ).

Рис. 9.1 Схема пассивного ФНЧ первого порядка

Классической схемой фильтра второго порядка является последовательная RLC-цепь (рис. 9.2).

Рис. 9.2 Фильтр второго порядка

RLC-цепь обладает явными резонансными свойствами, её АЧХ и ФЧХ описываются выражениями:

где - коэффициент затухания, его обратная величина называется добротностью Q=1/d , часто определяемой как

, где - ширина полосы пропускания по уровню 0,707(-3дБ); - резонансная частота.

При практической реализации RLC-фильтров (особенно низкочастотных) наибольшие трудности возникают с изготовлением катушек индуктивности , их экранированием, а при больших значениях индуктивности - с проблемой массы и геометрических размеров. С появлением ОУ эти проблемы решены с использованием активных RC-фильтров. Появились так называемые безиндуктивные частотные фильтры. В качестве примера на Рис. 9.3 приведена схема активного ФНЧ второго порядка на ОУ.

Рис. 9.3 Активный RC- фильтр

Из полосовых фильтров наибольшее распространение получили фильтры, АЧХ которых описывается полиномами Баттерворта, Чебышева и Бесселя; для расчёта таких фильтров применяются специальные таблицы.

Фильтры Баттерворта. Эти фильтры характеризуются максимально плоской АЧХ в полосе пропускания. Управление величиной выходного напряжения и перестройка по частоте в широком диапазоне осуществляются в этих фильтрах проще, чем в других, поскольку при каскадном соединении все секции настраиваются на одну и ту же частоту.

Фильтры Чебышева. Эти фильтры обеспечивают наивысшую крутизну АЧХ в переходной полосе частот. Однако при этом АЧХ в полосе пропускания приобретает колебательный характер. Чем больше неравномерность в полосе пропускания, тем выше крутизна затухания в переходной полосе частот.

Фильтры Бесселя. Фильтры Бесселя обладают максимально плоской характеристикой группового времени запаздывания (производная от ФЧХ по частоте) и линейностью ФЧХ по полосе пропускания. Однако крутизна затухания фильтра невелика.

В каталоге схем программы EWB имеется пример низкочастотного полосового фильтра (файл speech.ca4) с полосой пропускания от 300 Гц до 3 кГц. Фильтр представляет собой два последовательно включённых фильтра четвёртого порядка на ОУ (ФНЧ и ФВЧ).В каталоге имеются также схемы активных избирательных ФНЧ на базе Т-образного моста (bass-amp.ca4) и пропорционально интегрирующий фильтр (riaa.ca4).