Общие положения. Способы адресации, принимаемые в микроконтролерах

ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Способы адресации, принимаемые в микроконтролерах.

Флаги микроконтроллера.

Организация памяти микроконтроллера.

Принципы программного управления фон Неймана.

27) Базовая структурная организация ЭВМ.

28) Общие характеристики микроконтролеров AVR. 29) Базовая структура

микроконтролера.

31)Структура микроконтроллера AVR-AT90S8515. Назначение блоков POH,АЛУ, регистра состояний.

32)Структура микроконтроллера AVR-AT90S8515. Назначение модулей памяти.

32)Структура микроконтроллера AVR-AT90S8515. Структура и функциональные возможности портов.

33)Структура микроконтроллера AVR-AT90S8515. Таймеры и функциональные возможности.

34)Структура микроконтроллера AVR-AT90S8515. Назначение модулей SPI и UART.

Неотъемлемой частью почти любого электронного устройства являются генераторы гармонических или каких-либо других колебаний (треугольной, пилообразной, прямоугольной, импульсной форм). Устройство без генератора либо вообще ни на что не способно, либо предназначено для подключения к другому, которое скорее всего содержит генератор. Не будет преувеличением сказать, что генераторы являются таким же необходимым устройством в электронике, как регулируемый источник питания постоянного тока. При синтезе генератора гармонической формы необходимо выполнение ряда условий.

1. Генераторы синусоидальных колебаний обычно строятся согласно следующей структурной схеме (рис. 5.1)

Рис 5.1. Структурная схема генератора с положительной обратной связью

В схеме рис. 5.1. c положительной обратной связью (ПОС) могут реализовываться три случая:

а) K_1*K_ос<1;

б) K_1*K_ос=1;

в) K_1*K_ос>1.

В случае a) в схеме не могут возникнуть колебания (схема устойчива). В случае в) в схеме будет возникать расходящийся переходный процесс (U_вых возрастает) пока структура не войдет в насыщение. При определенных дополнительных условиях могут возникнуть электрические колебания той или иной формы.

Случай б) – это промежуточный нестабильный случай, так как из-за ряда специфических эффектов (флуктуаций температуры, напряжения источников питания и наличия разных других причин) в схеме будут реализовываться условия а) или в). Но в теоретическом отношении в схеме будут колебания такой амплитуды, какая по тем или другим причинам установится на входе.

Сигнал U_вх в приведенной структурной схеме иногда необходим, но чаще всего отсутствует, т.е. U_вх = 0 (см. ниже).

2. Для синтеза синусоидального генератора определенной частоты ω₁ необходимо выполнение условия в) на этой частоте, а на других частотах условия а). Поэтому коэффициенты усиления K₁ или K_ос являются частотно-зависимыми и это условие записывают в виде K₁(ω) или K_ос(ω). Чаще всего в схемах реализуют одно из них, вводя в контуры K₁ или K_ос частотно-зависимые пассивные элементы (R, L, C). Одновременная реализация двух условий усложняют как схему, так и ее синтез. При решении такой задачи на комплексной плоскости параметра S пассивные элементы L, C,R выбирают так, чтобы получить комплексные корни. Именно за счет их и формируется синусоида. Обычно в структуру генератора включают такие цепи, которые имеют резонанс на определенной частоте (рис. 5.2). В этом случае необходимо выполнить условие в) на частоте ω_рез=ω₁, но на других частотах необходимо обеспечение условия а).

Рис. 5.2. Резонансная зависимость коэффициента усиления от частоты

3. С другой стороны ввод частотно-зависимых элементов изменяет фазу электрического сигнала (синусоиды). И если фаза сигнала изменится на π радиан, то в схеме рис. 5.1 вместо положительной связи будет уже отрицательная обратная связь (ООС), которая обычно стабилизирует схему, т.е. о генераторе не может быть и речи. В общем случае пишут K(jw) – что говорит о амплитудно- и фазо-частотной зависимости. Следует отметить, что САУ (системы автоматического управления) создается с ООС. Тогда при выполнении условия в) и сдвига фазы на выходе на π радиан ООС трансформируется в ПОС и структура может работать в качестве генератора (САУ неустойчива и необходима ее коррекция).

4. Для ограничения сигнала U_вых (амплитуды синусоиды) в цепь одного из контуров K₁ или K_OC вводят нелинейность (или применяют другие мероприятия), чтобы при достижении условия U_вых U_огр эффективный коэффициент передачи K=K_1*K_oc понижался до выполнения условия а) (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Коэффициенты передачи cтруктуры рис.5.1 при синтезе генератора с частотою ω₁: 1 – K₁(ω₁)_*K_oc(ω₁)=1; 2 - K₁(ω₁)_*K_oc(ω₁) при мягком возбуждении; 3 - K₁(ω₁)_*K_oc(ω₁) при жестком возбуждении

Если в структуре генератора реализована зависимость 2, то при включении питания в схеме самостоятельно установятся автоколебания (мягкое возбуждение). При реализации зависимости 3 необходим толчок с целью превзойти условие а) за счет сигнала U_вх>U_зап. Затем сигнал U_вх отключается, чтобы не нарушать условия колебания (жесткое возбуждение генератора). Чтобы амплитуда автоколебаний была стабильной, необходимо стремиться к тому, чтобы при увеличении амплитуды больше U_огр выполнялось условие а), а при понижении U_вых <U_огр – условие в). Кроме того, желательно кривые 2 и 3 располагать ближе к прямой K₁(ω₁)_*K_oc(ω₁)=1. Чем дальше эти кривые, тем больше нелинейные искажения синусоиды (вершины синусоиды будут искажены). При проектировании синусоидальных генераторов используют гипотезу о балансе амплитуд и фаз. Чаще всего утверждение о балансе амплитуд (их равенство в одной и той же точке схемы) подразумевает выполнение условия б) (т.е. K(ω₁)=K₁(ω₁)_*K_oc(ω₁)=1 при ω₁=const), тогда амплитуда на выходе каждого узла генератора постоянная. Баланс фаз говорит о том, что для стабильной работы суммарная фаза сигнала на входе генератора (рис. 5.1) должна равняться 2π_*m, где m=0,1,2,3,... (в теории автоматического управления при ООС фаза на входе приравнивается к π_*m, где m=1,3,5,…; САУ неустойчива и работает как генератор). Справедливость гипотезы о балансе фаз подтвердить несколько сложнее, хотя все спроектированные генераторы функционируют в соответствии с ней. Поэтому рассмотрим более подробно эту проблему (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Сложение двух гармоник со сдвигом фазы на φ₀

Из рис. 5.4 видно, что при сложении двух гармоник, отличающихся только фазой, получается периодический нелинейный сигнал, и о качественной синусоиде не может быть и речи. Поэтому все относительно качественные генераторы проектируют с учетом баланса фаз, когда стремятся получить запаздывание φ₃=0 или φ_з=2πm. В структуре генератора одна из гармоник (рис. 5.4) порождается за счет сохранения энергии в пассивных LC элементах и возникающих в следствии этого переходных процессов, другая поступает в этот контур из узла K₁ или K_ос (рис. 5.1). С другой стороны в соответствии с рис. 5.4 имеется участок (0 – φ₀), где ПОС трансформируется в ООС (синусоиды имеют противоположные по знаку значения и результирующее напряжение на этом участке равно нулю (. Это равносильно (эквивалентно) уменьшению коэффициента K(ω₁)=K₁(ω₁)_*K_oc(ω₁), т.е. уменьшается один из сигналов (U_вх или U_oc) на следующем периоде. Это в соответствии с рис. 5.3 приведет к уменьшению сигнала U_вх и будет выполняться условие в). Частота ω₁ зависит от величин L,R,C и останется неизменной. Но за счет увеличения амплитуды на входе частотно-зависимой цепи автоматически изменится фаза, и автоматически в генераторе установится баланс фаз (в правильно спроектированной схеме сам генератор устанавливает (захватывает) фазу). Особенно баланс фаз несет большую функциональную нагрузку в резонансных контурах (LC-контурах), где в окрестности резонансной части изменяется фаза на 180° (с –π/2 на +π/2). Этот эффект позволяет однозначно стабилизировать частоту колебаний на резонансной частоте контура.

В общем случае выделяют (классифицируют) генераторы синусоидальных колебаний:

1. На транзисторах.

2. На ОУ.

3. С LC-контурами для частот от сотен кГц до 1 МГц (малые габариты индуктивностей). Среди них различают:

3.1. С трансформаторной связью.

3.2. С индуктивной трехточкой;

3.3. С емкостной трехточкой.

4. C RC-цепями для частот до десятков-сотен кГц.

5. Стабилизированные кварцем.

Дата добавления: 2015-03-29