Понятие, классификация и применения широтно-импульсной модуляции. Выбор элементной базы: назначение и режим работы микросхемы КР580ВИ53, К155АП5 и К155АГ3. Разработка электрической схемы ШИМ–регулятора и программы для управления через LPT порт ЭВМ.
Аннотация к работе
При аналоговой реализации ШИМ, сигналы получаются путем сравнения треугольного несущего сигнала и сигнала, подлежащего модуляции. В разомкнутых частотно-управляемых ЭП эти напряжения формируются на основе принятого закона частотного управления, в замкнутых ЭП - формируются с помощью контроллера. При цифровой реализации широтно-импульсной модуляции в качестве несущего колебания используется периодическая последовательность прямоугольных импульсов, а информационным параметром, связанным с дискретным модулирующим сигналом, является длительность этих импульсов. Периодическая последовательность прямоугольных импульсов одинаковой длительности имеет постоянную составляющую, обратно пропорциональную скважности импульсов, то есть прямо пропорциональную их длительности. Пропустив импульсы через ФНЧ с частотой среза, значительно меньшей, чем частота следования импульсов, эту постоянную составляющую можно легко выделить, получив постоянное напряжение.В общем случае все виды ШИМ основаны на изменении длительности импульсов равной амплитуды, следующих через равные интервалы времени в соответствии с принятым законом формирования напряжения. В связи с этим вводится новый термин - тактовая частота ШИМ Ft, которая определяется точностью аппроксимации несущего Fн и модулирующего Fm сигналов. Независимо от того, какая разновидность ШИМ используется, ее реализация на МК принципиально возможна двумя способами: традиционный (формирование выходных напряжений осуществляется в результате постоянного сравнения модулирующего и несущего сигналов) и табличный (полностью рассчитывается заранее и заносится в ПЗУ, из которого затем считывается). При реализации ШИМ традиционным способом приходится использовать либо универсальные мощные (развитая система команд и высокое быстродействие) микроконтроллеры, либо специализированные, относительно дорогие контроллеры (где алгоритм реализуется аппаратно - программно). ШИМ - генераторы позволяют реализовывать синхронизацию каналов, формирование "мертвого" времени, его компенсацию, выравнивание импульсов по фронту или по центру, встроенные защиты от неисправностей, некоторые другие функции.Каждый канал может работать в одном из шести основных режимов (режим 0-режим 5), иметь двоичный или двоично-десятичный тип счета, задаваемый программно путем предварительной записи в регистр режима каждого канала управляющего слова. Через буфер канала осуществляется запись управляющего слова в регистры режима и параметров счета в счетчики каждого канала. Он принимает и хранит управляющее слово, код которого задаст режим работы канала, определяет тип счета и последовательность загрузки данных в счетчик. В режиме 1 (работы ждущего мультивибратора) на выходе канала формируется отрицательный импульс длительностью ?=TCLK·n, где TCLK-период тактовых импульсов; n - число, записанное в счетчик. В режима 5 (аппаратного формирования одиночного строба) на выходе капала формируется импульс отрицательной полярности длительностью ?=Tclk после отсчета числа, загруженного в счетчик.На рисунке 11 представлена разработанная принципиальная электрическая схема.Далее в таблицах 4-8 представлены таблицы контактов. Таблица 4 .Контакты DD1По адресу 378H осуществляется запись в регистр Data, по адресу 379H - в регистр Status и по адресу 37AH - в регистр Control. В нашем случае, так как предполагается чтения из порта, а только запись в порт, то регистр Status не используется. Регистр Data используется для передачи байта в программируемый таймер-счетчик, а биты 0,1 и 2 регистра Control для выставления строба записи и выбора режима записи в таймер-счетчик. Для формирования на выходе ШИМ-регулятора импульсов с заданной скважностью и периодом, таймер-счетчик КР580ВИ53 был запрограммирован в режим работы 2 и 1 - соответственно таймер-счетчик 1 и 0 . Таймер-счетчик 2 не использовался.В результате проделанной работы были получены знания в области макетирования и сборке платы ШИМ-регулятора, также были получены теоретические знания в области микропроцессорных средств.
План
Содержание
Введение
1 Описание ШИМ-регулятора
1.1 Классификация видов ШИМ
1.2 Применение широтно-импульсной модуляции
2 Выбор элементной базы
2.1 Микросхема КР580ВИ53
2.2 Микросхема К155АП5
2.3 Микросхема К155АГ3
3 Схема макета
3.1 Схема принципиальная электрическая
3.2 Таблица контактов
4 Программа управления
4.1 Логика работы
Заключение
Приложение А
Введение
До внедрения цифового широтно-импульсного модулирования (ШИМ) использовался аналоговый ШИМ. При аналоговой реализации ШИМ, сигналы получаются путем сравнения треугольного несущего сигнала и сигнала, подлежащего модуляции. Для трехфазных систем необходимы три независимых канала ШИМ: по одному на каждую фазу. Входами такого ШИМ устройства являются заданные фазные напряжения. В разомкнутых частотно-управляемых ЭП эти напряжения формируются на основе принятого закона частотного управления, в замкнутых ЭП - формируются с помощью контроллера.
При цифровой реализации широтно-импульсной модуляции в качестве несущего колебания используется периодическая последовательность прямоугольных импульсов, а информационным параметром, связанным с дискретным модулирующим сигналом, является длительность этих импульсов. Периодическая последовательность прямоугольных импульсов одинаковой длительности имеет постоянную составляющую, обратно пропорциональную скважности импульсов, то есть прямо пропорциональную их длительности. Пропустив импульсы через ФНЧ с частотой среза, значительно меньшей, чем частота следования импульсов, эту постоянную составляющую можно легко выделить, получив постоянное напряжение. Если длительность импульсов будет различной, ФНЧ выделит медленно меняющееся напряжение, отслеживающее закон изменения длительности импульсов. Таким образом, с помощью ШИМ можно создать несложный ЦАП: значения отсчетов сигнала кодируются длительностью импульсов, а ФНЧ преобразует импульсную последовательность в плавно меняющийся сигнал.
При работе с приводом может потребоваться управлять его скоростью. В простейшем случае это можно делать вставив транзистор (управляемое сопротивление) между источником фиксированного напряжения и приводом. Однако такой способ при управлении мощными приводами приводит к выделению большой тепловой мощности на транзисторе-сопротивлении.
ШИМ использует транзисторы(могут быть и др. элементы) не в активном, а в ключевом режиме, т. е. транзистор все время или разомкнут (выключен), или замкнут (находится в состоянии насыщения). В первом случае транзистор имеет бесконечное сопротивление, поэтому ток в цепи не течет, и, хотя все напряжение питания падает на транзисторе, т.е. КПД=0%, в абсолютном выражении выделяемая на транзисторе мощность равна нулю. Во втором случае сопротивление транзистора крайне мало, и, следовательно, падение напряжения на нем близко к нулю - выделяемая мощность так же мала.
В данном случае была поставлена задача разработать ШИМ - регулятор на основе программируемого таймера серии КР580, чтобы регулировать ширину импульса. Такое устройство обеспечивает сохранность транзистора и экономичность.
Вывод
В результате проделанной работы были получены знания в области макетирования и сборке платы ШИМ-регулятора, также были получены теоретические знания в области микропроцессорных средств. Была разработана электрическая схема ШИМ - регулятора и программа для управления через LPT порт ЭВМ. По результатам проделанной работы можно сделать вывод, что ШИМ - регулятор достаточно прост с точки зрения схемотехнического решения, а значит экономичен как с точки зрения элементной базы, так и с точки зрения денежных затрат. У него высокий коэффициент полезного действия и он упрощает работу транзистора, тем самым, обеспечивая его сохранность. Эти достоинства делают предпочтительным применение ШИМ - регулятора там, где необходима надежность и простота реализации.