Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра Электронные Приборы

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«МИКРОПРОЦЕССОРЫ В ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ»

Выполнила

Студентка: Супрун Л.И.

Группы: Эр-01-06

Проверил

Преподаватель: Рябов Г. Ю.

Москва 2010

Содержание

ЗАДАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СТРУКТУРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1.1 Требования к проектируемой МПС

1.2 Выбор элементной базы проектируемой МПС

1.3 Структурное проектирование с учетом особенностей выбранной элементной базы.

2. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА

3. АЛГОРИТМ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА

3.1 Система команд

3.2 Адресное пространство

3.3 Алгоритм

3.4 Листинг программы

4. РАСЧЕТНОЕ ЗАДАНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПЕЦИФИКАЦИЯ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ЗАДАНИЕ

Вариант № 13.

Разработать аппаратно-программные средства МПС, позволяющие реализовать процедуру снятия зависимости крутизны полевого транзистора от Ic.

Диапазон значений Ic изменяется в пределах от 0 до 256.

ВВЕДЕНИЕ

Крутизна есть дифференциальное отношение тока стока к напряжению затвор-сток при постоянном напряжении сток-исток[1]:

. (1)

Данный малосигнальный параметр является одним из важнейших параметров полевого транзистора. Применяемая чаще всего единица измерения - мА/В.Существует действующий государственный стандарт [2], устанавливающий метод измерения крутизны S на малом сигнале. (Сигнал считается малым, если при уменьшении его амплитуды в два раза, изменение параметра не выходит за пределы погрешности измерения). Один из способов, описанный в государственном стандарте, реализуется по схеме, представленной на рис.1.

Рис.1. Схема, реализующая возможность снятия крутизны полевого транзистора.

Крутизна, при использовании схемы рис.1, определяется по формуле (2)

, (2)

где I2 - ток стока, регистрируемый измерителем тока A, при ключе в состоянии 2;

I1 - ток стока, регистрируемый измерителем тока A, при ключе состоянии 1;

UЗ - приращение напряжения затвор-исток.

В соответствии с ГОСТ, точность определения величины UЗ должно быть такой, чтобы погрешность измерения не превышала установленного значения, вычисляемого по формуле (3):

, (3)

где Sx - значение измеряемой крутизны,

Sпред - конечное значение установленного предела измерения.

На рис.2 представлена схема, аналогичная схеме рис.1, которая позволяет получить зависимость крутизны характеристики S от тока стока Ic. Емкости С2 и С1 не показаны так как будем считать источники напряжений уже имеют в своем составе оптимальные емкости на выходе.

Рис.2. Схема, реализующая возможность снятия крутизны полевого транзистора с цифровым интерфейсом.

В данной схеме (в сравнении со схемой рис.1) в цепи затвор-исток два источника напряжения заменены на один управляемый источник напряжения - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). Предполагается, что изменение напряжения на UЗ при переключении ключа в схеме рис.1 эквивалентно управляемому изменению напряжения на величину равную UЗ в схеме рис.2. Следует так же отметить, что сопротивление R меньше сопротивления канала в открытом состоянии, так что вносит не существенную погрешность.

Процедура построения зависимости крутизны характеристики S от тока стока Ic cводиться к снятию передаточной характеристики Ic(UЗИ) для определенного напряжения сток-исток UСИ с последующим ее численным дифференцированием. Другими словами проектируемое устройство должно подавать напряжение на затвор-исток аналогичное генератору линейно-изменяющегося напряжения и регистрировать значение тока стока в соответствии каждому шагу напряжения UЗИ (рис.3). Затем, каждому значению тока стока Ic вычисляется соответствующее значение крутизны S.

Рис.3. Иллюстрация снятия передаточной характеристики полевого транзистора.

Постоянный шаг напряжения UЗИ позволит сэкономить память проектируемого устройства, поскольку в этом случае напряжение UЗИ можно вычислить аналитически, исходя из порядкового номера значения тока стока.

Рис.4. Иллюстрация численного вычисления значения крутизны характеристики.

При вычислении значения крутизны, выбор значения приращения напряжения UЗ пропорционально числу 2N , упростит процедуру деления (деление на число 2N эквивалентно сдвигу право на N ячеек).

Выбор слишком маленького значения ведет к погрешности измерения крутизны, так как точность изменения тока стока всегда ограничена точностью оборудования (его стоимостью) и флуктуациями самого тока стока.

Выбор слишком большого значения UЗ ведет к вносимой погрешности определения значения крутизны (рис.5), связанной с понятием дифференцирования.

Рис.5. Пример увеличения погрешность при увеличении UЗ.

Из формулы (1) следует, что крутизна пропорциональна тангенсу угла наклона касательной в точке. На рис.5 видно, что выбор большего значения UЗ ведет к увеличению погрешности.

Данное обстоятельство подтверждает моделирование в программе EWB 5.12 передаточной характеристики и численный расчет зависимости крутизны и погрешности от тока стока в программе MathCad 14 для транзистора zetex 2N7000 (рис.6).

Рис.6. Выявление зависимости погрешности от выбора значения UЗ

1. СТРУКТУРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1.1 Требования к проектируемой МПС

Требования цифровому устройству, которое реализует процедуру снятия зависимость крутизны полевого транзистора S от его тока стока Ic и вывод зависимости на экран:

1) 8-разядная система. Такая разрядность наиболее распространенная, имеется широкий выбор элементов системы и стоимость такой цифровой системы меньше. Так как погрешность при квантовании по уровню при преобразовании в ЦАП или АЦП, составляет не более 0,5 % от максимального значения, то такая разрядность наиболее удобна

2) В качестве управляемого источника напряжения UЗИ необходим ЦАП. Следует заметить, что для большинства маломощных транзисторов, уровень напряжения 5 В или 3,3 В достаточно для его отпирания. При этом полевые транзисторы с изолированным каналом потребляют крайне мало тока.

3) Для определения тока стока необходим аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). При этом в цепь тока стока нужно поставить прецизионный низкоомный резистор, а с него подавать сигнал на дифференциальный вход АЦП. Так как падение напряжения на резисторе будет незначительным, может потребоваться операционный усилитель (ОУ) для усиления сигнала на входе АЦП. При выборе ОУ АЦП можно выбирать без дифференциального входа.

4) Для хранения информации о значениях тока необходимо оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Информационная емкость его зависит от числа точек, выводимых в качестве графика на экран. Для качественного изображения количество точек должно быть сопоставимо с разрешением экрана. Таким образом, емкость ОЗУ должна лежать в пределах от 128Ч8 бит до 256Ч8 бит. Следует также предусмотреть некоторое количество ячеек ОЗУ в качестве временных регистров. Однако оценить их количество точно на данном этапе проектирования трудно.

5) Необходимо электрически постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) объемом не менее 1 килобайта.

6) Необходим графический индикатор для вывода зависимости. Разрешение его должно быть сопоставлено с разрядностью цифровой системы. Т.е разрешение должно быть в пределах от 128Ч128 до 256Ч256 пикселей. Увеличение разрешения приведет к увеличению цены устройства, а уменьшение разрешения - потере качества передаваемой оператору информации.

7) При проектировании следует стремиться к низкой рыночной стоимости комплектующих и к низкому энергопотреблению цифровой системы.

1.2 Выбор элементной базы проектируемой МПС

1) В качестве МП был выбран 8-ми разрядный процессор Z80 фирмы Zilog.

Всего микропроцессор Z80 имеет 696 кодов операций

Конструктивно микропроцессор представляет собой обычную ионно-имплантированную n-канальную МОП-схему. К числу его особенностей относятся:

- наличие 16-разрядной адресной шины, благодаря которой существует возможность обращения ко всем периферийным устройствам системы

- его рабочая тактовая частота составляет 2.5 МГц, что значительно выше fкадр.

- наличие 8-разрядной шины данных, которая соответствует разрядности выбранных периферийных устройств.

- использование для питания лишь одного источника напряжения + 5 В,

- наличие однофазного внешнего синхрогенератора,

- 17 внутренних регистров и встроенная схема регенерации ОЗУ.

В минимальный комплект вычислительной системы входят процессор, источник синхронизирующих импульсов и внешняя память.

Блок-схема микропроцессора Z80 указана на рис. 5.

Рис. 7. Структурная схема процессора Z80.

полевой транзистор крутизна цифровой

2) В качестве 8-ми разрядного АЦП использована микросхема ADC0820, совместимая с микропроцессорами Intel 8080, Zilog Z80 и т. д.

Данная микросхема имеет 8-битную шину данных.

Опорное напряжение АЦП составляет 5 В, напряжение питания - 5 В.

Шаг квантования 20 мВ. На аналоговый вход АЦП может подаваться напряжение от 0 до 5 В. Преобразование входного напряжения в двоичный код происходит в соответствии со следующей формулой:

где VREF - опорное напряжение (5 В),

- выходное число по шине данных.

- входное напряжение.

3) Для подачи напряжения UЗИ в схеме используется цифро-аналоговый преобразователь двоичного кода в напряжение.

В данной работе используется микросхема AD7302, совместимая с микропроцессорами Intel 8080, Zilog Z80 и т. д.

Данная микросхема имеет 8-битную шину данных, опорное напряжение 2.5 В (выходное напряжение меняется от 0 до 2.5х2 В), напряжение питание 5 В.

4). В качестве ОЗУ может быть использована микросхема К537РУ9А. Это статическое ОЗУ, ёмкостью 2Кх8 бит и напряжением питания 5В.

5) В качестве ПЗУ использована микросхема К558РР1 ёмкостью 8х256 бит. Это ПЗУ использует источник питания напряжением 5 В

рис.8 Структурная схема МПС

1.3 Алгоритм

Общая блок схема алгоритма работы программы представлена на рис 9

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на Allbest.ru