Курсовая работа: Разработка и исследование формирователя ШИМ-сигнала

Цель курсовой работы: исследовать и разработать в среде Proteus работоспособность аппаратно-программного формирователя сигнала широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с возможностью двуканальной регулировки (скважности и периода) с использованием микропроцессора EMU8086.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать общую структурную схему системы, включающую МП, устройства ввода (АЦП, кнопки), устройства вывода (семисегментные индикаторы) и программируемый таймер/счетчик.
2. Смоделировать в Proteus схему взаимодействия ключевых элементов: адресного дешифратора, регистров-защелок для хранения настроек, схемы подключения АЦП и кнопок.
3. Написать и отладить программу на языке Ассемблера (для EMU8086) для:
   1. Опроса аналоговых входов (АЦП) для считывания заданных значений с потенциометров (скважность и период).
   2. Обработки сигналов с кнопок (Старт/Стоп).
   3. Вывода текущих десятичных значений параметров на 7-сегментный индикатор.
   4. Инициализации и управления программируемым таймером для генерации требуемого ШИМ-сигнала.
4. Провести исследование зависимости выходного сигнала ШИМ от изменения входных данных, полученных от потенциометров, и подтвердить работоспособность системы в заданных диапазонах (скважность: 0–99%; период: 4 мкс – 200 мкс).

Объект исследования: аппаратно-программный комплекс на базе микропроцессора EMU8086, предназначенный для генерации управляющего ШИМ-сигнала.
Предмет исследования: методы и алгоритмы взаимодействия микропроцессора с аналоговыми и цифровыми периферийными устройствами (АЦП, регистры, программируемый таймер) для точного и гибкого управления параметрами широтно-импульсной модуляции.
Практическая значимость данной работы заключается в создании конфигурируемого цифрового генератора ШИМ, который может служить основой для:

• Демонстрация принципов работы периферии микропроцессора (особенно работы с АЦП и таймерами).
• Разработка тестовых стендов для проверки работы силовых каскадов, где требуется точная настройка частоты и скважности.
• Полученные программные и схемотехнические решения могут быть интегрированы в более сложные системы управления электродвигателями или импульсными источниками питания, где требуется точный контроль выходной мощности.

Содержание
Введение. 4
1. Анализ Существующих Методов Формирования ШИМ и Обоснование Выбора Структуры 6
1.1 Обзор Существующих Устройств Формирования ШИМ-Сигнала 6
1.1.1. Аналоговые Методы 6
1.1.2. Специализированные ШИМ-Контроллеры (ИС) 6
1.1.3. Микропроцессорные (Цифровые) Системы 6
1.2 Анализ Погрешностей в Цифровых Формирователях 7
1.3 Структурные Особенности Применения Программируемого Таймера. 7
2 . Разработка структурной схема микропроцессорного формирователя ШИМ. 8
2.1 Структурная схема процессорного модуля. Сигналы микропроцессора 8
2.2 Построение адресного дешифратора 15
2.3 Организация подключения портов ввода-вывода к процессорному модулю. Адресация портов ввода-вывода (Таблица адресов). 17
2.4 Структурная схема сопряжения АЦП с МП 18
2.5 Структура каналов формирователей ШИМ (изложенному в лекционном материале по дисциплине МУУ, описание метода формирования ШИМ). 19
2.5.1 Выбор ПТ как основного узла формирователя частотно-временных параметров. 19
2.5.2. Режимы ПТ, используемые при построении каналов формирования ШИМ. Расчет значения опорной частоты, времени измерения, значений начальных кодов, загружаемых в каналы ПТ 20
2.5.3 Экспериментальное исследование режимов ПТ в Proteus 21
2.6 Структурная схема сопряжения ПТ с МП (аналогично сопряжению ПТ с МП, изложенному в лекционном материале по дисциплине МУУ). 25
2.7 Структурная схема организации пульта управления прибором (подключение тумблеров и кнопок управления ко входам порта ввода) и сопряжения порта ввода с МП. 26
3 Принципиальная схема микропроцессорного формирователя ШИМ (выполненная по ЕСКД в программе КОМПАС-Электрик). 28
3.1 Перечень элементов (перечень микросхем, переключателей, кнопок и других электронных компонентов, входящих в Прибор) 28
4 Принципиальная схема микропроцессорного формирователя ШИМ, схема модели, реализованная в программной среде Proteus, включая приборы, входящие в состав Стенда по проверке функционирования прибора. 28
5 Алгоритм функционирования микропроцессорного формирователя ШИМ. 29
5.1 Настройка параметров формирователя: формат и содержание управляющих слов для выбранных режимов ПТ, загружаемых в регистр управляющих слов. 30
5.2 Загрузка управляющих слов и загрузка начальных кодов в счетчики ПТ. 31
5.3 Определение ветвлений программы по состоянию переключателя «Вкл./Выкл.». 32
5.4 Проверка факта нажатия на кнопок «Пуск/Стоп». 33
5.5 Определение ветвлений программы по состоянию кнопок «Пуск/Стоп». 33
6 Программа функционирования микропроцессорного формирователя ШИМ 34
7 Экспериментальная часть 42
7.1 Исследование сигналов МП при выполнении команд ввода-вывода. 42
7.2 Исследование сигналов МПС при выполнении формирования параметров ШИМ. 42
7.3 Анализ выполнения требований настоящего ТЗ. 44
Заключение 47
Литература, пособия. 48