IE1206. Inbyggd elektronik.
Presentationerna från läsåret 2013-2014
TableOfContent.pdf
Detta är en sparad kopia av presentationerna från läsåret 2013-2014. Presentationerna kan
därefter ha rättats, eller förbättrats, så använd alltid de senaste presentationerna när Du läser in
kursen inför tentamen!
Innehåll
Övningar med strukturdiagram.
O_struktur.pdf
Sekvens, selektion och iteration - strukturdiagram.
1. År, ringsignaler, kommunikationsmedel, kedja.
2. Strukturdiagram - komponenter, signaler, tågset, skolschema, paneldebatt.
3. Armhävningar, tårta.
Introduktion - minirapport.
F_intro.pdf
Inbyggda system, utvecklingsteam.
Vårt utvecklingssystem.
Teknisk rapport. Sammanställningsbild, Blockdiagram,
Diagramtyper för programkod.
Strukturdiagram, tillståndsdiagram, (flödesdiagtram).
Att publicera programkod.
Typsnitt med fast bredd - Courrier
Komentarer på engelska, ASCII-grafik
Prototypbygge, skillnaden mellan funktionsprototyp - produkt
Kopplingsdäck, Breakoutboard, stripboard, PCB
(Elektronik Cadd)
(Mockup)
PIC-processorn.
F_PIC.pdf
PIC 8-bitsprocessor. 63 varianter av Midrangeprocessorer.
Billigaste processorn mindre än fem kronor.
IO-enheter ökar prestanda.
Program memory (pages), Data memory - register File (Bank) SFR/GPR.
PC, IR, ALU, W-register.
2-stegs Pipeline. Instruktion Fetch - Execute 8 klockcykler.
Instruktionsformat. Byteoperationer, programkonstanter, bitoperationer, programhopp,
vilkorstest - skip.
Exekveringstid. 4 MHz - 1 us (hopp 2us).
Portar, portpinnar. Tris-register.
Ett programexempel. Assembler. C-kod.
Kompilatorrapport. (Cc5x interna variabler). (Cc5x interna funktioner). ( enkla Csatsers översättning till assembler ).
1
Typiska programstrukturer.
Initiering sedan evighetsslinga.
Engångsprogram - undvik sleep (strömsparläge) som stänger av IO-enheter.
Vänta på knapptryckning. Blockerande kod, kontaktstudsar, delay()-funktion. Cfunktioner. TMR0.
Knapptryckningar icke blockerande kod.
Checkbox eller Radiobutton? C:s Switch Case uttryck.
Programmering efter tillståndsdiagram.
Varning för RMW-problemet!
Seriekommunikation med PIC-processorn.
F_PIC_COM.pdf
ASCII-tabellen. \r\n för return.
Parallell-serie-parallell omvandling, UART/USART/EUSART. Bitrate.
Bauderategenerator.
Transmitter, TXREG-TXIF. Reciever, RCREG-RCIF. Upplåsningsrutin.
Seriekommunikation - hårdvara. Terminalprogram.
Testprogram echo()/crypto()
Bitbangingrutiner. Funktionerna rl() och rr(). getchar() putchar().
Testprogram 'U' - fyrkantvåg.
Hantering av textsträngar och talsträngar.
F_strings.pdf
PIC-processorn - computed goto
C-program skip() computed goto. #pragma return[].
Strängar med pekare. Strängarnas "startadresser" som funktionsparametrar. Konstanta
strängar och variabla strängar.
Programexempel. Mata in en sträng. Jämför strängar. printf()-lookalike.
Från binärt till ASCII-sträng.
Digitala pulsgivare.
F_dig_pot.pdf
Digitala pulsgivare. Mekanisk avkänning, optisk avkäning.
Tillståndsdiagram. (Digital interpolering). (Referenspuls).
Programexempel - räkna pulser. - missade pulser?
Interrupt
Lokalt enable, peripherial enable, global enable. Interruptflaggor.
Interruptrutin #pragma origin, int_save_registers,
int_restore_registers.
Context saving - viktigt!
Exempel. RPG-interruptprogram.
Datormusen - Douglas C Engelbart
Magnetsensor, Halleffekten
Hallswitch unipolär/bipolär
2
Elektricitet.
F_elektricitet.pdf
Skolmodel av magnesiumatom.
Periodiska systemet. Ledare/Isolator/Halvledare.
Spänning Ström Resistans.
Vätskeanalogier. OHM's lag, strömriktning, ledningsförmåga.
(Resistorers färgkod).
Ledningsresistans, resistivitet.
Ex 2.1 - hur lång är kabeln?
Ex. spänningsfall i kabel. Ex. trådtöjningsgivare.
Resistansens temperaturberoende. Resistanstermometer. Termistor.
Vilken temperatur har motorlindningen?
Temperatur ITS-90.
Resistanstermometer. Fyrtrådsmätning. Ex 2.4 tretrådsmätning.
Mätning med AD-omvandlare.
PTC-termistor - överfyllnadsskydd.
SI-PTC-termistor - pyramidresistans.
NTC-termistor.
Elektrisk effekt. U I R P.
Exempel effekttålighet.
Ex. Kokplatten.
CDS. Fotopotentiometer.
Trianguleringsmätare.
Seriekretsar och parallellkretsar.
F_SerialParallel.pdf
Seriekopplade och parallellkopplade resistorer.
Seriekoppling - ersättningsresistans
Parallellkoppling - ersättningsresistans
Två parallellkopplade resistorer.
Parallellkretsen.
Strömgrening.
Exempel. Inte en parallellkrets - pumpar.
Seriekretsen.
Spänningsdelningsformeln.
Belastad spänningsdelare?
Exempel spänningsdelare för glödlampor.
Strömgreningsformeln.
Linjärisering av NTC-termistorn.
Exempel trådtöjningsgivare. Whetstonebryggan - balanseringsmetoden.
OHM's lag räcker långt!
Serie-, parallell och blandade kretsar ...
O_SerParMixed.pdf
Sluten strömkrets?
Ersättningsresistans - seriekrets.
Ex. 1.2 Ersättningsresistans.
Ex. 1.6 Ersättningsresistans.
Ex. 1.1 Ersättningsresistans.
Ex. 1.8 Ersättningsresistans.
3
Ex. 1.10 Potentiometer. Ersättningsresistans.
(Ex. 1.11 Belastad potentiometer - spänningsdelning).
Ex. 3.1 Seriekrets.
Ex. 3.4 Serie - parallellkrets
Ex. 3.3 Serie - parallellkrets
Ex. 3.5 Serie - parallellkrets
Batterier
F_batteries.pdf
Elektrokemisk cell.
Urladdningskurva och kapacitetstal.
Ex. 4.1 Kapacitetsberäkningar.
Urladdningsfall. Urladdningsström, Intermittent, temperatur.
Cell och Batteri.
Jämförelse mellan olika batterityper.
Emk inre resistans och polspänning. Urladdning, uppladdning.
Seriekoppling av celler.
Ex. Hur många celler behövs?
Ex. 4.2 Beräkna inre resistansen.
Risk med seriekoppling - omvänd cellspänning.
Parallellkoppling av celler.
Elbilsbatteriet - övervakningskretsar.
Kirchoffs lagar. Nodanalys.
F_Kirchoff.pdf
Kirchhoffs lagar. Kirchhoffs strömlag, Kirchhoffs spänningslag.
Arbetsgång. OHM's lag på matrisform.
Webb-baserade hjälpmedel för lösning av ekvationssystem.
Potential
Vad är jord?
Nodanalys. Samma exempel.
( Maskanalys. Samma exempel ).
Vilken metod rekommenderas?
Ekvationssystem med Matematica.
Wolfram Alpha online
Simulering med LTSpice
Din egen webb-uppgift.
Spänningsdelning, Kirchoffs lagar, nodanalys.
O_kirchoff.pdf
Ex. Whetstonebryggans obalansspänning.
Ex. 7.1 Poterntial.
Ex. 5.3 Kirchoffs spänningslag.
Ex. 5.1 Kirchoffs strömlag.
Ex. 5.2 Kirchoffs strömlag.
Ex. 6.3 Kirchoffs lagar - ideal spänningskälla.
Ex. 7.3 (6.3) Nodanalys.
Ex. 4.4 Parallellkopplade batterier.
4
Tvåpolssatsen. Superposition.
F_blackbox.pdf
Tvåpolsatsen.
Spänningskälla eller strömkälla? Emk/Strömkälla.
Tvåpolssatsen. Thévenin spänningskällemodell och Norton strömkällemodell.
Tomgångsspänning. Kortslutningsström. Byte av modell.
Experimentell bestämning av tvåpol.
Ex. 8.3 Ekvivalent tvåpol.
Ex. Tvåpolsatsen som räkneknep.
Superposition.
Samma exempel som tidigare - nu med superposition.
Ex. 8.7 Superposition.
AD-omvandling.
F_ADconversion.pdf
Digitalt eller analogt
Digital-Analogomvandlare, summera binärkodade strömmar.
Problem med komponent-toleranser. R2R-metoden.
R2R stegnät. Konstant inre resistans.
Superposition av "halverade" spänningar.
R2R simulering.
AD-omvandlare, succesiva approximationer.
PIC-processorns 14-AD-kanaler
Matningsspänning som referens.
Yttre referens.
Ratiometrisk inkoppling.
10 bitar vänsterjusterat eller högerjusterat mätvärde.
Sample & Hold.
tacq Acquisition time
AD-omvandlarens klockfrekvens.
AD-omvandling "steg för steg"
AD-laboration.
F_ADlab.pdf
Kretselement på grafisk form
Tvåpol med emk och resistans.
Definition med motsatt strömriktning för tvåpol som avger effekt.
Strömgenerator och resistans.
Mätningar vid AD-lab.
Krets och tvåpolsekvivalent.
Spänningshalverarkrets.
(Mätning av bipolär spänning)
AD med yttre referens.
Logga mätvärden till fil.
Mätvärden till Excel (eller online scatter plot)
Simulera tvåpolen, parametriskt svep.
5
Tvåpolsatsen.
O_blackbox.pdf
Tvåpolssatsen - blackbox
Spänningsaggregat. Konstant spänning - konstant ström (strömbegränsning).
Ex. 8.1 två idealiserade kretsar.
Ex. 8.2 förenkla - kretsar med strömgenerator.
Ex. 8.4 tvåpolsatsen i flera steg.
(Whetstonebryggans tvåpolsekvivalent)
Tvåpolsatsen - i stället för maskanalys.
Ex. 7.2 Strömgenerator vid nodanalys.
Ex. 8.9 Tvåpolsatsen.
Ex. 8.10 Tvåpolsatsen.
Ex. 8.11 Tvåpolsatsen.
Kondensatorn, in och urkopplingsförlopp RC.
F_capacitance.pdf
Plattkondensatorn.
Dielektrikum.
Spänningstålighet.
Yta, avstånd. Elektrolytkondensator.
Ex. 9.2 Supercap - överslagsberäkningar.
Kondensatorns transienter. Tidkonstant RC.
Ex. 9.3 Parallellkoppling av kondensatorer.
Ex. 9.4 Seriekopplade kondensatorer.
Energi i kondensator.
Ex. 9.1 Kamerablixten.
Ex. 10.9 Översiktligt om glimlampan (räkna på övningen).
Simulera glimlampan.
Om exponentiella förlopp.
F_exponential.pdf
Exponentialfunktionen - normerat diagram.
Tumregler för en tidkonstant och fem tidkonstanter.
Ex. snab uppskattning av tidkonstanten.
Snabbformel för exponentiella förlopp.
"Hela swinget genom resten" - KTH-formeln.
Exempel - tidkonstant ur tidtagning av delförlopp.
Komparator, Schmitt-trigger, 555-koppling.
F_SchmittTrigger.pdf
Komparatorn en enbits AD-omvandlare
PIC-processors två komparatorer - många inställningsmöjligheter.
ANSEL, ANSELH, CM1CON0, CM2CON0, CM1CON1, CM1CON1
CM2 vid lab.
Schmitt-trigger.
Ex. 10.10 Schmitt-triggerns omslagsnivåer.
RC-oscillator.
Simulera RC-oscillatorn.
555-som RC-oscillator.
PIC-processorns SR-latch.
6
PIC-processorn som 555-oscillator.
Touch-control, vandalsäkra knappar.
Touch-control tangentbord.
Transienter. RC-oscillator (Schmitt-trigger).
O_transient.pdf
Kontinnuitetsvilkor.
Ex. 10.5 Kondensatorns uppladdning.
Ex. 10.9 Glimlampan
Ex. 10.10 Schmitt-trigger. RC-oscillator.
Ex. 10.8 Spolens inkoppling och urkoppling.
Magnetism, Induktans, in och urkopplingsförlopp R/L.
F_inductance.pdf
Magnetism.
Permanentmagneter. Magnetiska domäner.
Flöde och Flödestäthet.
Fältbilder mellan poler. Ex. fältbild.
Ex. 9.5 Permanentmagneter.
Permabilitet. Relativ permabilitet.
Ex. 9.6 Permabilitet.
Elektromagnetism. Skruvregeln.
Ex. Magnetfält runt slinga. Elektromagneten. Järnkärna.
Motorprincipen.
DC-motorn.
Generatorprincipen.
Induktionslagen.
Lenz lag.
Ex. 9.9 Lenz lag.
Induktans
Induktionslagen. Självinduktion.
Induktansberäkning.
(Ex. 9.11 Halvera induktansen?)
Spolens transienter.
Spolens tidkonstant L/R.
Energi lagrad i magnetfältet.
Jämförelse mellan magnetisk energitäthet och elektrostatisk energitäthet i praktiken.
Kontinnuitetsvilkor.
Step-up converter.
F_StepUp.pdf
Energiöverföring med resistor.
Energiöverföring med induktor - teoretiskt förlustfritt!
Step Up upptransformering av spänning.
Spolens ström-tröghet!
Spänningsförhållandet och Dutycyclen.
Resistiv last - kondensator.
Simulering av Step Up convertern.
(Stöthäverten - en vätskeanalogi)
7
CCP-enhet, PWM.
F_PWM.pdf
DA-omvandling - oftast PWM.
PWM med TMR0?
CCP-enhet.
PWM med CCP-enheten. CCPR1L Dutucycle. PR2 PWM-frequency.
DC1B1 och DC1B0 extra dutycycle-bitar.
PWM används till Step Up och Step Down, samt till motorstyrning.
• Komplexa tal
Växelströmskretsar. Phasor.
Komplexa metoden.
F_phasor_rcl.pdf
Att generera sinusspänning. Sinusvågens parametrar.
Ex. Oscilloskopbild av sinusspänning, bestäm parametrar.
Ex. Sinusfunktion med fasvinkel.
Grader och radianer - äpplen och päron
Medelvärde och effektivvärde. Ex. Effektivvärde.
Ex. 11.2 Effektivvärde.
Sinusvågens effektivvärde.
Sinusvågen som visare.
Addition av sinus-storheter enklare som visare. Ex. visaraddition.
Visare med komplexa tal.
Toppvärde eller effektivvärde visare?
Spolen och kondensatorn motverkar förändringar.
Växelström genom resistor.
Växelström genom spole. Reaktans.
Växelström genom kondensator. Reaktansen har negativt tecken.
L + C i serie.
Reaktansernas frekvensberoende. LIN-LIN och LOG-LOG.
Impedans R L C.
Ex. 11.5 Visardiagram. C+R||C. Impedansen Z.
Komplexa visare - jω-räkning.
Ex. 11.5 Komplexa visare. C+R||C.
Visardiagram i komplexa talplanet.
Vridning av diagrammet.
Phasor.
Beteckningar.
Visardiagram och komplex-räkning.
O_phasor.pdf
Visardiagrammets byggstenar.
Ex. 11.4 Vad innehåller kretsen?
Ex. Enkelt visardiagram.
Ex. 11.6 Visardiagram L||R+R. Steg för steg.
Ex. 11.7 Visardiagram L+C||R. Steg för steg. - visar vikten av att ha korrekta längder
på visarna!
jω-räkning.
Ex. 12.2 Givet visare för okänd krets. jω-räkning.
Ex. 12.6 Komplex impedans R L C. Beräkna Z.
8
Ex. 12.9 Komplexräkning, Impedans, totalström, strömgrening, spänningsdelning.
Metoder: Komplexkonjugering eller Belopp-fasvinkel.
Ex. 12.7 R+C || L ställ upp ett utryck för komplexa strömmen I.
Ex. 12.8 ställ upp ett utryck för komplexa strömmen I.
Resonansfenomenet
F_resonance.pdf
R L C impedans Z.
Resonans när spole och kondensator "tar ut" varandra.
Ex. 13.1 Serieresonans.
Högre spänning än matningen! Tesla spole. Q-värde.
OHM's lag för serieresonans.
Visardiagram för serieresonans.
Serieresonanskretsens Q-värde och bandbredd. Bekväma formler.
Ex. 13.4 Serieresonanskrets.
Ex 13.2 Parallellresonans.
Högre ström än matningen!
Ideal parallellresonanskrets. Verklig parallellresonanskrets.
Ex. 13.2 Resonansfrekvens för verklig parallellresonanskrets.
Metalldetektorn.
Serie- eller parallellresistor. Omräkningsformel.
Ex. Parallellkrets.
Induktiv sensor i cykelbanan.
Resonans, jω-räkning.
O_ACcircuits.pdf
Ex. 12.3 jω-räkning RC-länk
Ex. 12.5 Jämför ström för serie eller parallell.
Ex. 12.1 Komplex ström I till R||C.
Ex. Effekten i en impedans L+R.
Ex 13.7 SL:s acesskort.
Mäta en spoles Q-värde?
Ex. 12.4 Spole med tvåpolsatsen.
Ex. Komplex tvåpol E0 och ZI.
CCP-enheten frekvensmätning.
F_frequency.pdf
Hur mäter man pulser?
Pulser från otaliga sensorer. Medströmsmätare, kugghjulsmätare, propellermätare,
momentmätare, laser scan micrometer, induktiva pulsgivare, ABS-givare, trycjgivare,
Frekvensmätning, kvantiseringsfel.
Direkt frekvensmätning, prescaler, periodtidsmätning, multiperiodtidsmätning.
Klockfrekvensens relativa noggrannhet.
PIC-processorns klockmodul.
Yttre kristall, yttre klockpulsgenerator, atomnormal?, RC-oscillator
Timer1. Klock-kristall 32768 Hz.
Timer1. Antal, EN-ingång. Prescaler.
Säker läsning och skrivning av 16-bits räknare.
CCP synkroniserad avläsning/skrivning av Timer1.
CCP1CON. Capture modes.
9
Frekvensmätningsprogram.
Frekvesmätning vid lab.
Varför blir mätvärdena exakta?
CCP-enheten compare. Ex. ECU för förbränningsmotorer.
F_CCPcompare.pdf
ECCP compare mode
CCP1CON.
Special event. Reset Timer1 och starta AD.
Samplingsklocka 1000 Hz.
ECU Engine Control Unit.
Behovet av tändförställning.
Den mekaniska lösningen.
Inbyggd elektroniks lösning!
Givare för varvtal och vinkel.
Vinkelläge, referensläge, varvtalsmätning
Givare för motorbelastning.
Rullande landsväg - tändförställningstabell.
Tändningen.
Förgasare eller bränsleinsprutning.
I praktiken - många CCP-enheter.
What Embedded Electronic Engine Control has managed to do
CCP-enheten PWM DC-motorstyrning.
F_DCmotor.pdf
Likströmsmotorn BDC.
Spänningskonstant. Spänning/vinkelfrekvens.
Kommutatorns funktion.
Belastad motor - Momentkonstant. Moment/ström.
Ex. En okänd motor. Varvtalsmätning och strömmätning.
Motorkonstanten och lindningsresistansen kasn beräknas.
PWM-drift av likströmsmotor.
Pulsdrift, frihjulsdiod.
Kuggväxel.
PIC-processorns PWM.
PWM H-brygga.
TIMER2 servoupdate.
Borstlös likströmsmotor
Elektronisk kommutering, permanent rotormagnet, "trefas" statorlindning.
Momentmotor - elektonisk nedväxling.
Är detta verkligen en likströmsmotor?
Enkla RC-filter
F_filter.pdf
En verklig signal.
LP HP BP BS.
RC-LP-filtret med visare.
Spänningsdelarens överföringsfunktion.
RC-LP-filtret med jω-räkning.
Överföringsfunktion. Gränsfrekvens. Beloppsfunktion och fasfunktion.
10
Grafik med Mathematica.
RC två sidor av samma mynt.
AD-omvandlarens LP-filter.
RC-HP-filtret. Gränsfrekvens. Beloppsfunktion och fasfunktion.
Wienbryggan. Gränsfrekvens. Beloppskurva och faskurva.
William Hewletts examensarbete ...
När används filter. Högtalarfiltret.
Analogt eller digitalt filter (passiv/aktiv högtalare)?
Löpande medelvärde är ett digitalt LP-filter.
Elektriska störningar.
emc.pdf
Differensförstärkare. Differential mode/Common mode.
Komparatorn är en Differentialförstärkare.
Instrumentförstärkare - för svaga signaler i störd miljö.
Störskydd. Partvinnad kabel, dubbelskärmkabel, LP-filter, differensförstärkare,
avkoppling av matningsspänningen.
Vad är jord?
En störskyddad kabel kostar mer än många PIC-processorer!
LP-Filter. Transformator.
O_filter_trafo.pdf
Spänningsdelarens överföringsfunktion.
Ex. 14.2 Överföringsfunktion
Ex. 11.8 Visardiagram för spänningsdelare.
Ex. 11.8 komplexräkning.
Ex. Filter CRC
Ex. Filter RLR
Ex. Filter RLC
Transformatorns spänningsomsättning och strömomsättning.
Ex. 15.1, 15.2, 15.3 två värden saknas.
Induktiv koppling.
Ex. tre seriekopplade induktanser.
Ideala transformatorn
F_trafo.pdf
Transformatorn.
Spänningsomsättning. Försumbar magnetiseringsström. Strömomsättning.
Virvelströmsförluster. EI-kärna. Toroidkärna.
Ex. 15.4 Transformator.
Överräkning av impedanser.
Ex. Överräkning av kondensator.
Induktiv koppling
Sammanlänkat flöde
Ömsinduktans och kopplingsfaktor
Seriekoppling med ömsinduktans
Parallellkoppling med ömsinduktans
Seriekopplingsexempel
Att mäta ömsinduktansen.
(Variometer)
11
Differentialtransformatorn.
Mätutrustning - AD-omvandlare
Referenslägesprob. XOR-grind finner referensläget.
Rätt tjocklek på sedelbunten i bankomaten.
Ethernetkontakten
F_ethernet.pdf
Internet - miljoner kabelanslutna datakommunikationsutrustningar
Isolertransformator
Commonmode och Differentialmode signaler
Pulstransformatorn
Störskyddsdrossel
Data genom transformator - Manchesterkodning.
Spänningsmatning över ethernet
© William Sandqvist
12
[email protected]
