Yuav Ua Li Cas Ntsuas Cov Zaus Zis thiab Lub Luag Haujlwm Lub Cev, Ib txhij, Siv Microcontroller: 4 Kauj Ruam

2024 Tus sau: John Day | [email protected]. Kawg hloov kho: 2024-01-30 09:27

Kuv paub koj xav li cas: "Huh? Muaj ntau ntau Cov Lus Qhia yuav siv microcontrollers ntsuas lub teeb liab zaus li cas." Tab sis tos, muaj qhov tshiab hauv qhov no: Kuv piav qhia cov txheej txheem ntawm kev ntsuas ntau zaus ntau dua li tus tswj hwm microcontroller (MCU) tuaj yeem dais thiab teeb liab lub luag haujlwm hloov pauv - txhua lub sijhawm!

Cov cuab yeej siv ntau ntau los ntawm ~ 43 Hz txog ~ 450 kHz, thaum lub sijhawm ua haujlwm yog los ntawm 1% txog 99%.

Cia kuv piav qhia qhov "muaj peev xwm dais" ib feem: MCU ntsuas lub sijhawm ntawm cov duab plaub fab xwm yeem, T, los ntawm kev taug qab lub sijhawm ntawm ob qhov xwm txheej hloov pauv tom ntej. Piv txwv li, qis-rau-siab qhov hluav taws xob dhia ntawm ib qho ntawm nws I/O pins. Nws ua nws los ntawm suav tus lej ntawm cov mem tes ntawm nws tus kheej lub moos sab hauv. Naively, qhov txwv qis tshaj rau kev ntsuas zaus yuav tsum ua raws Nyqvist-Shannon sampling theorem; piv txwv li, nws yuav sib npaug li ib nrab ntawm MCU lub moos zaus. Hauv qhov tseeb qhov txwv yog ntau, qis dua, vim tias MCU yuav tsum ua txoj cai los tswj kev cuam tshuam, txuag cov kev hloov pauv, ua lej kev ua haujlwm, tso saib cov txiaj ntsig, thiab lwm yam. Hauv kuv qhov kev sim nrog 48 MHz MCU qhov tsawg kawg ntawm lub moos mus los ntawm kev hloov pauv tau yog txog 106. Li no, qhov txwv qis tshaj ntawm qhov ntsuas ntau zaus hauv qhov no yuav yog 48, 000 /212 /2 = 226.4 kHz.

Thaum MCU ntsuas lub sijhawm teeb liab, nws tseem tuaj yeem txiav txim siab nws qhov dav ntawm lub plawv dhia, P: lub sijhawm teeb liab qhov hluav taws xob tseem tshuav. Hauv lwm lo lus, lub sijhawm ntawm kev hloov qis-rau-siab thiab siab-rau-qis. Lub teeb liab lub luag haujlwm lub voj voog yog tom qab ntawd txhais raws li feem pua:

Lub luag haujlwm = 100% * P / T.

Ib yam li nyob rau hauv cov ntaub ntawv ntawm zaus, muaj qhov txwv tsis pub siv dav ntawm mem tes dav. Siv qhov piv txwv saum toj no, 106 moos mus yuav txwv qhov dav ntawm lub plawv dhia kom tsis pub tsawg dua 2.21 microseconds. Lossis, tsis tsawg dua 50% ntawm 226.4 kHz.

Ib qho ntawm txoj hauv kev los txhawb kev nce qib qis ntawm cov xwm txheej yoj yoj yog daim ntawv thov faib cov digital uas siv flip-flops. Kev faib cov zaus nkag los ntawm n yuav txuas ntxiv qhov ntsuas tau ntau dua n lub sijhawm. Qhov no yog xov xwm zoo, cov faib digital muaj ib qhov tsis zoo: faib cov teeb liab poob qhov mem tes dav (thiab lub voj voog ua haujlwm) cov ntaub ntawv! Vim tias txoj kev faib ua haujlwm, lawv cov zis muaj ib txwm 50% kev ua haujlwm. Bummer… nyeem ntxiv

Hauv cov nplooj ntawv hauv qab no, txawm li cas los xij, kuv yuav qhia yuav ua li cas faib cov lej zaus thiab khaws cia qhov dav ntawm lub plawv dhia tso cai rau kuv ntsuas cov cim tau zoo dhau qhov txwv txwv los ntawm kev suav ncaj qha.

Kauj Ruam 1: Digital Zaus Division

Cov tsoos digital zaus sib faib siv flip-flops; qhov kev qhia no zoo piav qhia cov hauv paus ntsiab lus yuav tsim kev faib ua ke siv tus qauv JK flip-flops. Qhov no daws qhov teeb meem ntawm kev tawm tswv yim ntau dhau rau MCU, tab sis muaj ib qho tsis zoo: qhov sib faib teeb liab muaj 50% kev ua haujlwm tsis hais txog ntawm lub teeb liab lub luag haujlwm! Txhawm rau pom yog vim li cas nws yog rooj plaub saib ntawm thawj ob daim duab. Thawj lub teeb liab nrog lub sijhawm T thiab qhov dav pulse P tau pub rau hauv lub moos pin ntawm JK flip-flop thaum nws J thiab K pins tau tuav siab txhua lub sijhawm (thawj daim duab). 3.3V logic xav tias thoob plaws. Cia peb xav tias qhov flip-flop tau tshwm sim los ntawm qhov zoo (piv txwv li, nce) ntug ntawm lub moos. Raws li cov xwm txheej no, kev hloov pauv ntawm lub xeev ntawm tus pin tso tawm (tus kheej "flips" thiab "flops") tshwm sim txhua lub sijhawm tus pin pin mus ntawm qis mus rau siab. Lub moos siab mus rau qhov hloov pauv qis (piv txwv li, ntug tsis zoo) tsis quav ntsej kiag li. Saib daim duab thib ob. Tus pin tso tawm, Q, tso tawm lub teeb liab uas nws lub sijhawm yog ob zaug ntev npaum li thawj lub sijhawm, piv txwv li, nws zaus yog ib nrab. Qhov tso zis mem tes dav yog ib txwm sib npaug rau T. Yog li ntawd, qhov dav dav ntawm lub plawv dhia, P, tau ploj mus.

Ntxiv lwm JK flip-flop hauv kev teeb tsa pom hauv daim duab thib peb faib qhov qub zaus los ntawm 4. Ntxiv ntau qhov flip-flops hauv tib qho xwm txheej ua ntu sib nrug los ntawm lub zog tom ntej ntawm 2: 8, 16, 32, thiab lwm yam.

Teeb meem: yuav faib li cas zaus ntawm ib puag ncig yoj thaum khaws cia nws lub plawv dhia dav?

Lub tswv yim yog txhawm rau ntxiv qhov tsis zoo ua rau JK tig-flop rau qhov sib xyaw. Cia peb hu nws "Neg FF"; saib daim duab plaub. Ntawm no, "raug" txhais tau hais tias J thiab K pins ntawm qhov tshiab flip-flop tau khi rau Q thiab Qbar cov zis pins, feem, ntawm kev faib ua-los-4 ("Pos FF") qhia hauv daim duab dhau los. (Hauv qhov no, "bar" yog kab rov tav hla lub cim Q qhia txog qhov tsis zoo.) Kom pom qhov no ua tiav li cas saib ntawm lub rooj ua haujlwm ntawm "Neg FF" hauv daim duab thib tsib: Neg cov zis pins, Q thiab Qbar, tsom iav lub xeev ntawm nws cov pins nkag, J thiab K, feem. Uas txhais tau tias lawv tsom iav lub xeev ntawm Pos 'Q thiab Qbar. Tab sis, Neg qhov kev nqis tes ua flip-flop yuav tsum tos rau qhov tsis zoo ntawm qhov cim qub, uas tuaj txog lub sijhawm P tom qab qhov zoo. Aha!

Cov txiaj ntsig tau tshwm sim tau qhia hauv daim duab thib rau. "Pos Q" tso tawm cov cim ntawm 1/4 zaus, "Pos Qbar" nws yog qhov rov qab, "Neg Q" ua raws "Pos Q" hloov pauv los ntawm cov pa mem tes dav P, thiab "Neg Qbar" yog nws qhov rov qab. Koj tuaj yeem txheeb xyuas tau tias qhov laj thawj THIAB ntawm "Pos Qbar" thiab "Neg Q" ua rau lub plawv dhia qhia tau zoo los ntawm tus thawj mem tes dav P thiab 1/4 zaus. Bingo!

Thaum xub thawj kuv siv qhov teeb meem no tso tawm kom pub MCU. Txawm li cas los xij, nws tau dhau los ua teeb meem rau luv luv mem tes dav vim tias MCU's 106 cycles txwv nyob hauv Kev Taw Qhia. Kuv tau daws qhov teeb meem me me no los ntawm kev xaiv lwm qhov tso tawm: "Pos Qbar" THIAB "Neg Qbar" hloov chaw. Ib qho saib ntawm cov nthwv dej yuav tsum ua rau koj ntseeg tias qhov dav dav ntawm qhov tshwj xeeb nthwv dej no, P ', sib txawv ntawm T thiab 2T hloov chaw (0, T) rau P. P tuaj yeem rov zoo los ntawm P' los ntawm:

P = 2T - P '

Kauj Ruam 2: Pom Zoo Kho Vajtse

Kuv nyiam tus txheeb ze tshiab rau cov neeg nyiam ua haujlwm hauv tshuab hluav taws xob: Atmel SAM D21 MCUs raws li 32-ntsis ARM Cortex M0+ processor ua haujlwm ntawm 48 MHz moos, ntau dua li Atmels qub. Rau qhov haujlwm no kuv yuav:

• ItsyBitsy M0 Express MCU pawg thawj coj los ntawm Adafruit
• Kuv tau tshwm sim kom muaj lub roj teeb LiPo rov tau los ntawm Adafruit
• Monochrome 128x32 SPI OLED zaub (koj kwv yees nws: Adafruit)
• Dual zoo-ntug-ua rau JK flip-flop SN74HC109 los ntawm Texas Instruments
• Dual tsis zoo-ntug-ua rau JK flip-flop SN74HC112 los ntawm Texas Instruments
• Quadruple THIAB rooj vag CD74AC08E los ntawm Texas Instruments
• Plaub Plaub LOS YOG rooj vag CD74AC32E los ntawm Texas Instruments

Kauj ruam 3: Circuit Court

Thawj daim duab qhia pom cov qauv yooj yim ntawm cov zaus/lub luag haujlwm ntsuas. 3.3 V CMOS cov laj thawj xav tias thoob plaws. Thiaj li, cov tswv yim square yoj qhov dav yuav tsum nyob nruab nrab ntawm V sib xws_IH qib (piv txwv li, 2 V) thiab 3.3 V. Yog tsis yog, koj yuav tsum ntsuas nws nce lossis nqis raws li. Feem ntau qhov faib hluav taws xob yooj yim yuav txaus. Yog tias koj xav tsim koj lub ntsuas ntsuas ntawm qib sib txawv ntawm cov laj thawj, tom qab ntawd koj yuav tsum siv lwm lub micro tswj (MCU), roj teeb, thiab cov zaub uas ua haujlwm ntawm qib uas xav tau. Lub rooj logic thiab cov flip-flops siv hauv txoj haujlwm no ua haujlwm nrog cov logic qib nyob txhua qhov ntawm 2 V thiab 6 V thiab yuav tsum ua li cas feem ntau.

Raws li qhia, ItsyBitsy MCU siv tus pin 9-13 los sib tham nrog cov zaub los ntawm software SPI raws tu qauv. Tus pin 3V muab lub zog rau tag nrho cov Circuit Court. Cov lej digital tus lej 3 lees paub qhov txheeb xyuas lub teeb liab, thaum tus pin 2 thiab 4 tswj lub teeb liab los ntawm: lub teeb liab ncaj qha los ntawm lub qhov rooj AND3 (cov tswv yim qis qis), lossis lub teeb liab faib los ntawm 4 mus rau lub qhov rooj AND4 (cov tswv yim nkag siab) raws li tau piav qhia hauv Kauj Ruam 2 Txoj cai, tham hauv kauj ruam tom ntej, txiav txim siab qhov ntau zaus nkag thiab tsim nyog hloov lub teeb liab.

Cov txheej txheem tsis qhia pom qhov tseeb ntawm kev sib txuas digital chip. Daim duab thib ob qhia pom tias txoj haujlwm yuav zoo li cas ntawm daim ntawv qhia zaub mov. Cov teeb liab tawm los los ntawm cov xaim liab mus rau 2CLK tus pin ntawm ob txoj kev zoo ntug flip-flop. CEEV FAJ: Feem ntau, txhua tus J thiab K tus pin ntawm qhov flip -flop yuav tsum tuav kom siab, tab sis SN74HC109 tshwj xeeb tshaj yog tus Kbar tus pin - tus inverted K tus pin - hloov. Yog li ntawd, tus pin no yuav tsum yog hauv paus! Thawj qhov tsis zoo ntug tig hauv SN74HC112 muaj nws 1K thiab 1J tus pin txuas nrog rau 1Q thiab 1Qbar pins ntawm SN74HC109. Qhov thib ob flip-flop hauv SN74HC112 tsis siv thiab nws cov pins nkag (2K, 2J, 2CLRbar) yog hauv av. Txhua lwm tus pin ntxiv PREbar (preset) thiab CLRbar (meej) hauv txhua qhov flip-flops yuav tsum txuas nrog rau qhov laj thawj siab. Tsis siv lub moos thiab cov pins tso tawm sab laug tsis txuas nrog. Ib yam li ntawd, cov khoom siv tsis tau siv nyob hauv txhua lub rooj vag raug tsaws, thaum cov pins tso tawm tsis tau siv yog txuas tsis txuas. Raws li kuv tau tham hauv kuv "Invisible Killer of the Phone Ring" Qhia paub, hauv av tsis siv cov tswv yim txuas ntawm cov zajlus kom muaj nuj nqis tshem tawm qhov tsis sib xws thiab txuag roj teeb lub zog.

Kauj Ruam 4: Txoj Cai thiab Ntsuas Zis Tsawg

Lawm, txhua qhov kev nqis tes tshwm sim hauv cov cai txuas hauv qab no. Thaum cov tswv yim nkag los ntawm tus pin 3 hloov pauv los ntawm cov lej qis mus rau siab, MCU pib suav cov mem tes ntawm nws sab hauv 48 MHz. Nws sau tseg lub sijhawm hloov siab mus rau qis thiab txuas ntxiv suav mus txog rau qhov hloov pauv qis mus rau qib siab tom ntej, thaum nws rov pib dua tag nrho cov txheej txheem dua. Thawj suav sawv cev dav dav ntawm mem tes, thaum suav tag nrho sawv cev rau lub sijhawm teeb liab. Thiab qhov ntawd yog qhov zais cia tag nrho.

CPU sau cov kev hloov pauv no los ntawm kev cuam tshuam kho vajtse. SAMD21 muaj ntau lub moos; Kuv tus lej siv TC3 ib qho. Thaum xub thawj, Kuv tau pib los ntawm kev nyeem M0 cov ntawv cov ntaub ntawv txhawm rau siv zog ntau hauv kev txheeb xyuas tus cuam tshuam cuam tshuam, tab sis tsis ntev kuv tau pom ntau txoj cai cuam tshuam hauv Arduino Rooj Sib Tham cov lus los ntawm cov neeg siv electro_95, MartinL, thiab Rucus uas nws tau pab yog lees paub qhov tseeb. Kuv suav nrog thiab hloov kho lawv cov lej ua ke rau hauv kuv li; txuag kuv ntau lub sijhawm!

Raws li kuv tau hais yav dhau los, teeb liab daws teeb meem raug txwv los ntawm ~ 106 CPU mus kom ua txoj cai ntawm kev cuam tshuam. Kev faib tawm digital nrog kev khaws cia dav dav siv kev saib xyuas ntawm ntau zaus. Tsawg zaus, ntawm qhov tod tes ua lwm qhov kev sib tw: txij li TC3 lub txee txee yog 16 ntsis ntev, nws dhau mus tom qab hla 65, 536 suav qhov txwv. Ib tus tuaj yeem daws qhov xwm txheej no los ntawm kev ntxiv qhov cuam tshuam cuam tshuam, tab sis xaiv qhov kev daws teeb meem sib txawv: TC3 tuaj yeem siv lub sijhawm ua ntej (piv txwv li, faib software) CPU moos tsis siv kho vajtse 48 MHz ib qho. Yog li, yog lub teeb liab lub sijhawm mus txog qhov txwv tsis pub dhau, cov cai tuaj yeem qhia TC3 kom siv 24 MHz suav rau lub sijhawm tom ntej thiab, zoo li, lub txee poob qis dua 32, 768 suav. Rau qhov qis dua zaus TC3 tuaj yeem qhia kom suav 12 MHz mem tes, thiab lwm yam. Cov kws kho mob tsim nyog tau txiav txim siab raws li lub teeb liab zaus, nrog hysteresis, txhawm rau khaws TC3 txee hauv qhov txwv tsis pub dhau. Raws li qhov tshwm sim, qhov qis kawg ntawm cov cuab yeej ntau yog kwv yees li 43 Hz.

Koj zoo siab tos rawg cov cai thiab siv nws hauv koj qhov haujlwm, tab sis thov qhia nws qhov chaw thaum tshaj tawm cov txiaj ntsig.

Txuas mus rau txoj cai.