Електроника е клон на науката и технологията, която се занимава с електрически вериги, включващи активни електрически компоненти и полупроводникови устройства, като например вакуумни тръби, транзистори, диоди и интегрални схеми. Нелинейното поведение на тези компоненти и способността им за контрол на електронни потоци прави възможно усилване на слаби сигнали и обикновено се прилага (акцент в науката електроника) за информация и обработка на сигнала. Все по-широко развивана в днешно време е обработката на цифрови сигнали и създаването на цифрови схеми, които са обект на вниманието на инженери по електроника.Електрониката се различава от електрически и електро-механичната наука и технология, която се занимава с, производство, дистрибуция, комутация, съхранение и преобразуване на електрическа енергия и от други енергийни форми, с използването на кабели, електродвигатели, генератори, батерии, ключове, релета, трансформатори, резистори и други пасивни компоненти. Това разграничение започна през 1906 г. с изобретяването от Лий де Форест на триодно, електрическо усилване на слаби сигнали за радио-и аудио- сигнали с механично устройство. До 1950 г. тази област се нарича “радио техника”, тъй като основното му приложение е проектирането и теория на радио предаватели, приемници и вакуумни тръби. Днес, повечето електронни устройства използват полупроводникови компоненти за извършване на контрол на електрони. Проучване на полупроводникови устройства и свързаните с тях технологии се смята за клон на физиката на твърдото тяло, като се има предвид, че проектирането и изграждането на електронни схеми за решаване на практически проблеми, попадат под инженерство електроника.

В климатиците от ново поколение можем да наблюдаваме много електронни устройства. Като цяло всичко в един нов климатик се основава на принципите на електрониката и електротехниката. Дисплейте на климатиците, които показват режима на работа, температурата и други са изцяло електронни устройства. Разбира се в един климатик има и много компоненти, които са далече от принципите на науката електроника. Въпреки всичко в наши дни е немислимо да разгледаме едно техническо изделие без да забележим електроника. Всички видове климатици се състоят от две тела -вътрешно и външно. Електронни компоненти и системи се наблюдават във вътрешното тяло на всички климатици. Външното е изделие на електротехниката. Освен това друго нещо, което съпътства всички климатици е дистанционното управление. То е изцяло електронно изделие, което има за цел да улесни изцяло живота на всеки потребител.

Таблет представлява компютър с умалени размери. С появата си електронните устройства таблети предизвикаха бум в целия свят. Всички таблети се отличават с наличието на сензорен екран (“тъч скрийн”) и пълната липса на хардуерна клавиатура, които до скоро бяха неминуема част от останалите електронни устроиства от същото семейство – персонални компютри и лаптопи. Съвременните таблети позволяват въвеждането на информация чрез просто докосване на екрана (някой таблети са снабдени с електронна писалка). Таблетите играят междинна роля между електронните преносими компютри и джобните смартфони.

Цифровите фотоапарати са вид фотоапарати, които работят по следния принцип: изображението не се регистрира от фотографски филм, а от специален електронен сензор със матрица CMOS или CCD. Тази матрица се състои от милиони независими елементи, които са светлочувствителни. Тези елементи се наричат пиксели. Всеки един пиксел преобразува попадналата върху него светлина в електрически заряд.
Генерираните от цялата матрица електрически сигнали с приемат от процесор, който генерира цифрово изображение. Изображението се съхранява в електронната памет на цифровия фотоапарат. Различните цифрови фотоапарати съхраняват изображенията в различен електронен формат. След като цифровия фотоапарат генерира електронно изображение то може да се прехвърли върху компютър и да се обработва при необходимост.

Arduino е платформа за хоби роботика и физически компютинг. Платформата Arduino е базирана на платка за вход-изход и програмна среда в голяма степен близка до езика за програмиране Processing/Wiring. Arduino може да бъде използвана за създаването на самостоятелни интерактивни проекти (предмети) или да се използва във взаимодействие с външни софтуерни програми като: Flash, Processing, MaxMSP и други.
Средата за програмиране на Arduino може да бъде свалена напълно безплатно за операционни системи като: Windows, Mac OS X и Linux.
Тъй като платформата Arduino е разработена в образователна среда е изключително лесно за всеки начинаещ да навлезе бързо в материята. Програмирането на Arduino се извършва посредством USB кабел, а не през сериен порт. Особено полезен плюс, тъй като по-голямата част от днешните компютри нямат сериен порт.

Повече за платформата очаквайте скоро…

Старшата част на адреса указва в коя банка ще се работи ,а младшата – кой регистър е.
Кодът на инструкцията се съкращава.

Регистрова адресация:

LD 33,%FA – да се запише FA(250) в регистър 33
LD R0,R12 – запис на рег.0 в рег. 12 , може да стане в рамките на една банка
LD C R6,@RR8 – индиректно регистрово адресиране. В рег. R8 и R9 е запазена информ. ,която ще се чете, а в R6 ще се прехвърля.

Периферни схеми:
1.За паралелен интерфейс. 2. За сериен интерфейс.

Периферни схеми с паралелен интерфейс :
Броя на битовете е равен на разредите на магистралата за данни – 8, 16, 32.
Предимства : много бърз обмен на данни , като може да бъде в двете посоки. Удобен при малки разстояния поради недостатъка:
Недостатък : голям брой проводници.

СМ602 (МС 6821) PIA – паралелен интерфейсен адаптер

RS0 и RS1 – регистър селект (адресна линия )
CS – чип селект
IRQA – отворен дрейн ( колектор )
PA0 – PA7 – порт А PB0 – PB7 – порт В , теса идентични , могат да бъдат входове и изходи
D0 – D7 – данни , може едновременно да се изведе на порт А и порт В

Към Лекция по микропроцесорна техника 3

В регистъра ССR вместо битове S и X има твърда 1

Видове адресации:
1.Акумулаторна – КИ – ТАВ ( трансфер от А в В )
2.Вътрешна ( подразбираща ) – свързана с управлението на SP : SP, X, CCR КИ
3.Непосредствена:
80 КИ КИ да се зареди някакво число :
DF данни данни LDA A # $ 0F ( LDAA – да се зареди акумул. А, # -
данни знак за непосредствен адрес, $ – шестнадесет. число )

4.Директна: инструкциите са 2 байтов

6.Индексно : 2 байта :
КИ LDA A 1, X , където X е съдържанието на индексния рег. , а 1-отместв.
отместване А6 01
В индексния регистър предварително е зареден адрес.

7.Относителна адресация :
КИ
отместване – може да е в границите -125 до + 129
Видове инструкции:

1.Аритметични : за СМ601 +,- , за МС68HC11 +,-,*,/
2.Управляващи
3.Побитови
4.Логически

Към лекция 2 по микропроцесорна техника

Към лекция 4 по микропроцесорна техника

Основни функции на микропроцесорна система :
1. Запис на данни в паметта .
2. Четене на данни от паметта.

Четене на данни и инструкции при Харвардска архитектура :
Управление ( различно за отделните МП ) :
МП фамилия – ИС , които имат общи сигнали за управление : напр. СМ601 – МП , СМ602 – PIA (паралелен интерфейс) , СМ603 – ACIA (асинхронен интерфейс) , СМ606 – таймер , СМ607 – CRTC (контролер за ел. лъчева тръба). При тях сигнал R/W – 0 – запис , а 1 – четене.

Структурна схема на МП :

Фон Нойманова архитектура:
Всичко е разположено в едно адресно поле. По този начин се адресира по -лесно, но се ограничава размера за програмиране и се намалява бързодействието
II вид архитектура – адресното поле за програмата се разделя от адресното поле за данни – осигурява се по- голямо адресно поле за програмата.

Инструкциите могат обикновено да бъдат 1,2,3 байтови.

Микропроцесорите. Тенденции в развитието.

Цифрово устройство управлявано по програмен път . Начини за увеличаване на производителността : 1.увеличаване на тактовата честота ; 2. увеличаване на битовете на шината данни.
Дума на процесора = разрядите на шина данни
Представители на поколенията на микропроцесорите :

Блокова схема на микропроцесорна система:

В микропроцесора има АЛУ , регистри и др.
RAM – Kbytes to Mbytes ROM – видове
Вх. / Изх. – периферни устройства
Тенденции: увеличаване на битовете ; намаляване на консумацията ; увеличаване на тактовата честота
Производство на микроконтролери – специализирани едночипови микрокомпютри обикновено съдържат АЦП и ЦАП
Приложение за промишлени устройства:

Наименованието на науката “електроника” има гръцки произход и произлиза от думата “електрон”, която в буквален смисъл означава кехлибар (тъй като кехлибарът е използван от древните гърци при опитите свързани с електро-статичните взаймодействия). Точно с това се свързват всички протичащи процеси и явления в сферата на електрониката. Тези процеси обхващат физически и химически взаимодействия и явления в среда на вакуум, в различни газови среди или в кристалната решетка на дадено твърдо тяло.
В днешно време електронни съоръжения и устройства са разпространени в почти всички сфери на човешкия живот – бита, автомобилната и други видиве промишленост, стопанството, бизнеса и други. Чрез електронни устройства се управлява, контролира, изчислява и други.
Проектирането и конструирането на електронни устройства се подчиняват на законите на електротехниката, схемотехниката, теорията на полупроводниковите елементи и електронни схеми и други, а самите електронни устройства се реализират посредством различни елементи (активни – източници на енергия и пасивни – елементи, които НЕ генерират енергия), като: източници на електродвижещо напрежение (ЕДН); източници на електродвижещ ток (ЕДТ); микроконтролери; диоди; транзистори; електронни лампи; резистори; кондензатори; бобини и др.
Електрониката е специалност в която заемат място дисциплини като: Аналогова,Цифрова и Импулсна схемотехника; Теория на електронните схеми (ТЕС); Полупроводникови елементи(ППЕ); Токозахранващи устройства (ТЗУ); Измервания в електрониката(ЕИ); Основи на компютърните технологий (ОКТ); Програмиране и основните за техническите науки: Физика, Химия, Математика и Техническо документиране и чертане. Тези дисциплини са тясно свързани една с друга и при създаването на електронни устройства се прилагат законите на всяка една от тях.

Аналогови схеми

Широкото разпространение на електронната техника в промишлеността, екологията, бита и транспорта обуславя необходимостта от проектирането на разнообразни аналогови и цифрови електронни схеми. Въпреки нарастващия дял на цифровите схеми в електронните устройства съществуват поне три факта, които правят аналоговите схеми все по-необходими. Първо, естественият свят е аналогов. Следователно аналоговите схеми са необходими в системите за събиране на информация, за да подготвят аналоговата информация за преобразуване в цифров вид. Второ, все още остават много важни приложения, които се изпълняват най-добре от смесени (аналогово-цифрови) устройства. Такива са случайте, когато аналогови схеми (например мащабиращи усилватели, нискочестотни филтри, преобразуватели на ток в напрежение и усилватели на мощност) се използват като входни и изходни стъпала в аналогово-цифровите и цифрово-аналоговите преобразуватели. Трето, прецизни и сложни цифрови системи моделират поведението на аналогови схеми. Следователно богатството от методи за проектиране на аналогови електронни схеми може да бъде ценна основа и за създаване на цифрови схеми и устройства.

Цифрови схеми

Цифровите схеми са основен и изключително важен дял на електрониката. Макар и по-късно появили се, те претърпяват такова бурно развитие и усъвършенстване, че за рамките на един съзнателен човешки живот е отчайващо невъзможно детайлното им опознаване и изучаване. Специалистът по електроника и специално по цифрова електроника е изправен пред изтощителния процес на догонване на новостите, а като награда му остава тягостното чувство на непрекъснато изоставане. И въпреки това, приятното усещане и удовлетворението от научаването на нещо ново, от усвояването, синтезирането или усъвършенстване на схеми и устройства са достатъчен стимул за всеки посветил кариерата си на цифровата електроника.

Импулсни схеми

В съвременната техника широко се използват импулсни и цифрови устройства и схеми. Развитието на техниката и технологиите позволяват създаването и масовото използване на интегрални микросхеми, с помощта на които се осъществява обработката на информацията в различни области на живота въобще и в частност, в комуникационните и информационни системи, в измервателната техника, автоматиката, радиолокацията, радионавигацията и др.

След краткото въведение е добре да кажем каква точно е ралзиката между различните видове схемотехника и схеми. Например:
1.    В аналоговите електронни схеми носител на информацията е амплитудата на сигнала. Всички аналогови сигнали могат да се представят като сума от безброй хармонични трептения. Аналоговите схеми намират приложение в почти всяко електронно устройство с предназначение за бита, промишлеността и транспорта – в аудио- и видеотехниката, радиоприемниците и предавателите, сензорните схеми и устройства, медицинските уреди и др.
Класификация на аналоговите електронни схеми: Според своето предназначение аналоговите електронни схеми се делят на линейни и нелинейни(функционални преобразуватели). В групата на линейните схеми най-широко са разпространени усилвателите и активните филтри. В най-общ смисъл усилвателите са транзисторни схеми, чиято функция е да усилват маломощни входни сигнали. Според вида усилвателите са постоянно и променливотокови. Входният сигнал при постояннотоковите усилватели може да бъде напрежение или ток. За тях усилването започва от честота нула херца на сигнала. Променливотоковите усилватели се делят на три групи в зависимост от честотната област, която обхващат: нискочестотни (20Hz-1MHz), високочестотни (1MHz-100MHz) и свръхвисокочестотни (100MHz-10GHz).

Активните филтри представляват транзисторни електронни схеми, които пропускат с малки промени сигнали в определена честотна област и задържат сигналите с всички останали честоти. Следователно филтрите въздействат избирателно(селективно) върху амплитудата на преминаващите през тях сигнали с различни честоти. Основните експлоатационни характеристики на филтрите са АЧХ – амплитудно-честотна характеристика и ФЧХ – фазово-честотна характеристика. В зависимост от честотата на пропускане филтрите се делят на: нискочестотни филтри-НЧФ, високочестотни филтри-ВЧФ, лентови филтри-ЛФ и заграждащи(реджекторни) филтри-ЗФ.
Функционалните преобразуватели са електронни схеми, които имат нелинейна предавателна характеристика. Към тях спадат генераторите, логаритмичните усилватели, ограничителите, модулаторите и др. Най-голямата група функционални преобразуватели са генераторите, които самостоятелно (ез вънпно въздействие) произвеждат сигнали с определена форма, амплитуда и честота.

2.    Обект на цифровата схемотехника са схеми и системи, в които като правило могат да се определят само две възможни състояния. Те могат да се представят чрез токово и безтоково състояние на верига, състояние на затворен и отворен ключ и др. Обикновено тези състояния се представят чрез две различни стойности на напрежение, условно наречени H(high – Високо) и (Low – Ниско).
На тези две състояния в цифровите схеми се присвояват логически нива ’0′ и ’1′, като цялото им поведение се описва посредством законите на двоичната логика. Когато на високото ниво е съпоставена логическа ’1′, а на ниското – логическа ’0′, логиката се определя като положителна. В обратния случай логиката се определя като отрицателна.В цифровите схеми се използват и двете логики, но положителната се прилага по-често.

Практически всяко логическо ниво, в цифровите схеми, представлява област от стойности на напрежението. Логическите ’1′ и ’0′  се представят като стойности на напрежение намиращи се между определени минимална и максимална стойност.

Горната фигура илюстрира областите на логическите нива. Напреженията Umin’1′ и Umax’1′ определят съответно минималната и максималната стойност на логическата ’1′. Аналогично е за стойностите на логическата ’0′. Областта между Umax’0′ и Umin’1′ се нарича неопределена зона. Всяко напрежение от тази област може да се възприеме като ’0′ или ’1′ без да е сигурно какво ще се случи. В различните схеми, различните видове логики могат да имат области на логически ’0′ и ’1′ с различна големина и асиметрично разположени спрямо захранващото напрежение на тези схеми. Също така областите на логическите нива са различни за изходните и входни сигнали на логическите елементи в схемите. Големината им осигурява правилна работа при промяна на паарметрите на схемите от температурата, натоварването, захранващото напрежение, въздействието на шумовете и технологичните отклонения. За да се гарантира правилна работа при свързването на елементите е необходимо областите на изменение на входните сигнали да са по-широки от областите на изменение на изходните сигнали. При това областите на входните логически нива на електронните схеми трябва да припокриват областите на изходните логически нива. Това е необходимо и при свързването на логически елементи от различни фамилии за съвместна работа.

3. Характерно и общо за електрическите импулси е скоковото изменение на токовете и напреженията. Затова в схемите за формиране на електрически импулси има много общи идеи и технически решения, което позволява да се обединят схемите за формиране на импулсите в един общ клас импулсни схеми. Техническата област, използваща импулсни схеми за решаване на много технически задачи се нарича импулсна схемотехника.
Електрическите импулси от токове и напрежения са удобни за използване като дискретни сигнали в много области на техниката: комуникации, радиолокация, телевизия, компютърна техника, автоматика, телеуправление и телесигнализация, телемеханика, измервания на електрични и неелектрични величини и др.
Електрическите импулси на ток или напрежение са особено удобни да се използват за представяне на различна информация в много области на техниката.
Дискретни са сигналите, приемащи точно определен брой значения в някакъв интервал от време. В повечето случаи се използват двоични сигнали. Информацията, представяна с дискретни сигнали се нарича дискретна или цифрова информация.
Системите, в които дискретните сигнали са импулси се наричат импулсни, а системите, използващи сигнали от високи и ниски нива на напрежение се наричат потенциални. Ако за сигнали се използват импулси и нива, системите се наричат импулсно-потенциални.
Развитието на технологиите и схемотехниката позволяват създаването на много технически устройства, реализиращи редица логически и математически операции. Използването на такива елементи определя нова техническа област, наречена импулсна схемотехника. Тя позволява създаването на технически устройства с малки размери и много малка консумация на ток, намаляването на размерите и масата на апаратурите, което в много случаи е особено важно.
Широкото използване на такива сигнали развива ново направление в техниката – дискретна или цифрова техника.

Най-широко разпространеният метод за маркиране на един резистор е този с четири цветни ленти, изобразени около резистора. Първите две от тези ленти отговарят на първите две цифри от стойността на съпротивлението на резистора, третата съответства на множителя, с който се умножават предишните две и последната лента (в каталозите означена или като сребърна, или като златна) показва толеранса – позволеното отклонение от стойността на съпротивлението. Толерансът винаги е в проценти. Сребърната и златна лента винаги се намират на последно място и са на определено растояние от останалите три. В каталога, даден по-долу, буквите “К” и “М” означават съответно “кило’ – 1 000 и “мега” – 1 000 000.

Електронните усилватели са транзисторни схеми, предназначени да усилват мощността на даден входен сигнал. На тази снимка можете да видите блоковата схема на такъв усилвател:

На тази снимка параметрите са:

eG – генераторно напрежение

RG  – вътрешно съпротивление на генератора (в частност се приема, че генератора е идеален и има нулево вътрешно съпротивление)

i -  входен ток

io – изходен ток

ui – входно напрежение

uo – изходно напрежение

RL – товар

Усилването на електрически сигнали е линейна функция. Това означава, че при увеличаването на амплитудата на входния сигнал трябва да се запази неговата форма. Ако след преминаване на сигнала през усилвателя изходният сигнал съдържа хармонични съставки, различни от тези на входния, се получава изкривяване на информацията, носена от аналоговите сигнали. Основната причина за това е нелинейния характер на волтамерната характеристика на транзисторите, които изграждат усилвателите. За да се намалят изкривяванията в изходния сигнал,  се избират постояннотокови режими на работа, при които се използват линейните области от характеристиките на транзисторите. При работа с малки сигнали зависимостите между напреженията и токовете могат да се приемат за линейни, при това усилвателите функционират като линейни електронни схеми. В този случай горепосочената схема може да се замени с два еквивалентни модела.

Схемите на Нортън и Тевенен се отнасят до използването на еквивалентни заместващи схеми на един активен двуполюсник, по отношение на даден клон в който режимът не се променя, когато се разглежда цялата схема (клонът с товара в случая).

Формули:

Коефициент на предаване на входната верига

Kin = ui/eG = RiA/RiA+RG , където ui = i*RiA= [ eG/(RiA+RG) ]*RiA и i = eG/RG+RiA

Коефициент на усилване по напрежение

1) За теоремата на Нортън – Au = uo/ui = Auo*[ RL/(RL+RoA )], където uo = io*RL = [Auo*ui/(Roa+RL)]*RL, io = Auo*ui/RoA+RL

Следователно Au = SRoa*[RL/(RL+RoA)]

2) За теоремата на Тевенен – Au = uoПХ/ui = SRoA , където uoПХ е изходно напрежение на празен ход

Пълен коефициент на усилване по напрежение

Au = uo/eG = Au*Kin

Коефициент на усилване по ток

Ai = io/i = uo/RL*RiA/ui = Au*RiA/RL, където io = uo/RL и i = ui/RiA

Мощност на входния и изходния сигнал

Pi = ui*i – мощност на входния сигнал

Po = uo*io – мощност на изходния сигнал

Коефициент на усилване по мощност

Ap = PL/Pi = Au*Ai

Коефициент на полезно действие

η = PL/Pcc , където Pcc е мощността консумирана от захранващия източник на усилвателя, като Pc = Pcc – PL е отделената в PN преходите на транзисторите електрическа мощност, която се преобразува в топлина (загубна или разсейвана мощност).

Входно съпротивление

RiA = ui/i

Изходно съпротивление

RoA = uoПХ/io,кс ; където  io,кс е изходния ток на късо съединение.

Съпротивленията RiA и RoA за реален усилвател обикновено се определят от следните изрази:

RiA = ui*RG/(eG – ui)

RoA = (uoПХ-uo)/u*RL

В настоящата публикация можете да намерите линкове, водещи към сайтове с ценна информация за анализа и синтеза на електронни схеми. 

http://www.twysted-pair.ca/home2.htm – Тук ще откриете електронни схеми върху които да упражнявате знанията си по основна електроника. Това е един добър начин да усвоите схемните анализи с модели съдържащи кондензатори и бобини

http://www.uta.edu/ee/hw/pspice/ – Тук ще откриете интересна и полезна информация за употребата и възможностите, които предлага PSpice
http://denethor.wlu.ca/PSpice/pspice_tutorial.html – На този адрес също са публикувани ценни и интересни материали за PSpice

Моля споделете в блога или форума дали намирате информацията за полезна.

Понятието транзистор означава полупроводников елемент, който осигурява усилване по ток, напрежение или мощност на  входните сигнали. Според вида на основните токоносители в PN преходите на транзисторите, те се делят на NPN и PNP транзистори. Съответно в първия вид основни токоносители са електроните, а във втория дупките (първите се характеризират с по-голямо бързодействие).

Фототранзистор (или както някои хора го наричат -  фотодиод ) е полупроводников,  малкоинерционен преобразувател с висока чувствителност, който преобразува светлинни в електрически сигнали. При фототранзисторите, за разлика от всеки обикновен транзистор, като емитери се използват падащите  снопове светлина. Под понятието фототранзистор може да се разбере транзистор  с изключена база, който едновременно изпълнява функцията на индикатор и усилвател на ток.

Усилването на електрическите сигнали представлява управление по даден закон на енергията на електрически източник. Устройствата, които осъществяват управлението и усилването се наричат усилвателни устройства или електронни усилватели. Източникът на управляващ сигнал изразходва някаква мощност за управление. От своя страна усилвателят доставя известна мощност в изхода си, свързана по определен закон с управляващата, входната мощност. За усилване и усилватели може да се говори само тогава, когато изходната (управляваната) мощност Po е по-голяма от входната (управляващата) мощност Pi т.е.

Po > Pi