Category Archives: 單晶片微電腦實習(Single-Chip Microcomputer Practice)

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20090609 cs3a scmp

VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language),中譯名稱:「非常高速度的積體電路硬體描述語言」:是美國國防部在1982年時,為了開發高速戰機中的積體電路而發展的一種硬體描述語言,其目的在於將電子電路的設計與內部的含意,用文敘述的方式儲存起來,以便他人也能夠輕易地瞭解電路的設計。VHDL的識別字(identifier)及註解的規則:
1、識別字只容許使用A~Z,a~z,26個英文字母(大小寫視為相同),0~9,10個阿拉伯數字,及底線(_)underscore,但不能連續2個底線,且底線不得放於識別字的最後,總長度不得超過32個字元。
2、識別字的第一個字元必須為英文字母。
3、識別字不得使用”保留字”(reserved word),保留字請參閱「數位邏輯設計」(VHDL入門實務),附-41,台科大書號:B05601,黃慶璋、蔡忠勇編著。
4、註解說明為2個連續的連接線符號dash”–”, 可寫在指令敘述的後面,也可以單獨一列。
正確例:ABC, K1024, Decoder_3×8
錯誤例:
1024K:違反Rule Number 2, 第一個字元必須為英文字母。
$ABC:違反Rule Number1, 不容許$,只容許A~Z, a~z, 0~9, _。違反Rule Number 2, 第一個字元必須是英文字母。
BUS:違反Rule Number 3,此為保留字,匯流排之意。
解碼器:違反Rule Number 1,不可使用中文,只容許A~Z, a~z, 0~9, _。
VHDL之基本架構

使用的零件庫

library 「零件庫名稱,如ieee」;
use 「零件庫名稱,如ieee」.「零件套件名稱,如std_logic_1164」.all

外部接腳定義

entity 「實體名稱(即VHDL檔案主檔名,如nand_2)」 is
port(
電路腳位名稱:I/O屬性 資料型態;
                          :
電路腳位名稱:I/O屬性 資料型態

end 「實體名稱(即VHDL檔案主檔名)」;

內部行為

architecture 「架構名稱」of 「實體名稱(即VHDL檔案主檔名)」is
              :
begin
              :
              :
end 「架構名稱」of 「實體名稱(即VHDL檔案主檔名)」;

玆以台科大B05601課本p.3-10~p.3-20,3-3 VHDL之設計步驟為例,VHDL檔案為nand_2.vhd,主檔名為nand_2,VHDL副檔名為vhd
library ieee ;
use ieee.std_logic_1164.all ;
use ieee.std_logic_unsigned.all ;
use ieee.std_logic_arith.all ;
–*******************************,最前面連續兩個dash,因此本列為註解。
entity nand_2 […]

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20090602 cs3a scmp

job0, 完成下載板、轉接板整合測試。完成者:1,16,19,13,20,3,18,25,34,7,11,10,26,21,2,30,4,22,17,5,27,15,28,23,29,24,32,14
job1, 完成p.2-2~p2-25, 完成者:1,30,14,2,3,16,19,21,15,7,23,29,34,28,13,24,32,4,17

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20090521 cs3a scmp

job1, 完成課本,附-53,圖I-3,下載板裝配及測試,注意事項:

矮零件、高零件依序焊接

注意JTAG簡易公牛角

電阻色碼由左至右排列

finish order: 6,16,18,15,25,5,2,13,1,30,27,33,4,24,32,17,19,20,21,11,22,34,35,10
job2, 完成課本,附-54,圖I-4,雙公排針改成圓孔排針,PLCC 44pin 轉接板,注意事項:

矮零件、高零件依序焊接

排阻,220Ω/9Pin,標白點圓點的第1腳靠左邊

注意LED陽極、陰極,不要假焊了

注意2Pin/2.54mm白色連接座,檔板朝電路板外緣

晶體振盪器2MHz/4Pin不要插反了

finish order: 30,16,2,27,11,6,15,4,1,17,13,33,25

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20090407 cs3a scmp 「第10章:運算放大器」,下次進度:「第11章:基本振盪電路運用」

第12題題目有誤,送分:
20090407_cs3a_e_ch10_exam_and_solution.doc

seat_number score

01 96

02 92

03 92

04 缺席

05 60

06 96

07 72

08 52

09 92

10 76

11 84

12 80

13

14 84

15 80

16 88

17 60

18 96

19 92

20

21 68

22 72

23 88

24 72

25 76

26 52

27 96

28 80

29 84

30 76

31 選手

32 92

33 選手

34 92

35 44

挑錯:
20090408
2: 100,台科大電子學含實習,跨越講義精解,p. 5-3,倒數第5行,「當電晶體接面溫度增加,ICO、VBE、β三項因數會隨之上升」,改成「當電晶體接面溫度增加,ICO、β二項因數會隨之上升,VBE會隨之下降」
30: 100,p. 10-8,上方圖10-2-3 頻率軸:「1NHz, 10NHz」,要改成「1MHz, 10MHz」。

seat_number practice_report_score

01 90

02 90

03 80

04 00

05 80

06 80

07 85

08 80

09 70

10 80

11 80

12 […]

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20090303 cs3a scmp「第8章:場效應電晶體之特性」

接面場效電晶體的結構與電路符號:

源極,S極(Source)為提供多數載子的電極。多數載子會從汲極流出,如下圖所示,依外加電壓的正負極性才會決定S、D的位置:

下圖為N通道JFET在VGS=0時,慢慢增加VDS時,造成的VGS-ID的特性曲線:
 
下列VGS=0的圖可解釋上圖的歐姆區(三極區)、飽和區(夾止區、定電流區)、崩潰區:
當VGS=0時的歐姆區:

當VGS=0的夾止區:

如上圖,靠D端的通道夾止,表示VDG≧-Vp,(VDS-VGS)≧-Vp,VDS≧-Vp(∵VGS=0),
崩潰區:當JFET已進入飽和區,若再持續增加VDS的電壓,最後通道與閘極勢必發生逆向崩潰。
當VGS≠0的歐姆區:

如上圖VDG=VDS+VSG≒VSG,因此空乏區左右大致相等,可控制逆向偏壓VGS來改變電阻rDS的大小,因此JFET可作為電壓控制電阻器(Voltage Variable Resistor,簡稱VVR)或稱變阻器。 
當VGS≠0的飽和區:

如上圖,靠D端的通道夾止,表示VDG≧-Vp,(VDS-VGS)≧-Vp,VDS≧VGS-Vp
當VGS≠0的截止區:

如上圖,連靠S端的通道都夾止了,會使ID=0
VSG(off)=-Vp,VGS(off)=Vp

如上圖為JFET的ID-VDS特性曲線,對於N通道JFET而言(Vp=VGS(off)<0):

歐姆區時,表示D端尚未夾止:VDG<-VP,VDS-VGS<-VP,VDS<VGS-VP
飽合區時,表示D端夾止:VDG≧-VP,VDS-VGS≧-VP,VDS≧VGS-VP

對於P通道JFET而言(Vp=VGS(off)>0):

歐姆區時,表示D端尚未夾止:VGD<VP,VGS-VDS<VP,VDS>VGS-VP
飽合區時,表示D端夾止:VGD≧VP,VGS-VDS≧VP,VDS≦VGS-VP

JFET的ID-VGS特性曲線:

當JFET操作於飽和區(夾止區)時,汲極電流ID的大小受到閘極逆向偏壓VGS的控制,其轉換特性(transfer characteristic)如上圖所示,又稱為互導曲線(∵ID/VGS單位為電導)。
JFET的轉換特性曲線可用數學式(蕭克萊方程式)表示為:
ID=IDSS[1-(VGS/VGS(off))]2(8-2-4)
答題:
13: 100
挑錯:
15: 100
15: 100。台科大書號TD719,p.8-4下方圖8-1-7:兩處VGS=「-Vp」→VGS=「Vp」。p8-5上方:直到VGS=VGS(off)=「-Vp」→直到VGS=VGS(off)=「Vp」
11,28: 0偷開電腦,且關掉廣播監看。其他同學100

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20090217 cs3a scmp「第11章 基本振盪電路,11-4 LC振盪器。11-5晶體振盪器,11-6多諧振盪器」,下次進度「11-7:555與多諧振盪器」

本次上課學習單下載: 20090217_scmp_e_ch11_dot_4_to_ch11_dot_6_handout_and_solution.doc
LC振盪器的方塊圖與組態圖:

LC振盪器是利用電感與電容並聯的儲能作用(諧振)來讓電路產生振盪,上圖為LC振盪的方塊圖與組態圖,其中放大器採用反相放大,故回授電路應具相移180度的功能,由左而右、由上而下編號依序為X1、X2、X3。符合振盪的要件:
Σ必記重要公式:β=-X1/X2
LC振盪器一般組態等效電路圖:

如上圖,假設LC振盪器之放大器的輸入阻抗為無窮大,且輸出阻抗為Ro,開迴路增益為Avo
可導出產生振盪且輸出為弦波時,βA=1,導出β=Vf/Vo=X1/(X1+X3)=-X1/X2
∵β<0,由上式可知X1及X2為同性質的電抗,而X3則為不同性質的電抗:

如X1為電容,則X2亦為電容,X3則為電感,稱為考畢子振盪器(Colpitts oscillator):

fo=1/[2π√(LCeq)],其中Ceq=C1C2/(C1+C2)
β=-C2/C1

如X1為電感,則X2亦為電感,X3則為電容,稱為哈特萊振盪器(Hartley oscillator):

fo=1/[2π√(LeqC)],其中Leq=L1+L2+2M
β=-(L1+M)/(L2+M)≒-L1/L2

p.11-25,圖11-27電路為何種振盪器?其振盪頻率為多少Hz?
解析:
(1)考畢玆振盪器
(2)代公式fo=1/[2π√(LCeq)]=1/[6.28x√(100×10-3×50×10-12)=0.1592/√5×10-6≒71.2(kHz)
請同學練習「立即練習」第11題
p.11-26, 13題:如圖11-29電路,CC=CG=10uF,C=100pF,L1=200uH,L2=160uH,M=20uH,rd=20kΩ,求:
(1)振盪頻率?
(2)滿足振盪之FET最小gm值?
解析:
(1)fo=1/[2π√(LeqC)],其中Leq=L1+L2+2M,fo=0.1592/√(400×10-6×100×10-12)=0.1592/2×10-7=796(kHz)
(2)|βA|≧1,|(-X2/X1)(-gmrd)|≧1, gmrdL2/L1≧1,gm≧L1/(rdL2),gm≧200uH/(20kΩx160uH),gm≧0.0625(m姆歐)
請同學練習立即練習13題
晶體振盪器:本單元的重點為需記熟串聯諧振頻率fs及並聯諧振頻率fp 晶體的構造、電路符號與等效電路:

如上圖所示,晶體的等效電路為串、並聯組合的RLC電路。以石英晶體為例,其等效電路的電感L極大(約在數百uH~數H),電阻R很小(約在數kΩ),且電容Cm(約在數pF)遠大於Cs。與一般的LC儲能電路(tank circuit)比較起來,晶體具有極高的品質因數,其值Q>3,000,甚至可高達10,000,故可提供非常穩定的振盪頻率。Σ必記重要公式:
晶體有兩個諧振頻率:

串聯諧振fs=1/[2π√(LCs)]
並聯諧振fp=1/[2π√(LCeq)]=1/{2π√[LCmCs/(Cm+Cs)]}

p.11-30,範例講解第15題:
石英晶體等效電路,並聯與串聯諧振頻率之比為何?
解析:fp/fs=√{Cs/[CsCp/(Cs+Cp)]}=√(1+Cs/Cp)
請同學自行練習立即練習15題
11-6多諧振盪器

Σ必記公式:

T1=0.693RB1C1≒0.7RB1C1
T2=0.693RB2C2≒0.7RB2C2

上兩式可推導出:T=T1+T2=0.7(RB1C1+RB2C2), f=1/T=1/[0.7(RB1C1+RB2C2)]
若RB1=RB2=R,C1=C2=C,則在電晶體Q1或Q2的集極上可得到一方波波形,即工作週期(duty cycle)=50%:
T=T1+T2=0.7(RB1C1+RB2C2)=0.7(RC+RC)=1.4RC,f=1/T=1/(1.4RC)
歷屆試題精選:
2008四技二專電子電路實習:
6. 如下圖所示之電路,為下列何種電路?(A) 積分電路 (B) 微分電路 (C) 方波產生電路 (D) 弦波產生電路

p.11-42範例講解17題:

解析:
T=T1+T2≒0.693(RB1C1+RB2C2)=0.7(RB1C1+RB2C2)=0.7(10×103×0.001×10-6+33×103×0.001×10-6)=30.1×10-6(s)
f=1/T=1/(30.1×10-6)≒33.2(kHz)
請同學作「立即練習第17題」
p.11-43第19題:
欲使圖11-53所示之無穩態多諧振盪器振盪,則Q1之β值至少應大於多少?

解析:
Q1的飽和條件為β1IB1≧Ic1(sat),可求得β1≧30(Vcc-VCE1(sat))/(Vcc-VBE),再令Vcc>10VBE,就可近似得β1≧30