בקרת PWM DIY למאווררי מחשב: 12 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

הוראה זו מתארת בניית בקר PWM מאוורר 12 V למאוורר PC. העיצוב יכול לשלוט עד 16 מאווררי מחשב 3 פינים. העיצוב משתמש בזוג ICs המעורבים עם אותות מעורבים של Dialog GreenPAK ™ לשליטה על מחזור העבודה של כל מאוורר. הוא כולל גם שתי דרכים לשנות את מהירות המאוורר:

א. עם מקודד מרובע/סיבוב

ב. עם יישום Windows מובנה ב- C# המתקשר עם GreenPAK דרך I2C.

להלן תיארנו את השלבים הדרושים כדי להבין כיצד תוכנן שבב GreenPAK ליצירת פקד PWM למעריצי מחשבים אישיים. עם זאת, אם אתה רק רוצה לקבל את התוצאה של התכנות, הורד את תוכנת GreenPAK כדי לצפות בקובץ העיצוב GreenPAK שכבר הושלם. חבר את ערכת הפיתוח של GreenPAK למחשב שלך והקש על התוכנית כדי ליצור את ה- IC המותאם אישית לבקרת PWM עבור אוהדי מחשב.

שלב 1: תרשים בלוק המערכת

שלב 2: עיצוב מפענח סיבובי SLG46108

מקודד סיבובי משמש להגדלת או הקטנת מחזור הפעולה של המאווררים באופן ידני. מכשיר זה מוציא פולסים על יציאות ערוץ A וערוץ B המרוחקים 90 ° זה מזה. ראה AN-1101: מפענח רביעיות ללא שעון למידע נוסף על אופן הפעולה של מקודד סיבובי.

ניתן ליצור מפענח סיבוב בשעון באמצעות Dialog GreenPAK SLG46108 לעיבוד אותות ערוץ A וערוץ B ולפלט אותם כפעימות נגד כיוון השעון (CCW) ועם כיוון השעון (CW).

כאשר ערוץ A מוביל את ערוץ B, העיצוב פולט דופק קצר ב- CW. כאשר ערוץ B מוביל את ערוץ A, הוא פולט דופק קצר ב- CCW

שלושה DFF מסנכרנים את כניסת הערוץ A עם השעון. באופן דומה, עיכוב הצינור עם OUT0 המוגדר לשני DFF ו- OUT1 המוגדר לשלושה DFF יוצר את אותה פונקציונליות לערוץ B.

כדי ליצור יציאות CW ו- CCW השתמש בכמה LUTs, למידע נוסף על עיצוב מפענח סיבובי סטנדרטי זה, בקר באתר זה.

מפענח הסיבוב של GreenPAK יקבל פולסי קלט A ו- B ויוציא את פולסי CW ו- CCW כפי שמוצג באיור 4.

המעגל לאחר שערי XOR מבטיח שלעולם לא יהיה דופק CW ודופק CCW בו זמנית, מה שמאפשר כל טעות עם המקודד הסיבובי. עיכוב הקצה של 8 אלפיות השנייה באותות CW ו- CCW מאלץ אותם להישאר גבוהים במשך 8 אלפיות שנייה פלוס מחזור שעון אחד, הדרוש עבור SLP46826 GreenPAK במורד הזרם.

שלב 3: עיצוב בקר מאוורר SLG46826

שלב 4: ייצור PWM עם מוני אופסט

זוג מוני קיזוז עם אותה תקופה משמשים ליצירת אות ה- PWM. המונה הראשון קובע DFF, והשני מאפס אותו, ויוצר אות PWM מחזור עבודה עקבי כפי שמוצג באיור 6 ואיור 7.

CNT6 מגדיר DFF10 והפלט ההפוך של CNT1 מאפס את DFF10. סיכות 18 ו -19 משמשות להוצאת אות ה- PWM למעגלים חיצוניים

שלב 5: בקרת מחזור דיוטי עם הזרקת שעון ודילוג על השעון

בקר המאוורר מקבל את אותות CW ו- CCW ככניסות מהמפענח הסיבובי ומשתמש בהם להגברת או הקטנת אות ה- PWM השולט על מהירות המאוורר. זה מושג עם כמה רכיבי לוגיקה דיגיטלית.

מחזור העבודה צריך להתגבר כאשר מתקבל דופק CW. זה נעשה על ידי הזרקת דופק שעון נוסף לבלוק CNT6, מה שגורם לו להפיק מחזור שעון אחד מוקדם יותר מכפי שאחרת. תהליך זה מוצג באיור 8.

CNT1 עדיין משתעבד בקצב קבוע, אך ל- CNT6 מוזרקים כמה שעונים נוספים. בכל פעם שיש שעון נוסף לדלפק, הוא מעביר את תפוקתו לתקופת שעון אחת שמאלה.

לעומת זאת, כדי להקטין את מחזור העבודה, דלג על דופק שעון עבור CNT6 כפי שמוצג באיור 9. CNT1 עדיין משתעזר בקצב קבוע, וישנן פעימות שעון מדלגות עבור CNT6, כאשר הדלפק לא קיבל שעון כאשר הוא היה אמור ל. בדרך זו התפוקה של CNT6 נדחקת ימינה בתקופת שעון אחת בכל פעם, ומקצרת את מחזור הפלט PWM של הפלט.

הזרקת השעון ופונקציונליות דילוג השעון מתבצעת תוך שימוש בכמה רכיבי היגיון דיגיטליים בתוך ה- GreenPAK. זוג בלוקים רב תכליתיים משמשים ליצירת זוג שילובי גלאי תפס/קצה. 4 סיביות LUT0 משמש למוקס בין אות השעון הכללי (CLK/8) לבין הזרקת השעון או אותות דילוג על השעון. פונקציונליות זו מתוארת בפירוט רב יותר בשלב 7.

שלב 6: קלט כפתור

קלט BUTTON מנותק למשך 20 אלפיות השנייה, ולאחר מכן משתמשים בו כדי להחליף תפס הקובע אם נבחר השבב המסוים הזה. אם הוא נבחר, אז ה- LUT של 4 סיביות מעביר את אותות הדילוג או ההזרקה של השעון. אם השבב לא נבחר, ה- LUT של 4 סיביות פשוט מעביר את האות CLK/8.

שלב 7: מניעת התהפכות מחזור דיוטי

נעילת ה- RS 3-bit LUT5 ו- 3-bit LUT3 משמשות כדי לוודא שלא תוכל להזריק או לדלג על כל כך הרבה שעונים עד שספקי הקיזוז מתהפכים. זאת כדי למנוע מהמערכת להגיע למחזור עבודה של 100 % ולאחר מכן להתהפך למחזור עבודה של 1 % אם היא תקבל שעון מוזרק נוסף.

תפס ה- RS מונע מכך להתרחש על ידי נעילת הכניסות לבלוקים הרב -תפקודיים כאשר המערכת רחוקה מחזור שעון אחד. זוג DFF מעכבים את אותות PWM_SET ו- PWM_nRST בתקופת שעון אחת כפי שמוצג באיור 11.

זוג LUT משמשים ליצירת ההיגיון הדרוש. אם מחזור ההפעלה כל כך נמוך שאות PWM_SET המתעכב מתרחש במקביל לאות PWM_nRST, ירידה נוספת במחזור העבודה תגרום להתהפכות.

באופן דומה, אם מתקרבים למחזור ההפעלה המרבי, כך שאות PWM_nRST המתעכב מתרחש במקביל לאות PWM_SET, יש להימנע מכל עלייה נוספת במחזור העבודה. במקרה זה, עיכב את האות nRST בשני מחזורי שעון כדי להבטיח שהמערכת לא תתגלגל מ -99 % ל -1 %.

שלב 8: בקרת מחזור עבודה עם I2C

עיצוב זה כולל דרך נוספת לשלוט במחזור העבודה מלבד דילוג על שעון/הזרקת שעון. ניתן להשתמש במיקרו -בקר חיצוני בכדי לכתוב פקודות I2C ל- GreenPAK כדי להגדיר את מחזור העבודה.

שליטה במחזור העבודה על I2C מחייבת את הבקר לבצע רצף פקודות ספציפי. פקודות אלה מוצגות לפי סדר בטבלה 1. "x" מציין מעט שלא אמור להשתנות, "[" מציין ביט START, ו- "]" מציין ביט STOP.

בלוק PDLY יוצר דופק גבוה קצר קצר בקצה הנופל של האות CLK/8, הנקרא! CLK/8. אות זה משמש לשעון DFF14 בתדירות קבועה. כאשר I2C_SET עולה גבוה באופן אסינכרוני, הקצה העולה הבא של! CLK/8 גורם ל- DFF14 להוציא HIGH, מה שמפעיל את ה- CNT5 OneShot. OneShot פועל למספר מחזורי השעון שהמשתמש כתב כמפורט בפקודה I2C של "כתוב ל- CNT5" בטבלה 1. במקרה זה מדובר על 10 מחזורי שעון. OneShot מאפשר למתנד 25 מגה-הרץ לפעול למשך משך הזמן שלו ולא יותר, כך ש- LUT0 של 3 סיביות יקבל את מספר מחזורי השעון שנכתבו ל- CNT5.

איור 15 מציג אותות אלה, כאשר השעונים האדומים הם אלה שנשלחים ל- LUT0 של 3 סיביות, המעבירים אותם ל- CNT6 (מונה PWM_SET), ובכך יוצרים את הקיזוז ליצירת מחזור העבודה.

שלב 9: קריאת טכומטר

אם תרצה, המשתמש יכול לקרוא את ערך טכומטר מעל I2C כדי לעקוב אחר מהירות המאוורר מסתובב על ידי קריאת ערך CNT2. CNT2 מתגבר בכל פעם שיש ל- ACMP0H יתרון עולה, וניתן לאפס אותו באופן אסינכרוני באמצעות פקודה I2C. שים לב שזוהי תכונה אופציונלית, ואת הסף של ACMP0H יהיה צורך לצבוט בהתאם למפרט המאוורר המסוים בו משתמשים.

שלב 10: עיצוב מעגל חיצוני

המעגל החיצוני פשוט למדי. יש כפתור לחיבור ל- Pin6 של GreenPAK כדי להחליף אם המכשיר המסוים הזה נבחר לבקרה סיבובית, ונורית מחוברת ל- Pin12 ו- Pin13 כדי לציין מתי המכשיר נבחר.

מכיוון שהמאוורר פועל 12 וולט, נדרש זוג FET לשליטה במיתוג שלו. Pin18 ו- Pin19 של GreenPAK מניעים nFET. כאשר ה- nFET מופעל, הוא מושך את השער של pFET LOW, המחבר את המאוורר ל +12 V. כאשר ה- nFET כבוי, השער של ה- PFET מושך כלפי מעלה על ידי הנגד 1 kΩ, המנתק את המאוורר מ- +12 V.

שלב 11: עיצוב PCB

כדי ליצור אב -טיפוס לעיצוב הורכבו כמה מחשבי PCB. הלוח הממוקם משמאל הוא "בקר המאוורר", הכולל את המקודד הסיבובי, שקע 12 וולט, SLG46108 GreenPAK ומחברים ללוח הפריצה FT232H USB ל- I2C. שני הלוחות הימניים מימין הם "לוחות מאווררים", המכילים את מכשירי GreenPAK SLG46826, לחצנים, מתגים, נוריות וכותרות מאווררים.

לכל לוח מאוורר יש כותרת גברית עטופה בצד שמאל וכותרת נקבה בצד ימין, כך שניתן יהיה לחבר אותן מחרזות יחד. כל לוח מעריצים יכול להיות מאוכלס במשאבים לשליטה עצמאית על שני אוהדים.

שלב 12: יישום C#

יישום C# נכתב לממשק עם לוחות המאווררים דרך גשר USB-I2C FT232H. ניתן להשתמש ביישום זה כדי להתאים את התדירות של כל מאוורר באמצעות פקודות I2C שנוצרות על ידי האפליקציה.

האפליקציה מציגה את כל 16 כתובות I2C פעם בשנייה ומאכלסת את ה- GUI בכתובות העבדים הקיימות. בדוגמה זו מאוורר 1 (כתובת עבדים 0001) ומאוורר 3 (כתובת עבדים 0011) המחוברים ללוח. ניתן לבצע התאמות למחזור ההפעלה של כל מאוורר בנפרד על ידי הזזת פס המחוון או על ידי הקלדת ערך בין 0-256 בתיבת הטקסט שמתחת לסרגל המחוון.

מסקנות

באמצעות עיצוב זה ניתן לשלוט באופן עצמאי בעד 16 מאווררים (מכיוון שישנן 16 כתובות עבדים מסוג I2C) או עם מקודד סיבובי או באמצעות יישום C#. הוכח כיצד לייצר אות PWM עם זוג מונים קיזוז, וכיצד ניתן להגדיל ולהקטין את מחזור הפעולה של אותו אות ללא התהפכות.