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[재료공학]반도체

제 6 장반 도 체1. 반도체의 개념전기전도가 전자와 정공(hole)에 의해 이루어지는 물질로서 그의 전기저항률 즉 비저항이 도체와 절연체 비저항값의 중간값을 취한것 이다. 일반적으로 실온에서[Ω ·m]혹은(Ω·m)라고 하는 경우도 있다. 대략 이정도의 비저항을 가지나 반도체의 비저항 범위가 엄격하게 정해져 있는 것은 아니며, 본질적으로는 전기전도현상의 물리적 기구에 그 특색이 있다. 대부분은 결정체를 이루고 있으나 비정질(amorphous)의 것도 주목을 받고 있다.반도체는 흔히 단어 그대로 전기가 반쯤 통하는 물질로 알려져 있지만 실제로는 좀더 복잡한 내용을 포함하고 있다. 일반적으로 고체 상태의 물질은 도전율(Electrical Conductives) 에 의해 구분된다. 도전율이라는 것은 쉽게 말해서 '전기의 흐르는 양'이다. 이 도전율에 따라 도체 ,절연체 (부도체) , 반도체를 구분한다. 반도체는 평상시에는 부도체처럼 전류가 통하지 않지만 주위 환경을 변화시키면 도체로 변해 전류가 통한다. 예를 들면 반도체에 열을 가하거나 빛을 쪼이는 등 주위 환경을 변화시키면 반도체가 전류가 잘 통하게 되는 것이다. 반도체는 온도 ,광학적인 효과 , 자기장 및 소량의 불순물 원자에 대해 민감한 반응을 보인다. 반도체가 지니고 있는 전기적 특성을 보면 다음과 같다.첫째, 반도체는 온도에 의해 도전율이 현저하게 변한다. 불순물을 포함하지 않은 순수한 반도체의 온도를 높이면 전류가 통한다. 둘째, 반도체에 빛을 쪼이면 전류가 잘 통하며 전기저항이 작아 지는데 , 이것이 바로 광전효과다. 셋째, 반도체에 미량의 불순물을 첨가하면 반도체는 그 불순물의 종류와 농도에 따라 전류의 흐름을 변화시킨다. 반도체 제조공정에서 불순물을 주입하는 것은 이 때문이다. 넷째, 반도체에 금속 등을 접촉시킴으로써 교류를 직류로 바꾸는 작용을 할 수 있다. 이를 정류현상이라고 한다. 마지막으로, 도체나 반도체 같은 물질에 전류를 흘리고 이것과 직각 방향으로 자계를 작용시키면 전류을 일으키는 작용에 붕소를 첨가하면 이들은 서로 공유결합을 하려고 한다. 그러나 규소의 가전자(가장 바깥 궤도를 도는 전자)가 4개인 데 비해 붕소는 3개이므로 공유결합하기 위해서는 가전자 1개가 부족하다. 이때 전자가 부족한 곳이 정공이 되고, 전체의 캐리어(carrier)는 자유전자보다 정(positive)의 전기를 갖는 정공 쪽이 많아지게 된다. 그러므로 열에너지에 의해 만들어진 홀 - 전자의 쌍보다 3족에서 얻은 홀이 만들어지므로 전자에 비해 홀의 농도가 많아진다. 순수한 반도체 물질인 규소(Si)나 게르마늄(Ge)에 불순물을 첨가하면 저항이 감소되도록 조절할 수 있다. 이 과정을 도핑(doping)이라 하는데 전자나 정공의 수를 증가시킴으로써 전도성을 높여 저항을 감소시키게 된다. 이때 정공수를 증가시킨 것이 p형 반도체이며, 전자수를 증가시킨 것을 n형 반도체라 한다.이상과 같은 반도체의 물성은 불순물이 전혀 섞이지 않은 순수한 홑원소물질반도체나, 화학량론적 조성상의 착오나 결함이 없는 이상적인 화합물반도체 등 이른바 ＜진성반도체＞의 성질에 해당한다. 이 진성반도체에 어떤 일정한 불순물을 첨가하면, 금지띠의 전도부에 가까운 부위 또는 원자가전자띠에 가까운 부위에 첨가물에 의한 새로운 전위가 형성됨으로써 전기전도성이 증진될 수 있다. 이와 같은 방법으로 전기전도성을 높인 반도체를 ＜불순물반도체＞라 한다. 이 불순물반도체에서 전도띠에 가까운 부위에 새로 형성되는 도너의 에너지준위를 ＜도너준위(doner level)＞라 하는데, 이 도너의 전자는 근소한 에너지로도 전도띠에 올라갈 수 있으므로 전자에 의한 전기전도성이 증가한다.이와 같이 도너로부터 이동해오는 운반체인 전자에 의해 전기전도성을 증가시킨 불순물반도체를 ＜n형반도체＞라 한다. 또 불순물 첨가로 원자가전자띠에 가까운 부위에 새로 형성되는 억셉터의 에너지준위를 ＜억셉터준위(acceptor level)＞라 한다. 이 억셉터준위가 형성되면, 원자가전자띠의 전자가 억셉터준위에 올라갈 수 있게 됨으로써 원자가전자띠에 양공성치 않도록 이른바 옴(ohm)적 접촉을 이루도록 부착시켜 반도체 결정자체 내에서 생기는 각종 효과들을 이용한 소자이다. 크라이오서(cryosar)는 p형과 n형의 불순물을 대체적으로 같은 양 첨가한 반도체(예를 들면 게르마늄)를 4.2°K(액체헬륨온도)로 냉각하면 음성저항이 생기는 현상을 이용한 초전도 전자소자이다. 이것은 고속의 스위치용(switching) 소자로서 컴퓨터 등에 많게 이용될 것으로 기대되고 있다. 벌크효과를 이용한 소자 개발에 전기를 이룬 것은 건(Gunn)효과의 발견이다. 갈륨비소 단결정 내에서의 전자의 이동도는 전자속도가 어느 한계를 넘으면 전기장의 세기에 반비례하여 감소되며, 이로 인하여 이 단결정의 전압─전류 특성에는 음성저항이 나타나게 되어 발진이 일어난다. 이 발진주파수는 마이크로파에서 밀리(mm)파의 영역에 이르며, 이것은 재래의 고체전자소자로서는 이룩할 수 없었던 고주파영역이다. 이와 같은 현상을 이용한 전자소자를 건 다이오드라고 한다. 이들 이외에 많은 마이크로파 영역에서 쓰이는 반도체의 벌크효과를 이용한 소자가 있는데, 임팻(IMPATT) 다이오드는 그것의 하나로서 전자사태(avalanche)적인 주입에 의하여 작동되는 발진용의 소자이다. 근래 진공관이나 반도체 다이오드에 포함되어 있지 않은 다이오드적인 현상, 예를 들면 초전도체 사이에 끼어 있는 극저온절연박막을 통하여 생기는 전도현상에 p-n 접합의 경우와 비슷한 비선형의 전압-전류 특성들이 발견되었으므로 앞으로 종래의 진공관이나 반도체 이외의 다이오드 개발이 활발히 이루어지고 있다.태양전지는 포토다이오드의 일종으로 태양광을 직접 전력으로 전환시키는 목적에 이용되고 있어, 대체 에너지원으로서 지상에서는 물론이고 우주개발을 위해서도 그 이용이 점차 확대되어가고 있어 전력용 전자소자로서 매우 중요하다. 그 구조도 p-n 접합형, 쇼트키 배리어형 및 이종반도체의 접합으로 이루어지는 것 등이 있으며, 소재로서는 실리콘 · 갈륨비소 등의 결정체, 기타 각종 반도체가 광범위하게 이 조명도에 비례하여 증대하는데, 입사광이 너무 크면 발열의 영향으로 증가율은 내려간다. 포토트랜지스터는 감도는 좋으나, 입출력 사이의 직선성이 떨어지므로 광스위칭소자로 이용된다. 외광(外光)의 검출 외에 발광 다이오드와 짝지어 포토커플러, 포토인터럽터(光斷續器)로 이용되기도 한다.포토트랜지스터와 유사한것에반도체의p-n-p-n접합을 쓴 포토사이리스터(photothyristor)가 있는데 이것은 빛에 의한 대전류제어(大電流制御)에 쓰인다. 그러나 일단 동작하면 전압과 전류를 0으로 하지 않는 한 원래상태로 되돌아가지 않는다.또한 광기전용(光起電用)으로서 실용화된 ＜태양전지＞에 있어서는, 광-전기 변환효율이 12％ 정도인 것은 실리콘반도체로, 15％ 정도인 것은 비소화갈륨반도체로 만들어진다. 이상의 예는 p-n접합의 성질을 이용한 것이며, 단결정의 성질을 이용한 것으로는 자기장검출용인 ＜홀소자＞, 전자냉각용인 ＜펠티에소자＞, 열전자발열용인 ＜제벡소자＞, 광검출용인 ＜광전도셀＞, 변형계(스트레인 게이지)용 ＜압전효과소자(壓電效果素子;피에조효과소자)＞ 등이 있다.또한 단결정으로 되지 않는 산화물반도체는 가스 센서 서미스터 등 뿐만 아니라, 전자관의 음극 재료로 이용되기도 한다. 반도체는 저항이나 콘덴서 등 회로부분에도 활용되고 있다. 또한 한 반도체 속의 소자나 부분품을 전기적으로 분리할 수도 있다. 이 성질을 이용하여, 어느 한 가지 기능을 담당할 수 있는 전자회로를 일관작업에 의해 하나의 반도체 기판 위에 제작한 것을 ＜반도체집적회로＞ 또는 간단히 ＜집적회로(IC:integrated circuit)＞라고 한다. 집적회로는 더 나아가서 ＜고밀도집적회로(LSI:large scale integrated circuit)＞＜초고밀도집적회로(VLSI;very l. s. i. )＞로 발전하였다(LSI는 대규모집적회로라고도 불린다. VLSI를 SLSI라고도 하는데, S는 super의 머리글자이다. 반도체는 앞으로 더욱 고성능화되고 신뢰성이 높은 전자회로 등의 소형화·경량화에 기 생존을 위한 중심적 테마로 등장하게 된 것이다. 이러한 추세에 맞추어 R&D 투자방향 또한 기존의(量的인) 공정기술 위주에서, 공정기술과 기초기반기술 축적을 병행하게 된다.이렇듯 사전적 구조조정이 이루어져 있었던 탓에 정작 IMF 사태가 터지고 경제계 전반에 구조조정이라는 말이 중요한 화두로 등장한 ’98년 4월 KSIA가 실시한 반도체소자 제조업 고용인력현황 실태조사 결과는, 산업계 전반의 급격한 인력퇴출 동향과는 반대로 반도체업계에서는 IMF 이후 오히려 고용인력수가 다소나마 증가한 것으로 나타났으며,그 요인은 비메모리를 드라이브하기 위한 연구인력 고용이 늘어난 것으로 분석되었다.기업 내부의 생존전략으로 출발한 이러한 구조조정은, 급기야 불경기와 IMF가 합작하여 보다 더 큰 줄거리의 반도체산업 내 구조조정으로서, 현대전자와 LG반도체라는 초대형 대기업간 이른바 빅딜로 비화되었다. 1년 이상의 협상 및 합병절차를 거쳐 ’99년 10월 마무리된 빅딜의 의미는 단순히 반도체 공급능력 초과라는 당시의 단기적 세계시장 상황에 대한 대처방안으로서가 아니라, 차세대 제품을 위한 연구개발 및 설비투자가 필수적인 산업에서의 해당기업들의 투자여력 고갈을 치유하기 위한 고단위 처방으로 이해되어져야 하리라고 본다.위에 언급한 제반 구조조정 노력들이 ’98년 하반기부터 시작된 반도체 경기회복세와 맞물려 효과를 발휘하여 IMF 국난을 극복하는 데 전산업 분야에서 가장 큰 역할을 수행함으로써, ’95년 호경기 당시보다도 반도체산업의 국민 경제적 기여도 및 국제적 聲價가 더욱 높아졌다고 할 수 있다.90년대 전반 우리 반도체산업의 폭발적인 매출 신장기를 제 1 도약기라고 한다면, ’98년 하반기부터의 생산체제 고도화라는 질적 성장이 병행된 매출 신장기는(최근 국내외에서 일고 있는 반도체 경기논쟁과 관련 과연 이 호경기가 어디까지 이어질지는 미지수이지만：KSIA의 기본 시각은 2002년 월드컵 이전까지는 경기확장국면 지속이 확실하다고 봄) 제 2의 도약기라고 이름지을 수 있을 것이다

공학/기술| 2006.05.27| 40페이지| 3,000원| 조회(685)

반도체, 재료, 삼성, 재료공학, 공학

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[혈자리]혈자리 평가A+최고예요

경락의 삼대 작용 1)기혈을 운행시킨다.경락, 즉 경맥과 낙맥은 인체 생명활동의 원동력이 되는 기가 돌아다니는 즉, 흐르는 통로가 되고 있으며 또 기는 혈 즉, 피를 끌고 다닌다. 고로 기의 운행이 원활치 못하면 피의 흐름에도 이상이 생겨 몸의 병이 생기는 것이다. 2)자극을 전도한다.경락은 자극을 멀리까지 전달해주는 전도작용이 있다. 그래서 얼굴의 병도 손발에서, 오장육부의 내장병도 손발에서 치료가 되는 것이며 이것은 경락의 자극 전도작용 때문에 가능한 것이다. 3)병리변화를 반영한다.경락은 병리변화를 반영하는 작용이 있다. 이말은 오장육부등 내장의 어느 장기에 병이 생겼을 때는 해당 경락의 일정한 부분에 병이 생겼다는 것이 비친다는 것이다. 바로 이 일정한 부위를 반응점이라고 하는데 이 반응점은 진찰점으로 활용되고 있으며 또 이곳에 자극을 주면 그 자극이 해당 장부에 까지 전해져 치료가 되기 때문에 치료점이 되기도 한다.

의/약학| 2006.05.01| 2페이지| 2,000원| 조회(4,848)

한의학, 피, 혈, 혈자리, 생체전자

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[산소센서]산소 센서

산소센서는 배기가스 중 함유된 산소의 양을 측정해 그 출력전압을 컴퓨터(ECU)로 전달하는 역할을 한다. 컴퓨터는 산소센서의 신호를 받아 인젝터의 시간을 제어해 항상 이론 공연비에 가깝도록 자동 조정함으로써 촉매 변환기의 정화율을 높여준다. 산소센서의 종류로는 질코니아와 티타니아형이 있지만 대부분 질코니아 방식을 많이 쓴다,산소센서는 열을 받으면 기전력이 발생하는 특징이 있기 때문에 `전압을 만들어 내는 발전기`라고도 한다지르코니아 산소 센서의 구조는 산화 지르코니아에 적은양의 이트륨(Y2O2)을 혼합하여 시험관 형 형상으로 소성한 소자의 양면에 백그을 도금하여 만든것이며 그 내부는 세공에 의해 대기와 접촉되고, 외부는 보호 커버를 씌운 통로에 의해 배기가스와 통하고 있다. 특징으로는 백금의 촉매작용에 의새 이론 공연비를 경계로 급격한 기전력의 변화를 일으 킨다는 것과 저온에서는 매우 저항이 크고 전류가 통하지 않지만 고온에서는 안쪽 바같쪽 산소 농도의 차이가 크면 산소이온만 통과하여 기전력을 발생시킨다. 산소 농도에 따라 많으면(Lean : 연료가 적게 공급될 경우) 0.5V 이하로 전압이 나오고,산소가 적으면(Rich : 연료가 많게 공급되는 경우 0.5V 이상이 나온다. 티타니아 산소센는 세라믹 절연체 끝에 티타니아 소자를 설치한 것이며, 낮은 온도의 배기온도에서 센서의 성능을 향상시키기 위하여 백금과 로듐 촉애로 구성되어 있고. 전자 전도 체인 티타니아를 이용해 주위의 산소분압에 대응하여 전기저항이 변화하는 원리를 이용한 것이다.특징으로는 배기가스 속에 설치되며 가스 속에 산소가 많으면(Lean : 연료가 적게 공급될 경우) 2.5V 이상으로 전압이 나오고, 산소가 적으면(Rich : 연료가 많게 공급되는 경우 2.5V 이하가 나온다. 질코니아 센서에 비해 작고 값이 싸지만, 온도에 대한 저항치 변화가 큰 결점이기 때문에 보정회로를 추가 전자 전도 체인 산화티탄이 주위의 산소분압에 대응하여 전기저항이 변화하는 원리를 이용한 것입니다.

공학/기술| 2006.03.13| 28페이지| 2,000원| 조회(5,727)

산소센서, 센서, 공학, 산소, O2

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[졸업작품]8051을 이용한 오실로스코프 제작 및 모니터 디스플레이

8051을 이용한 오실로스코프 제작및 모니터 디스플레이8051 an oscilloscope manufacture and display system지도교수 권오흥Abstract - oscilloscope manufacture and display8051을 이용한 오실로스코프 제작 및 모니터 디스플레이.hwpKey words : 8051, RS-232 통신 , 오실로스코프, 시리얼 통신 , 모니터 디스플레이요 약1. 서론CPU는 레지스터, ALU, 멀티플렉서, 디코더 등 여러 가지 디지털 기능을 수행하는 소자들을 조합해서 설계할 수 있다. 이러한 설계 방식은 어떤 특수한 용도에 맞게 설계 할 수 있는 장점이 있다. 그렇지만 CPU는 컴퓨터의 부품 중에서 광범위하게 사용되는 소자이므로 표준화 된 하나의 집적회로로 설계하는 것이 유용할 수가 있다. 마이크로프로세서(Micro Processor)는 한 개의 IC칩으로 된 CPU와는 다르게, 마이크로프로세서에서는 직접적으로 레지스터나 ALU 등과 외부 부품을 연결할 수가 없으며, 다만 이 칩의 단자를 통해서만 정보전달이 가능하다. 또 마이크로프로세서는 CPU의 모든 내용이 하나의 조그만 칩 속에 내장됨으로 해서, 가격이 훨씬 싸지며 부피가 줄어든다는 중요한 장점이 있다. 저렴한 가격과 작은 크기로 인해 마이크로프로세서가 이전에는 경제성이 없던 구조를 설계 가능하게 해줌으로써 컴퓨터 설계기법에 있어 변혁을 가져오게 했다. 마이크로프로세서는 다양한 방면에 응용되고 있다. 범용 컴퓨터의 CPU로나 특수용 컴퓨터의 프로세서로 뿐만 아니라, 교통신호 제어, 개인 가정용 컴퓨터, 계측 제어기기, 사업용 업무처리 등 다양하게 사용되고 있다.2. 시스템CYGNAL 프로세서 C8051F005를 사용한 것이다. ADC, Analog 멀티플렉서, 프로그램가능 게인앰프, Timer, DAC 가 프로세서 내부에 모두 내장되어 있으므로 1 칩으로 간단한 멀티채널 디지털 스토리지 오실로스코프가 구성된다. PC의 Serial Port를 연결하여 사용터 디스플레이그림2. 8051의 내부 회로도1. 5V 기준전압이 아닌 3.3V 전압을 VCC로 한다.2. 내부에 2개의 12BIT DAC과 8BIT ADINPUT을 갖고 있다.3. 내부에 일반 51과 같은 256BYTE 내부 램과일반51의 4K의 내부 ROM을 대신 34Kbyte의 프로그램 가능한 FLASH MEMORY를 갖고 있다.4. 외부에 롬과 램을 장착할 수 없다.5. 4개의 TIMER를 갖고 있다.6. 내부에 8251기능의 UART를 내장하고 있다.7. 32개의 I/O포트는 8051과 같이 5V 입력이 가능하 다.8. SMBUS가 있어서 8051에서처럼 RDX, TXD가포트 3에서 고정된 것이 아니라 포트0-3 사이에 골라서 정할 수 있게 되어있다◎ 수직축 (Attenuator)일반 오실로스코프(DSO)와 동일하게 입력 채널의 어테뉴에이터가 있다. 최소 입력감도가 25mV /Div ( 1 Div 는 스코프 화면에서 노란색 선 구간)로 일반 DSO 와 같은 수준이다. CYGNAL 프로세서 내부에 프로그래머블 게인 앰프와(PGA) 디지털값을 아날로그로 변환하는 DAC가 내장되어있어 저전압의AD 변환이 가능하다. DAC 는 입력전압 레인지에따른 0V 바이어스 전압을 조정 하는 용도로 사용한다. 바이어스 레벨이란 채널 입력전압이 0V일때그림3. 디지털 스토리지 오실로스코프 화면ADC에서 어느 지점을 0V 로 일치하는가 이다. 변환 가능한 최대 입력전압(일반적으로 Vref이며 CYGNAL 프로세서는 2.4V)의 1/2 전압으로 설정한다. 그래야만 입력전압이 AC 일때 상하 파형 모두를 디스플레이 하기 때문이다. 입력전압이 큰 경우에는 문제가 없으나 작아서 증폭을 해야 하는 경우는 바이어스 레벨 문제를 고려하여야 한다. 마이크로프로세서에 내장된 ADC는 플러스 ,마이너스 양방향 신호를 모두 받을 수 있는 프로세서는 없다. 그러나 디지털 스코프의 입력은 AC 전압 성분도 측정 가능하여야 하므로 예상되는 마이너스 전압 레벨을 플러스 쪽으로 쉬프트 하여야 한다. 쉬프C8051F000); 10-비트(C8051F010)+- 1LSB INL프로그램 가능 최대 100K 샘플링/초8 개의 외부입력 - 싱글엔디드 또는 디퍼런셜(차동)입력프로그램가능한 입력증폭기:16, 8, 4, 2, 1, 0.5데이타 윈도우 인터럽트 발생기온도쎈서 내장(섭씨+-2도)- 2 개의 12비트 DAC- 2 개의 컴파레이터16 단계의 프로그램 가능 히스테리시스 설정가능설정가능형 인터럽트 또는 리셋트 발생기- 전압표준원2.4V 30 ppm/도 섭씨외부 기준접압 가능- 정밀한 VDD 검출기/브라운-아웃 검출기- 최대 동작속도에서 칩내장 에뮬레이션 회로- 브레이크 포인트, 싱글스텝, 워치포인트- 메모리내용 및 레지스터의 내용 감시/변경- ICE칩, 타겟포드 그리고 소켓에의한 고성능 에뮬레이션 시스템- IEEE1149.1 규정의 바운드리 스캔- 저가의 에뮬레이션 키트- 파이프라인 인스트럭션 구조; 70% 의 명령어는1 또는 2 의 시스템 클럭 실행- 20MHz 클록에서 최대 20 MIPS 연산속도- 확장형 인터럽트 처리기; 22 개의 벡터 인터럽트 소스- 256 바이트 내부 RAM그림5. 8051 내부 구조- 32K 바이트 FLASH; 512 바이트(섹터)단위In System 프로그램- 32 포트 I/O; 모든 입출력 포트의 5V 입력 가능- 하드웨어 SMBus (I2C 호환), SPI, UART시시얼포트- 5개의 캡쳐/비교 모듈에 의한 프로그램 가능16-비트 카운터/타이머- 워치독 타이머- 양방향 리세트 신호- 시스템 클록: 내부 프로그램 가능 오실레이터:외부 크리스탈, RC, C- 표준 동작전류: 10mA @20MHz- 다중 전력절약 슬립 그리고 셧다운 모드64-Pin TQFP : C8051F000/01048-Pin TQFP : C8051F001/01132-Pin LQFP : C8051F002/012Temperature Range 섭씨 영하40 - 영상85도그림6. C8051F005C8051F005은칩에 JTAG가 내장되어 있어 MDS (Micoprocessor능이 JTAG를 사용한 에뮬레이션 모드에서 정상 동작된다. MCU는 2.7V 에서 3.6V 범위이며 산업용 온도범위(-45 에서 +85도 섭씨 )에서 동작한다. 64핀 TQFP 패키지로 제작되어있다. 모든 I/O 포트는 5V 논리와 직결하는 것을 허용한다.그림7. C8051F005CIP-51 코어는 파이프라인 구조를 채택하여 표준 8051보다도 매우 빠른 실행속도를 실현하였다. 표준 8051은12 또는 24개의 시스템 클록 사이클(XTAL1의 입력 주파수)이 소요되지만 Cygnal사의 CIP-51 코어는 70%의 명령어가 1 개 또는 2 개의 시스템 클럭(XTAL1의 입력주파수)이 소요되며 단지 4 개의 명령만이 4개 이상의 시스템 클럭이 소요된다. CIP-51 코어는 8051과 동일한 명령어를 갖고 있다. 8051계열의 마이크로프로세서 중 가장 빠르다.2.3 RS_232C를 이용한 Serial 통신2.3.1 RS_232CSerial 통신(직렬통신)은 데이터들이 동일한 한 개의통신선을 따라 한 비트, 한 비트씩 시간의 흐름에 따라 차례로 보내는 통신 인터페이스이며, 대표적인 직렬 인터페이스는 RS_232C이다.RS_232C는 미국 전자 공업 협회(EIA)에서 제정한 통신 인터페이스 규격 중의 하나이다. 이는 컴퓨터와 단말기, 프린터, 플로터, 모뎀 등의 각종 주변 장치를 연결하는데 주로 사용되며, 동기(Synchronous)또는 비동기(Asynchronous)의 직렬 통신 방식이 있다. RS_232C 직렬 인터페이스는 1984년 IBM에서 병렬 프린트 포트와 함께 장착하기 위해서 직렬포트에 9핀 커넥터를 개발하였으며, 보통 15m 이내 거리에서 주로 사용되고 비교적 속도가 느리고 배선수가 적고 접속이 용이하다는 장점 때문에 많이 사용하고 있다.RS_232C 인터페이스는 전송 신호의 논리(Logic)는 부논리 (Negative Logic)체계를 사용한다. 즉, 이진테이터를 전송할 때, ‘0’ 값 비트를 전송하기 위하여 +3V ～ +15V 전압신호를 송출하고, 데M[FLOW CHART]그림9. ASSEMBLY PROGRAMFLOW CHARTTXD(115200BPS)RXDTXD(115200BPS)RXD그림 10. ASSEMBLY PROGRAMFLOW CHART순서도Main에서 시스템의 총괄 및 흐름경로를 제어한다.초기화과정에서 릴레이, 타이머,DAC, ADC 및 시스템 클럭을 설정한다. 타이머 및 크리스탈을 선택한후 각종 SFR 명령을 SETTING한다. DISPLAY된 화면으로부터 입력받은 ASCⅡ 코드를 비교후 전압 및 TIME/DIV을 변경시켜 데이터를 출력해 RS_232에 DPTR을 이용해서 데이터를 DISPLAY해 모니터에 파형을 그려준다.3.2 윈도우 응용프로그램 동작이 시스템은 8051을 이용해 Visual-Basic 6.0과 ASSEMBLY으로 작성하여 통신과 관련된 컴포넌트를 사용하여 정보의 송수신이 가능하도록 하였다.모니터 DISPLAY 관련하여, C8051005에서 입력받은 정보를 신호로 표현하기 위한 소스이다. 8051에서는 아스키코드로 전송하여 COM3 PORT로 전송받고, 이 값을 변환하여 프로그램 상에 표시한다. 정보의 송신은 모니터 화면을 버튼 클릭 하여 지정된프로그램을 통하여 신호의 범위를 지정하게 한다.그림 11. 작품의 회로도4.. Hardware본 시스템은 그림12에서 보이는 것과 같이 하드웨어를 제작하였고, 그림 13은 8051을 이용한 오실로스코프 측정 파형 (구형파),그림 14는 8051을 이용한 오실로스코프 측정 파형 (삼각파), 그림 15는 8051을 이용한 오실로스코프 측정 파형 (사인파)를 나타낸 것이다.4.1 하드웨어 구현그림12. 작품의 하드웨어4.2 프로그램 동작그림13.. 구형파 .VS 8051을 이용한오실로스코프 측정 구형파 파형그림14.. 삼각파 .VS 8051을 이용한오실로스코프 측정 삼각파 파형그림15.. 사인파 .VS 8051을 이용한오실로스코프 측정 사인파 파형본 시스템은 그림 13, 그림14, 그림15에서 보이는 것과 같이 구형파, 삼각파, 사인파와 8.

공학/기술| 2006.03.03| 7페이지| 3,000원| 조회(2,771)

졸업작품, 오실로스코프, 8051, 디스플레이, 졸작

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[공학]PIC 마이크로프로세서를 사용한 신재생에너지 축전지 충.방전 컨트롤러 설계

PIC 마이크로프로세서를 사용한신재생에너지 축전지 충?방전 컨트롤러 설계Charge-Discharge Battery Controller for Recyclable Energy usingPIC MicroprocessorAbstract - 태양광 발전이나 풍력발전과 같은 신재생 에너지를 효과적으로 사용하기 위해서는 고성능 축전지 충? 방전 컨트롤러가 필요하다. 본 논문에서는 PIC 마이크로프로세서를 사용한 신재생에너지 축전지 충?방전 컨트롤러를 설계, 제작하였다. 컨트롤러의 핵심이 되는 제어부는 고품위 산업용 마이크로프로세서인 PIC16C711 마이크로프로세서를 사용하여 정교한 스위칭 동작이 가능하며 제어프로그램은 CCS-C로 작성하였다. 기존 제품의 단점 보완을 위해 항시부하를 달아 낮에도 축전지 전원을 사용할 수 있게 하였으며 축전지 교체시기를 사용자에게 알려 보다 사용자에게 편안한 환경을 제공하였다.Key Words : 신재생에너지, 축전지 충?방전 컨트롤러, PIC 마이크로프로세서, CCS-C1. 장 서론신재생 에너지란. 석유, 석탄, 원자력, 천연가스를 제외한 에너지로 환경 친화적 미래에너지를 가리키는 것으로서 최근 산업 발전으로 인한 환경오염이 심각해지면서 이에 대한 관심이 높아지고 있다. 대표적인 신재생 에너지 생성 시스템인 태양광 발전 시스템은 태양광을 전기에너지로 축전지에 저장하고 필요시 그 전력을 부하에 공급하는 장치로서 이 태양광 발전 시스템의 성능을 좌우하는 것은 태양전지와 축전지 및 부하를 제어하는 컨트롤러이다. [1] - [5]컨트롤러는 축전지의 전압 변동에 따라 태양전지에 축전지로 그리고 축전지에 부하로 연결되는 전류 공급 경로의 스위칭 동작을 정확하게 제어해야 한다. 현재 국내에서는 비교적 저가의 중국산 제품을 많이 사용하고 있으나 이들 대부분은 아날로그 방식으로 만들어져 있어 사용자 편의를 위한 디지털 기능과 정교한 제어동작 및 회로 최적화 등의 개선이 요구된다. 기존 제품의 단점을 살펴보면 낮에 충전하고 밤에만 부하를 사용할 수 있어 낮엔 축전지에 충전된 전원을 사용하지 못한다. 또한 축전지의 교체시기를 알지 못해 사용자가 불편함을 겪게 된다.본 논문에서는 PIC 마이크로프로세서를 사용한 신재생에너지 축전지 충?방전 컨트롤러를 설계한다. 설계하는 컨트롤러는 축전지 전원으로 동작하며 축전지의 전압을 감지하여 태양전지와 축전지, 축전지와 부하 사이의 전력 공급 경로를 효과적으로 제어하게 된다.또한 기존 제품 단점을 보완하기 위해 다음 사항을 제안한다. 항시부하를 달아 낮에도 축전지에 저장된 전원을 이용할 수 있도록 하며, 사용자의 편의를 위해 축전지의 교환시기가 되면 비프음을 울려주는 것이다.이 두 기능을 추가함으로서 기존 제품에 비해 사용자는 보다 편한 환경에서 신재생에너지 축전지 충?방전 컨트롤러를 사용할 수 있게 될 것이다.시스템의 핵심 부분인 디지털 제어부는 PIC16C711 마이크로프로세서를 사용하였으며 PIC용 C언어인 CCS-C로 작성하였다.2. 장 컨트롤러 설계2.1 절 컨트롤러의 개요신재생 에너지 축전지 충?방전용 컨트롤러는 태양광 발전 시스템에서 축전지의 성능을 유지하기 위해 태양전지에서 축전지로 들어가는 전류 경로와 축전지에서 부하로 공급되는 전류 경로를 시스템 상태에 따라 적절히 제어하는 것이 주된 기능이다.은 신재생에너지 축전지 충?방전 컨트롤러의 블럭도를 은 디지털부 전체 회로도를 나타낸 것이며 은 이에 따른 스위치의 개폐동작을 나타낸 것이다. 과방전과 과충전은 축전지의 수명을 단축시키는 원인이 되는데 축전지의 상태를 정상으로 유지하기 위해 정상 동작 전압의 하한점(10.8V)과 상한점(14.4V)을 설정하고 이를 디지털 제어부를 통해 축전지로부터 입력되는 전압과 비교하여 스위치(Chg_SW, SW1, SW2)를 개페시킨다.낮에는 충전을 밤에는 방전을 하기 위해선 주?야 감시를 해야 하는데 이는 태양전지의 전압이 6V이상이면 낮으로 그 외의 경우는 밤으로 판단하도록 구현하였다.부하1(SW1)은 밤에만 사용 가능하고 부하2(SW2)는 항시부하로 낮에도 사용자가 축전지의 전원을 사용할 수 있도록 해준다. Batt_CH는 축전지 교체 시기가 되면 ON이되 비프음을 울리게 된다. 신재생에너지 축전지 충?방전 컨트롤러 블록도 신재생에너지 축전지 충?방전 컨트롤러 디지털부 회로도 스위치의 개폐 동작축전지 전압chg_swsw_1sw_2낮10.8V 이하onoffoff10.8V ～ 13.0Vonoffoff13.0V ～ 14.3Vonoffon14.4V 이상offoffon밤14.4V ～ 10.8Voffonon10.8V 이하offoffoff신재생에너지 축전지 충?방전 컨트롤러는 보통 (a)와 같이 아날로그 제어부, 인터페이스부, 디지털 제어부등으로 구성된다.하지만 본 논문에서 설계한 컨트롤러에서는 디지털부에 PIC16C711을 사용하게 되는데 이 PIC 마이크로프로세서는 내부에 A/D Converter(인터페이스부)가 포함 돼 있어 신재생에너지 축전지 충?방전 컨트롤러는 (b)와 같이 구성할 수 있다.(a)(b) 신재생에너지 축전지 충?방전 컨트롤러 구성도컨트롤러는 축전지의 전압을 감시하여 충?방전 경로를 개폐하는 스위치(Chg_SW) 회로에 신호를 보낸다. 아날로그 제어부는 디지털 제어부의 제어신호에 따라 아날로그 제어부와 연결된 태양전지와 축전지사이의 경로와 축전지와 부하사이의 전류 공급 경로를 제어한다.디지털 제어부는 디지털 신호값을 미리 정해져 있는 기준 신호값과 비교하여 출력을 스위치(SW1, SW2)로 보내게 된다. 출력된 신호들은 아날로그 회로부를 통하여 스위치 동작을 하게 된다.2.2. 절 디지털 제어부디지털 제어부에서 가장 중요한 스위치(Chg_SW, SW1, SW2) 개폐를 담당하는 부분은 PIC16C711 마이크로프로세서를 이용하였으며 PIC용 C언어인 CCS-C로 작성하였다. [6]은 디지털 제어부의 블럭도를 나타낸 것이며 는 디지털 제어부의 핵심 역할을 하는 PIC마이크로프로세서의 CCS-C 소스 메인부분 이다. 디지털 제어부의 블럭도/* 주,야 감지 */if (sol_volt > 60) { day_sta = day; run_mode=0; day_time=0; }else { day_sta = night; run_mode=0; day_time=0; } // 6V 이상이면 낮 아니면 밤으로 처리/* 충전 제어 */batt_volt_read();// 낮일때의 충전 제어if (day_sta == day){b_port.s1=off; // 낮이면 s1 전원 차단if (batt_volt < 109) { b_port.chg_sw=on; b_port.s2=off; }else if (batt_volt < 130) { b_port.chg_sw=on; b_port.s2=off; }else if (batt_volt < 144) { b_port.chg_sw=on; b_port.s2=on; }else { b_port.chg_sw=off; b_port.s2=on; }}// 밤일때의 방전 제어if (day_sta == night){b_port.chg_sw=off; // 밤일때 충전 차단if (batt_volt < 109) { b_port.s1=off; b_port.s2=off; }else if (batt_volt < 144) { b_port.s1=on; b_port.s2=on; }}/* 축전지 이상(교체시기) 발견 루틴 */if (day_str == day){if (run_mode == 0) { batt_1 = batt_volt; hr_1 = hr; min_1 = min; sec_1 = sec; run_mode =1; }else {if (hr_1= 59) {min = 0;hr = hr + 1; // 1시간 증가if (hr >= 24) hr=0;}}}set_rtcc(6); CCS-C 소스 타이머부2.3. 절 아날로그 제어부은 부하구동 기본회로이다. 아날로그 제어부 회로에서는 디지털 제어부 Chg_SW, SW1, SW2의 신호에 따라서 과 같은 동작을 하게 된다. 축전지의 전압이 14.4V를 초과(과충전)하면 트랜지스터 T1을 구동시켜 태양전지의 공급전압을 차단한다. 또한 10.8V이하(과방전) 이면 부하로 가는 전력을 차단한다. 부하는 S1, SW2 신호에의해 T2, T3를 구동하여 부하를 사용자가 사용할 수 있도록 해준다. 디지털 제어부의 신호에 의해 T1, T2, T3가 스위치 역할을 해주는 것이다. D1, D2는 축전지의 역전류를 방지한다. 축전지와 태양전지 사이에 과전류가 흐를 것을 대비해 퓨즈를 연결하였다. 부하구동 기본 회로도2.3 절 컨트롤러 제작 및 실험설계한 컨트롤러를 제작하여 실험하였다. 테스트한 결과 설계 사양과 일치하는 시스템 동작을 확인할 수 있었다. 표 4는 구현한 디지털 제어부의 동작을 검증을 위해 실험한 내용으로서 다양한 입력 변화에 따른 컨트롤러의 출력 스위칭 특성을 나타내고 있다.입력 전압을 9V에서 15V까지 서서히 증가시켜가며 측정했을 때 축전지 충전 동작은 14.4V에서 멈추었고 이때 부하를 통해 축전지를 방전시키면 전압이 하강하다가 13.8V에서 재충전이 이루어진다. 부하에 의해 축전지가 방전될 때 축전지 전압이 10.8V에 이르면 축전지 보호를 위해 부하로 인한 방전이 차단되며 이 때 전력원으로 부터 전류가 다시 공급되면 축전지의 전압이 상승하다가 12.5V에 이르러서야 부하에 의한 재방전이 허용된다.(히스테리시스)충?방전시 과 같은 히스테리시스 특성을 갖도록 구현하였다. 컨트롤러 동작 실험 결과낮축전지 전압chg_swsw_1sw_29Vonoffoff10.8V ～ 13.0Vonoffoff13.0V ～ 14.3Vonoffon15Voffoffon(a) 입력전압 증가 시밤축전지 전압chg_swsw_1sw_215Voffonon14.4V ～ 10.8Voffonon9Voffoffoff(b) 입력전압 감소 시 신재생에너지 축전지 충?방전 컨트롤러 히스테리시스 특성

공학/기술| 2006.03.03| 5페이지| 3,000원| 조회(1,404)

졸업작품, AVR, PIC 마이크로프로세서, 충전기, 방전기

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