МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫХарьковский национальный университетрадиоэлектроникиКафедра радиоэлектронныхустройствКУРСОВАЯ РАБОТАПрограммно-управляемый генератор прямоугольных импульсовинфранизких частотПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Выполнил
студент гр. РТу-99-3
Крючков А.Н.
Руководитель Васецкий В.Л.
Харьков 2002
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка: 29листов, 5 рисунков.
Цель работы – построениепрограммно-управляемого генератора пачек прямоугольных импульсов инфранизкихчастот на микропроцессоре PIC16C84.
В работе рассмотреныдругие варианты построения таких генераторов, приведены рисунки схем,представлены схема электрическая принципиальная разрабатываемого устройства,блок-схема алгоритма работы генератора, рабочая программа для прошивкимикроконтроллера.
Результаты работы могутиспользоваться при разработке подобных устройств на микропроцессорах.
ГЕНЕРАТОР, ПАЧКИ ИМПУЛЬСОВ,ИМПУЛЬСЫ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ, МИКРОКОНТРОЛЛЕР…
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Обзор аналогичных устройств
2 Обоснование выбранного варианта техническогорешения
3 Разработка алгоритма работы устройства исоставление программы
4 Разработка схемы электрической принципиальной устройства
5 Анализ временных соотношений и расчётпогрешностей
Список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ
В течение последних 20лет методам проектирования цифровых устройств уделялось возрастающее внимание,и в настоящее время они входят в учебные программы большинства университетов иполитехнических институтов. Сначала при проектировании использовалисьдискретные компоненты, но в последние 20 лет стали широко применяться схемы смалым и средним уровнями интеграции. Это позволило упростить процесспроектирования и свести его к задаче сборки устройств из интегральных схем. Споявлением больших интегральных схем появилась возможность разрабатыватьмикропроцессоры. Можно выделить два альтернативных метода проектированияцифровых устройств, основанных на использовании схем «жесткой» логики и наприменении микропроцессоров. Первый подход требует знания методовпроектирования, изложенных в учебной литературе, в то время как второй подходявляется программным способом решения той же проблемы. На завершающей стадиианализа проектного задания необходимо выбрать один из этих двух подходов,используя экономический критерий.
Однако на практике прирешении многих задач обычно сочетают оба подхода. Поэтому следует добиваться,что бы проектировщики обладали хорошими знаниями по булевой алгебре и умелиприменять её методы для решения задач проектирования цифровых устройств. Крометого, проектировщик должен обладать глубокими знаниями методовпрограммирования.
Развитие микроэлектроникии освоение производства интегральных микросхем в последнее двадцатилетиеобусловило появление новых методов построения и конструирования электроннойаппаратуры различного назначения, отличающейся малыми массой и габаритнымиразмерами, а так же высокой надёжностью.
Одновременно происходитинтенсивное внедрение цифровой техники, так как цифровая обработка сигналовобладает большими преимуществами по сравнению с аналоговой. Противоречие,существующее между повышенной сложностью цифровых устройств и требованиями к ихнадёжности, объёмно-весовым и другим эксплуатационным характеристикам, можетудовлетворительно разрешить лишь интегральная технология.
Одними из широкоприменяемых элементов не только аналоговой, но и цифровой техники являютсягенераторы импульсов и пачек импульсов различной формы. Они используются в АВР,в блоках управления, ввода и вывода ЦВМ, в приборах телеметрических систем ицентрализованного контроля, в аппаратуре связи, радионавигационной ирадиолокационной аппаратуре, для устройств автоматики, дискретного управленияили проверки работы отдельных узлов схемы, в цифровых и цифроаналоговыхизмерительных приборах и т.д.
В подавляющем большинствеслучаев от такого генератора не требуются рекордные параметры. Современнаяэлементная база позволяет создать очень простой и недорогой генератор,обладающий в то же время достаточно неплохими параметрами.
1 КРАТКИЙ ОБЗОР АНАЛОГИЧНЫХ УСТРОЙСТВ
Существуетбольшое число вариантов построения генераторов, которые удовлетворяют различнымтребованиям и имеют те или иные достоинства и недостатки, что и определяетобласть их применения (простота схемы, удобство управления, экономическаяэффективность и т.д.).
Схемагенератора, изображённая на рисунке 1.1, обеспечивает при нажатии кнопкиоднократное формирование пачки до 15 импульсов (на схеме показаны только 10кнопок). Для повторной генерации необходимо повторно нажать соответствующуюкнопку. При этом происходит запись соответствующего двоичного числа в регистрпредварительной установки счётчика DD2,и он начинает считать на вычитание до момента времени, пока на всех выводах неустановится логический “0”. Логический “0” установится и на выходе DD1.4.Собственно генерация осуществляется элементами DD1.1и DD1.2, синхронизацию осуществляетсчетчик DD2 сигналом с вывода 15.
/>
Рисунок1.1 – Формирователь пачки импульсов
Номиналыэлементов частотозадающей цепочки R2,C1 на схеме указаны для частотыгенератора 10Гц (частота набора номера в телефонной линии). На схеме показантакже пример дешифратора десятичных чисел в двоичный код на диодах типа Д9(Д2), однако для уменьшения габаритов устройства вместо них целесообразноиспользовать две диодные матрицы типа КДС627А.
Дляувеличения количества импульсов в пачке можно последовательно со счётчиком DD2 включить ещё такие же счётчики, авместо диодов VD1…VD13 применить тумблеры для начальной установки необходимогочисла импульсов (в двоичном коде). Для запуска работы формирователя необходимоподать положительный кратковременный импульс на входы DD2/1…DDn/1– при этом происходит запись установленного кода.
/>
Рисунок1.2.а) Формирователь кодовой последовательности; б) форма импульсов
Иногда требуется иметьпачки импульсов, состоящие из произвольной комбинации положения импульсовотносительно начального, — кодовую последовательность. Такой режим обеспечиваетсхема, рисунок 1.2.а. Если ни одна из кнопок не нажата, то на выходе (DD1\11) будут появляться одинарныеимпульсы, с периодом, определяемым частотой задающего генератора на элементах DD1.1, DD1.2.
Взависимости от того, какая кнопка нажата, на выходе появится пачка изкомбинации импульсов. Причём каждой нажатой кнопке будет соответствоватьопределённое положение импульса относительно начального. Эпюры выходногонапряжения, изображённые на рис.1.2.б, поясняют работу схемы.
Развитиемикросхематехники дало возможность построения программно-управляемыхгенераторов пачек импульсов прямоугольной формы.
Примером такого устройства является генератор пачекпрямоугольных импульсов, построенный на микроконтроллере, и управляемый черезпоследовательный порт с компьютера. Максимальная частота импульсов в пачке,выдаваемая генератором немного больше 13 кГц, минимальная меньше 0,01 Гц (длячастоты кварцевого генератора 4 МГц). Схема электрическая принципиальнаяданного устройства приведена на рисунке 1.3.
Схемадостаточно простая. Она собрана на основе микроконтроллера PIC16C63A, сигналснимается с двух его выводов, их состояние всегда разное. Без нагрузки уровеньединицы отличается от напряжения питания меньше чем на 0,1 вольт, уровень нулятоже очень низкий. Выводы рассчитаны на ток до 30 мА. Через разъём DB9 осуществляется подключениегенератора к последовательному порту персонального компьютера. МикросхемаМАХ232 используется для преобразования уровней интерфейса RS232 в уровни TTL,то есть управляющие сигналы, поступающие с порта компьютера, преобразует впонятные для микроконтроллера сигналы. Для установки параметров сигналавыдаваемого микроконтроллером необходимо использовать специальную программу,написанную для ОС Windows (в примере не приводится).
/>
Рисунок1.3 – Программно-управляемый генератора пачек прямоугольных импульсов
Другаясхема программно-управляемого генератора пачек импульсов, приведённая нарисунке 1.4, собрана на основе микроконтроллера АТ90S2313, выпускаемого фирмой “ATMEL” (рисунок 1.4).
Генераторявляется многофункциональным устройством и имеет несколько режимов работы:генерация пачек импульсов, генерация меандра, положительного импульса,отрицательного импульса, режим удержания на выходе логического нуля илиединицы. Управление генератором осуществляется с помощью 4-х кнопок. Егоосновой является микроконтроллер U1,для питания которого применён интегральный стабилизатор U2 со встроенным монитором питания.Через разъём XP2 к микроконтроллеру подключается ЖКИ- модуль для индикации режимов работы и значений временных интервалов, в составкоторого входят 4 кнопки управления.
/>
Рисунок 1.4 — Принципиальная схема основной части генератора
Посредствомкнопок осуществляется перестройка количества импульсов, их длительность и т.д.Нажатие кнопок сопровождается звуковым сигналом, для этого используется динамическийизлучатель. Частота сигнала различна для разных кнопок. Звуковой сигнал такжеиспользуется в некоторых специальных случаях: при включении питания и привозникновении ошибки. Микросхема U4,питающаяся от стабилизатора U5,служит для уменьшения высокочастотных помех в выходном сигнале.
Для получениянеобходимых электрических параметров выходного сигнала используется специальныйвыходной каскад (на схеме не показан).
2ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО ВАРИАНТА ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Рассмотренныйна рисунке 1.1 генератор имеет ряд недостатков. Интервал между пачкамиимпульсов не фиксированный, т.е. определяется интервалом времени междунажатиями кнопок оператором, когда в ряде случаев необходимо иметь на выходегенератора сигнал с заданной частотой следования пачек импульсов. Дляувеличения количества импульсов в пачке необходимо включать дополнительныесчетчики, что влечёт усложнение схемы и увеличение габаритов устройства. Такжеданный генератор не обеспечивает изменения длительности импульса в пачке. Всеэти недостатки ограничивают область применения такого генератора.
Генератор,показанный на рисунке 1.2, предназначен для формирования последовательностипачек прямоугольных импульсов (кодовых последова — тельностей). Частотаследования пачек постоянна, однако такая схема не обеспечивает изменениядлительности импульсов в пачке, а также перестройку частоты следования пачек,изменяется лишь количество импульсов в пачке, что не всегда удовлетворяетпредъявляемым к устройству требованиям.
Недостаткомгенератора, показанного на рисунке 1.3, является то, что он управляетсяпосредством компьютера и для установки параметров сигнала, выдаваемогомикроконтроллером необходимо использовать специальную программу дляоперационной системы компьютера. Это сужает область применения генератора из-занеобходимости ПК.
Изображённыйна рисунке 1.4 генератор обладает хорошими показателями и имеет большое числофункций. Это дает большое преимущество такому генератору перед подобнымиустройствами, однако вызывает усложнение схемы и соответственно увеличениестоимости устройства. Микроконтроллеры фирмы «ATMEL» имеют довольно не маленькую стоимость по сравнению стеми же микроконтроллерами фирмы «Microchip technology».
Можнопостроить генератор, который удовлетворяет заданным требованиям, управляетсяпосредством клавиатуры без применения компьютера, имеет простую схему иневысокую стоимость, и при этом обладает достаточно хорошими параметрами. Такойгенератор можно выполнить на основе микроконтроллера PIC16С84. Он имеет невысокую стоимость по сравнению с АТ90S2313, и при этом не уступает ему побыстродействию.
PIC16CXX — это 8-pазpядные микроконтроллеры с RISC архитектурой, производимые фиpмой Microchip Technology. Это семейство микроконтроллеровотличается низкой ценой, низким энергопотреблением и высокой скоростью.Микроконтроллеры имеют встроенное ЭППЗУ программы, ОЗУ данных и выпускаются в18 и 28 выводных корпусах.
PIC16C84 относится к семейству КМОП микроконтроллеров. Отличается тем,что имеет внутреннее 1K x 14 бит EEPROM для программ, 8-битовые данные и 64байт EEPROM памяти данных. При этом отличаются низкойстоимостью и высокой производительностью. Все команды состоят из одного слова(14 бит шириной) и исполняются за один цикл (400 нс при 10 МГц), кроме команд перехода,которые выполняются за два цикла (800 нс). PIC16C84 имеет прерывание,срабатывающее от четырех источников, и восьмиуровневый аппаратный стек.Периферия включает в себя 8-битный таймер/счетчик с 8-битным программируемымпредварительным делителем (фактически 16 — битный таймер) и 13 линийдвунаправленного ввода/вывода. Высокая нагрузочная способность (25 мА — максимальный втекающий ток, 20 мА — максимальный вытекающий ток) линий ввода/выводаупрощают внешние драйверы и, тем самым, уменьшается общая стоимость системы. Разработкина базе контроллеров PIC16C84 поддерживается ассемблером, программным симулятором,внутрисхемным эмулятором (только фирмы Microchip) и программатором.
Серия PIC16C84 подходит для широкого спектра приложений от схемвысокоскоростного управления автомобильными и электрическими двигателями доэкономичных удаленных приемопередатчиков, показывающих приборов и связныхпроцессоров. Наличие ПЗУ позволяет подстраивать параметры в прикладныхпрограммах (коды передатчика, скорости двигателя, частоты приемника и т.д.).
Малые размеры корпусов,как для обычного, так и для поверхностного монтажа, делает эту серию микроконтроллеровпригодной для портативных приложений. Низкая цена, экономичность, быстродействие,простота использования и гибкость ввода/вывода делает PIC16C84привлекательным даже в тех областях, где ранее не применялись микроконтроллеры.Например, таймеры, замена жесткой логики в больших системах, сопроцессоры.
Cледует добавить, что встроенныйавтомат программирования EEPROMкристалла PIC16C84 позволяет легко подстраивать программу и данные подконкретные требования даже после завершения ассемблирования и тестирования. Этавозможность может быть использована как для тиражирования, так и для занесениякалибровочных данных уже после окончательного тестирования.
Обзор характеристик:
— только 35 простыхкоманд;
— все команды выполняютсяза один машинный цикл, кроме команд перехода -2 цикла;
— рабочая частота 0 Гц… 10 МГц (min 400 нс цикл команды)
— 14 — битовые команды;
— 8 — битовые данные;
— 1024 х 14 электрически перепрограммируемойпрограммной памяти на кристалле (EEPROM);
— 36 х 8 регистров общегоиспользования;
— 15 специальныхаппаратных регистров SFR;
— 64 x 8 электрическиперепрограммируемой EEPROM памяти для данных;
— восьмиуровневыйаппаратный стек;
— прямая, косвенная иотносительная адресация данных и команд;
— четыре источникапрерывания:
· внешний вход INT
· переполнениетаймера RTCC
· прерывание приизменении сигналов на линиях порта B
· по завершениюзаписи данных в память EEPROM
Структурная схемаPIC16C84 приведена на рисунке 2.1
Высокая скоростьвыполнения команд в микроконтроллерах PIC достигается за счет использованиядвухшинной Гарвардской архитектуры вместо традиционной одношиннойФон-Неймановской. В Гарвардской архитектуре разделена память программ и памятьданных. Обращение к памяти по отдельным шинам адреса и данных, значительноповышает производительность процессора по сравнению с традиционнойархитектурой. Набор регистров означает, что все программные объекты, такие какпорты ввода/вывода, ячейки памяти и таймер, представляют собой физическиреализованные аппаратные регистры.
/>
Рисунок 2.1 – Структурнаясхема микроконтроллера PIC16C84
Микроконтроллерысемейства PIC имеют очень эффективную систему команд, состоящую всего из 35инструкций. Все инструкции выполняются за один цикл, за исключением условныхпереходов и команд, изменяющих программный счетчик, которые выполняются за 2цикла. Один цикл выполнения инструкции состоит из 4 периодов тактовой частоты.Таким образом, при частоте 4 МГц, время выполнения инструкции составляет 1мксек. Каждая инструкция состоит из 14 бит, делящихся на код операции и операнд(возможна манипуляция с регистрами, ячейками памяти и непосредственнымиданными).
Генератор пачекпрямоугольных импульсов на микроконтроллере позволяет получать пачки импульсовлюбой длительности с большой точностью, при этом частота следования пачек можетиметь любые значения. Такой генератор позволяет получать частоты инфранизкогодиапазона, что трудно обеспечить в любом другом генераторе. Программноеуправление даёт возможность перестройки частоты пачек и длительности импульсовв больших пределах, что не всегда возможно в обычных генераторах на RC –элементах или КМОП — микросхемах.Устройства, построенные на базе микроконтроллеров PIC16C84,характеризуются простотой схемы и дешевизной в изготовлении.
3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ УСТРОЙСТВА И СОСТАВЛЕНИЕПРОГРАММЫ
В основе работыгенератора пачек прямоугольных импульсов лежит формирование временных задержек.Задержка логической единицы на выходе микроконтроллера соответствуетположительному импульсу необходимой длительности, задержка логического нуля –паузе между импульсами. Пачка импульсов получается в результате формированияциклов, то есть однократное появление на выходе контроллера единицы-нуляявляется периодом импульсов, необходимое количество импульсов в пачке можнополучить, формируя определённое число периодов. Пауза между пачками импульсовформируется по такому же принципу, что и пауза между импульсами, только большейдлительности. Всё это легко выполняется посредством программируемогомикроконтроллера PIC16C84. Блок-схема алгоритма работыустройства представлена в приложении A на формате A4 (ГЮИК 485.007).
Работа микропроцессораначинается с загрузки начального адреса программы (блок 1). По которомуосуществляется вызов программы из ПЗУ.
Затем выполняетсяконфигурация портов контроллера на ввод\вывод (блок 2), для этого переходят напервую страницу памяти, установив бит RP0 в единицу. Загружая в регистры портов TRIS A и TRIS B двоичные числа00111 и 1110000 соответственно, получаем, что первые 3 вывода порта A сконфигурированы на ввод, а первые 4вывода порта B – на вывод. К выводам RA0, RA1, RA2порта A подключаются кнопки выборадлительности импульсов в пачке 9мс, 10мс и 11мс соответственно. Вывод RB0 порта B является выходным, с него снимается последовательностьпачек. К выводам RB1, RB2, RB3 подсоединены индикаторные светодиоды, которые зажигаютсяпри нажатой кнопке для 9мс, 10 мс и 11мс соответственно. По окончаниювыполняется возврат на нулевую страницу памяти.
Для изменениядлительности импульсов контроллер должен реагировать на изменения состояниякнопок, для этого используется программа опроса клавиатуры (блок3). Есликакая-то кнопка нажата (блок 4), т.е. состояние порта RA0 (RA1, RA2) сменилось на нуль, происходитпереход программы на участок загрузки соответствующих констант для формированиянужных временных задержек (блок 5).
В начале порт RB1 устанавливается в единицу,светодиод загорается — так осуществляется индикация нажатой кнопки,соответствующей 9мс (для двух других режимов индикация осуществляетсяаналогично, управляя портами RB2, RB3). Затем в регистры общегоназначения A, B, C и D загружаются константы в десятичнойформе для формирования импульса, паузы между импульсами, и паузы между пачкамисоответственно, для длительности импульса 9мс. В регистр E загружается константа, определяющаяколичество импульсов в пачке (периодов следования импульсов), в данном случаеэто число 5 для любой длительности импульсов. Для получения на выходеконтроллера импульса на порт RB0выводится логическая единица (блок 6). Задержка единицы получается в результатедекремента содержимого регистра A(блок 7). После каждого раза вычитания результат проверяется на нуль (блок 8):если результат не равен нулю, декрементирование повторяется, равен – программавыполняется далее. Вывод на порт RB0логического нуля (блок 9) соответствует паузе между импульсами, для получениянеобходимой длительности выполняется задержка, декрементируя содержимоерегистра B (блок 10) до получения нулевогорезультата (блок 11), при неравенстве нулю снова происходит вычитание.Декрементируя содержимое регистра E (блок 13), формируется последовательность из пяти импульсов: еслирезультат вычитания не равен нулю, формирование задержки единицы-нуляповторяются снова.
После получениянеобходимого числа импульсов выполняется формирование паузы между пачками импульсов.
Длительность интерваламежду пачками импульсов имеет большую длительность по сравнению с интерваломмежду импульсами, то есть необходимо организовать большую временную задержку,поэтому в этом случае используются два регистра. Для этого содержимое регистра D пересылается в регистр F (блок 14), который являетсявспомогательным. Его содержимое декрементируется (блок 15) до нулевогорезультата (блок 16), после чего выполняется декремент содержимого регистра C (блок 17) и при равенстве результатанулю (блок 18) происходит переход программы на участок опроса клавиатуры. Длякаждой длительности программа выполняет те же операции, разница состоит в том,что при трёх случаях в регистры разгружаются различные константы, чтообеспечивается переходом программы на соответствующие участки программы приизменении состояния кнопок.
При формированииимпульсов и пауз между ними перед декрементированием содержимого регистров A и B используется так называемая «пустая» операция (команда NOP). Это позволяет получить болееточные временные задержки, которые определяются количеством тактов, выполняемыхмикроконтроллером и его тактовой частотой. Это является одним из достоинствпрограммно-управляемого генератора пачек прямоугольных импульсов намикроконтроллере: изменяя константы, загружаемые в регистры и подбирая тактовуючастоту контроллера можно получить последовательности импульсов любойдлительности.
Рабочая программа длямикроконтроллера PIC16C84 написана на языке ASSEMBLER и приведена в приложении Б. 4 РАЗРАБОТКА СХЕМЫЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ УСТРОЙСТВА
Схема электрическаяпринципиальная генератора приведена на чертеже (формат А3).
Схема состоит измикропроцессора DA1, блока питанияи выходного каскада. Перед включением микросхемы в устройство, онапредварительно программируется – прошивается рабочей программой.
К ножкам 17, 18 и 1микросхемы, которые являются выводами порта A(данный порт сконфигурирован на ввод), подключены выключателиS2, S3 и S1соответственно. Данные выводы через резисторы R1,R2 и R3 подключены к шине питания, этопозволяет установить на соответствующих выводах логическую единицу. При нажатиикнопки происходит замыкание вывода не общий провод, что вызывает сброс единицыв логический нуль. На это изменение состояния, на каком либо выводе, микроконтроллерреагирует, выполняя те или иные операции. Нажатию кнопки S2 соответствует установка на выходегенератора пачек с длительностью импульсов 9мс, S3 – 10мс, S1-11мс.Выводы 6, 7, 8 и 9 микросхемы DA1являются выводами порта B,которые сконфигурированы на вывод. К ножкам 7,8 и 9 подключены светодиоды HL1, HL2 и HL3соответственно. Светодиоды служат для индикации режимов работы генератора. Принажатии кнопки S2(длительностьимпульса 9мс) микроконтроллер выдает на вывод 7 логическую единицу, что вызываетсвечение светодиода HL1. При нажатиикнопки S3(10мс) загорается светодиод HL2, S2(11мс) – светодиод HL3. Ножка 6 является выходом микроконтроллера, на который он выводитпоследовательность пачек импульсов.
К ножкам 10 и 15подключён кварц QZ1, который задаеттактовую частоту процессора, в данном случае частота кварца составляет 100кГц,соответственно процессор выполняет 100000 операций в секунду. Конденсаторы C1 и C2 применены для повышения стабильности генератора. Увеличениеёмкости конденсаторов C1,C2 будет увеличивать стабильностьгенератора, но также будет увеличиваться время запуска. Поэтому ёмкостиконденсаторов выбраны набольшими значениями, в виду повышения быстродействияустройства.
Для преобразованиявыходного сигнала микроконтроллера из уровня TTL в более мощный сигнал, а также для согласованияустройства с нагрузкой (генератор работает на низкоомную нагрузку),используется выходной каскад. В качестве выходного каскада применён транзистор VT1. При появлении на выводе 6импульса, он поступает через резистор R4 на базу VT1. В связи стем, что величина импульса значительно меньше напряжения на эмиттере, т.е. базаимеет менее положительный потенциал, транзистор открывается на время, равноедлительности импульса. Резистор R4ограничивает выходной сигнал микроконтроллера до значения, необходимого длянормальной работы транзистора VT1. Вто время, когда открыт транзистор, в нагрузке протекает ток источника питания,т.ё. на нагрузке появляется импульс с амплитудой, равной амплитуде напряженияпитания. Таким образом, осуществляется усиление последовательности импульсов.Так как выходом является коллектор, а такая схема включения имеет низкоевыходное и достаточно высокое входное сопротивление, то этот каскад успешновыполняет функцию согласования выхода микроконтроллера с нагрузкой, так как поТЗ генератор должен работать на низкоомную нагрузку.
Генератор питается отсети 220 B переменного тока, встроенный блокпитания обеспечивает напряжение 5 B для питания микроконтроллера и 8 B для усилительного каскада. В блоке питания применёныинтегральные стабилизаторы DA2(стабилизация напряжения питания микроконтроллера) и DA3 (стабилизация напряжения питания выходного транзистора).Электролитический конденсатор C3выполняет фильтрацию переменной составляющей напряжения питания. Так какэлектролитические конденсаторы большой ёмкости имеют большие индуктивности, этоприводит к появлению колебательных процессов, что очень нежелательно в цепяхпитания. Для компенсации паразитной индуктивности конденсатора C3 применён неполярный конденсаторнебольшой ёмкости C4.
Выбор элементной базыпроизводился по критериям надёжности, стабильности параметров экономическойэффективности.
Применены непроволочныетонкослойные металлодиэлектрические резисторы марки C2-23 постоянного сопротивления. У данных резисторов вкачестве резистивного элемента используется тонкая плёнка слоя проводящегометалла, поэтому они характеризуются повышенной теплостойкостью. Резисторыимеют невысокую стоимость.
В качествеэлектролитического конденсатора C3 использованконденсатор марки K50-35. Этоэлектролитический фольговый алюминиевый конденсатор, который отличается малойудельной емкостью, малыми токами утечки, небольшими потерями и относительнойдешевизной. Конденсаторы C1, C2– керамические марки КМ-6, обладают хорошими параметрами и малыми габаритами. C3 – керамический конденсатор маркиК10-17.
Интегральныестабилизаторы марки KP142EH5Б и KP142EH8Б.
В качествевыпрямительного моста используется диодная сборка КЦ402Е, что упрощает схемуустройства.
5 АНАЛИЗ ВРЕМЕННЫХСООТНОШЕНИЙ И РАСЧЁТ ПОГРЕШНОСТЕЙ
В связи с тем, чтогенерация пачек прямоугольных импульсов осуществляется по принципу формированиязадержек логической единице и нуля на выходе микроконтроллера, а временныезадержки определяются количеством тактов, выполняемых микроконтроллером, изначениями констант, загружаемых в регистры, то имеют место временные задержки,которые не на сто процентов соответствуют требуемым значениям – появляетсяпогрешность. Погрешность частоты импульсов в пачке и погрешность временнойзадержки, соответствующей паузе между пачками импульсов, определяют погрешностьчастоты следования пачек прямоугольных импульсов.
Для выявлениясоответствия реальной погрешности частоты следования пачек, которую имеетпроектируемый генератор, допустимой погрешности (заданной по техническомузаданию) проанализируем, какие реальные параметры выдаёт генератор при трёхзначениях длительности импульсов.
Частоту следования пачекможно определить, подсчитав период следования пачек, т.е. длительность пачки ипаузы между пачками импульсов, а затем перевести в частоту, разделив единицу напериод:
/>
Длительность пачкиопределяется по формуле:
/>,
где /> — длительность импульса впачке;
/> - длительность паузы междуимпульсами.
Период следования пачекравен:
/>,
где /> — длительность паузы междупачками.
В длительность паузымежду пачками импульсов входит собственно формируемая контроллером временнаязадержка, время опроса клавиатуры, время загрузки необходимых констант, т.е.:
/>
Таким образом, частотаследования пачек импульсов определяется по формуле:
/>
При расчёте частоты пачек для каждой нажатой кнопки длительностьимпульсов, время формируемой задержки и время опроса клавиатуры будут иметьсвои соответствующие значения. Время загрузки констант в трёх различных случаяходинаковое.
Временные задержки определяются умножением количества тактов, выполняемыхконтроллером, на значение тактовой частоты (100 кГц) и в формулу для частотыподставляются уже в единицах отсчёта времени.
Погрешность определяется по формуле:
/>,
где /> — фактическая частотагенератора;
/> — заданная в ТЗ частота генератора.
При нажатии кнопки 1 имеем реальные значения времени:
/>=8,96мс
/>=13,72мс
/>=899,44мс
/>=0,12мс
/>=0,54мс
Тогда частота следованияпачек прямоугольных импульсов в этом случае будет:
/>
Погрешность будет составлять:
/>
При нажатии кнопки 2 имеем реальные значения времени:
/>=9,92мс
/>=12,44мс
/>=899,28мс
/>=0,16мс
/>=0,54мс
Тогда частота следованияпачек прямоугольных импульсов в этом случае будет:
/>
Погрешность будет составлять:
/>
При нажатии кнопки 3 имеем реальные значения времени:
/>=10,88мс
/>=11,32мс
/> =899,12мс
/>=0,36мс
/>=0,54мс
Тогда частота следованияпачек прямоугольных импульсов в этом случае будет:
/>
Погрешность будет составлять:
/>
По результатам расчётов погрешности частоты следования пачек импульсовможно сделать вывод, что максимальная погрешность появляется в режиме генерациипачек с длительностью импульсов 10мс. Эта погрешность составляет 0.06%, чтозначительно меньше той допустимой погрешности, которая задана в техническомзадании.
Можно сделать вывод, чтоданная схема генератора обеспечивает очень маленькую погрешность частотыследования пачек импульсов прямоугольной формы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙЛИТЕРАТУРЫ
1. Ю.П. Гришин, Ю.М. Казаринов, В.М. Катиков.Микропроцессоры в радиотехнических системах – Москва «Радио и связь» 1982
2. Б.П. Балашов, Д.В. Пузанков. Микропроцессоры имикропроцессорные системы – Москва «Радио и связь» 1981
3. Л.И. Ридико. Микроэлектронные проекты.Генератор пачек импульсов на основе AVR. «Телесистемы» — www.Telesys.ru
4. В.Н. Яковлев. Микроэлектронные генераторыимпульсов – Киев «Техника» 1982