Цифровой ШИМ–контроллер
Применение широтно-импульсной модуляции в мощных регуляторах с высоким КПД, в кодово-импульсной связи, простейших устройствах автоматики. Принципы построения, структурная схема цифрового ШИМ-контроллера на реверсивном, асинхронном и вычитающем счетчиках.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | контрольная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 07.08.2013 |
Размер файла | 118,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Московский государственный технический университет радиотехники электроники и автоматики
Курсовая работа
по "Электронике"
на тему: "Цифровой ШИМ - контроллер"
Руководитель: Серов В.Н.
Выполнил: Полозов В.С.
гр. КБ-41-10
Москва 2011
Содержание
1. Исходные данные и основные требования
2. Цифровой ШИМ - контроллер
3. Принципы построения ШИМ - контроллеров
4. ШИМ - контроллер на реверсивном счетчике
5. ШИМ - контроллер на асинхронном счетчике
6. ШИМ - контроллер на вычитающем счетчике 7493
1. Исходные данные и основные требования
Основные технические параметры:
а) Частота ШИМ - сигнала 400 Гц
б) Количество градаций ШИМ - сигнала 16
в) ШИМ - контроллер на основе вычитающего счётчика TTL/74ХХ
д) ШИМ - контроллер разработать на микросхемах TTL/74ХХ серии SN74. Провести отработку основных блоков контроллера на логических элементах - Logic Gates (Ideal) и на D-триггерах (Ideal), составить схемы блоков контроллера на реальных TTL ИС - 4-ЛЭ и 2-D триггера в корпусе заданной серии.
г) Подготовить заказные микросхемы на основные блоки контроллера - генератор тактовых импульсов, делитель частоты и основной блок.
Основные требования:
Составить структурную и принципиальную схемы котроллера, провести отработку отдельных блоков в программной среде EWB, провести обоснованный выбор необходимых микросхем.
Представить принципиальную электрическую схему ШИМ - контроллера.
2. Цифровой ШИМ - контроллер
ШИМ (широтно-импульсная модуляция), англ. PWM-- pulse width modulation. ШИМ - это цифровой сигнал, с помощью которого можно задать и управлять в широких пределах уровнем аналогового сигнала с помощью ключей.
Рис.1. Временная диаграмма ШИМ
Это особенно важно в мощных регуляторах с высоким КПД, так как на ключах рассеивается минимальная мощность только в момент переключения.
На рис.1 приведена временная диаграмма ШИМ с постоянной скважностью. На одном периоде укладывается один единичный импульс шириной T1 и один нулевой импульс шириной T0. При этом
T=T1+T0=const.
Период ШИМ -.T, а, следовательно, частота следования импульсов F=1/Т - величина постоянная. Коэффициент ШИМ G - это и есть эквивалент амплитуды аналогового сигнала:
G=T1/T (0 G 1).
Изменением длительности импульса Т 1 можно регулировать средний уровень напряжения: если уровень максимального сигнала ШИМ Um=Еп, то подав сигнал ШИМ на фильтр напряжения, на выходе фильтра можно получить аналоговое напряжение
U=UmG.
В некоторых случаях применение фильтра необязательно - например, при регулировании тока для управления яркостью свечения накала лампы, скорости вращения двигателя, так как у них есть некоторая постоянная времени, и если период ШИМ меньше этой постоянной, то мерцания или вибрации двигателя не будет. Но в некоторых случаях без фильтра не обойтись. Естественно, чем меньше период ШИМ, тем "глаже" будет аналоговый сигнал, но уменьшение периода ведёт к тому, что увеличивается дискретность регулирования скважности, растет частота следования импульсов F и, соответственно, растут потери мощности на ключах, снижается КПД.
Преобразователи аналогового сигнала в ШИМ импульсы получили название ШИМ - модуляторов, так как они используются широко в кодово-импульсной связи, простейших устройствах автоматики. Преобразователи двоичного кода в ШИМ импульсы получили особое распространение с развитием микропроцессорной техники, являются встроенными устройствами большинства современных микроконтроллеров. В литературе получили название ШИМ - контроллеры.
У аналогово-цифровых ШИМ - модуляторов и цифровых ШИМ - контроллеров много общего (см. рис. 2). Генератор синхронизирующих импульсов задает период (Т) и частоту следования импульсов ШИМ (F=1/Т). Формирователь пилообразного сигнала генерирует линейно изменяющийся сигнал. Устройство сравнения фиксирует момент времени, когда линейно изменяющийся сигнал достигнет уровня управляющего сигнала Uo. На выходе формируется импульсный сигнал от начала временной развертки до момента равенства. В ШИМ - модуляторах управляющий сигнал аналоговый, в ШИМ - контроллерах - цифровой. Это определяет конкретную схемотехнику (аналоговую или цифровую) генератора пилообразного сигнала и схемы сравнения.
Рис.2 Структурная схема ШИМ преобразования
От уровня управляющего сигнала Uo зависит длительность цифрового импульса ШИМ - Т 1 и, соответственно, коэффициент ШИМ G. Критерием качества ШИМ - преобразователя является коэффициент нелинейности % зависимости G от управляющего сигнала U.
,
где и - крутизна преобразования в начале и в конце характеристики
3. Принципы построения ШИМ - контроллеров
шим контроллер модуляция автоматика
ШИМ контроллеры с цифровым управлением выполняются на счетчиках, которые, последовательно считая импульсы синхронизации, выдают на выходе линейно изменяющийся код, нарастающий или убывающий - в зависимости от режима счета суммирующего или вычитающего. Цифровой компаратор сравнивает входной управляющий код с кодом счетчика и формирует ШИМ импульс в соответствии с функциональной схемой (рис.2). Точность преобразования определяется разрядностью счетчика.
4. ШИМ - контроллер на реверсивном счетчике
Наиболее просто реализуется схема ШИМ - контроллера на реверсивном счетчике, у которого имеется входы параллельной записи информации. Детали схемы могут незначительно отличаться, в зависимости от используемой ИС счетчика.
Рис.3 ШИМ контроллер на реверсивном счетчике К 561ИЕ 13
Реверсивный счетчик DD1 включен в режим вычитания: перед началом каждого такта ШИМ в счетчике устанавливается код в соответствии с входным управляющим кодом. Старт-стопный триггер DD3 с приходом запускающего импульса F устанавливается в Q=1, при этом переключает счетчик из режима параллельной загрузки в режим счета на вычитание (EWR). При переходе кода счетчика через состояние 0000 на выходе переноса CR0 появляется инверсный импульс. Сброс триггер DD3 в состояние 0 должно происходить по перепаду 1/0 сигнала переноса CR0. Но так как вход R триггера DD3 асинхронный, тактовую привязку импульса CR0 выполняет триггер DD2. В паузе между импульсами ШИМ триггер DD3 находится в нулевом состоянии и на вход разрешения параллельной записи в счетчик -EWR подан логический нуль. Цикл завершен, схема ждет прихода следующего тактового импульса F.
Генератор тактовых импульсов F задает частоту повторения импульсов ШИМ. Частота генератора синхроимпульсов fc должна быть, по крайней мере, в Ксч раз больше чем частота следования тактовых импульсов F.
5. ШИМ - контроллер на асинхронном счетчике
Асинхронные счетчики ориентированы на простейшие применения, как правило, отсутствуют входы параллельной загрузки кода, направление счета только прямое. Поэтому ШИМ - контроллер строится несколько иначе, чем предыдущая схема.
Рис.4 ШИМ контроллер на асинхронном счетчике К 555ИЕ 5 (DD1) и цифровом компараторе К 555ЛП 5 (DD2)
Двоичный счетчик DD1 генерирует линейно нарастающий код, который сравнивается с управляющим входным кодом цифровым компаратором DD2.При равенстве кодов формируется сигнал сброса (R) стартстопного триггера DD3. Запуск триггера происходит по перепаду 0/1 импульса генератора тактовых импульсов F. После обнуления триггера со следующего тактового импульса начинается новый цикл. ШИМ сигнал снимается с выхода триггера.
6. ШИМ - контроллер на вычитающем счетчике 7493
Счетчик 7493 - асинхронный 4-х разрядный двоичный счетчик с кодами от 9 до 15.
Вход |
Выход |
|
RO1 RO2 |
Qd Qc Qb Qa |
|
1 1 |
0 0 0 0 |
|
0 X |
Count |
|
X 0 |
Count |
Первый триггер (CKA-вход, Qa-выход) включен независимо. Остальные триггеры включены как последовательный счетчик (CKB-вход, Qb,Qc.Qd - выходы). Чтобы реализовать 4-х разрядный счетчик, необходимо соединить Qa и CKB.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Обзор методов кодирования информации и построения системы ее передачи. Основные принципы кодово-импульсной модуляции. Временная дискретизация сигналов, амплитудное квантование. Возможные методы построения приемного устройства. Расчет структурной схемы.
дипломная работа [823,7 K], добавлен 22.09.2011Изучение сущности широтно-импульсной модуляции - изменения ширины (длительности) импульсов, следующих друг за другом с постоянной частотой. Разработка широтно-импульсного модулятора. Расчет генератора линейно изменяющегося напряжения. Выбор компаратора.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 23.12.2010Расчет цифрового фильтра нижних частот с конечной импульсной характеристикой. Синтез фильтра методом окна (параболического типа). Свойства фильтра: устойчивость, обеспечение совершенно линейной фазочастотной характеристики. Нахождение спектра сигнала.
курсовая работа [28,6 K], добавлен 07.07.2009Изучение методов цифровой фильтрации в обработке сигналов. Исследование способов синтеза бесконечной импульсной характеристики приборов для очищения жидкостей процеживанием. Особенность имитирования фильтров нижних частот в программной среде Matlab.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 20.05.2017Расчет КИХ-фильтра четвертого порядка методом наименьших квадратов. Структурная схема фильтра с конечной импульсной характеристикой с одной или несколькими гармониками. Исследование КИХ-фильтра с одиночным или последовательностью прямоугольных импульсов.
лабораторная работа [760,0 K], добавлен 23.11.2014Конструкция блока питания для системного модуля персонального компьютера. Структурная схема импульсного блока питания. ШИМ регулирование силового каскада импульсного преобразователя. Импульсный усилитель мощности. Устройства для синхронизации импульсов.
дипломная работа [4,8 M], добавлен 19.02.2011Разработка структурной схемы системы связи, предназначенной для передачи данных для заданного вида модуляции. Расчет вероятности ошибки на выходе приемника. Пропускная способность двоичного канала связи. Помехоустойчивое и статистическое кодирование.
курсовая работа [142,2 K], добавлен 26.11.2009Методические рекомендации для выполнения анализа и оптимизации цифровой системы связи. Структурная схема цифровой системы связи. Определение параметров АЦП и ЦАП. Выбор вида модуляции, помехоустойчивого кода и расчет характеристик качества передачи.
курсовая работа [143,9 K], добавлен 22.08.2010Зависимость помехоустойчивости от вида модуляции. Схема цифрового канала передачи непрерывных сообщений. Сигналы и их спектры при амплитудной модуляции. Предельные возможности систем передачи информации. Структурная схема связи и её энергетический баланс.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 12.02.2013Виды модуляции в цифровых системах передачи. Построение цифрового передатчика на примере формирования сигнала формата 64КАМ. Структурная схема синтезатора частот, цифрового приемника и приёмопередающего тракта. Расчет элементов функциональной схемы СВЧ-Т.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 06.02.2012Передача цифровых данных по спутниковому каналу связи. Принципы построения спутниковых систем связи. Применение спутниковой ретрансляции для телевизионного вещания. Обзор системы множественного доступа. Схема цифрового тракта преобразования ТВ сигнала.
реферат [2,7 M], добавлен 23.10.2013Структурная схема системы связи. Сущность немодулированных сигналов. Принципы формирования цифрового сигнала. Общие сведения о модуляции и характеристики модулированных сигналов. Расчет вероятности ошибки приемника в канале с аддитивным "белым шумом".
курсовая работа [1,9 M], добавлен 07.02.2013Цифровые фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтры) и с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ-фильтры). Основные характеристики процессора DSP5631. Расчет фильтра методом частотной выборки. Моделирование КИХ-фильтров в MathCAD.
курсовая работа [968,9 K], добавлен 17.11.2012Способы контроля информационных слов и адресов в цифровых устройствах автоматики. Структурные и функциональные схемы контролирующих устройств. Обеспечение надежности устройств автоматики и вычислительной техники. Числовой аппаратурный контроль по модулю.
контрольная работа [5,0 M], добавлен 08.06.2009Ознакомление с достоинствами фильтров с бесконечной импульсной характеристикой. Рассмотрение способов инвариантного преобразования импульсной характеристики. Синтез рекурсивного дискретного фильтра по частотной характеристике аналогового прототипа.
презентация [73,2 K], добавлен 19.08.2013Структурная схема цифрового термометра. Выбор микропроцессорного комплекта. Описание и расчет схемы электрической принципиальной. Нагрузочная способность портов ввода/вывода. Сопротивления делителя напряжения. Программирование в готовом устройстве.
курсовая работа [139,4 K], добавлен 30.08.2012- Проектирование системы управления модулятором добротности лазера с импульсной модуляцией добротности
Структура лазера с импульсной модуляцией добротности. Расчет первого и второго ждущего мультивибратора с эмиттерной связью (строб задержки и работы). Схема ключа с резистивно-емкостной связью. Применение мультивибраторов с коллекторно-базовыми связями.
курсовая работа [993,6 K], добавлен 28.12.2014 Понятие, классификация и применения широтно-импульсной модуляции. Выбор элементной базы: назначение и режим работы микросхемы КР580ВИ53, К155АП5 и К155АГ3. Разработка электрической схемы ШИМ–регулятора и программы для управления через LPT порт ЭВМ.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 14.11.2010Виды модуляции в цифровых системах передачи. Сравнение схем модуляции. Обоснование основных требований к системе связи. Влияние неидеальности параметров системы на характеристики ЦСП. Разработка функциональной схемы цифрового синтезатора частот.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 11.03.2012Функционирование рекурсивного цифрового фильтра нижних частот. Определение его быстродействия, импульсной и переходной характеристик. Составление и описание структурной и принципиальной схемы устройства. Разработка и отладка программы на языке ассемблера.
курсовая работа [323,8 K], добавлен 05.03.2011