Генератор імпульсів, який програмується

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.374

Генератор імпульсів, який програмується

О.І. Скляр

Розглянуто питання формування прямокутної імпульсної послідовності на основі тригера, у якій є можливість регулювання тривалостей імпульсу і паузи незалежного одна від одної. Запропоновано спосіб формування необмеженої та обмеженої (з заданою кількістю періодів) імпульсної послідовності.

Аналогові генератори зазвичай будуються на основі контурів, де для зміни тривалості імпульсів і пауз є обмежені можливості, коли ж необхідно мати декілька частот причому з різним співвідношенням тривалостей імпульсу і паузи, то слід використовувати деяку кількість таких контурів. Зовсім інші можливості виникають при формуванні імпульсних послідовностей у цифрових генераторах, які будуються на логічних елементах [1, 2].

Загалом у цифровому генераторі принцип отримання основної (тактової) частоти аналогічний аналоговому мультивібратору [3], тому що у цифровому генераторі є елемент (кварцовий резонатор чи ємність), який визначає часові параметри тривалості сформованого сигналу. Зазвичай при формуванні такого тактового сигналу тривалості імпульсу і паузи рівні між собою, тобто формується сигнал типу меандр [2]. Використання крім логічних елементів ще й елементів затримки дозволяє створювати генератори прямокутних імпульсів з різною тривалістю імпульсу та паузи, де тривалість паузи визначатиметься параметрами елемента затримки і, зазвичай, пауза є коротшою ніж імпульс. Тобто проблема створення генераторів імпульсів з довільним регулюванням тривалості імпульсу і паузи не вирішується.

Мета роботи.

Побудувати універсальний генератор прямокутних імпульсів, у якому тривалість імпульсу і паузи могла б регулюватись у широких межах, причому незалежно одна від одної.

Результати роботи.

Як зазначалось вище, використання простих логічних елементів для створення генератора імпульсів дозволяє отримати імпульсну послідовність типу меандр. Подальше розширення можливостей генерування сигналів може бути пов'язане з використанням тригерів [3]. Це дасть можливість керувати тривалістю імпульсу або паузи за рахунок примусового утримання тригера у стані логічної «1» (формування імпульсу), або у стані логічного «0» (формування паузи). Саме ж керування тривалістю імпульсу або паузи можливе при використанні лічильників імпульсів, які програмуються, яких має бути два, крім того вони мають працювати почергово. Структурна схема такого генератора імпульсів представлена на рис. 1. У такому генераторі тривалості імпульсу і паузи визначатимуться кількістю тактових імпульсів, які підрахують ЛТІ та ЛТП відповідно, тобто тривалість вихідного імпульсу генератора визначатиметься як: , а тривалість паузи як , де - тривалість періоду тактового генератора, а та кількість періодів, які пораховані відповідним лічильником тривалості імпульсу і паузи. У такому разі тривалість сформованого генератором періоду сигналу становитиме.

Рисунок 1 -- Структурна схема цифрового генератора прямокутних імпульсів. ТГ - тактовий генератор, Мх - мультиплексор, ЛТІ - лічильник тривалості імпульсу, лічильник тривалості паузи, Тг - тригер

Регулювання тривалості імпульсу та паузи, як видно з останньої формули, може бути забезпечене двома шляхами. Перший -- це регулювання тривалості тактового імпульсу, а другий -- це управління кількістю імпульсів, які слід підраховувати ЛТІ та ЛТП.

Для реалізації першого шляху для кожного лічильника може бути використаний свій тактовий сигнал з тривалістю періоду , тоді тривалість вихідного сигналу генератора визначатиметься так:

.

Cтворення сітки опорних частот досягається поділом частоти тактового генератора подільником [4] та вибором необхідної опорної частоти за допомогою мультиплексорів. Для забезпечення вибору необхідної опорної частоти мультиплексор має програмуватись, тобто, якщо використати багато входовий мультиплексор з одним виходом, то на його входах управління має бути забезпечене утримання заданого коду, наприклад за допомогою регістру пам'яті. Цей код і визначатиме коефіцієнт ділення тактової частоти, а, відповідно, тривалість вибраної опорної частоти становитиме:

,

де - коефіцієнт поділу тактової частоти.

Для реалізації регулювання тривалості імпульсу та паузи другим шляхом слід мати можливість програмування лічильників ЛТІ та ЛТП. Це легко забезпечити, якщо використати звичайні лічильники (двійкові або десяткові), які програмуються. З цією метою перед інформаційними входами таких лічильників слід застосувати регістри пам'яті, в яких і встановлювати необхідні значення та .

Крім того, для забезпечення роботи мультиплексорів почергово, а відповідно і лічильників ЛТІ та ЛТП, кожен з мультиплексорів має мати вхід, який дозволяє, або забороняє його роботу. Почергову роботу мультиплексорів можна забезпечити за допомогою звичайного інвертора.

Структура блоків, які дозволяють регулювати тривалості імпульсу (БРТІ) та паузи (БРТП) однотипні та представлені на рис. 2.

Рисунок 2 -- Структурна схема БРТП (БРТІ), ПЧ - подільник частоти, Мх - мультиплексор, Рг - регістр

Оскільки лічильники, які програмуються, потребують підтвердження запису коду, встановленого на інформаційних входах (це коефіцієнти та ), то слід забезпечити зворотний зв'язок виходу кожного лічильника з його входом запису інформації. Це забезпечить підрахунок заданого числа періодів опорної частоти отриманої на виході мультиплексорів.

Наведені на рис. 1, 2 структурні схеми дозволяє формувати нескінченну імпульсну послідовність. Досить нескладне доповнення дозволить формувати імпульсну послідовність із заданою кількістю імпульсів в послідовності.

Блок, який зможе підрахувати задану кількість імпульсів у послідовності (БКП), може бути виконаний на основі лічильника, який програмується та працює у режимі віднімання. У цьому випадку сигнал, який сформує лічильник, може використовуватись для припинення роботи генератора. Число періодів, які слід сформувати, також має зберігатись у регістрі, виходи якого підключені до інформаційних входів лічильника кількості імпульсів у послідовності.

Оскільки поставлено задачу формування імпульсної послідовності з заданою кількістю періодів, то слід також передбачити можливість початку запуску формування послідовності за управляючим сигналом, крім того, мають бути кола для вибору режиму роботи (безперервний, або із заданою кількістю періодів) та скиду. Це досить легко реалізується на основі простої логіки.

Структурна схема генератора прямокутних імпульсів з урахуванням вище викладених вимог приведена на рис. 3.

Рисунок 3 -- Структурна схема цифрового генератора імпульсів з можливістю регулювання тривалості імпульсу і паузи у широких межах. В - вентиль, ПЧ - подільник частоти, БРТП - блок регулювання тривалості паузи, БРТІ - блок регулювання тривалості імпульсу, І 1, І 2 - логічні елементи 2І, ПБ - пусковий блок, БКП - блок кількості періодів, Інв - інвертор

На рис. 4 приведена можлива структура пускового блоку, побудованого на логічних елементах та тригері.

Рисунок 4 -- Структура пускового блоку

Інформаційними входами генератора імпульсів, що програмується, є інформаційні входи всіх регістрів. Програмування роботи генератора може виконуватись будь-яким програмним способом (з використанням мікро контролера або мікропроцесора).

В якості управляючих сигналів у генераторі використовується три сигнали: «Пуск», підготовчий сигнал «Скид» та сигнал «Вибір режиму». Для сигналів «Пуск» та «Скид» управляючим є рівень лог. «0». При низькому рівні сигналу «Вибір режиму» буде блокуватись проходження будь-яких сигналів від БКП, що забезпечить роботу генератора у безперервному режимі, коли ж цей сигнал матиме рівень лог. «1», то буде забезпечено режим підрахунку імпульсів у послідовності. Перед початком роботи на всіх управляючих входах слід забезпечити рівень лог. «1».

Генератор імпульсів з регулюванням тривалості імпульсу та паузи працює так. На установчий вхід генератора «Скид» подається сигнал низького рівня. Цей сигнал через один із входів логічної мікросхеми І (див. рис. 4) поступає на вхід тригера ПБ та встановлює цей тригер у стан лог. «0». Тим самим забороняє проходження тактової частоти від ТГ через вентиль. Крім того, сигнал з виходу логічного елементу І пускового блоку поступає на установчий вхід лічильника у БКП і тим самим програмує цей лічильник, цей же сигнал через логічний елемент І 2 (див. рис. 3) подається на установчий вхід лічильника тривалості імпульсу у блоці БРТІ та записує у цей лічильник число . Одночасно цей же сигнал встановлює на виході тригера (і на виході генератора) низький рівень, при цьому високий рівень на інверсному виході вихідного тригера заборонить роботу мультиплексора у БРТП.

Для початку формування послідовності на вхід «Пуск» генератора слід подати рівень лог. «0». Цей імпульс через логічний елемент І 1 поступить на установчий вхід лічильника тривалості паузи у БРТП та занесе число в нього, а ще цей сигнал поступить на установчий вхід тригера та сформує на прямому виході цього тригера передній зріз першого вихідного імпульсу генератора. Сигнал з інверсного виходу генератора, який прийняв значення лог. «0», дозволить роботу Мх1 у блоці БРТІ і в той же час заборонить роботу мультиплексора Мх2 у блоці БРТП. Сигнал «Пуск» окрім зазначених дій встановить тригер у БП у стан лог. «1», що дозволить проходження тактової частоти через вентиль на подільник частоти. На виході подільника частоти утвориться сітка частот, яка поступить на інформаційні входи обох мультиплексорів. Попередньо на управляючих входах мультиплексорів через регістри Рг1 та Рг3 встановлені коди та . Таким чином вибрана за допомогою Мх1 частота поступить на лічильний вхід ЛТІ у БРТІ. По закінченню підрахунку встановленого у цьому лічильнику числа на виході лічильника сформується сигнал низького рівня, який, по-перше, поступить на лічильний вхід лічильника у БКП і зменшить його значення на одиницю, а, по-друге, через логічний елемент І 2 поступить, як на установочний вхід ЛТІ, де занесе в цей лічильник те ж саме або інше значення числа (якщо в процесі роботи воно було перепрограмоване) і тим самим підготує його для подальшої роботи, так і на установочний вхід вихідного тригера і сформує на його виході задній зріз вихідного імпульсу генератора. В цей час сигнал з інверсного виходу тригера заборонить роботу Мх1 та дозволить роботу Мх2 у БРТП.

Вибрана за допомогою мультиплексора Мх2 у БРТП частота поступить на лічильний вхід ЛТП, у який попередньо було занесено число . По закінченню підрахунку на виході БРТП сформується сигнал низького рівня. Цей імпульс через логічний елемент І 1 підготує ЛТП до наступної роботи, заносячи до нього теж саме або інше число , а також переведе вихідний тригер у стан лог. «1» і тим самим сформує передній зріз наступного імпульсу.

Таким чином почнеться формування наступного періоду вихідного сигналу, і робота генератора повториться.

Як зазначалось вище, кожен імпульс з виходу БРТІ зменшує встановлене значення у БКП на одиницю. Коли кількість імпульсів на вході БКП досягне встановленого у його лічильнику значення, то на його виході сформується сигнал високого рівня, який через ПБ поступить на установчий вхід лічильника у БКП та занесе у нього теж саме або нове значення, а також через логічний елемент І 2 занесе у ЛТІ нове, або підтвердить старе значення та встановить на виході генератора низький рівень сигналу. Цей же імпульс через ПБ заборонить проходження тактової частоти через вентиль на вхід подільника частоти. Таким чином завершиться формування імпульсної послідовності із заданою кількістю імпульсів. Для отримання наступної послідовності слід знову подати сигнал «Пуск».

Таким чином, поставлене завдання розв'язане.

Запропонований генератор може використовуватись у різних галузях: як у схемах управління, так і при створенні різних типів вимірювальних генераторів, де до вихідного тригеру можуть бути підключені силові елементи з можливістю управління амплітудою вихідного сигналу.

прямокутний імпульсний тригер програмування

Література

1. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике: Справочник / Р.В. Данилов, С.А. Ельцова, Ю.П. Иванов и др.; Под ред. Б.Н. Файзулаева, Б.В. Тарабрина. -М.: Радио и связь, 1987.-384 с.

2. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника.- СПб.: БХВ-Петербург, 2001.-528 с.

3. Багацкий А.С., Скляр О.И. Генератор импульсов. А.с. №1626344 СССР//БИ №5,1991.

4. Бантюков Е.Н. Управляемый делитель частоты// Приборы и техника эксперимента, 1995, №4, с.64.

Размещено на Allbest.ru