Проектирование программно-управляемого генератора пачек прямоугольных импульсов на микроконтроллере (стр. 2 из 4)

При необходимости кварцевой стабилизации длительности формируемых импульсов одновибратор следует строить по схеме на рис. 1.4.3,д (включать кварцевый генератор так же, как RC-генератор, нельзя). К сожалению, для одновибратора такого варианта характерна случайная погрешность длительности импульса, соответствующая периоду кварцевого генератора. В случае использования в таком одновибраторе микросхемы К176ИЕ5, К176ИЕ12 или К176ИЕ18 сигнал с выхода элемента DD1.2 следует подавать на ее вход Z.

Описанным здесь одновибраторам, присущ недостаток: при включении питания они формируют на выходе импульс неопределенной длительности, однако не превышающий длительности импульса, на который он рассчитан. Если же длительность запускающего импульса не превышает половины периода задающего генератора, то пусковая дифференцирующая цепь не нужна. Одновибраторам присуще также свойство перезапуска, аналогичное микросхемным одновибраторам К155АГЗ, К555АГЗ, КР1561АГ1: если во время формирования выходного импульса появляется очередной запускающий, отсчет длительности формируемого импульса начнется заново от последнего запускающего. При отсутствии специализированных микросхем К155АГ1, К155АГЗ одновибратор можно собрать на основе триггера микросхемы К155ТМ2. Здесь по фронту входного сигнала, формируется короткий положительный импульс, как только напряжение на входе R триггера снизится до уровня лог. нуля, формирование импульса прекратится и триггер переключится в нулевое состояние ожидая прихода следующего импульса.

а) б)

Рис. 1.4.4,(а, б) – Схемы одновибраторов (а – К555ТМ2 с элементом DD2.1, б – К555ТМ2 с элементом DD2.2)

Микросхема КР1561АГ1 содержит два одновибратора. Каждый из них имеет входы для запуска A и B, сброса R, выводы C и RC для подключения времязадающих цепей, прямой и инверсный выходы.

Рис 1.4.5 – Микросхема КР1561АГ1

Обязательное условие запуска — присутствие уровня 1 на входе R. Запуск происходит по фронту положительного импульса на входе A при уровне 1 на входе B или по фронту отрицательного импульса на входе В при уровне 0 на входе А. Следовательно, входыA и B служат прямым и инверсным входами запуска, включенными по ИЛИ, в отличие от входов запуска, собранных по И, одновибраторов в микросхемах К155АГЗ и К555АГЗ. Подача уровня 0 на вход R запрещает запуск одновибратора и прекращает формирование импульса, если запуск уже произошел.

Рекомендуемое сопротивление времязадающего резистора — не менее 1 кОм. Его максимальное сопротивление ограничено лишь током утечки времязадающего конденсатора и монтажа и достигает десятков мегаом. Емкость времязадающих конденсаторов не ограничена. Длительность формируемого импульса можно рассчитать по формуле Tи= (0,3...0,5)RC. При этом удобно пользоваться размерностями МОм, мкФ, с или кОм, мкФ, мс, или кОм, нф, мкс. При емкости конденсатора менее 10 нФ реальная длительность импульса получается большей, чем при расчете.

Одновибраторы микросхемы КР1561АГ1 обладают способностью повторного запуска. Если его условия повторно выполнятся во время формирования выходного импульса, длительность последнего увеличится на интервал времени между запускающими импульсами. Повторный запуск можно исключить, соединив вход B с инверсным выходом одновибратора, запуская его фронтом положительного импульса на входе A, или вход A с прямым выходом, запуская фронтом отрицательного импульса на входе B.

На двух одновибраторах микросхемы КР1561АГ1 можно собрать автогенератор, дновибратор DD1.1 определяет длительность положительных импульсов на выходе 1, а DD 1.2 — длительность пауз между ними и, наоборот, по отношению к выходу 2.

При использовании микросхем КР1561АГ1 следует помнить, что они весьма легко запускаются от помех, как по цепи питания, так и по входным цепям. Для исключения ложных запусков необходимо в непосредственной близости от микросхем устанавливать по цепи питания блокировочные керамические конденсаторы емкостью не менее 0,015 мкФ, а проводники входных и времязадающих цепей делать минимальной длины. Выводы 1 и 15 соединены с общим проводом (выводом 8) внутри корпуса микросхемы, поэтому вне корпуса их и времязадающий конденсатор подключать к общему проводу не рекомендуется.

1.3 Генераторы на логических ИМС

Рис. 1.5.1 – Схема генератора, формирующего пачки импульсов

Рис. 1.5.2 – Схема генератора, выполненного на ТТЛ микросхеме

На рис. 1.5.1 изображена схема генератора, формирующего пачки импульсов с частотой повторения около 1 Гц и заполнения около 100 Гц, длительность пачек 0,5 с. Генератор включают подачей уровня 1 на его вход. Первый формируемый импульс возникает сразу после поступления разрешающего сигнала. Частоту импульсов здесь можно определить по формуле f=1/2RC. Если требуется регулировка скважности импульсов то следует разделить зарядно-разрядные цепи конденсаторов, подобно тому как это сделано в схеме на рис. 1.3,б.

а) б)

Рис. 1.5.3,(а, б) – Схемы простых кварцевых генераторов

На рис. 1.5.2 изображена схема аналогичного генератора, выполненного на ТТЛ микросхеме. Частота заполнения здесь около 1000 Гц, длительность пачек 0,2 с. Генератор включают подачей уровня 1 на его вход. Первый формируемый импульс возникает сразу после поступления разрешающего сигнала.

Схемы простых кварцевых генераторов выполненных на ТТЛ и КМОП микросхемах приведены на рис. 1.5.3,б и рис. 1.5.3,а соответственно. Они вполне подходят для большинства практических устройств, однако им все же свойственны некоторые недостатки. Во-первых, генераторы возбуждаются на частоте, значение которой ниже значения частоты кварцевого резонатора, что вынуждает включать последовательно с кварцем подстроечный конденсатор. Во-вторых, их температурно-частотная характеристика (ТЧХ) отличается от ТЧХ кварцевого резонатора, т е. Искажается. В-третьих, частота генераторов очень зависит от напряжения питания, кроме того, в генераторе по схеме на рис. 1.5.3,а в ряде случаев рассеиваемая мощность на кварцевом резонаторе может превышать предельно допустимое значение.

Рис. 1.5.5 – Генератор

Генератор, схема которого приведена на рис. 1.5.5, свободен от перечисленных недостатков и имеет улучшенные технические характеристики. Его рабочая частота отличается от частоты кварцевого резонатора не более чем в 3 • 10-7 раза (у генератора, собранного по схеме Рис. 1.5.3, — в 10 • 10-6). При изменении напряжения питания относительно номинального на ±:10 % изменение частоты не превышает 1 • 10-6(в первом варианте 10 • 10-6). На кварцевом резонаторе рассеивается мощность — не более 1 мВт (в первом варианте — не менее 4 мВт). Частоту генерируемого сигнала можно регулировать в пределах 10 • 10-6 относительно частоты кварца. ТЧХ генератора идентична ТЧХ кварцевого резонатора. Для повышения температурной стабильности генератора, его можно поместить в термостат. Температура термостатирования резонатора и микросхемы — (70±1) °С.

Технические характеристики кварцевого генератора удалось улучшить включением дополнительного резистора параллельно инвертору DD1.3. Как показано на рис. 1.5.5, в точке А генератора действует импульсное напряжение непрямоугольной формы. Это по видимому связано с тем что, что у кварцевых резонаторов на частоте 2…30 МГц динамическое сопротивление кварца составляет единицы-десятки Ом. Поэтому это малое сопротивление оказывает влияние на формирование вершины импульса напряжения в точке А, форма которой, в свою очередь, влияет на частоту возбуждения генератора.

Инвертор DD1 3 с параллельно включенным резистором R4 предназначен для формирования в точке А импульсов напряжения, близких по форме к прямоугольным, и уменьшения тока через кварцевый резонатор. Так как резистор R2 уменьшает коэффициент запаса по возбуждению, то для того, чтобы компенсировать это уменьшение, применена местная положительная обратная связь через резистор R3.

Конденсатор С1 нужен для устойчивого возбуждения генератора на частоте последовательного резонанса кварца. Кроме того, он устраняет «дрожание» фронта и спада импульсов.

Резисторы R1, R4 в генераторе — С2-29-0.1 25, R2 — СП5-16ВА-0,25, R3 — МТЕ-0,125 Конденсатор С1 — КТ-1-М47. Резонатор кварцевый К1-4ИЕ-7800 кГц.

1.6Формирователи на таймере ВИ1

Реле времени на таймере ВИ1, можно собрать по схеме приведенной на рис. 1.6.1. Выдержка времени начинается после нажатия на кнопку SB1. При этом на выводе 3 таймера появляется напряжение, и реле К1 срабатывает, управляя необходимыми устройствами. Выдержка определяется емкостью подключенного переключателем SA1 конденсатора С2—CN, сопротивлением резистора R3 и положением движка переменного резистора R4. Если вместо резистора R3 включить фоторезистор, время выдержки будет автоматически изменяться в обратной зависимости от интенсивности падающего на него светового потока. Прервать выдержку времени можно нажатием на кнопку SB2.

Рис. 1.6.1 – Реле времени на таймере ВИ1

2. Обоснование выбранного варианта технического решения

В данном курсовом проекте использовался микроконтроллер фирмы ATMEL, AT90S2313 так как это экономичный 8 битовый КМОП микроконтроллер, построенный с использованием расширенной RISC архитектуры AVR. Исполняя по одной команде за период тактовой частоты, AT90S2313 имеет производительность около 1MIPS на МГц, что позволяет разработчикам создавать системы оптимальные по скорости и потребляемой мощности.