Проектирование программно-управляемого генератора пачек прямоугольных импульсов на микроконтроллере (стр. 1 из 4)

Реферат

Пояснительная записка: 47 с., 30 рис., 4 табл., 6 ссыл., приложения.

Цель работы – Проектирование программно-управляемого генератора пачек прямоугольных импульсов на микроконтроллере.

Метод исследования – моделирование работы устройства с помощью программного пакета VisualMicroLab.

Генератор пачек прямоугольных импульсов реализован на микроконтроллере АТ90S2313. В память микроконтроллера записана специальная программа, по которой происходит работа устройства.

Результаты работы могут использоваться для разработки аппаратуры и реальных устройств.

МИКРОКОНТРОЛЛЕР, ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, ТАЙМЕР-СЧЁТЧИК, АЛГОРИТМ И ПРОГРАММА ФУНКЦИО-НИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВА.

Введение

В последние годы резко возросло употребление цифровых устройств, которые на фоне аналоговых занимают более высокое место. Создание конкурентоспособных технических изделий в настоящее время немыслимо без применения встроенных управляющих процессоров, придающих изделиям "интеллектуальные" свойства.

На сегодняшнее время ряд фирм, таких как Intel, Siemens, Philips, Atmel, AMD, Microchipи другие, выпускают широкийассортиментцифровых устройств. К ним относятся микропроцессоры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, микросхемы памяти и другие устройства. Для решения ряда задач часто нецелесообразноприменение универсальных микропроцессоров из-за их относительной дороговизны. Для этих целей подходят RISC-микропроцессоры, называемые микроконтроллерами. Это те же микропроцессоры, но имеющие более узкую направленность, т.е. для решения определённого ряда задач, а следовательно и низкую цену. Современные микроконтроллеры имеют расширенную гарвардскую архитектуру, достаточное быстродействие, возможность простого электрического перепрограммирования. Их используют для построения устройств безопасности, дистанционного управления объектами, электронных игр, домашней автоматики, в приборах автомобильной электроники, периферийном оборудовании персональных ЭВМ, в автоматическом промышленном оборудовании, медицинских приборах и т. п. В ряде случаев к микроконтроллерам предъявляются серьезные требования в части производительности, ограничения потребляемой мощности, низкого электромагнитного излучения и т. д.

Поэтому сейчас разработка цифровых устройств является очень важной задачей современной техники. Устройства на микроконтроллерах в этом плане занимают одно из первых мест.

1. Обзор аналогичных устройств

Для установки цифровых устройств в исходное состояние при включении питания можно применить простейшую RC цепь по схеме на рис. 1.1,а, формирующую импульс сброса положительной полярности. Для формирования короткого импульса положительной полярности при изменении уровня входного сигнала с нулевого на единичный служит схема, приведенная на рис. 1.1,б.

Рис. 1.1,(а, б) – Устройства подавления дребезга контактов (а – схема для установки цифровых устройств в исходное состояние, б – схема формирующая импульс положительной полярности)

На рис. 1.2,а - рис. 1.2,б приведены схемы подавления дребезга контактов, применяемые в устройствах выполненных на КМОП микросхемах. Первая из них формирует короткий импульс отрицательной полярности длительностью около 0,7 мкс на уровне 0,5 В в момент первого замыкания контактов кнопки. При этом конденсатор С1 быстро заряжается через резистор R2, и дальнейший дребезг контактов не влияет на выходное напряжение, так как разряжается он через резистор R1 большого сопротивления. Вторая используется, когда необходимо получить выходной импульс длительностью, равной продолжительности нажатия на кнопку. Колебания напряжения на резисторе R1, здесь сглаживает цепь R2,C1, резистор R1 служит для быстрой разрядки конденсатора C1.

а) б)

Рис 1.2.(а,б) – Схемы подавления дребезга контактов (а – схема формирования импульса отрицательной полярности, б – схема формирования импульса положительной полярности)

1.1 Фильтры

Устройство задержки импульсов изображенное на рис. 1.3,а также может использоваться для подавления дребезга. Время задержки фронтов и спадов импульсов здесь составляет 0,7R1C1. Если длительность импульсов меньше этого значения, они через это устройство не пройдут. Вариант устройства по схеме на рис. 1.3,б позволяет отдельно регулировать задержку фронта (резистором R1) и спада (R2) импульсов.

а) б)

Рис. 1.3.(а, б) – Устройство задержки импульсов (а – устройство задержки импульсов, б – устройство задержки фронта)

1.2 Одновибраторы

Схема простейшего одновибратора, выполненного на ТТЛ микросхеме приведена на рис. 1.4.1. Он запускается импульсом отрицательной полярности при нажатии на кнопку SB1 и формирует импульс длительностью около 0,5 мс отрицательной полярности.

Рис. 1.4.1 – Схема простейшего одновибратора

Рис. 1.4.2 – Схема одновибратора на D-триггере

На рис. 1.4.2 приведена схема одновибратора на D-триггере КМОП микросхемы. Он запускается или коротким им пульсом по входу S, или положительным перепадом по входу С. Уровень 1 появляющийся при этом на прямом вы ходе триггера (выход 1) начинает заряжать конденсатор С1 через резистор R1. Когда напряжение на конденсаторе достигает порогового значения для входа R, триггер переключается в исходное состояние Диод VD1 ускоряет разрядку конденсатора и возвращение устройства в исходное состояние (во многих случаях он может быть исключен) Длительность импульса одновибратора определяют по той же формуле, что и для дифференцирующей цепи фильтра. Так например при С=100мкф и R=1М, длительность импульса будет около 80С, при С=100мкф и R=390К - 40С, при С=10мкф и R=560К - 5С, при С=0,68мкф и R=2,7М - 1.5С. Для частоты 2кГц можно выбрать С=,015мкф и R=11К, для частоты 450Гц - С=0,022 и R=11К, для частоты 2Гц подойдет С=0,15мкф и R=1М.

Одновибратор, выполненный по схеме, приведенной на рис. 1.4.3,а, работает следующим образом: в исходном состоянии устройства на выходе счетчика DD2 присутствует напряжение высокого уровня, запрещающее работу генератора, собранного на элементах ИЛИ-НЕ (DD1.1. DD1.2) микросхемы DD1. При импульсе высокого уровня на входе счетчик DD2 обнуляется — на его выходе появляется напряжение низкого уровня, разрешающее работу генератора. После того, как счетчик отсчитает 213 импульсов, на его выходе появится напряжение высокого уровня, запрещающее работу генератора. Таким образом, по фронту импульса на входе запуска на выходе устройства формируется импульс низкого уровня длительностью в 213 импульсов задающего генератора. При этом на выходе 212 (вывод 2) счетчика формируется импульс высокого уровня вдвое меньшей длительности, заканчивающийся одновременно с основным низкого уровня, на выходе 211 (вывод 2)—два импульса и т.д. рис. 1.4.3,б. Поскольку формирование выходного импульса всегда начинается из одного и того же состояния задающего генератора, то исключается случайная погрешность длительности импульса, связанная с неопределенностью фазы генератора.

а) б)

в) г)

д)

Рис. 1.4.3,(а, б, в, г, д) – Схемы одновибраторов

Аналогичный одновибратор можно собрать на одной микросхеме К176ИЕ5, К176ИЕ12или К176ИЕ18. Вариант одновибратора собранного на микросхеме К176ИЕ5 (рис. 1.4.3,г) работает так же, как описанный выше, но его генератор собран на инверторах, предназначенных для кварцевого генератора микросхемы. Для запрета его работы напряжение высокого уровня с выхода 15 (вывод 5) микросхемы подается на вход цепи инверторов генератора через диод VD 1. При подаче с выхода 15 на вход запуска импульса низкого уровня диод VD1 закрывается и не мешает нормальной работе генератора.

Частота импульсов в схемах на рис. 1.4.3,г, рис. 1.4.3,в при сопротивлении резистора R2 более 20К, обратно пропорциональна произведению R1C1, при этом коэффициент пропорциональности зависит от образца микросхемы. Типичное значение частоты можно определить по формуле f=2/C1, где f – в мегагерцах, C1 – в пикофарадах.

Длительность импульса, формируемого таким одновибратором, соответствует 215 периода задающего генератора и, как и в описанном выше устройстве, на предпоследнем выходе 14 (вывод 4) счетчика формируется импульс высокого уровня вдвое меньшей длительности, а на выходе 9 (вывод 1) — пачка из 32 импульсов.

Следует отметить, что при построении одновибратора на микросхеме К176ИЕ5 случайная погрешность длительности формируемого импульса составляла бы 1/32 от его длительности, так как на младшие девять разрядов счетчика импульс обнуления не поступает. В этом же варианте одновибратора в момент окончания формирования импульса все триггеры, кроме последнего, устанавливаются в нулевое состояние, поэтому формирование очередного импульса начинается из нулевого состояния всех триггеров счетчика.

Схема варианта одновибратора на микросхеме К176ИЕ12, или аналогичной ей К176ИЕ18, приведена на рис. 1.4.3,в. Длительность формируемого импульса составляет 39х32768 = 1 277 952 периода импульсов генератора, поскольку сигнал высокого уровня на выходе М (вывод 10) появляется спустя 39 с после обнуления счетчика.