Розробка генератору сигналів з програмним керуванням - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника аттестационная работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Розробка генератору сигналів з програмним керуванням

Цифрові методи синтезу синусоїдальної напруги. Програмна реалізація цифрової частини. Функції управління генератором. Загальні питання охорони праці. Характеристика виробничого середовища. Небезпечні й шкідливі виробничі фактори. Метеорологічні умови.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1.2 Генератори сигналів довільної форми
2.1 Цифрові методи синтезу синусоїдальної напруги
2.2 Програмна реалізація цифрової частини
3.2 Характеристика виробничого середовища
3.3 Небезпечні й шкідливі виробничі фактори
3.4.2 Освітлення виробничого приміщення
При проведенні різного роду випробувань, вимірюваннях режимів роботи електронних схем, а також градуюванню вимірювальних приладів потрібні джерела електричних сигналів, здатні виробляти коливання різних частот і форм. Такі джерела відносяться до генераторів електричних коливань або, спрощено, генераторів сигналів. Якщо генератори сигналів володіють можливістю точної установки і регулювання в широких межах вихідних параметрів, а також високою стабільністю в часі і при дії зовнішніх дестабілізуючих чинників, їх відносять до вимірювальних генераторів.
Серед вимірювальних генераторів розрізняють генератори гармонійних і імпульсних сигналів, сигналів спеціальної форми, тобто форми, що відрізняється від прямокутної (пилкоподібною, трапецеїдальною, трикутною і тому подібне) частоти, що коливається, і ряд інших. По вигляду модуляції виділяють генератори з амплітудною, частотною, імпульсною, комбінованою, різними видами маніпуляцій і інш.
Вимірювальні генератори імпульсних сигналів розділяють на генератори одиночних імпульсів і безперервних послідовностей, парних імпульсів і імпульсів, що представляють кодові групи.
Разом з вимірювальними генераторами, генератори сигналів як окремі функціональні вузли використовуються в схемотехніці радіопередавальних і приймальних пристроїв, в апаратурі обчислювальної, медичної, побутової техніки, в пристроях автоматики, телемеханіки і багатьох інших областях.
Таке різноманіття сфер застосування зумовило необхідність створення універсальних джерел сигналів, тобто сигналів не тільки синусоїдальною, але і ряду інших форм: меандра, трикутною і тому подібне. Ці джерела відносять до генераторів спеціальної форми або, як їх ще називають, функціональним генераторам. Проте багатофункціональність передбачає і необхідність наявності достатньо великої кількості елементів регулювання і управління генератором, що значно ускладнює його експлуатацію. Тому розробники слідують по шляху програмного управління функціями прибору за допомогою мікропроцесорної системи.
Темою даного дипломної роботи є "Розробка генератора сигналів з програмним керуванням".
Метою даной дипломної роботи є проектування генератора сигналів з програмним керуванням.
Виходячи з мети роботи, визначені завдання які необхідно вирішити в роботі:
- проведення аналізу генераторів сигналів;
- зпроектувати генератор синусоїдальної напруги;
- розробка програмного забезпечення керування генератором.
Генератор вимірний, прилад, що генерує електричні коливання малої потужності для випробування і налаштування радіотехнічних пристроїв і застосовується головним чином як джерело змінного струму широкого діапазону частот. Основні вимоги до генератора: стабільність (постійність) частоти і амплітуди коливань, що генеруються, постійність форми вихідних сигналів у всьому діапазоні частот, ретельне екранування приладу для виключення дії його внутрішніх електромагнітних полів на апаратуру, що настроюється (що перевіряється). Сигнали з генератора найчастіше подаються по коаксіальному або екранованому кабелю, а також по хвилеводу. Конструктивне оформлення генараторів і їх принципові схеми різні і залежать від виду сигналів (синусоїдальні, імпульсні, спеціальні форми) і діапазону частот, що генеруються.
Генератори низької (звуковий) частоти (ГНЧ) застосовують головним чином для налаштування і визначення технічних характеристик низькочастотних трактів, вузлів і елементів радіоприймальних і радіопередавальних пристроїв, а також як зовнішні модулятори генераторів сигналів і джерел живлення вимірювальних пристроїв, для градуювання частотомірів і ін. пристроїв, що працюють в діапазоні частот від 20 гц до 200 кгц. Вихідний сигнал ГНЧ по напрузі можна плавно або ступенями міняти від 0,1 мв до 150 в і по потужності до 5 Вт при коефіцієнті нелінійних спотворень більше 1%. ГНЧ конструктивно прості, стабільні по частоті і допускають плавне регулювання її по всьому діапазону.
Генератор стандартних сигналів (ГСС) найчастіше служить джерелом синусоїдальних електричних коливань. Всі параметри вихідного сигналу ГСС (частоту, амплітуду, напругу, потужність, а також вигляд і глибину модуляції) можна міняти в широких межах, але значення їх точно визначені (відкалібровані) для кожного положення налаштування. Залежно від діапазону частот, що генеруються, ГСС підрозділяються на генератори інфранізких частот (від 50 мкгц до 1000 гц) для перевірки і регулювання автоматичних стежачих систем, електронних моделей і ін. апаратури, що працює в цьому діапазоні; генератори звукових і ультразвукових частот (від 20 гц до 200 кгц) для калібрування і регулювання апаратури зв'язку і гідроакустики; генератори високих частот (від 100 кгц до 100 Мгц) для перевірки і налаштування приемо-передающих радіотехнічних пристроїв зв'язку і телебачення; генератори СВЧ (від 100 Мгц до 80 Ггц) для дослідження, налаштування і регулювання радіолокації і ін. радіоелектронної апаратури СВЧ. ГСС проснащают модуляторами з різними видами модуляції (амплітудною, частотною, імпульсною); крім того, в них передбачена можливість модуляції від зовнішнього джерела. Вихідний сигнал ГСС регулюється по напрузі від доль мкв до 1 в, по потужності -- від доль пвт до декілька мвт.
Генератор сигналів (ГС) відрізняється від ГСС в основному більшою вихідною потужністю (до декількох Вт) і меншою точністю градуювання частоти. Застосовується як джерело високочастотних електричних коливань для дослідження і налаштування радіотехнічних пристроїв. Різновидом генераторів сигналів є генератори частоти, що коливається, призначені для візуального налаштування коливальних контурів, фільтрів, амплітудно-частотних характеристик радіоапаратури в діапазоні від НЧ до СВЧ (див. Свіп-генератор).
Генератори відеочастот застосовують для дослідження і регулювання систем УКВ, віщання з частотною модуляцією, телебачення і зв'язку, при перевірці і випробуваннях виборчих схем. Пристрій і конструктивне виконання їх аналогічні ГНЧ; істотна відмінність полягає в ширшому діапазоні частот, що генеруються, що досягає верхнього значення 30 Мгц.
Генератори імпульсів (ГІ) широко застосовують в техніці радіолокації і обчислювальної, при налаштуванні і випробуванні радіотехнічної і радіоелектронної апаратури, для вимірювань часу, моделювання неперіодичних і випадкових процесів і так далі Існує декілька модифікацій ГИ, відмінних по частоті повторення (від 0,1 гц до 100 Мгц), тривалості імпульсів (від 1 сік до 10 нсек), шпаруватості (від 2 до 1000 і більш) і за формою коливань (прямокутні, загострені, пилкоподібні і т. д.), що генеруються, а також генератори пачок імпульсів (генератори кодових імпульсів). ГІ випускаються одноканальні (один вихід) і багатоканальні (два і більш за виходи) з різними полярністю і рівнями вихідних сигналів; мають, як правило, ступінчасту установку тривалості імпульсів і плавне регулювання їх періодичності.
1.2 Генератори сигналів довільної форми
Генератори сигналів довільної форми надають розробникам електронної апаратури значно більше можливостей, чим генератори стандартних сигналів (синус, прямокутник, трикутник, пила). Ці генератори здатні створювати сигнали, близькі формою до реальних. При використанні таких генераторів немає необхідності підсумовувати декілька сигналів, щоб отримати потрібний, наприклад, при оцінці інтермодуляційних спотворень, що вносяться підсилювачем. За допомогою ГСПФ розробник може спочатку створити стандартні коливання, а потім ввести в них специфічні вузькі імпульси, перешкоди і спотворення, які виникають в процесі експлуатації.
Крім того, ГСПФ дозволяють відтворювати сигнали, записані за допомогою самописця або осцилографа на реальному об'єкті. Це допомагає зменшити кількість виїздів на об'єкт для випробування нового устаткування і підвищити якість наладки при подальшому серійному виробництві.
Важлива сфера застосування ГСПФ -- автомобільна електроніка. Це пов'язано з тим, чтосигнали датчиків автомобільних систем не збігаються формою із стандартними сигналами. ГСПФ можуть генерувати специфічні випробувальні сигнали для систем промислової автоматики і так далі
Основними параметрами, характеризуючими ГСПФ, є:
* максимальна тактова частота -- максимальна частота зміни вхідного слова вихідного цифроаналогового перетворювача (ЦАП);
* максимальна частота сигналу, що генерується. Зазвичай приводиться частота синусоїди і пилкоподібного сигналу;
* роздільна здатність по амплітуді (вертикальний дозвіл) -- може бути вказана у відсотках від максимального розмаху вихідної напруги або як розрядність вихідного ЦАП;
* максимальна амплітуда сигналу (при ненавантаженому виході або при навантаженні 50 Ом);
* об'єм пам'яті -- указується максимальна кількість відліків ЦАП за період вихідного сигналу.
По експлуатаційних можливостях ГСПФ підрозділяються на:
* повністю автономні -- користувач має можливість встановити режим або створити будь-яку форму сигоніт, не удаючись до допомоги комп'ютера;
* частково автономні -- управління генератором здійснюється в автономному режимі, за винятком створення нових форм коливань, які виробляються на комп'ютері і записуються в пам'ять генератора;
* генератори -- приставки до комп'ютера;
* генератори -- внутрісистемні комп'ютерні плати.
Повністю автономні генератори не потрібно підключати до комп'ютера, всі параметри сигналу, зокрема форма, задаються органами управління на лицьовій панелі приладу. Але задати довільну форму на таких генераторах непросто: керівництво по програмуванню форми займає не один десяток сторінок, і введення форми вимагає хорошого володіння клавіатурою конкретного генератора. Крім того, розвинений інтерфейс користувача приводить до додаткових витрат при проектуванні і виготовленні генератора, тому автономні ГСПФ стоять набагато дорожче близьких по характеристиках, але неавтономних приладів.
Рис. 1.1 _ Генератори сигналів довільної форми
Генератори, виконані у вигляді приставки до комп'ютера, дозволяють производієві заощадити на корпусі, органах управління і елементах індикації. Управління всіма параметрами сигналу здійснюється з програми I IK, сигнали передаються через один із стандартних інтерфейсів (Rs-232, USB або LPT). Генератори-приставки дешевше автономних, але користуватися ними не завжди зручно, оскільки вони "прив'язані" до ПК.
ГСПФ -- плати розширення IIK -- є найбільш дешевим рішенням, але вони не мають гальванічної ізоляції від ПК, що у багатьох випадках неприйнятно. Якщо ж на платі вихід гальванічно "відв'язав", то така плата перестає бути дешевою.
Частково автономні генератори мають спрощений інтерфейс користувача (в порівнянні з автономними) і в той же час дозволяють управляти всіма параметрами сигналу без підключення IIK. Такі ГСПФ зазвичай мають незалежну пам'ять для зберігання довільних форм, що дозволяє записати використовувані довільні сигнали в генератор з ПК і надалі встановлювати їх але мірі необхідності в автономному режимі. Спрощення інтерфейса користувача і програмного забезпечення генератора призводить до зниження його ціни.
У бюджетних моделях генераторів провідні виробники ГСПФ (Agilent, Fluke) відмовилися від повної автономності і випустили частково автономні генератори. Цей крок був зроблений для зменшення ціни при збереженні зручності використання і характеристик генераторів.
Рис. 1.2 _ Генератор сигналів довільної форми ГЕНС-101
В Україні також почали випускати частково автономний генератор сигналів довільної форми ГЕНС-101 [1] (малюнок). Завдяки відмові від повної автономності вдалося утримати ціну ГКНС-101 на рівні цін генераторів -- приставок до ПК.
ГЕНС-101 володіє наступними характеристиками:
* одноканальний генератор з частотою перетворення 10омвиб/с;
* дозвіл по напрузі 14 битий (16 3S4 діськрети);
* частота синусоїди до 20 Мгц; пили, довільної форми (більше 100 крапок на період) до 1 Мгц;
* амплітуда вихідного сигналу 18 В п-п при ненавантаженому виході і 8 В п-п при навантаженні 50 Ом;
* зручний призначений для користувача інтерфейс на основі 4-рядкового ЖКИ;
* доступ до всіх параметрів генератора через систему меню;
* режим відображення всіх основних параметрів сигналу одночасно;
* можливість зберігання до 15 довільних форм сигналу в незалежній пам'яті генератора;
* гнучкі режими програмної зміни параметрів сигналу, зокрема можливість зміни параметра сигналу по заданій формі;
* синхровход і синхровиход для синхронізації генератора з іншими пристроями;
* режим частотоміра з дозволом до 10^9;
* гальванічно ізольований інтерфейс USB для управління параметрами і формою сигналу з ПК-
Генератор ГЕНС-101 має вбудований аттенюатор -20 дб і два вихідних фільтру: Бесселя з частотою зрізу 10 Мгц і Чебишева з частотою зрізу 25 Мгц
Бюджетні ГСПФ на українському ринку можна розділити за ціною на три категорії: від $ 1700, від $500 до $900, менше $500. 1. От $1700: у цю категорію входять автономні і
напівавтономні генератори лідерів ринку -- модель AFG310 фірм Tektronix [2] і модель 33220а компанії
Agilent [3]. До цієї ж категорії належить генератор ГСС-93/1 фірми А-КИП, але сайт і країну походження цієї фірми авторам знайти не вдалося.
2. От $500 до $900: у цю цінову категорію входить частково автономний генератор ГЕНС-101 фірми "Челенергопрібор" [1], серія приставок ПК (моделі АНР-3121/ 3122/3123) під торговою маркою "Актаком" [4] і приставка ПК В-332 [5] білоруської фірми "Ауріс".
3. Менше $500: найдоступнішими є генератори у вигляді плати ПК Agent В-230 [6] від "Ауріс" і ГСПФ-052 [7] фірми "Руднев-шиляєв". Також в цій категорії знаходяться приставки ПК Pcg10 від Velleman і ГСПФ-053 фірми "Руднев- Шиляєв".
Відомий досвід в цьому напрямі є у компанії Analog Devices, що випускає в інтегрального виконання функціональні генератори Ad5930, Ad5932, Ad9833. Так, зокрема, компонентом Ad9833 є програмований генератор з можливістю формування синусоїдальних, трикутних і прямокутних вихідних сигналів в діапазоні частот від 0 до 12,5 Мгц і не вимагає підключення додаткових зовнішніх елементів. Вихідні частоти і фази сигналів задаються програмно. При вхідній тактовій частоті (fmclk), рівній 25 Мгц забезпечується роздільна здатність до 0,1 Гц, а при тактовій частоті в 1 Мгц, Ad9833 може мати дозвіл в 0,004 Гц. Ad9833 програмується через трипровідною послідовний інтерфейс, що працює з тактовою частотою до 40 Мгц, і сумісний з SPI, QSPI, MICROWIRE і DSP стандартними інтерфейсами. Генератор зберігає основні технічні параметри при напрузі джерела живлення від 2,3 В до 5,5 В, при цьому споживана потужність при напрузі 3 В составляетвсього лише 20 мвт. Проте, з метою додаткового зменшення споживаної потужності цей компонент має функцію виключення живлення (SLEEP), що дозволяє при різних режимах роботи відключати окремі невживані функціональні вузли пристрою. Наприклад, цифро-аналоговий перетворювач може бути відключений, коли згенерував імпульсний вихідний сигнал. На мал. 1 приведена спрощена функціональна схема Ad9833.
Рис. 1.3 _ Функціональна схема Ad9833
Синусоїдальні сигнали (мал. 2) можна представити у вигляді їх миттєвого значення а(t)= sin(щt). Проте це нелінійне представлення сигналу і його генерація переважна з використанням шматкових конструкцій. З іншого боку, уявлення в кутовій формі лінійно по своєму характеру і представляє фазове циклічне зрушення на фіксований кут для кожної одиниці часу. Кутова швидкість залежить від частоти сигналу і рівна щ = 2рf (рис. 1.4).
З урахуванням того, що фаза синусоїдального сигналу лінійна і відомий період повторення, фазове зрушення для періоду може бути визначений як Дц = щДt. Звідси щ = Дц/Дt = 2рf. Вирішуючи відносно f і замінюючи тактову частоту на період (1/f MCLK ), отримаємо f = Дц Ч f MCLK /2р.
Компонент Ad9833 генерує сигнали, використовуючи даний вираз. Це досягається за допомогою застосування наступних функціональних вузлів: цифрового керованого генератора з фазовим модулятором, таблиці синусов (SIN ROM) і цифро-аналогового перетворювача (мал. 1). Керований генератор і фазовий модулятор складаються з двох частотних регістрів, фазового акумулятора, двох фазових регістрів зрушення і схеми підсумовування фаз. Таблиця SIN ROM використовується для перетворення інформації з частотних і фазових регістрів з метою формування спільно з ЦАП синусоїдальних сигналів на виході. Цим процесом управляють розряди MODE і OPBITEN, комутуючи відповідні ланцюги генератора. Якщо таблиця SIN ROM виключається з процесу формування сигналу при перемиканні Muх1 розрядом MODE, ЦАП генеруватиме лінійну трикутну функцію. В цьому випадку SIN ROM може бути відключена розрядом Sleep2. Отримання прямокутних коливань досягається підключенням до виходу схеми компаратора розрядом OPBITEN з можливим відключенням ЦАП за допомогою Sleep1. Частота послідовності прямокутних імпульсів на виході при необхідності може бути зменшена в два рази, що забезпечується розрядом Div2 управляющегорегістра.
Програмування генератора проводиться шляхом завантаження даних в пристрій у вигляді шестнадцатіразрядних слів під управлінням послідовності тактових імпульсів SCLK. Вхід FSYNC (мал. 3) містить трігер рівня, який забезпечує кадрову синхронізацію і включення генератора. Докладніший функціональний опис Ad9833, а також інформація про біти, що управляють, приведені в технічній документації.
Оскільки компонент має різні вихідні функції, він може бути використаний в різноманітних застосуваннях, зокрема, в якості і автономного генератора. Разом з традиційними, можливе застосування в областях, в яких потрібні модульовані коливання. Пристрій може бути використане як для реалізації простих типів модуляції, таких як FSK, так і складніших GMSK, QPSK і ряду інших.
У схемі на мал. 1.5 компонент D1 типу 74НСТ244 призначений для буферизації шини даних і управління, але може бути виключений з схеми, якщо мікроконтролер конструктивно розташований поблизу від генератора. Оскільки Ad9833 має стандартний послідовний інтерфейс, він може бути підключений безпосередньо до різних мікропроцесорів. На мал. 4 приведений послідовний інтерфейс Ad9833 і мікроконтролера 80С51/80L51.
Рис. 1.6 _ Підключення Ad9833 до контроллера 80С51/80L51.
При роботі з генератором мікроконтролер функціонує в режимі 0, тоді лінія TXD 80C51/80L51 формує сигнал SCLK для Ad9833, а по лінії RXD пересилаються дані. Сигнал FSYNC формується програмно з виведення Р3.3 порту і встановлюється в низький рівень при пересилці даних, які передаються у восьмибітовому форматі. Після закінчення передачі другого байта даних Р3.3 переводиться у високий рівень. Між двома операціями запису SCLK необхідно підтримувати у високому стані.
Приклад включення Ad9833 і мікроконтролера 68НС11/68L11 приведений на мал. 1.7.
Рис. 1.7 _ Підключення Ad9833 до контроллера 68HC11/68L11.
Мікроконтролер настроюється таким, що веде з установкою бита MSTR в SPCR в одиницю. Це забезпечує те, що послідовне тактує SCK до тих пір, поки з виходу MOSI дані поступають на послідовну лінію SDATA. Сигнал FSYNC формується на лінії Рс7. Умови коректної роботи інтерфейсу наступні:
* SCK знаходиться у високому стані між операціями запису (CPOL = 0);
* дані прочитуються по зрізу SCK (CPHA = 1).
При пересилці даних в Ad9833, лінія FSYNC встановлюється в низький стан. Як і у попередньому випадку дані пересилаються у восьмибітовому форматі. Тільки після пересилки другого байта лінія FSYNC може бути знову встановлена у високий рівень.
У ланцюзі управління Ad9833 може бути використаний і цифровий сигнальний процесор, зокрема, сімейства Adsp-21хх (мал. 6).
Рис. 1.8 _ Підключення Ad9833 до процесора Adsp-21хх.
Регістр порту SPORT, що управляє, має бути запрограмований таким чином:
* робота внутрішнього джерела тактових імпульсів (ISCLK = 1);
* активний низький рівень лінії синхронізації кадрів (INVTFS = 1);
* шестнадцатіразрядниє слова (SLEN = 15);
* внутрішній сигнал синхронізації кадрів (ITFS = 1);
* формування синхронізації кадрів для кожного запису (TFSR = 1).
Процес обміну починається із запису слова в регістр Тх після того, як SPORT ініціалізував. Дані поступають на вихід по кожному фронту сигналу синхронізації, і по кожному зрізу SCLK приймаються в Ad9833.
Конструктивно компонент Ad9833 виконаний у вигляді десятививідного корпусу типу MSOP розмірами 3?3 (мм) без урахування довжини виводів, що мають відстань між осями 0,5 мм. Друкарська плата для Ad9833 має бути ськомпонована так, щоб аналогові і цифрові ланцюги були розділені і розташовані поблизу відповідних виводів компоненту, а шини аналогової і цифрової землі повинні з'єднуватися в одній крапці. Для розв'язки по ланцюгах живлення бажано використовувати керамічні конденсатори ємкістю 0,1 мкф, сполучені паралельно з танталовими конденсаторами ємкістю близько 10 мкф, і розташовувати їх на мінімальному видаленні від компоненту. Для запобігання наведенням на інші частини плати шина SCLK повинна екрануватися цифровою землею, при цьому, одна сторона плати з елементами винна повністю відводиться під шину землі, а сигнальні шини необхідно розташовувати на протилежній стороні. При дотриманні цих вимог монтажу Ad9833 функціонує в штатному режимі.
2.1 Цифрові методи синтезу синусоїдальної напруги
Низькочастотний генератор синусоїдальної напруги є одним з найбільш поширених приладів у вимірювальній лабораторії. Генератори промислового виробництва мають великі габарити і вага, а до того ж, чималу вартість. Крім того, аналогові генератори володіють цілим рядом недоліків: недостатньою точністю установки і стабільністю частоти і амплітуди, відносно великим коефіцієнтом гармонік.
Існують цифрові методи синтезу синусоїдальної напруги. Найочевиднішим з них є метод, який схематично показаний на малюнку:
Рис. 2.1 _ Методи синтезу синусоїдальної напруги.
Із задаючого кварцевого генератора G сигнал поступає на дільника частоти із змінним коефіцієнтом ділення DIV. Коефіцієнт ділення задається зовнішньою схемою управління, наприклад, мікропроцесором. З виходу дільника частоти сигнал поступає на двійковий лічильник CT. Цей лічильник формує адреса для постійного пристрою ROM, що запам'ятовує, містить таблицю функції sin. До виходів ROM підключений цифро-аналоговий перетворювач DAC, який формує синусоїдальну напругу. Після фільтрації за допомогою фільтру нижніх частот LPF воно поступає на вихід генератора. Такий метод синтезу володіє рядом недоліків. По-перше, крок перебудови залежить від частоти. Для отримання прийнятної точності установки частоти вверху робочого діапазону потрібно вибирати частоту опорного генератора дуже великої. По-друге, при зміні вихідної частоти міняється і частота дискретизації, яка пов'язана з вихідною частотою співвідношенням:
Цей факт утрудняє побудова аналогового LPF, оскільки її частота зрізу має бути змінній.
Набагато логічніше для формування синусоїдального сигналу подавати на входи DAC миттєві значення функції sin з постійною частотою дискретизації. Безпосереднє обчислення значень функції sin утруднене, оскільки закон, по якому вона змінюється не лінійний і безпосередньо важко реалізовується. Набагато простіше обчислювати миттєві значення фази (аргумент функциі sin), яка змінюється лінійно, а потім перетворювати її в значення функції за допомогою перекодіровочной таблиці в ROM. Оскільки фаза змінюється лінійно, її обчислення зводиться до збільшення в кожному такті деякої добавки до поточного значення фази. Величина приросту фази визначає частоту сигналу:
Цей метод синтезу називають методом накопичення фази. Схематично реалізація цього методу показана на малюнку:
Є регістр фази Rg2, вміст якого в кожному такті збільшується на величину приросту фази. Величина приросту фази зберігається в регістрі Rg1. У кожному такті до вмісту регістра Rg2 за допомогою суматора SM додається вміст регістра Rg1. Таким чином, відбувається лінійне збільшення (накопичення) миттєвої фази. Збільшення фази не може відбуватися необмежено, оскільки будь-який реальний цифровий пристрій має кінцеву розрядність і, відповідно, обмежений діапазон представлення чисел. Наприклад, якщо накопичувач фази має розрядність 24 бита, то код фази може набувати значень в діапазоні від 0 до 2 в ступені 24 мінус одиниця. При формуванні синусоїдального сигналу має сенс обчислювати фазу тільки в діапазоні від нуля до двох пі. За межами цього діапазону синусоїда періодично повторюється. Тоді частота сигналу (f) і крок її перебудови (дельта f) відповідно рівні:
Значення миттєвої фази перетвориться в миттєве значення синусоїдального сигналу с допомогою перекодіровочной таблиці, що зберігається в ROM. Код миттєвої фази використовується як адреса ROM, а вихідним кодом ROM є миттєве значення синусоїдального сигналу. Цей код подається на вхід DAC. Немає необхідності використовувати все 24 біта миттєвого значення фази, тому що в помилці значень вихідного сигналу домінує складова помилки квантування DAC. Максимальне необхідне число розрядів адреси ROM - це число розрядів застосованого DAC плюс два. При подальшому збільшенні об'єму ROM якість сигналу практично не поліпшується [1]. На виході DAC формується синусоїдальний сигнал, який після низькочастотної фільтрації поступає на вихід генератора.
Такий принцип формування синусоїдального сигналу застосовується в DDS (Direct Digital Synthesizer), наприклад, Ad7008 фірми Analog Devices. Проте, мікросхеми DDS відносно дорогі. З появою швидкодіючих мікроконтролерів стало можливим реалізувати всю цифрову частину такого генератора сигналів програмно. Прицьому вартість генератора, при цілком прийнятних параметрах, виходить дуже низькою.
2.2 Програ мна реалізація цифрової частини
Основою генератора є мікроконтролер At90s2313 фірми Atmel. Швидкодії цього контроллера виявилося достатнім, щоб програмно реалізувати 28-розрядний накопичувач фази, що працює на частоті 250 Кгц. При цьому крок сітки рівний приблизно 0.001 Гц. Реально використовується крок сітки 0.01 Гц, що дозволило ввести цифрове калібрування опорної частоти.
Алгоритм цілком реалізований усередині переривання таймера, яке виникає з частотою 250кгц, тобто кожні 4 мкс. Таке мале значення часу зажадало граничної оптимізації обробника. Мікроконтролер має пам'ять програм об'ємом 2кбайт. Половина цього об'єму відведена для зберігання таблиці функції sin. Для економії місця зберігається тільки 1/4 частина періоду, оскільки функція sin володіє властивостями симетрії. Проте, в результаті дещо ускладнився алгоритм. Для збільшення швидкості роботи в таблиці зберігаються 8-розрядні відліки. Оскільки на 1/4 періоду знак функції не міняється, це дозволило знаковий розряд в таблиці не зберігати. Знак відновлюється програмно, тому фактично на DAC поступають 9-розрядні відліки. У генераторі застосований дешевий 10-розрядний DAC типу Кр572па1, що працює в 9-розрядному режимі. Максимальна частота вихідного сигналу залежить від багатьох чинників, зокрема від характеристик LPF. Можна сказати, що у будь-якому випадку повинне дотримуватися нерівність: відношення частоти дискретизації до максимальної вихідної частоти має бути більше чотирьох. Тому для даного генератора максимальна вихідна частота дорівнює 50 Кгц.
Рис. 2.3 _ Програмна реалізація цифрової частини
У різних чвертях періоду синуса обробник переривання працює по різних вітках. Дуже важливо при цьому забезпечити рівний час виконання кожної вітки. Текст обробника переривання приведений нижче:
Рис. 2.4 _ Текст обробника переривання
Оскільки в системі використовується тільки одне переривання, виявилося можливим розташувати обробник, починаючи з адреси вектора. Це дозволило обійтися без команди rjmp на початку обробника. Миттєва фаза зберігається в регістрах PHASEK, L, M, N. З 32 біт використовуються тільки 28 молодших. Приріст фази (код частоти) зберігається в регістрах FREQK, L, M, N. Оскільки таблиця функції sin має розмір 1024 байти, необхідна 10-розрядна адреса. Він формується з розрядів 16 - 25 миттєвої фази:
Розряд 26 визначає, триває перша або друга половина напівперіоду. На другій половині напівперіоду напрям зміни функції повинен мінятися на протилежне, для чого в цьому випадку адреса інвертується. Розряд 27 визначає, триває позитивний або негативний напівперіод. По суті це знаковий розряд. Тому він поступає безпосередньо на розряд Dac.9. Крім того, на негативному напівперіоді всі інші розряди DAC мають бути проїнвертіровани. Для усунення викидів (glitches) на головному переході DAC, при наростанні сигналу спочатку перемикається розряд Dac.9, а потім Dac1..8. На спаді все відбувається в зворотній послідовності. Логічніше було б виводити на DAC старші розряди одночасно, а потім один молодший. Але при цьому збільшується об'єм коди і, як наслідок, час виконання обробника переривання. Не дивлячись на всі прийняті заходи, для виконання основної програми залишилося всього 22.5% ресурсів. Проте, цього цілком достатньо, оскільки основна програма зайнята інтерфейсом з користувачем, де висока швидкодія не потрібна.
Як опорне джерело для DAC застосована мікросхема регульованого стабілітрона U3 типу Tl431. Для живлення мікроконтролера застосована мікросхема інтегрального стабілізатора U2 типу 78LR05, яка має вбудований монітор живлення. Вона формує сигнал RESET, коли напруга живлення падає нижче за норму. Монітор живлення обов'язковий, оскільки інакше у AVR при включенні/виключенні живлення псується внутрішній EEPROM даних (можливі і інші неприємності).
Оскільки DAC працює в однополярном режимі, було потрібно схему зрушення рівня. Вона виконана на ОУ U5b і резисторах R5, R6, R8. За нею включений активний LPF на ОУ U5c, U5d. Потрібно відзначити, що зсув нуля на виході LPF може бути задоволене значним. Застосований недорогий швидкодіючий ОУ Tl082 має досить великий зсув нуля. До того ж, схема зрушення рівня має бути виконана на прецизійних резисторах, інакше вона не точно виконує зрушення, що виявляється у вигляді підвищеного зсуву нуля. В даному випадку постійна складова сигналу в тракті завжди має дорівнювати нулю (си
Розробка генератору сигналів з програмним керуванням аттестационная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Ип Розничная Торговля Отчет По Практике
Реферат: Мазаринетки
И В Сочинения Том 4
Знак В Оглавлении Дипломной Работы
Пожарная Защита Реферат
Сочинение Рассуждение Слово О Русском Языке
Реферат: "Голубая роза" и "Бубновый валет"
Реферат На Тему Финансовый Контроль
Система Менеджмента Качества Курсовая Работа
Мини Сочинение Драма
Реферат На Тему Основные Философские Идеи Ф. Аквинского
Реферат Правила Рационального Питания
Дипломная работа: Договор имущественного страхования. Скачать бесплатно и без регистрации
Мое Отношение К Роману Дубровский Сочинение 6
Международное Сотрудничество В Области Здравоохранения Реферат
Курсовая работа по теме Аналіз стану основних засобів підприємства
Судебное Право Реферат
Доклад Глобальные Проблемы Современности Кратко
Реферат: Терминология теории систем. Классификация систем. Закономерности систем
Доклад: Приливные электростанции. Скачать бесплатно и без регистрации
Особливості перекладу англійських заперечень - Иностранные языки и языкознание дипломная работа
История создания Иртышской военной линии - История и исторические личности дипломная работа
Природные условия, ресурсы, природные и экологические проблемы Малайского архипелага (влажные тропические и экваториальные леса) - География и экономическая география курсовая работа