Создание частотного радиодальномера с цифровым анализатором спектра сигнала биений, страница 6

    Для получения оценки частоты сигнала (5.11) значение величены,  выбран равным 5 (по два с разных сторон от максимального значения в спектре сигнала).

    Тогда длительность импульса (5.11а):

                   5.16

    Следовательно необходимое количество ненулевых отсчётов:

.

    Вовремя ввода 102 временных отсчётов укладывается более полутора периодов минимальной частоты сигнала биений.

6.Разработка принципиальной схемы.

Один из портов ввода-вывода (Р0) микро ЭВМ КР1830ВЕ51 используется для передачи данных (шина данных), а также для передачи младшего байта адреса ячейки внешнего ОЗУ (шина адреса А0-А7). Поэтому для работы центрального процессора (ЦП) с внешним ОЗУ младшего разряда шины адреса подаются на дешифратор адреса микросхемы ОЗУ КР537РУ8А через буферный регистр КР580ИР82, стробируемый сигналом ALE=1 (разрешение фиксации адреса) центрального процессора.

    При максимальном измеряемом расстоянии количество информативных разрядов – 5 (30000мм).

    В качестве дешифраторов двоично-десятичного кода выбраны микросхема типа К564ИД5. Микросхема имеет на входе регистр-защелку. Напряжение низкого уровня на входе строба (вывод 1) защелкивает данные в нём[13].Запись других данных возможна при напряжении высокого уровня на входе строба. При использовании дешифраторов КР564ИД5 потребуется 4 линии ввода-вывода для передачи двоично-десятичного кода цифры и 5 линий для защёлкивания информации во входных регистрах дешифраторах, каждый из которых соответствует одному разряду результата в цифровом виде.

    Для получения оцифрованных значений сигнала выбран восьмиразрядный АЦП КР572 ПВ3[14]. Он выполнен, как и       микроЭВМ на КМОП-структуре, следовательно, непосредственной нагрузкой на его выходы может служить один из портов микроЭВМ без сопряжения (рис.6.1).

    Для усиления, фильтрации и формирования сигнала разностной частоты на входе АЦП используется УНЧ и АО (рис. 6.2).

    Напряжение на выходе смесителя:

,

где ,

- минимальная мощность смесителя сигнала на выходе смесителя с учётом потерь (),

 - выходное сопротивление, для смесителя на интегральной паре 3А130АС-3

.

    Тогда

,

    Для АЦП КР572ПВ3 входное напряжение сигнала должно быть в пределах от 0 до 10В. Усилением НЧ (DA1, DA2) достаточно усилить до 10В напряжение . Отсюда, необходимый общий коэффициент усиления по напряжению УНЧ:

.

Разделить коэффициент усиления на каждый каскад можно   поровну:

.

Коэффициент усиления каскада (рис.6.2) УНЧ на нулевой частоте:

.

Если    ,   то     сопротивление       должно      быть:

,

ближайший номинал  .

Частота среза всего УНЧ определяется максимальной частотой сигнала биения . Следовательно, емкости конденсаторов :

,

ближайший номинал .

Для уменьшения влияния сопротивлений конденсаторов  во всём диапазоне частот сигнала они должны составлять не более : . Тогда емкости конденсаторов  должны быть не менее:

можно выбрать .

Для уменьшения изменений выходного напряжения вызванных временным или температурными колебаниями входных токов в каскадах УНЧ установлено сопротивления , значение которых:

ближайший номинал,

минимальны выходной ток операционного усилителя первого каскада УНЧ будет определяться  и входным сопротивлением каскада  :

.

Для применения выбраны ОУ КР140УД18 [15], имеющие входной минимальны ток 1нА.

    Амплитуда выходного напряжения АО будет определяться напряжением стабилизации стабилитрона VD1. Для применения выбран стабилитрон КС191Ф [16], имеющий максимальное напряжение стабилизации 9,6В, рабочий ток 10мА. Ток через стабилитрон задаётся значением сопротивления резистора :

                       7.Разработка программного обеспечения

    Любая измерительная система требует устройства для отображения результатов измерения.

    При использовании частотного дальномера в качестве датчика системы сбора данных собственное устройство отображения информации (ОУИ) может отсутствовать.

    Предполагая использование частотного дальномера в качестве самостоятельного РЭУ, в качестве УОИ выбран жидкокристаллический индикатор (ИЖК) ИЖЦ31-6/7 [18]. Для работы ЖКИ необходимо, чтобы частоты управляющего напряжения была в пределах допустимого диапазона (30  100, Гц)

    Задачу генерирования сигналов как с частотой необходимой для управления ЖКИ, так и с частотой модуляции может решить микроЭВМ КР1830ВЕ51 [12] с помощью двух таймеров-счётчиков, входящих в её состав.

    Программным способом можно также задать частоту дискретизации сигнала разностной частоты, точнее частоту запусков АЦП.

    В соответствии с выбранным методом сглаживания, входная последовательность БПФ (временные отсчёты) дополняются нулями. Используя это обстоятельство для уменьшения объема вычислений при нахождении выходной последовательности БПФ [5], алгоритм преобразования выбран – с прореживанием по частоте.

    Разработанный алгоритм обработки сигнала (7.1) предусматривает постоянный контроль (измерение) расстояния.

    Программа, написанная на языке ассемблера для микро ЭВМ КР1830ВЕ51 (приложение 1), занимает в машинных кодах чуть более       0,5кбайт (с учетом используемых подпрограмм) и полностью размещается во внутреннем ПЗУ микроЭВМ. ВО внутреннем ПЗУ также хранятся значения поворачивающих множителей  (рис.7.2), количество которых равно .  Алгоритм БПФ реализован по способу с замещением, т.е. используется только один массив ячеек памяти для хранения входных и выходных отсчётов на каждом этапе преобразования. Величена массива – 512байта (по 256 для реальной и мнимой части отсчётов) потребовала внешнего ОЗУ.

    Время выполнения одного цикла программы (одного измерения) определяется в основном временем ввода 102 временных отсчётов – 1.28 мс (3.8) и временем выполнения алгоритма БПФ. В программе предусмотрено выполнение 576-ти базовых операции. Время выполнения каждой базовой операции не превосходит 176 машинных циклов, что при тактовой частоте  составляет 176 мкс.