Разработка структурной и принципиальной схем генератора ступенчато изменяющегося напряжения с управлением наклоном “пилы”

ВВЕДЕНИЕ

В наше время большое распространение получили цифровые системы обработки сигналов. Во многих таких системах управления используются сигналы специальной формы – ступенчатые – с управляемыми частотой и наклоном “пилы”. Причём, не редко, управлять приходится удалённо, т.е. через 2-х проводную линию связи.

В данном проекте необходимо разработать генератор ступенчато изменяющегося напряжения с управлением наклоном “пилы” и его частотой через линию связи от некоторого абстрактного устройства.

Данный курсовой проект посвящен разработке структурной и принципиальной схем такого генератора.

1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА

При проектировании разработана структурная схема генератора ступенчато изменяющегося напряжения с управлением наклоном и частотой, представленная на рис.1.1.

Рис.1.1. Структурная схема телеметрической системы

Обозначения на рис.1.1:

Г – задающий тактовый генератор

ГСН – формирователь напряжения ступенчатой формы

Uc – аналоговый ступенчатый сигнал;

АЦП – преобразователь аналогового напряжения в 8-разрядный двоичный код;

1.1  Передающая часть системы

Генератор Г (см рис.1) генерирует тактовые импульсы заданной частоты и скважности (меандр), которые поступают на формирователь ФСН. Там поступающий сигнал преобразуется в импульсы ступенчатой формы с количеством ступенек равным 256.  Вид ступенчатого сигнала показан на рис.2.

С формирователя  аналоговый сигнал идёт в нагрузку, а так же на АЦП, где преобразуется в 8-и разрядный цифровой код. Этот код через интерфейс связи отсылается по линии связи управляющую ЭВМ.

2.2 Управляющая часть системы

По линии связи приходят управляющие слова в виде двоичных 8-и разрядных кодов. В них заложена информация о наклоне сигнала и частоте. Через интерфейс связи они поступают на схему управления. Которая, в свою очередь, управляет наклоном и частотой выходного сигнала.

2.  ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

На основе структурной схемы разработана принципиальная схема.

2.1.  Выбор основной элементной базы устройства

В качестве генератора тактовых импульсов использована микросхема К555ГГ2, представляющая собой 2 мультивибратора.

Формирователь ступенчатого напряжения состоит из счётчика К555ИЕ19, двух микросхем К155ЛА3, микросхемы операционного усилителя К140УД1А.

В качестве преобразователя аналог-код взят 8-и разрядный микромощный АЦП на микросхеме К572ПВ3.

Интерфейс связи состоит из шинного приемопередатчика со сдвигающим регистром иностранного производства – микросхема AC11859.

В схеме управления применены дешифратор К155ИД6, компаратор К555СП1,логические элементы – К155ЛН1, двоичные счётчики К555ИЕ2 и К155ИЕ8. Функции всех элементов  описаны ниже

Перечень элементов представлен в приложении.

2.2.  Принцип работы

Включение системы осуществляется путём нажатия командных кнопок КН-1 и КН-2. При этом начинает работать задающий генератор DD7 и начинают подаваться тактовые импульсы на формирователь ступенчатого напряжения и АЦП .

2.2.1.  Работа передающей части системы

При запуске системы после нажатия командной кнопки КН-1 на вход счётчика DD3 через делитель частоты на 8 DD8 и управляемый делитель DD2 поступает последовательность тактовых импульсов с генератора DD7. При этом счётчик DD3 вырабатывает сигналы, поступающие через схему И-НЕ (DD4, DD5) на резистивную матрицу R1-R6, являющуюся по сути ЦАП, подключённым к опрерационному усилителю DA1. Счётные импульсы складываются, и на выходе усилителя формируется ступенчатое напряжение (см рис 1.2)

Количество ступенек равно 2⁸=256, амплитуда равна 4 В. Переменным резистором R12 можно перемещать сигнал относительно постоянной составляющей.  [1]

Далее полученный аналоговый сигнал поступает как на АЦП, так и в нагрузку. Для согласования применён эмиттерный повторитель – VT1,R10, который позволяет уменьшить влияние нагрузки. [1]

От усилителя сигнал поступает на аналоговый вход АЦП (см рис.2.1.).По поступлению импульсов начала преобразования  АЦП начинает преобразовывать аналоговое напряжение U_С в двоичный 8-разрядный код. [5] Информационные выходы 15..4 (рис.2.1.) подключены через шину к входным сдвигающим регистрам приёмо-передатчика DD11.

DD1

Рис.2.1 Типовая схема включения БИС АЦП К572ПВ3 в режиме преобразования