Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Харківський Національний Університет Радіоелектроніки
Курсова робота
Програмно керований генератор лінійно-наростаючої напруги наднизької частоти на мікроконтролері
Харків 2011
Введення
Генератори лінійно - змінюється напруги називають іноді генераторами розгортки, хоча цей термін не відображає їх набагато ширшого застосування. З області розгорток запозичені назви двох основних частин пилоподібного імпульсу: прямий хід (головний, майже лінійна ділянка t п) і зворотний хід (порівняно коротка ділянка t о, форма якого зазвичай несуттєва).
Пікоподібне напруга це таке напруження, яке наростає або спадає лінійно протягом деякого відрізка часу, званого часом робочого ходу tо досягає первісного значення. Така напруга використовується пристроях порівняння, для горизонтальної розгортки електронного променя в електронно-променевої трубці в інших пристроях. Повернення променя в початкове положення повинен відбуватися, можливо, швидше, внаслідок чого спадаючий ділянку пилоподібного напруги повинен мати велику крутизну і малу тривалість.
пилкоподібні імпульси можна отримати за допомогою будь-якого релаксатора: мультивібратора, одне вібратора або блокінг-генератора. Тому генератори пилкоподібної напруги становлять особливий клас імпульсних пристроїв і заслуговують спеціального розгляду. Генератори лінійно-змінюється напруги є широко відомими пристроями імпульсної техніки. У цій роботі буде розглянуто створення генератора лінійно-спадаючого напруги на МК ATMega8515.
1. Огляд аналогічних пристроїв
1.1Простейшій генератор пилкоподібної напруги (ДПН)
У найпростішому випадку, коли не потрібна висока лінійність робочої ділянки вихідної напруги, застосовують заряд (малюнок 1.1, а) або розряд конденсатора через резистор R. Після розмикання ключа Кл конденсатор заряджається за законом:
u = E (1-e-t/П„), де П„ = RC.
Якщо під час робочого ходу використовувати лише початкова ділянка експоненти, тобто при tраб <<П„, або, іншими словами, при Um <
Оµ = Um/E. (1.1)
Можна визначити Оµ і за формулою
Оµ = Um/E = 1-e-tраб/П„ ≈ tраб/П„.
З (1.1) випливає, що коефіцієнт нелінійності Оµ виявляється рівним Um/E. Зазвичай це співвідношення називається коефіцієнтом використання джерела живлення. При цьому для отримання достатньо малого значення Оµ доводиться вибирати значення E у багато разів більшим амплітуди Um тобто погано використовувати напругу джерела живлення. Таким чином, найпростіша схема із зарядом або розрядом конденсатора через резистор виявляється придатною лише при порівняно невисокою лінійності (приблизно 10%).
Принципова схема найпростішого ГПН з транзисторним ключем і відповідні часові діаграми напруги наведені на рисунку 1.1б і 1.1в згідно [2].
Малюнок 1.1-Принципова схема ГПН з транзисторним ключем і відповідні часові діаграми
1.2Классіфікація ГПН із стабілізаторами струму
Як вже зазначалося вище, принцип дії схем генераторів пилкоподібної напруги полягає в використанні заряду або розряду конденсатора під час робочого ходу через стабілізатор струму. Враховуючи принципову спільність майже всіх застосовуваних на практиці схем генераторів, доцільно розглядати їх як варіанти однієї і тієї ж схеми. При цьому вони відрізняються один від одного, головним чином, лише способом створення напруги в ланцюзі стабілізатора струму. Згідно [2] з цього класифікаційною ознакою розрізняють такі типи генераторів:
1). Генератори, в яких стабілізатор струму реалізований у вигляді окремого структурного елемента зі спеціальним джерелом напруги Їсть.
2). Генератори, в яких джерело напруги Їсть стабілізатора струму реалізований у вигляді зарядженого конденсатора. Необхідно відзначити, що цей генератор по іншому класифікаційною ознакою часто відносять до групи компенсаційних пристроїв. Ідея побудови таких пристроїв заснована на тому, що стабілізація зарядного (Або розрядного) струму конденсатора С може бути досягнута, якщо послідовно з ним включити джерело, напруга якого змінюється по тому ж закону, що і на конденсаторі С, але має зворотну полярність. Роль такого джерела напруги виконує підсилювач. В залежності від способу включення підсилювача розрізняють схеми з позитивною і негативною зворотної зв'язком.
Малюнок 1.2- компенсаційний генератор з ООС (а), з ПОС (б).
На малюнку 1.2а показаний варіант функціональної схеми компенсаційного генератора з позитивною зворотним зв'язком (ПОС): якщо коефіцієнт посилення підсилювача К0 = +1, то підвищення потенціалу в точці а1 при заряді конденсатора С компенсується точно таким же підвищенням потенціалу в точці а2, і зарядний струм i залишиться незмінним. Звичайно, в практичних схемах внаслідок того, що коефіцієнт посилення К0 не залишається в процесі роботи постійним і точно рівним 1, а так само в результаті нестабільності інших параметрів схем спостерігається певне не постійності струму i і більше або менше значення коефіцієнта нелінійності напруги на конденсаторі і вихідної напруги Uвих. Генератор, який реалізує функціональну схему на малюнку 1.2а, називають компенсаційним генератором з ПОС.
3). Генератори, в яких роль джерела напруги стабілізатора струму виконує джерело живлення схеми. Такий генератор по іншому класифікаційною ознакою відноситься до компенсаційним генераторам з ООС (негативним зворотним зв'язком); функціональна схема такого генератора показана на малюнку 1.2б.
1.3 Генератори пилкоподібної напруги на операційних підсилювачах
Інтегруюча включення операційного підсилювача, що забезпечує одержання вихідної напруги, пропорційного інтегралу від вхідної напруги, передбачає включення конденсатора в ланцюг негативного зворотного зв'язку. Тому генератори пилкоподібної напруги на операційних підсилювачах будують за принципом генераторів зі зворотним зв'язком, інтегруючих постійне напруги джерела харчування, яке для них є вхідним.
На малюнку 1.3а показана схема генератора пилкоподібної напруги з інтегруючої RC-ланцюжком, включеної в ланцюг негативного зворотного зв'язку операційного підсилювача.
2. Обгрунтування обраного варіанта технічного рішення
Переваги реалізації генератора лінійно наростаючої напруги на мікроконтролері:
-компактність приладу;
-можливість програмного управління пристроєм;
-простота схемного рішення;
-точність формування імпульсів різної частоти;
-просте управління режимом роботи за допомогою клавіатури;
-відображення частоти генеруються імпульсів на РКІ.
Схема розроблювального генератора наведена на кресленні РТ 468.524.008 ЕЗ. У схемі застосовується мікроконтролер фірми ATMEL - ATMega8515. Мікросхема створена на основі ядра Mega, має у своєму складі 8-розрядний і 16-розрядний таймери для формування тимчасових затримок і 4 порти для введення і виведення інформації з зовнішніх пристроїв.
Основні технічні характеристики мікроконтролера:
-Форма вхідного сигналу -Довільна
-Максимальна амплітуда вхідного сигналу, 20В
-Дискретність відліку частоти, 10Гц
-Час вимірювання, 100мс
-Період повторення вимірювань, 200 мс
-Напруга живлення, 5В
Цифрове значення амплітуди необхідно подавати на ЦАП, який перетворює його в аналогову форму. У роботі був використаний паралельний восьмизарядний ЦАП AD5601 фірми Analog devices.
Регулювання амплітуди проводиться потенціометром R1, підключеним до входу управління ЦАП. Так як навантаження нізвоомная (50 ОМ), то для узгоджен...
