Курсовая работа: Система автоматической подстройки частоты
Rос=5.1 кОм. R1=15,3 кОм, согласно рядам стандартных сопротивлений R1=15 кОм, R2=3,8 кОм, согласно рядам
стандартных сопротивлений R2=3,9 кОм.
Резистор R3 является подстроечным и используется для регулировки
смещения нуля.
В качестве R3 используется резистор СП0-1.
Напряжения питания: Uп= ± 15 в.
Для устройства выборки и хранения была выбрана микросхема
КР1100СК3. Схема включения показана на рис.2.2.
Рис.2.2. Устройство выборки и хранения.
Микросхема имеет в своем составе 4-х ключевой коммутатор и
парафазный усилитель. При применении в качестве УВХ используется полный набор
функциональных элементов.
Элементы имеют следующие параметры: С1=С2=50 пФ, R1=R2=R3=5 кОм.
Управляющие сигналы подаются на выводы 14 и 2 и должны быть
взаимодополняемыми. Режиму выборка соответствует ТТЛ-уровень логической единицы
на выводе 2 и нуля на выводе 14. На вывод 14 подаётся напряжение с дешифратора,
на вывод 2 подаётся напряжение с дешифратора через инвертор (используемый
дешифратор имеет инверсные выходы).
Входное напряжение подаётся на вход 2-го ключа (вывод 13).
Выходное напряжение снимается с выхода операционного усилителя (вывод 9).
Напряжения питания: Uп= ± 15 в.
Время выборки 3,5 мкс.
В качестве аналогового коммутатора используется микросхема
КР590КН1. Этот коммутатор имеет 8 входов (4 входа – сигналы с датчиков, 4 входа
– сигналы с пультов оператора). Предельное коммутируемое напряжение – 5 в.
Напряжения питания: Uп1= - 15 в., Uп2= + 5в.
Для аналого-цифрового преобразования использована микросхема
К1113ПВ1А. Она представляет собой десятиразрядный АЦП последовательного
приближения. Используются 7 старших разрядов. Микросхема характеризуется
функциональной полнотой. Необходимы лишь два источника питания Uп1=5 В., Uп2=-15 В. Преобразование
начинается при подаче низкого уровня напряжения на вывод 11. После окончания преобразования
на выводе 17 появляется напряжение высокого уровня. Этот сигнал поступает в
микроконтроллер и используется для проверки готовности данных. Выходные буферные
устройства имеют три состояния, что позволяет их использовать для связи с шиной
данных микроконтроллера. Уровни входных и выходных сигналов соответствуют
уровням ТТЛ. Время преобразования не более 30 мкс.
Для цифро-аналогового
преобразования использовалась микросхема К1108ПА2, которая является
функционально законченным устройством и сопрягается с микропроцессорами.
Используется однополярный режим преобразования входных данных без хранения. В
этом режиме выводы 6, 1, 18 заземляются. Напряжение питания Uп1=5 В., Uп2=-6 В. Время преобразования 1.5 мкс.
В схеме использован дешифратор КР1533ИД4. Это сдвоенный дешифратор
2-4 с отдельными разрешающими входами. Используется один из двух дешифраторов.
Разрешающий вход является инверсным. Выходы дешифратора также инверсные. Так
как управляющие сигналы для УВХ должны быть взаимодополняющими, к выходам дешифратора
подключены инверторы. Для них выбрана микросхема КР1533ЛН1, имеющая в своём
составе 6 инверторов. Время задержки распространения сигнала 15 нс.
В системе микроконтроллер КР1816ВЕ51 (зарубежный аналог
8051АН серии MCS-51 фирмы Intel).
Он имеет ПЗУ емкостью 4Кб, ОЗУ емкостью 128 байт, 4 универсальных
порта ввода-вывода, 8-разрядное АЛУ с аппаратной реализацией операций типа
умножение, последовательный порт, два 16-разрядных программируемых счётчика
таймера.
Каждая линия порта 0 при работе в качестве выходов
обеспечивает нагрузочную способность, равную 8 входам маломощной серии LS TTL, каждая линия портов 1-3
– 4 входам.
Синхронизация микроконтроллера осуществляется с
использованием внутреннего инвертирующего усилителя, который может быть превращен
в синхрогенератор посредством подключения в выводам X1 и X2 внешнего кварцевого резонатора.
Схема подключения резонатора и схема сброса при включении электропитания
показана на рис.2.3.
Рис.2.3.Схема подключения резонатора и сброса.
Резистор R1 имеет сопротивление 8,2 кОм, конденсатор С3 имеет ёмкость
10 мкФ.
Кварцевый генератор имеет частоту 4 МГц.
2.9
Для индикации можно использовать четыре светодиода типа
АЛ310Д.
В схеме используются следующие сигналы:
входные сигналы:
·
D1
– D4 – напряжение с датчиков
частоты;
·
PU1 – PU4 – напряжение установки с пульта оператора;
выходные сигналы :
·
Uout1 – Uout1 – управляющие сигналы, выработанные САПЧ.
При включении питания схемы на вход RST МК через дифференцирующую
цепочку подаётся сигнал высокого уровня и запускается процесс инициализации
микроконтроллера.
После этого начинается опрос датчиков и сигналов с пультов
оператора. Масштабный усилитель приводит диапазон напряжений к значению 0 – 5
В. В биты 0-2 порта Р0 выводится номер входа мультиплексора. Бит 3 порта Р0
управляет УВХ, стоящим перед АЦП, бит 4 управляет АЦП, бит 5 управляет
дешифратором. В биты 4,5 сначала заносится 1, в бит 3 – 0. После переключения
мультиплексора в бит 3 заносится единица и начинает работать УВХ в режиме
выборки. По окончании выборки в биты 3,4 заносится 0. Начинается
аналого-цифровое преобразование сигнала. Далее двоичный код заносится в семь
младших разрядов порта Р1 МК. В старший разряд порта заносится сигнал готовности
с АЦП. В бит 4 порта Р0 заносится единица, которая переводит выходные буферные
устройства АЦП в высокоимпендансное состояние и отключает его от шины данных.
После ввода необходимых значений и их обработки происходит
вывод управляющего сигнала. При этом в порт Р1 выводится двоичный код сигнала,
который преобразуется в ЦАП в аналоговое напряжение. После преобразования в
порт Р0 выводится номер канала, для которого предназначен управляющий сигнал.
Этот номер поступает на дешифратор, который выберет УВХ соответствующего
канала. УВХ запомнит значение и будет хранить его до следующей выдачи
управляющего сигнала в данный канал. В бит 5 порта Р0 записывается единица, которая
отключает дешифратор.
При отклонении текущей частоты более чем на 10 % от заданной,
в бит порта Р2 с номером канала, в котором произошло отклонение записывается
единица и загорается один из четырёх светодиодов, подключенных к этому порту.
Для уменьшения наводок и падений напряжений, связанных с
переходными процессами в шинах питания и земли применены индивидуальные
сглаживающие конденсаторы. Емкость и количество распределенных по схеме
сглаживающих импульсные помехи конденсаторов выбраны следующим образом: по
одному керамическому конденсатору емкостью 0.1 мкФ на один корпус.
Конденсаторы подключаются между шинами питания и земли и устанавливаются в
непосредственной близости от обслуживаемых корпусов.
Кроме того, для компенсации бросков тока в системе питания
непосредственно около разъема подачи питания установлены электролитические
конденсаторы, по одному на каждую линию питания.
Для проектируемой системы потребляемая мощность
рассчитывается по следующей формуле:
Р=8 РК140УД6+РК590КН1+РКР1816ВЕ51+РКР1533ЛН1+5*РКР1100СК3+РК1113ПВ1А+РК1108ПА2+8*РКР1533ИД14,
Где Р – суммарная
потребляемая мощность, Ртип микросхемы - мощность, потребляемая определённым
типом микросхемы.
Максимальные потребляемые мощности для микросхем,
используемых в САПЧ:
РК140УД6=84 мВт;
РК590КН1=70 мВт;
РКР1816ВЕ51=2 Вт;
РКР1533ЛН1=20 мВт;
РКР1100СК3=75 мВт;
РК1113ПВ1А=320 мВт;
РК1108ПА2=500 мВт;
РКР1533ИД14=65 мВт.
Суммарная потребляемая
мощность, не более 3,1 Вт
Алгоритмы управления системой и индикации показаны в
приложении 1.
Рассмотрим основной алгоритм работы системы (рис.1 приложения
1). При включении устройства начинается инициализация необходимых переменных.
Номеру входа мультиплексора, с которого считывается значение, присваивается
значение N
равное числу каналов (N=4 – пульт оператора 1-го канала). Далее начинается опрос
датчиков частоты и пульта оператора. В системе реализован циклический режим
опроса. При этом режиме опрос осуществляется по заранее установленной
программе, определяющей последовательность коммутации. Для каждого канала
опрашивается сначала пульт оператора, затем датчик частоты. Обрабатывается 1-й
канал, затем 2-й и т.д. После опроса всех каналов, снова начинает опрашиваться
1-й канал, и т.д.
Страницы: 1, 2, 3, 4 |
