Курсовая работа: Проектирование программно-управляемого генератора пачек прямоугольных импульсов на микроконтроллере

д)

Рис. 1.4.3,(а, б, в, г, д) – Схемы одновибраторов

Аналогичный одновибратор можно собрать на одной микросхеме К176ИЕ5, К176ИЕ12или К176ИЕ18. Вариант одновибратора собранного на микросхеме К176ИЕ5 (рис. 1.4.3,г) работает так же, как описанный выше, но его генератор собран на инверторах, предназначенных для кварцевого генератора микросхемы. Для запрета его работы напряжение высокого уровня с выхода 15 (вывод 5) микросхемы подается на вход цепи инверторов генератора через диод VD 1. При подаче с выхода 15 на вход запуска импульса низкого уровня диод VD1 закрывается и не мешает нормальной работе генератора.

Частота импульсов в схемах на рис. 1.4.3,г, рис. 1.4.3,в при сопротивлении резистора R2 более 20К, обратно пропорциональна произведению R1C1, при этом коэффициент пропорциональности зависит от образца микросхемы. Типичное значение частоты можно определить по формуле f=2/C1, где f – в мегагерцах, C1 – в пикофарадах.

Длительность импульса, формируемого таким одновибратором, соответствует 215 периода задающего генератора и, как и в описанном выше устройстве, на предпоследнем выходе 14 (вывод 4) счетчика формируется импульс высокого уровня вдвое меньшей длительности, а на выходе 9 (вывод 1) — пачка из 32 импульсов.

Следует отметить, что при построении одновибратора на микросхеме К176ИЕ5 случайная погрешность длительности формируемого импульса составляла бы 1/32 от его длительности, так как на младшие девять разрядов счетчика импульс обнуления не поступает. В этом же варианте одновибратора в момент окончания формирования импульса все триггеры, кроме последнего, устанавливаются в нулевое состояние, поэтому формирование очередного импульса начинается из нулевого состояния всех триггеров счетчика.

Схема варианта одновибратора на микросхеме К176ИЕ12, или аналогичной ей К176ИЕ18, приведена на рис. 1.4.3,в. Длительность формируемого импульса составляет 39х32768 = 1 277 952 периода импульсов генератора, поскольку сигнал высокого уровня на выходе М (вывод 10) появляется спустя 39 с после обнуления счетчика.

При необходимости кварцевой стабилизации длительности формируемых импульсов одновибратор следует строить по схеме на рис. 1.4.3,д (включать кварцевый генератор так же, как RC-генератор, нельзя). К сожалению, для одновибратора такого варианта характерна случайная погрешность длительности импульса, соответствующая периоду кварцевого генератора. В случае использования в таком одновибраторе микросхемы К176ИЕ5, К176ИЕ12 или К176ИЕ18 сигнал с выхода элемента DD1.2 следует подавать на ее вход Z.

Описанным здесь одновибраторам, присущ недостаток: при включении питания они формируют на выходе импульс неопределенной длительности, однако не превышающий длительности импульса, на который он рассчитан. Если же длительность запускающего импульса не превышает половины периода задающего генератора, то пусковая дифференцирующая цепь не нужна. Одновибраторам присуще также свойство перезапуска, аналогичное микросхемным одновибраторам К155АГЗ, К555АГЗ, КР1561АГ1: если во время формирования выходного импульса появляется очередной запускающий, отсчет длительности формируемого импульса начнется заново от последнего запускающего. При отсутствии специализированных микросхем К155АГ1, К155АГЗ одновибратор можно собрать на основе триггера микросхемы К155ТМ2. Здесь по фронту входного сигнала, формируется короткий положительный импульс, как только напряжение на входе R триггера снизится до уровня лог. нуля, формирование импульса прекратится и триггер переключится в нулевое состояние ожидая прихода следующего импульса.

а) б)

Рис. 1.4.4,(а, б) – Схемы одновибраторов (а – К555ТМ2 с элементом DD2.1, б – К555ТМ2 с элементом DD2.2)

Микросхема КР1561АГ1 содержит два одновибратора. Каждый из них имеет входы для запуска A и B, сброса R, выводы C и RC для подключения времязадающих цепей, прямой и инверсный выходы.

Рис 1.4.5 – Микросхема КР1561АГ1

Обязательное условие запуска — присутствие уровня 1 на входе R. Запуск происходит по фронту положительного импульса на входе A при уровне 1 на входе B или по фронту отрицательного импульса на входе В при уровне 0 на входе А. Следовательно, входыA и B служат прямым и инверсным входами запуска, включенными по ИЛИ, в отличие от входов запуска, собранных по И, одновибраторов в микросхемах К155АГЗ и К555АГЗ. Подача уровня 0 на вход R запрещает запуск одновибратора и прекращает формирование импульса, если запуск уже произошел.

Рекомендуемое сопротивление времязадающего резистора — не менее 1 кОм. Его максимальное сопротивление ограничено лишь током утечки времязадающего конденсатора и монтажа и достигает десятков мегаом. Емкость времязадающих конденсаторов не ограничена. Длительность формируемого импульса можно рассчитать по формуле Tи= (0,3...0,5)RC. При этом удобно пользоваться размерностями МОм, мкФ, с или кОм, мкФ, мс, или кОм, нф, мкс. При емкости конденсатора менее 10 нФ реальная длительность импульса получается большей, чем при расчете.

Одновибраторы микросхемы КР1561АГ1 обладают способностью повторного запуска. Если его условия повторно выполнятся во время формирования выходного импульса, длительность последнего увеличится на интервал времени между запускающими импульсами. Повторный запуск можно исключить, соединив вход B с инверсным выходом одновибратора, запуская его фронтом положительного импульса на входе A, или вход A с прямым выходом, запуская фронтом отрицательного импульса на входе B.

На двух одновибраторах микросхемы КР1561АГ1 можно собрать автогенератор, дновибратор DD1.1 определяет длительность положительных импульсов на выходе 1, а DD 1.2 — длительность пауз между ними и, наоборот, по отношению к выходу 2.

При использовании микросхем КР1561АГ1 следует помнить, что они весьма легко запускаются от помех, как по цепи питания, так и по входным цепям. Для исключения ложных запусков необходимо в непосредственной близости от микросхем устанавливать по цепи питания блокировочные керамические конденсаторы емкостью не менее 0,015 мкФ, а проводники входных и времязадающих цепей делать минимальной длины. Выводы 1 и 15 соединены с общим проводом (выводом 8) внутри корпуса микросхемы, поэтому вне корпуса их и времязадающий конденсатор подключать к общему проводу не рекомендуется.

1.3 Генераторы на логических ИМС

Рис. 1.5.1 – Схема генератора, формирующего пачки импульсов

Рис. 1.5.2 – Схема генератора, выполненного на ТТЛ микросхеме

На рис. 1.5.1 изображена схема генератора, формирующего пачки импульсов с частотой повторения около 1 Гц и заполнения около 100 Гц, длительность пачек 0,5 с. Генератор включают подачей уровня 1 на его вход. Первый формируемый импульс возникает сразу после поступления разрешающего сигнала. Частоту импульсов здесь можно определить по формуле f=1/2RC. Если требуется регулировка скважности импульсов то следует разделить зарядно-разрядные цепи конденсаторов, подобно тому как это сделано в схеме на рис. 1.3,б.

а) б)

Рис. 1.5.3,(а, б) – Схемы простых кварцевых генераторов