Курсовая работа: Программно-управляемый генератор прямоугольных импульсов инфранизких частот
В зависимости от того, какая кнопка нажата, на выходе появится пачка из комбинации импульсов. Причём каждой нажатой кнопке будет соответствовать определённое положение импульса относительно начального. Эпюры выходного напряжения, изображённые на рис.1.2.б, поясняют работу схемы.
Развитие микросхематехники дало возможность построения программно-управляемых генераторов пачек импульсов прямоугольной формы.
Примером такого устройства является генератор пачек прямоугольных импульсов, построенный на микроконтроллере, и управляемый через последовательный порт с компьютера. Максимальная частота импульсов в пачке, выдаваемая генератором немного больше 13 кГц, минимальная меньше 0,01 Гц (для частоты кварцевого генератора 4 МГц). Схема электрическая принципиальная данного устройства приведена на рисунке 1.3.
Схема достаточно простая. Она собрана на основе микроконтроллера PIC16C63A, сигнал снимается с двух его выводов, их состояние всегда разное. Без нагрузки уровень единицы отличается от напряжения питания меньше чем на 0,1 вольт, уровень нуля тоже очень низкий. Выводы рассчитаны на ток до 30 мА. Через разъём DB9 осуществляется подключение генератора к последовательному порту персонального компьютера. Микросхема МАХ232 используется для преобразования уровней интерфейса RS232 в уровни TTL, то есть управляющие сигналы, поступающие с порта компьютера, преобразует в понятные для микроконтроллера сигналы. Для установки параметров сигнала выдаваемого микроконтроллером необходимо использовать специальную программу, написанную для ОС Windows (в примере не приводится).
Рисунок 1.3 – Программно-управляемый генератора пачек прямоугольных импульсов
Другая схема программно-управляемого генератора пачек импульсов, приведённая на рисунке 1.4, собрана на основе микроконтроллера АТ90S2313, выпускаемого фирмой “ATMEL” (рисунок 1.4).
Генератор является многофункциональным устройством и имеет несколько режимов работы: генерация пачек импульсов, генерация меандра, положительного импульса, отрицательного импульса, режим удержания на выходе логического нуля или единицы. Управление генератором осуществляется с помощью 4-х кнопок. Его основой является микроконтроллер U1, для питания которого применён интегральный стабилизатор U2 со встроенным монитором питания. Через разъём XP2 к микроконтроллеру подключается ЖКИ - модуль для индикации режимов работы и значений временных интервалов, в состав которого входят 4 кнопки управления.
Рисунок 1.4 - Принципиальная схема основной части генератора
Посредством кнопок осуществляется перестройка количества импульсов, их длительность и т.д. Нажатие кнопок сопровождается звуковым сигналом, для этого используется динамический излучатель. Частота сигнала различна для разных кнопок. Звуковой сигнал также используется в некоторых специальных случаях: при включении питания и при возникновении ошибки. Микросхема U4, питающаяся от стабилизатора U5, служит для уменьшения высокочастотных помех в выходном сигнале.
Для получения необходимых электрических параметров выходного сигнала используется специальный выходной каскад (на схеме не показан).
2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО ВАРИАНТА ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Рассмотренный на рисунке 1.1 генератор имеет ряд недостатков. Интервал между пачками импульсов не фиксированный, т.е. определяется интервалом времени между нажатиями кнопок оператором, когда в ряде случаев необходимо иметь на выходе генератора сигнал с заданной частотой следования пачек импульсов. Для увеличения количества импульсов в пачке необходимо включать дополнительные счетчики, что влечёт усложнение схемы и увеличение габаритов устройства. Также данный генератор не обеспечивает изменения длительности импульса в пачке. Все эти недостатки ограничивают область применения такого генератора.
Генератор, показанный на рисунке 1.2, предназначен для формирования последовательности пачек прямоугольных импульсов (кодовых последова - тельностей). Частота следования пачек постоянна, однако такая схема не обеспечивает изменения длительности импульсов в пачке, а также перестройку частоты следования пачек, изменяется лишь количество импульсов в пачке, что не всегда удовлетворяет предъявляемым к устройству требованиям.
Недостатком генератора, показанного на рисунке 1.3, является то, что он управляется посредством компьютера и для установки параметров сигнала, выдаваемого микроконтроллером необходимо использовать специальную программу для операционной системы компьютера. Это сужает область применения генератора из-за необходимости ПК.
Изображённый на рисунке 1.4 генератор обладает хорошими показателями и имеет большое число функций. Это дает большое преимущество такому генератору перед подобными устройствами, однако вызывает усложнение схемы и соответственно увеличение стоимости устройства. Микроконтроллеры фирмы «ATMEL» имеют довольно не маленькую стоимость по сравнению с теми же микроконтроллерами фирмы «Microchiptechnology».
Можно построить генератор, который удовлетворяет заданным требованиям, управляется посредством клавиатуры без применения компьютера, имеет простую схему и невысокую стоимость, и при этом обладает достаточно хорошими параметрами. Такой генератор можно выполнить на основе микроконтроллера PIC16С84. Он имеет невысокую стоимость по сравнению с АТ90S2313, и при этом не уступает ему по быстродействию.
PIC16CXX- это 8-pазpядные микроконтроллеры с RISC архитектурой, производимые фиpмой MicrochipTechnology. Это семейство микроконтроллеров отличается низкой ценой, низким энергопотреблением и высокой скоростью. Микроконтроллеры имеют встроенное ЭППЗУ программы, ОЗУ данных и выпускаются в 18 и 28 выводных корпусах.
PIC16C84 относится к семейству КМОП микроконтроллеров. Отличается тем, что имеет внутреннее 1Kx 14 бит EEPROM для программ, 8-битовые данные и 64байт EEPROM памяти данных. При этом отличаются низкой стоимостью и высокой производительностью. Все команды состоят из одного слова (14 бит шириной) и исполняются за один цикл (400 нс при 10 МГц), кроме команд перехода, которые выполняются за два цикла (800 нс). PIC16C84 имеет прерывание, срабатывающее от четырех источников, и восьмиуровневый аппаратный стек. Периферия включает в себя 8-битный таймер/счетчик с 8-битным программируемым предварительным делителем (фактически 16 - битный таймер) и 13 линий двунаправленного ввода/вывода. Высокая нагрузочная способность (25 мА - максимальный втекающий ток, 20 мА - максимальный вытекающий ток) линий ввода/вывода упрощают внешние драйверы и, тем самым, уменьшается общая стоимость системы. Разработки на базе контроллеров PIC16C84 поддерживается ассемблером, программным симулятором, внутрисхемным эмулятором (только фирмы Microchip) и программатором.
Серия PIC16C84 подходит для широкого спектра приложений от схем высокоскоростного управления автомобильными и электрическими двигателями до экономичных удаленных приемопередатчиков, показывающих приборов и связных процессоров. Наличие ПЗУ позволяет подстраивать параметры в прикладных программах (коды передатчика, скорости двигателя, частоты приемника и т.д.).
Малые размеры корпусов, как для обычного, так и для поверхностного монтажа, делает эту серию микроконтроллеров пригодной для портативных приложений. Низкая цена, экономичность, быстродействие, простота использования и гибкость ввода/вывода делает PIC16C84 привлекательным даже в тех областях, где ранее не применялись микроконтроллеры. Например, таймеры, замена жесткой логики в больших системах, сопроцессоры.
Cледует добавить, что встроенный автомат программирования EEPROM кристалла PIC16C84 позволяет легко подстраивать программу и данные под конкретные требования даже после завершения ассемблирования и тестирования. Эта возможность может быть использована как для тиражирования, так и для занесения калибровочных данных уже после окончательного тестирования.
Обзор характеристик:
- только 35 простых команд;
- все команды выполняются за один машинный цикл, кроме команд перехода -2 цикла;
- рабочая частота 0 Гц ... 10 МГц (min 400 нс цикл команды)
- 14 - битовые команды;
- 8 - битовые данные;