Курсовая работа: Программно-управляемый генератор прямоугольных импульсов инфранизких частот

Для преобразования выходного сигнала микроконтроллера из уровня TTL в более мощный сигнал, а также для согласования устройства с нагрузкой (генератор работает на низкоомную нагрузку), используется выходной каскад. В качестве выходного каскада применён транзистор VT1. При появлении на выводе 6 импульса, он поступает через резистор R4 на базу VT1. В связи с тем, что величина импульса значительно меньше напряжения на эмиттере, т.е. база имеет менее положительный потенциал, транзистор открывается на время, равное длительности импульса. Резистор R4 ограничивает выходной сигнал микроконтроллера до значения, необходимого для нормальной работы транзистора VT1. В то время, когда открыт транзистор, в нагрузке протекает ток источника питания, т.ё. на нагрузке появляется импульс с амплитудой, равной амплитуде напряжения питания. Таким образом, осуществляется усиление последовательности импульсов. Так как выходом является коллектор, а такая схема включения имеет низкое выходное и достаточно высокое входное сопротивление, то этот каскад успешно выполняет функцию согласования выхода микроконтроллера с нагрузкой, так как по ТЗ генератор должен работать на низкоомную нагрузку.

Генератор питается от сети 220 B переменного тока, встроенный блок питания обеспечивает напряжение 5 B для питания микроконтроллера и 8 B для усилительного каскада. В блоке питания применёны интегральные стабилизаторы DA2 (стабилизация напряжения питания микроконтроллера) и DA3 (стабилизация напряжения питания выходного транзистора). Электролитический конденсатор C3 выполняет фильтрацию переменной составляющей напряжения питания. Так как электролитические конденсаторы большой ёмкости имеют большие индуктивности, это приводит к появлению колебательных процессов, что очень нежелательно в цепях питания. Для компенсации паразитной индуктивности конденсатора C3 применён неполярный конденсатор небольшой ёмкости C4.

Выбор элементной базы производился по критериям надёжности, стабильности параметров экономической эффективности.

Применены непроволочные тонкослойные металлодиэлектрические резисторы марки C2-23 постоянного сопротивления. У данных резисторов в качестве резистивного элемента используется тонкая плёнка слоя проводящего металла, поэтому они характеризуются повышенной теплостойкостью. Резисторы имеют невысокую стоимость.

В качестве электролитического конденсатора C3 использован конденсатор марки K50-35. Это электролитический фольговый алюминиевый конденсатор, который отличается малой удельной емкостью, малыми токами утечки, небольшими потерями и относительной дешевизной. Конденсаторы C1, C2 – керамические марки КМ-6, обладают хорошими параметрами и малыми габаритами. C3 – керамический конденсатор марки К10-17.

Интегральные стабилизаторы марки KP142EH5Б и KP142EH8Б.

В качестве выпрямительного моста используется диодная сборка КЦ402Е, что упрощает схему устройства.

5 АНАЛИЗ ВРЕМЕННЫХ СООТНОШЕНИЙ И РАСЧЁТ ПОГРЕШНОСТЕЙ

В связи с тем, что генерация пачек прямоугольных импульсов осуществляется по принципу формирования задержек логической единице и нуля на выходе микроконтроллера, а временные задержки определяются количеством тактов, выполняемых микроконтроллером, и значениями констант, загружаемых в регистры, то имеют место временные задержки, которые не на сто процентов соответствуют требуемым значениям – появляется погрешность. Погрешность частоты импульсов в пачке и погрешность временной задержки, соответствующей паузе между пачками импульсов, определяют погрешность частоты следования пачек прямоугольных импульсов.

Для выявления соответствия реальной погрешности частоты следования пачек, которую имеет проектируемый генератор, допустимой погрешности (заданной по техническому заданию) проанализируем, какие реальные параметры выдаёт генератор при трёх значениях длительности импульсов.

Частоту следования пачек можно определить, подсчитав период следования пачек, т.е. длительность пачки и паузы между пачками импульсов, а затем перевести в частоту, разделив единицу на период:

Длительность пачки определяется по формуле:

,

где - длительность импульса в пачке;

- длительность паузы между импульсами.

Период следования пачек равен:

,

где - длительность паузы между пачками.

В длительность паузы между пачками импульсов входит собственно формируемая контроллером временная задержка, время опроса клавиатуры, время загрузки необходимых констант, т.е.:

Таким образом, частота следования пачек импульсов определяется по формуле:

При расчёте частоты пачек для каждой нажатой кнопки длительность импульсов, время формируемой задержки и время опроса клавиатуры будут иметь свои соответствующие значения. Время загрузки констант в трёх различных случаях одинаковое.

Временные задержки определяются умножением количества тактов, выполняемых контроллером, на значение тактовой частоты (100 кГц) и в формулу для частоты подставляются уже в единицах отсчёта времени.

Погрешность определяется по формуле:

,

где - фактическая частота генератора;

- заданная в ТЗ частота генератора.