Курсовая работа: Система автоматической подстройки частоты

Управляющий сигнал зависит от входных сигналов системы в соответствии с программой обработки, которую несложно изменить и ввести в микроконтроллер. Это также придаёт системе универсальность.

1. синтез функциональной схемы

1.1 Общее строение функциональной схемы.

В техническом задании на курсовой проект задано спроектировать систему автоматической подстройки частоты.

Взаимосвязь САПЧ и объекта управления показана на рис.1.1. Сигнал с датчиков частоты поступает в САПЧ, куда предварительно заносится значение, которое необходимо поддерживать. В зависимости от этих данных вырабатывается управляющий сигнал, который поступает на объект управления и значение частоты изменяется. Также САПЧ выдаёт информационные сигналы, если отклонение текущей частоты от заданной превышает определённое значение (10 %).

Рис. 1.1. Взаимосвязь объекта управления и САПЧ.

Функциональная схема разрабатываемого устройства, может быть реализована несколькими способами.

Может быть использована схема с параллельной или последовательной обработкой аналоговых сигналов. В схеме с параллельной обработкой используется отдельный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на каждый канал, а также цифровой мультиплексор. В схеме с последовательной обработкой используется аналоговый мультиплексор и один АЦП на его выходе. В разрабатываемом устройстве использован вариант с последовательной обработкой, так как при его использовании упрощается схема.

Функциональная схема устройства показана на рис.1.2.

Рис.1.2. Функциональная схема устройства.

Схема состоит из следующих блоков:

· масштабный усилитель, необходимый для согласования уровней напряжений датчиков, пульта оператора и мультиплексора;

· аналоговый мультиплексор, выбирающий определённый канал и коммутирующий его на свой выход;

· устройство выборки-хранения (УВХ), фиксирующее значение сигнала, на время преобразования в АЦП;

· АЦП, преобразующий аналоговый сигнал в 7-разрядный двоичный код;

· микроконтроллер, выполняющий основные операции управления и вычисления;

· цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), преобразующий значение сигнала в цифровом виде в аналоговый;

· дешифратор;

· четыре УВХ, фиксирующие выходной управляющий сигнал;

· блок светоиндикаторов.

1.2 Описание работы функциональной схемы.

Сигналы с датчиков и с пульта оператора для каждого канала подаются через масштабный усилитель на аналоговый мультиплексор, который в зависимости от состояния адресных входов выбирает необходимый. Номер сигнала задаётся в МК. Далее сигнал запоминается в УВХ, переводится в двоичный код и заносится в микроконтроллер. После выполнения всех необходимых действий, микроконтроллер выдаёт выходной сигнал в двоичном виде. Этот сигнал преобразуется в аналоговый вид и подаётся на входы четырёх УВХ. На управляющие входы УВХ подаётся сигнал с дешифратора. Дешифратор преобразует адрес, который выдаёт МК и выдаёт активный сигнал на одну из выходных линий, таким образом выбирая одно из УВХ. При отклонении текущей частоты от заданной более чем на 10% выдаётся сигнал на блок светоиндикаторов.

2. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ И РЕАЛИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКОВ СХЕМЫ.

Линии портов ввода-вывода микроконтроллера КР1816ВЕ51 имеют уровни логических единицы и нуля соответствующие ТТЛ уровню. Поэтому для цифровых элементов схемы была выбрана ТТЛ серия КР1533. Маломощные быстродействующие микросхемы этой серии удовлетворяет требованиям по быстродействию и потребляемой мощности.

Для других элементов схемы при выборе элементов использовались такие критерии как возможность согласования с МК, низкая потребляемая мощность, функциональная завершённость микросхем.

Рассмотрим реализацию каждого из блоков.

2.1 Масштабный усилитель

Масштабный усилитель (МУ) построен на основе операционного усилителя К140УД6. Схема его включения показана на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Масштабный усилитель.

Используется схема с отрицательной обратной связью с подачей входного напряжения на инвертирующий вход. При этой схеме включения коэффициент усиления равен К=Rос/R1, сопротивление R2=Rос||R1.

Для МУ, преобразующих сигнал, с датчиков частот: К=5/25=0.2.

Roc=5.1 кОм. R1=25,5 кОм, согласно рядам стандартных сопротивлений R1=24 кОм, R2=4,5 кОм, согласно рядам стандартных сопротивлений R2=4,3 кОм.