Разработка и расчет принципиальной электрической схемы макета
В качестве делителя частоты следования импульсов выбираем микросхему К155ИЕ4 (рис. 7.), содержащую два делителя: делитель на 2 и делитель на 6. Микросхема имеет два независимых входа синхронизации С0 и С1. Для получения коэффициента деления, равного 12, необходимо соединить выход Q0 со входом С1. Тогда, исходная тактовая последовательность с частотой Fт подается на вход С0, а с выхода Q3 снимается импульсная последовательность в виде меандра с цикловой частотой Fц (равной частоте дискретизации Fд = Fц).
Рис. 7.2.
|
На рис. 7. показаны эпюры напряжений, поясняющие работу делителя, полученные в среде программы схемотехнического проектирования Micro-Cap. На вход С0 микросхемы подавалась последовательность импульсов с частотой следования F
т = 150 кГц (период Т = 6,666 мкс). Как видим на выходе Q3 образуется меандр с частотой F
ц = 12,5 кГц (Т
ц = 79,992 мкс). В дальнейшем началом циклового интервала работы АЦП (началом цикла преобразования «аналог – цифра») будем считать момент сброса всех триггеров счетчика в ноль (на рис. 7. этот момент времени соответствует отрицательному фронту меандра Q3).
В качестве схемы совпадения используется микросхема К155ЛИ1 - схема
логического умножения 2И (рис.7.3.). На первый вход микросхемы подается тактовая частота F
т, а на второй вход – сигнал с выхода компаратора. При достижении выходного напряжения ЦАП уровня входного (преобразуемого в цифровой код) сигнала происходит опрокидывание компаратора и на выходе компаратора формируется логический «0». В результате прекращается подача тактовых импульсов F
т на счетчик импульсов. После сброса (обнуления) счетчика в конце интервала преобразования выход компаратора переходит в состояние логической «1» и тактовые импульсы поступают на вход счетчика (рис. 7.).
Рис. 7.4.
|
Счетчик импульсов выполнен на микросхеме К155ИЕ5, которая отличается от счетчика К155ИЕ4 только тем, что вторая половинка счетчика представляет собой трехразрядный двоичный счетчик с коэффициент деления – 8. Так как по техническому заданию разрядность кода n = 3, то прошедшие через схему совпадения тактовые импульсы F
т следует подавать на вход С1 (рис. 7.). Формируемый на выходах Q1 … Q3 счетчика трехразрядный код подается на соответствующие входы ЦАП и выходного регистра.
L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAOOWtu8YA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPQWsCMRSE74L/IbyCt5qtLSJbo9hKQWxL0Qri7bl5 bhY3L0sS3e2/bwoFj8PMfMNM552txZV8qBwreBhmIIgLpysuFey+3+4nIEJE1lg7JgU/FGA+6/em mGvX8oau21iKBOGQowITY5NLGQpDFsPQNcTJOzlvMSbpS6k9tgluaznKsrG0WHFaMNjQq6HivL1Y BaeDeXTrj+X70fr9565+WXwd21KpwV23eAYRqYu38H97pRU8ZWP4O5OOgJz9AgAA//8DAFBLAQIt ABQABgAIAAAAIQDw94q7/QAAAOIBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10u eG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADHdX2HSAAAAjwEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALgEAAF9yZWxzLy5y ZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADMvBZ5BAAAAOQAAABAAAAAAAAAAAAAAAAAAKQIAAGRycy9zaGFw ZXhtbC54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAOOWtu8YAAADcAAAADwAAAAAAAAAAAAAAAACYAgAAZHJz L2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA9QAAAIsDAAAAAA== "/>
Рис. 7.7.
|
В конце цикла преобразования (после перезаписи кода с выхода счетчика в регистр) происходит сброс (обнуление) счетчика. На рис 7. показана схема формирования импульса сброса, состоящая из двух инверторов (схемы 2И-НЕ), D-триггера и вспомогательного элемента 2И, выполняющего роль порогового устройства. Сигнал с выхода Q3 делителя 1:12 инвертируется и поступает на вход синхронизации D- триггера. Инверсный, а значит положительный фронт меандра, соответствующий окончанию цикла преобразования АЦП, производит запись в триггер логическую «1», установленную на входе D. При этом инверсный сигнал F
т, поступающий на вход R, равен логической «1» (рис. 7.). Через пол-такта частоты F
т сигнал на входе R переходит в логический «0» и D-триггер обнуляется. В результате на выходе Q триггера формируется короткий положительный импульс.
Интегрирующая RC цепочка совместно с логическим элементом 2И (порог опрокидывания ТТЛ логики – 1,4 В) обеспечивает небольшую задержку импульса сброса по отношению к фронтам импульсной последовательности Fт. Это необходимо для уверенной записи кодовой комбинации в выходной регистр кодера до того момента, когда обнулится счетчик АЦП. Постоянная RC цепи τ = R2*C1 = 510 Ом * 330 пФ = 168,3 нс. Моделирование в Micro-Capпоказало, что такие параметры RC цепочки обеспечивают небольшую задержку сигнала «Сброс» (порядка 100 нс). Время записи сигнала в регистр К155ИР1 составляет (30 … 40) нс.
L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAlkiShMUA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPQYvCMBSE78L+h/AEb5paUKRrFCmIsuhBt5e9vW2e bbF56TZZrf56Iwgeh5n5hpkvO1OLC7WusqxgPIpAEOdWV1woyL7XwxkI55E11pZJwY0cLBcfvTkm 2l75QJejL0SAsEtQQel9k0jp8pIMupFtiIN3sq1BH2RbSN3iNcBNLeMomkqDFYeFEhtKS8rPx3+j 4Ctd7/HwG5vZvU43u9Oq+ct+JkoN+t3qE4Snzr/Dr/ZWK4jjMTzPhCMgFw8AAAD//wMAUEsBAi0A FAAGAAgAAAAhAPD3irv9AAAA4gEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54 bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAMd1fYdIAAACPAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAuAQAAX3JlbHMvLnJl bHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAMy8FnkEAAAA5AAAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAApAgAAZHJzL3NoYXBl eG1sLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQCWSJKExQAAANwAAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAJgCAABkcnMv ZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABAD1AAAAigMAAAAA " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt">
L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAZpoM88YA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPT2sCMRTE7wW/Q3iF3mq2gRZZzYosiCL1oPXi7XXz 9g/dvKybqFs/fSMIPQ4z8xtmNh9sKy7U+8axhrdxAoK4cKbhSsPha/k6AeEDssHWMWn4JQ/zbPQ0 w9S4K+/osg+ViBD2KWqoQ+hSKX1Rk0U/dh1x9ErXWwxR9pU0PV4j3LZSJcmHtNhwXKixo7ym4md/ tho2+XKLu29lJ7c2X32Wi+50OL5r/fI8LKYgAg3hP/xor40GpRTcz8QjILM/AAAA//8DAFBLAQIt ABQABgAIAAAAIQDw94q7/QAAAOIBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10u eG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADHdX2HSAAAAjwEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALgEAAF9yZWxzLy5y ZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADMvBZ5BAAAAOQAAABAAAAAAAAAAAAAAAAAAKQIAAGRycy9zaGFw ZXhtbC54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAZpoM88YAAADcAAAADwAAAAAAAAAAAAAAAACYAgAAZHJz L2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA9QAAAIsDAAAAAA== " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt">
L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEACdapaMUA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPT4vCMBTE7wv7HcJb8LamVhTpGkUKsiJ68M/F29vm 2Rabl24TtfrpjSB4HGbmN8x42ppKXKhxpWUFvW4EgjizuuRcwX43/x6BcB5ZY2WZFNzIwXTy+THG RNsrb+iy9bkIEHYJKii8rxMpXVaQQde1NXHwjrYx6INscqkbvAa4qWQcRUNpsOSwUGBNaUHZaXs2 CpbpfI2bv9iM7lX6uzrO6v/9YaBU56ud/YDw1Pp3+NVeaAVx3IfnmXAE5OQBAAD//wMAUEsBAi0A FAAGAAgAAAAhAPD3irv9AAAA4gEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54 bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAMd1fYdIAAACPAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAuAQAAX3JlbHMvLnJl bHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAMy8FnkEAAAA5AAAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAApAgAAZHJzL3NoYXBl eG1sLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAJ1qloxQAAANwAAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAJgCAABkcnMv ZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABAD1AAAAigMAAAAA " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt">
L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAfN2hwsMA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbERPy4rCMBTdC/MP4Q6403Q6KKVjFCmIg+jCx8bdtbm2 ZZqbThO1+vVmIbg8nPdk1plaXKl1lWUFX8MIBHFudcWFgsN+MUhAOI+ssbZMCu7kYDb96E0w1fbG W7rufCFCCLsUFZTeN6mULi/JoBvahjhwZ9sa9AG2hdQt3kK4qWUcRWNpsOLQUGJDWUn53+5iFKyy xQa3p9gkjzpbrs/z5v9wHCnV/+zmPyA8df4tfrl/tYL4O8wPZ8IRkNMnAAAA//8DAFBLAQItABQA BgAIAAAAIQDw94q7/QAAAOIBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1s UEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADHdX2HSAAAAjwEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALgEAAF9yZWxzLy5yZWxz UEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADMvBZ5BAAAAOQAAABAAAAAAAAAAAAAAAAAAKQIAAGRycy9zaGFwZXht bC54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAfN2hwsMAAADcAAAADwAAAAAAAAAAAAAAAACYAgAAZHJzL2Rv d25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA9QAAAIgDAAAAAA== " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt">
Для фиксации полученного в АЦП кода используется последовательно-параллельный регистр К155ИР1, работающий в двух режимах: режим параллельной загрузки (PE = «1») и в режиме сдвига (PE = «0»). Для управления режимом работы регистра формируется строб записи (рис. 7.), который располагается во времени в конце цикла преобразования. Для этого на входы схемы 3И-НЕ подаются сигналы с выходов Q0, Q2 и Q3 делителя и после инверсии на второй схеме 3И-НЕ образуется положительный импульс длительностью T = 1/F
т, поступающий на вход PE регистра и переводящий его в режим параллельной записи. Импульсы тактовой частоты F
т поступают на оба входа синхронизации регистра – С1 и С2. И только один импульс частоты F
т (в конце цикла преобразования) произведет загрузку 3-х разрядного кода в первые три разряда регистра. После окончания импульса строба регистр переходит в режим последовательного сдвига и сигнал 3-х разрядного ИКМ с выхода Q2 регистра через буферный элемент 2И поступает в канал связи. Эпюры напряжений, поясняющих работу схемы, приведены на рис. 7..
Цифро-аналоговый преобразователь содержит три буферных элемента (микросхема К155ЛН4) и резистивную матрицу R1 … R4 (рис. 7.). Резистивная матрица обеспечивает поразрядное суммирование разрядов кода с весами (от старшего к младшему): 1, ½, ¼. Конденсатор С (небольшой емкости 330 …510 пФ) служит для подавления выбросов напряжения на матрице, обусловленных гонками в счетчике.
Суммарный сигнал, представляющий собой ступенчатое напряжение, поступает на инверсный вход компаратора (микросхема К1467СА1 с однополярным питанием) на прямой вход которого подается напряжение сигнала. В лабораторном макете таким сигналом может выступать или постоянное напряжение или детерминированный синусоидальный сигнал с частотой F<Fц/3. Эпюры напряжений, иллюстрирующие работу ЦАП, приводятся на рис. 7..
Рис. 7.11.
|
В лабораторном макете предполагается в качестве второй ступени модуляции использовать частотную и фазовую манипуляцию ИКМ сигнала. То есть, канал связи должен содержать частотный и фазовый модуляторы и, соответственно, частотный и фазовый демодуляторы, с выходов которых сигнал поступает на декодер ИКМ. Вопросы построения радиоканала в данном дипломном проекте не рассматриваются, поскольку выходят за рамки технического задания.
В декодере ИКМ используются два однотипных регистра К155ИР1, первый из которых осуществляет прием последовательного 3-х разрядного кода, а второй – фиксацию принятого ИКМ сигнала в виде параллельного 3-х разрядного кода с последующим цифро-аналоговым преобразованием. Электрическая схема декодера приведена на рис. 7.. Для работы микросхемы К155ИР1 в режиме последовательного сдвига, на ее вход PEподан сигнал низкого уровня, а сигнал Fт – на вход С1. Сигнал ИКМ подается на вход SI.
Для фиксации принятого кода во втором регистре сигнал синхронизации подается на вход С2, а на вход РЕ поступает строб записи приемника с блока задержки, в качестве которого используется микросхема К155 ИР1, работающая в режиме последовательного сдвига. Для компенсации временной задержки ИКМ сигнала в декодере сформированный ранее строб записи задерживается в блоке задержки на три такта.
Сигнал с первых трех разрядов параллельного регистра (Q0 … Q2) поступает на резистивную матрицу ЦАП, аналогичную рассмотренной ранее. С выхода ЦАП полученный аналоговый сигнал подается на ФНЧ с полосой пропускания Fв = Fц/3.
Синтез ФНЧ выполнен с использованием программы Micro-Cap.
В качестве фильтра нижних частот используется пассивный фильтр Баттерворта. Фильтр рассчитан в программной среде MicroCap 9.0. Частота дискретизации данного фильтра fц = fд = 12.5кГц, верхняя частота fд/3 = 4.15 кГц и имеет затухание в области перехода от полосы пропускания к полосе задержания 50 дБ на октаву.
Рис 7.13.
MicroCap 9.0. после заданных параметров строит фильтр нижних частот следующего вида:
Подставляем источник напряжения +5В (Sine), округляем значения индуктивностей, а значения ёмкостей выбираем из таблицы номиналов по похожим значениям.
Рис 7.14
Проводим установку частотного анализа (АС):
Рис 7.15.
АЧХ такого фильтра:
Рис 7.16.
Экспериментальная часть
Перед экспериментальной частью настоящей работы стояла задача, заключающаяся в том, чтобы собрать кодирующую часть макета и проверить ее работоспособность, с учетом наличия на кафедре элементной базы, а также получить осциллограммы, соответствующие техническому заданию. Был изготовлен макетный образец кварцевого генератора, делителя частоты и АЦП.
Затем был произведен эксперимент, заключающийся в правильной работе этих узло и проверки правильности расчетов схемы. Задающий генератор и делитель частоты собраны на цифровых микросхемах 155 серии. В качетсве АЦП была выбрана схема, работающая по принципу сравнения входного напряжения со ступенчатым напряжением. Сравнение напряжения происходит в компараторе 1467СА3ТБМ.
Таким образом, результаты указывают на то, что рассмотренное устройство полностью решает возложенную на него задачу, удовлетворяет предъявленным к нему требованиям.
Рис 8.1
Рис 8.2.
Рис 8.3
Воспользуйтесь поиском по сайту:
