Система автоматической подстройки частоты

Напряжения питания: Uп= ± 15 в.

Время выборки 3,5 мкс.

2.3 Коммутатор

В качестве аналогового коммутатора используется микросхема КР590КН1. Этот коммутатор имеет 8 входов (4 входа – сигналы с датчиков, 4 входа – сигналы с пультов оператора). Предельное коммутируемое напряжение – 5 в. Напряжения питания: Uп1= - 15 в., Uп2= + 5в.

2.4 Аналого-цифровой преобразователь

Для аналого-цифрового преобразования использована микросхема К1113ПВ1А. Она представляет собой десятиразрядный АЦП последовательного приближения. Используются 7 старших разрядов. Микросхема характеризуется функциональной полнотой. Необходимы лишь два источника питания Uп1=5 В., Uп2=-15 В. Преобразование начинается при подаче низкого уровня напряжения на вывод 11. После окончания преобразования на выводе 17 появляется напряжение высокого уровня. Этот сигнал поступает в микроконтроллер и используется для проверки готовности данных. Выходные буферные устройства имеют три состояния, что позволяет их использовать для связи с шиной данных микроконтроллера. Уровни входных и выходных сигналов соответствуют уровням ТТЛ. Время преобразования не более 30 мкс.

2.5 Цифро-аналоговый преобразователь

Для цифро-аналогового преобразования использовалась микросхема К1108ПА2, которая является функционально законченным устройством и сопрягается с микропроцессорами. Используется однополярный режим преобразования входных данных без хранения. В этом режиме выводы 6, 1, 18 заземляются. Напряжение питания Uп1=5 В., Uп2=-6 В. Время преобразования 1.5 мкс.

2.6 Дешифратор

В схеме использован дешифратор КР1533ИД4. Это сдвоенный дешифратор 2-4 с отдельными разрешающими входами. Используется один из двух дешифраторов. Разрешающий вход является инверсным. Выходы дешифратора также инверсные. Так как управляющие сигналы для УВХ должны быть взаимодополняющими, к выходам дешифратора подключены инверторы. Для них выбрана микросхема КР1533ЛН1, имеющая в своём составе 6 инверторов. Время задержки распространения сигнала 15 нс.

2.7 Микроконтроллер

В системе микроконтроллер КР1816ВЕ51 (зарубежный аналог 8051АН серии MCS-51 фирмы Intel).

Он имеет ПЗУ емкостью 4Кб, ОЗУ емкостью 128 байт, 4 универсальных порта ввода-вывода, 8-разрядное АЛУ с аппаратной реализацией операций типа умножение, последовательный порт, два 16-разрядных программируемых счётчика таймера.

Каждая линия порта 0 при работе в качестве выходов обеспечивает нагрузочную способность, равную 8 входам маломощной серии LS TTL, каждая линия портов 1-3 – 4 входам.

Синхронизация микроконтроллера осуществляется с использованием внутреннего инвертирующего усилителя, который может быть превращен в синхрогенератор посредством подключения в выводам X1 и X2 внешнего кварцевого резонатора. Схема подключения резонатора и схема сброса при включении электропитания показана на рис.2.3.

Рис.2.3.Схема подключения резонатора и сброса.

Резистор R1 имеет сопротивление 8,2 кОм, конденсатор С3 имеет ёмкость 10 мкФ.

Кварцевый генератор имеет частоту 4 МГц.

2.8 Блок светоиндикаторов

2.9

Для индикации можно использовать четыре светодиода типа АЛ310Д.

3. НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ СИГНАЛОВ СХЕМЫ.

В схеме используются следующие сигналы:

входные сигналы:

· D1 – D4 – напряжение с датчиков частоты;

· PU1 – PU4 – напряжение установки с пульта оператора;

выходные сигналы :

· Uout1 – Uout1 – управляющие сигналы, выработанные САПЧ.

4. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ.

При включении питания схемы на вход RST МК через дифференцирующую цепочку подаётся сигнал высокого уровня и запускается процесс инициализации микроконтроллера.

После этого начинается опрос датчиков и сигналов с пультов оператора. Масштабный усилитель приводит диапазон напряжений к значению 0 – 5 В. В биты 0-2 порта Р0 выводится номер входа мультиплексора. Бит 3 порта Р0 управляет УВХ, стоящим перед АЦП, бит 4 управляет АЦП, бит 5 управляет дешифратором. В биты 4,5 сначала заносится 1, в бит 3 – 0. После переключения мультиплексора в бит 3 заносится единица и начинает работать УВХ в режиме выборки. По окончании выборки в биты 3,4 заносится 0. Начинается аналого-цифровое преобразование сигнала. Далее двоичный код заносится в семь младших разрядов порта Р1 МК. В старший разряд порта заносится сигнал готовности с АЦП. В бит 4 порта Р0 заносится единица, которая переводит выходные буферные устройства АЦП в высокоимпендансное состояние и отключает его от шины данных.

После ввода необходимых значений и их обработки происходит вывод управляющего сигнала. При этом в порт Р1 выводится двоичный код сигнала, который преобразуется в ЦАП в аналоговое напряжение. После преобразования в порт Р0 выводится номер канала, для которого предназначен управляющий сигнал. Этот номер поступает на дешифратор, который выберет УВХ соответствующего канала. УВХ запомнит значение и будет хранить его до следующей выдачи управляющего сигнала в данный канал. В бит 5 порта Р0 записывается единица, которая отключает дешифратор.

При отклонении текущей частоты более чем на 10 % от заданной, в бит порта Р2 с номером канала, в котором произошло отклонение записывается единица и загорается один из четырёх светодиодов, подключенных к этому порту.

5. Устранение помех в цепях питания

Для уменьшения наводок и падений напряжений, связанных с переходными процессами в шинах питания и земли применены индивидуальные сглаживающие конденсаторы. Емкость и количество распределенных по схеме сглаживающих импульсные помехи конденсаторов выбраны следующим образом: по одному керамическому конденсатору емкостью 0.1 мкФ на один корпус. Конденсаторы подключаются между шинами питания и земли и устанавливаются в непосредственной близости от обслуживаемых корпусов.

Кроме того, для компенсации бросков тока в системе питания непосредственно около разъема подачи питания установлены электролитические конденсаторы, по одному на каждую линию питания.

6. Оценка потребляемой мощности

Для проектируемой системы потребляемая мощность рассчитывается по следующей формуле:

Р=8 РК140УД6+РК590КН1+РКР1816ВЕ51+РКР1533ЛН1+5*РКР1100СК3+РК1113ПВ1А+РК1108ПА2+8*РКР1533ИД14,

Где Р – суммарная потребляемая мощность, Ртип микросхемы - мощность, потребляемая определённым типом микросхемы.

Максимальные потребляемые мощности для микросхем, используемых в САПЧ:

РК140УД6=84 мВт;

РК590КН1=70 мВт;

РКР1816ВЕ51=2 Вт;

РКР1533ЛН1=20 мВт;

РКР1100СК3=75 мВт;

РК1113ПВ1А=320 мВт;

РК1108ПА2=500 мВт;

РКР1533ИД14=65 мВт.

Суммарная потребляемая мощность, не более 3,1 Вт

7. Описание алгоритмов управления и индикации

Алгоритмы управления системой и индикации показаны в приложении 1.

Рассмотрим основной алгоритм работы системы (рис.1 приложения 1). При включении устройства начинается инициализация необходимых переменных. Номеру входа мультиплексора, с которого считывается значение, присваивается значение N равное числу каналов (N=4 – пульт оператора 1-го канала). Далее начинается опрос датчиков частоты и пульта оператора. В системе реализован циклический режим опроса. При этом режиме опрос осуществляется по заранее установленной программе, определяющей последовательность коммутации. Для каждого канала опрашивается сначала пульт оператора, затем датчик частоты. Обрабатывается 1-й канал, затем 2-й и т.д. После опроса всех каналов, снова начинает опрашиваться 1-й канал, и т.д.

 Скачать реферат