DgCXT_Lab6

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

отчет

по лабораторной работе №6

по дисциплине «Цифровая схемотехника»

Тема: «ЦИФРОВОЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР»

Студентка гр. 7201		Семирякова А.А.
Преподаватель		Аристов С. А.

Санкт-Петербург

2020

Основные теоретические положения.

Широтно-импульсный модулятор (англ. PWM, от «Pulse-width Modulator») – схема, преобразующая некоторый входной сигнал в прямоугольные импульсы (цифровой сигнал), следующие с фиксированной частотой. Чем больше значение входного сигнала, тем больше коэффициент заполнения (ширина выходных импульсов). Коэффициент заполнения пропорционален входному сигналу, и может быть рассчитан по линейному закону.

Сама идея, заложенная в схему широтно-импульсного модулятора, при переходе от напряжений в аналоговых схемах к числам в цифровых устройствах, остается неизменной и весьма простой. Входное число сравнивается с опорным числом, которое линейно нарастает от нуля до некоторого максимального значения в пределах интервала времени, равного периоду выходного сигнала схемы. Источником такого линейно возрастающего числа является счетчик. Он может быть как суммирующим, так и вычитающим. В этом случае период выходного сигнала TPWM будет равняться величине TC*2n, где 𝑇𝐶=1𝑓𝐶 – период следования тактовых импульсов счетчика, n – разрядность счетчика и модулируемого числа.

В принципе, счетчик может быть даже реверсируемым, т.е. считать от нуля до (2n-1), а затем обратно до нуля. В этом случае период выходного ШИМ-сигнала удваивается.

Число с опорного счетчика, назовем его A, сравнивается с входным числом B такой же разрядности при помощи цифрового компаратора – микросхемы, сравнивающей два числа. На выходе компаратора присутствует один из трех активных логических уровней, в зависимости от того, как соотносятся числа A и B: A < B, A = B, A > B. Все три выхода можно задействовать для формирования итогового ШИМ-сигнала (на блок-схеме обозначен как PWM) при помощи некоторого логического элемента, обозначенного на блок-схеме как ЛЭ.

В зависимости от задействованных выходов компаратора, законы, по которым ШИМ-модулятор преобразует входное число в прямоугольные импульсы с переменным коэффициентом заполнения, различаются. Зависимость коэффициента заполнения D выходного сигнала (отношения длительности импульсов к периоду) от числа B во всех случаях подчиняется линейному закону вида D = p*B + q, однако коэффициенты в формуле зависят от конкретной реализации схемы.

Направление счета счетчика определяет фазовое соотношение выходных импульсов и интервала работы опорного счетчика, но не влияет на коэффициент заполнения получаемого сигнала.

Обработка результатов

1. Исследование ШИМ-модулятора

Рис.1. Схема цифрового ШИМ-модулятора

Рис2. Общий вид тактовой диаграммы

Рис.3. Тактовая диаграмма в приближении

Рис.4. Общий вид тактовой диаграммы с разгруппированными шинами

Рис.5. Тактовая диаграмма с разгруппированными шинам в приближении

2. Измерим период, а также длительность импульса и паузы для числа B=15

Рис. 6 Тактовая диаграмма с периодом импульса

Рис. 7 Тактовая диаграмма с длиной импульса

Рис. 8 Тактовая диаграмма с длиной паузы

3. Рассчитаем теоретический и практический коэффициенты заполнения:

Период импульса T=12.8 мс

Длина импульса

Длина паузы T_п =0,8 Мм

Вывод

ШИМ-модулятор преобразует напряжение или число в импульсы. В данной лабораторной работе у нас используется цифровой ШИМ- модулятор, поэтому в качестве входного сигнала выступает число, которое указывает какой коэффициент заполнения мы хотим получить на выходе.

На компаратор подается число А, которое меняется “пилообразно” от 0 до 15 (т.к. в данном случае у нас стоит в схеме 4-х разрядный счетчик), как можно пронаблюдать на тактовой диаграмме (рис.3. и рис.5.). Далее это число сравнивается компаратором с входным числом B, которое и определяет коэффициент заполнения сигнала на выходе компаратора. Как видно из тактовой диаграммы на рисунке 2, с ростом числа B растет коэффициент заполнения сигнала PWM. Мы использовали выход схемы PWM A<B (ALBO), поэтому зависимость именно линейная.

Была реализована синхронная защита от дребезга на триггере номер 10, и стоящим перед его входом схемой однобитного мультиплексора, состоящего из 3 Л.Э. тип “И-НЕ”.

Вход SW имитирует нажатие кнопки, переключающее смену коэффициента заполнения B.

Если посмотреть по тактовой диаграмме на выход TC то видно, что пока счетчик не доходит до числа 15, на выходе TC стоит логический ноль, как только на счетчике переполняется, то на выходе срабатывает логическая единица и счетчик обнуляется.

Когда на вход GN подается логический ноль, то счетчику, который считает B, разрешается переключиться на следующее число.

Вход CLK задает тактовый сигнал.