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
Студент гр. 0207 |
_________________ |
Маликов Б.И. |
Преподаватель |
_________________ |
Аристов С.А. |
Санкт-Петербург
2023
2
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является исследование схемы 4-разрядного широтно-
импульсного модулятора на основе синхронных счетчиков и компаратора.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Рис. 1 – Схема 4-разрядного широтно-импульсного модулятора (ШИМ)
Выход DD2 был выбран F128 как наиболее комфортный в плане регулировки яркости светодиодов.
3
Зависимость длительности импульса в цепи PWM и напряжения U в
цепи VOUT от числа B, а также зависимость коэффициента заполнения выходного ШИМсигнала от числа В:
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл. 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t (импульс), мс |
0 |
0,8 |
1,7 |
2,5 |
3,6 |
4,2 |
5 |
5,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T (период), мс |
0 |
13,6 |
13,6 |
13,6 |
13,6 |
13,6 |
13,6 |
13,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uтеор, В |
0 |
0,19 |
0,41 |
0,61 |
0,87 |
1,02 |
1,21 |
1,43 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uпрак, В |
0 |
0,16 |
0,32 |
0,48 |
0,60 |
0,80 |
1 |
1,16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dтеор |
0 |
0,06 |
0,13 |
0,19 |
0,25 |
0,31 |
0,38 |
0,44 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dпрак |
0 |
0,06 |
0,13 |
0,18 |
0,26 |
0,31 |
0,37 |
0,43 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл. 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t (импульс), мс |
6,7 |
7,6 |
8,5 |
9,4 |
10,2 |
11,1 |
11,9 |
12,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T (период), мс |
13,6 |
13,6 |
13,6 |
13,6 |
13,6 |
13,6 |
13,6 |
13,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uтеор, В |
1,62 |
1,84 |
2,06 |
2,28 |
2,48 |
2,69 |
2,89 |
3,11 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uпрак, В |
1,36 |
1,56 |
1,64 |
1,8 |
2 |
2,16 |
2,36 |
2,56 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dтеор |
0,50 |
0,56 |
0,63 |
0,69 |
0,75 |
0,81 |
0,88 |
0,94 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dпрак |
0,49 |
0,56 |
0,63 |
0,69 |
0,75 |
0,82 |
0,88 |
0,94 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пример вычислений при B = 7:
B 7
Dтеор = 2n = 24 = 0,44 (где n – разрядность счетчика)
4
Dпрак = Tt = 13,65,9 = 0,43 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Uтеор = UTП∙t = 3,3∙5,913,6 = 1,43 В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
D |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
Теория |
|
|
Практика |
|
|
|
|
|
||
Рис. 2 – График зависимости коэффициента заполнения от B |
||||||||||||||||
В |
3.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uout, |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
Теория |
|
|
Практика |
|
|
|
|
|
||
|
Рис. 3 – График зависимости напряжения Uout от B |
|
||||||||||||||
Анализируя полученные графики, делаем вывод, что теоретические и практические значения приблизительно равны.
5
Цепь VOUT (1 В/дел.)
Цепь PWM (2 В/дел.) |
1 с/дел. |
|
Рис. 4 – Осциллограмма работы широтно-импульсного модулятора
Таким образом, основная идея ШИМ состоит в том, что входное число
сравнивается с опорным числом, которое линейно нарастает от нуля до некоторого максимального значения в пределах интервала времени, равного периоду выходного сигнала схемы.
6
ВЫВОД
Анализируя схему ШИМ, делаем следующие выводы - число B[3..0] по каждому импульсу CKE автоматически увеличивается при нажатии кнопки
SA2 и уменьшается – по нажатию SA1. Это происходит, если nMIN = nMAX
= 1. Когда число в счетчике DD4 достигает значения 0, в активный уровень лог. «0» устанавливается его выходе .
При помощи цепи nMIN и ЛЭ DD6 это блокирует работу кнопки SA1 и
переполнения через ноль счетчика не происходит. То же самое можно сказать и про цепь nMAX, кнопки SA2 и ЛЭ DD7, которые не позволяют счетчику переполниться через 1510.
ЛЭ DD8 разрешает счетчику работу по любому из сигналов на выходах
DD6,7, а направлением счета на инкремент управляет, естественно, только кнопка SA2.
То есть, удерживая кнопки SA1 или SA2, можно автоматически уменьшать и увеличивать число B[3..0] в пределах 0...1510, а происходит это автоматическое изменение с частотой следования импульсов разрешения сигнала CKE.
Компаратор DD5 сравнивает 4-разрядные числа A и B. На его выходе
A<B единица присутствует, пока, соответственно, число B превышает растущее от 0 до 1510 число А. Очевидно, что чем больше B, тем дольше такие интервалы времени. Таким образом, ширина импульсов цепи PWM
оказывается в прямой пропорциональной зависимости от числа В.
7