ЛР6

_{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.
Преподаватель

Санкт-Петербург

2024

Цели работы – собрать и исследовать схему 4-разрядного широтно-импульсного модулятора на основе двух синхронных счетчиков и компаратора. В качестве нагрузки модулятора используются индикаторные светодиоды, для исследования обратного преобразования (ШИМ-сигнала в напряжение) на выход модулятора подключается RC-цепь. Коэффициент заполнения сигнала на выходе модулятора изменяется в сторону увеличения и уменьшения при помощи двух отдельных кнопок.

Рис. 1 Исследованная схема цифрового 4-разрядного широтно-импульсного модулятора

Схема была собрана корректно: удержание кнопки SA1 приводило к увеличению числа на индикаторе, SA2–уменьшению.

Перепробовав различные подключения сигнала CKE, я пришел к выводу, что наиболее удобно регулировать коэффициент заполнения, когда цепь CKE подключена к выходу F128 делителя частоты DD2. При выбранном подключении изменение числа B происходит при удержании кнопок с частотой

Напряжения U(1) и U(0) на в цепи PWM составляют 3,08 и 0 В, период сигнала – 14,1 мс. Зависимости коэффициента заполнения сигнала в цепи PWM и напряжения в цепи VOUT от числа B приведены в табл 1 и на рис.2.

PMW, мс	0,1	1,74	3,48	5,22	6,95	8,69	10,43	12,17
VOUT, B	0,2	0,6	1,04	1,4	1,76	2,16	2,56	2,88

Таблица 1. Зависимости коэффициента заполнения сигнала в цепи PWM и напряжения в цепи VOUT от числа B

В	tи, мс	Dэксп,%	Dтеор, %	VOUT эксп, В	VOUT теор, В
0	0,1	1	0	0,2	0,02
1	1,74	12	12,5	0,6	0,39
2	3,48	24	25	1,04	0,79
3	5,22	36	37,5	1,4	1,18
4	6,95	48	50	1,76	1,57
5	8,69	60	62,5	2,16	1,96
6	10,43	71	75	2,56	2,36
7	12,17	83	87,5	2,88	2,75

Пример расчёта:

Рис.2 Зависимости теоретического и экспериментального значений коэффициента заполнения D от числа B [3..0]

Рис. 3 Зависимости теоретического и экспериментального значений напряжения в цепи VOUT от числа B [3..0]

Измеренный двойной размах пульсаций U_PP составляет 540 мВ, а амплитуда, соответственно, U_m, ЭКСП =U_PP / 2=270 мВ. Теоретически, значение амплитуды пульсаций должно составлять:

Где

• T_PWM = 14,1 мс

• U_п = 3,3 В

• τ=R2*C3 = 100*10³*1*10^-6= 0,1мс

Модулятор позволяет менять субъективно воспринимаемую яркость свечения светодиода ввиду того, если несущая частота ШИМ, т.е. частота следования импульсов в цепи PWM, составляет хотя бы десятки-сотни Гц, она уже неразличима глазом, и работа осветительного прибора воспринимается как непрерывная с плавно изменяемой яркостью. Именно так регулируется яркость подсветки современных ЖК - дисплеев. При снижении тактовой частоты становится заметно, что светодиод сначала гаснет, а потом наблюдаются мерцания, различимые глазом.

Осциллограмма пульсаций напряжения в цепи VOUT показана на рис.4.

Рис. 4 Осциллограмма пульсаций в цепи VOUT

Рис. 5 Осциллограмма процесса изменения VOUT при удержании кнопокSA1,2

Анализируя схему ШИМ, делаем следующие выводы - число B[3..0] по каждому импульсу CKE увеличивается при нажатии кнопки SA2 и уменьшается – по нажатию SA1.

В ходе выполнения лабораторной работы была исследована схема 4-разрядного широтно-импульсного модулятора на основе двух синхронных счетчиков и компаратора. В качестве нагрузки модулятора использованы индикаторные светодиоды, для исследования обратного преобразования (ШИМ-сигнала в напряжение) на выход модулятора подключается RC-цепь. Когда число в счетчике DD4 достигает значения 0, в активный уровень лог. «0» устанавливается его выходе. С помощью цепи nMIN и логической элемента DD6 блокируется работа кнопки SA1, что предотвращает переполнение счетчика через ноль. Аналогично, цепь nMAX, кнопка SA2 и логический элемент DD7 не позволяют счетчику переполниться при достижении значения 15. Логический элемент DD8 разрешает работу счетчика по любому из сигналов на выходах DD6 и DD7, а направление счета на инкремент контролируется только кнопкой SA2. То есть удерживая кнопки SA1 или SA2, можно автоматически уменьшать или увеличивать значение B[3..0] в диапазоне от 0 до 15. Компаратор DD5 сравнивает 4-разрядные числа A и B. На его выходе сигнал A<B будет активен, пока число B превышает возрастающее значение A, которое изменяется от 0 до 15. Очевидно, что чем больше значение B, тем дольше продолжается этот интервал времени. Таким образом, ширина импульсов в цепи PWM оказывается прямо пропорциональной значению B.