Лабы ЦСХТ / ЛР6 Цифровой широтно-импульсный модулятор

_{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		Герасимов В.А.

Санкт-Петербург

202X

Цель работы

Собрать и исследовать схему 4-разрядного широтно-импульсного модулятора на основе двух синхронных счетчиков и компаратора.

Выполнение работы

Схема цифрового 4-разрядного широтно-импульсного модулятора приведена на рисунке 1.

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

Схема была собрана корректно: удержание кнопки SA1 приводило к уменьшению числа на индикаторе, SA2 – увеличению, коэффициент заполнения сигнала при этом изменялся в пределах от 0 до 15/16, яркость свечения светодиода становилась выше при увеличении числа на индикаторе.

Перепробовав различные подключения сигнала CKE, я пришел к выводу, что наиболее удобно регулировать коэффициент заполнения, когда цепь CKE подключена к медленному выходу F256 делителя частоты DD2. При выбранном подключении изменение числа B происходит при удержании кнопок с частотой F_CKE = F_CLK / 256 = 1 кГц / 256 = 3,91 Гц.

Напряжения U⁽¹⁾ и U⁽⁰⁾ на в цепи PWM составляют 3,20 и 0 В, период сигнала – 13,8 мс.

Зависимости коэффициента заполнения сигнала в цепи PWM и напряжения в цепи V_OUT от числа B приведены в табл. 1 и на рис. 2, 3.

Таблица 1. Зависимости теоретического и экспериментального значений коэффициента заполнения D и напряжения V_OUT от числа B[3..0]

Число B	tИ, мс	D измер., %	D расчетн., %	VOUT измер., В	VOUT расчетн., В
0	0	0	0	0	0
1	1	7,25	6,25	0,324	0,2
2	1,8	13,24	12,5	0,376	0,4
3	2,7	19,85	18,75	0,584	0,6
4	3,6	26,47	25	0,776	0,8
5	4,4	32,35	31,25	0,968	1
6	5,2	38,24	37,5	1,18	1,2
7	6,1	44,85	43,75	1,38	1,4
8	7	51,47	50	1,57	1,6
9	7,9	58,09	56,25	1,78	1,8
10	8,8	64,71	62,5	1,97	2
11	9,6	70,59	68,75	2,18	2,2
12	10,4	76,47	75	2,37	2,4
13	11,4	83,82	81,25	2,57	2,6
14	11,94	87,79	87,5	2,77	2,8
15	13,1	96,32	93,75	2,96	3

Пример расчета:

Рис. 2. Зависимости теоретического и экспериментального значений коэффициента заполнения D от числа B

Рис. 3. Зависимости теоретического и экспериментального значений напряжения в цепи V_OUT от числа B

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

Рис. 4. Осциллограмма пульсаций в цепи V_OUT

Измеренный двойной размах пульсаций U_PP составляет 149 мВ, а амплитуда, соответственно, U_{m, ЭКСП} = U_PP / 2 = 74,5 мВ. Теоретически, значение амплитуды пульсаций должно составлять:

где:

Экспериментальное значение амплитуды не соответствует расчетному, что связано с более быстрой зарядкой конденсатора в цепи ФНЧ.

Модулятор позволяет менять субъективно воспринимаемую яркость свечения светодиода ввиду того, что при большем коэффициенте заполнения D светодиод горит длительнее, глаз наблюдателя воспринимает больше света, отчего интенсивность кажется выше. При снижении тактовой частоты становится заметно, что между импульсами присутствует пауза.

Осциллограмма процесса изменения V_OUT при удержании кнопок SA1,2 показана на рис. 5.

Рис. 5. Осциллограмма процесса изменения V_OUT при удержании кнопок SA1,2

Выводы

В лабораторной работе была исследована схема 4-разрядного широтно-импульсного модулятора на основе двух синхронных счетчиков и компаратора. С помощью кнопок можно было устанавливать и сбрасывать коэффициент заполнения ШИМ-сигнала. На семисегментный индикатор выводилось число, соответствующее уровню заполнения. ШИМ-сигнал подавался на светодиод, в зависимости от заполнения менялась его яркость.

Были построены и экспериментальные зависимости коэффициента заполнения и выходного напряжения от числа B[3..0]. Они имеют линейный вид. Также было замечено, что добавить второй конденсатор в цепь и тем самым снизить частоту, между импульсами будет видна пауза.