Лабы ЦСХТ / ЛР6 Цифровой широтно-импульсный модулятор Вар 2

_{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.

Обработка результатов эксперимента.

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 при увеличении числа на индикаторе, то есть при росте коэффициента заполнения. Аналогично, при уменьшении числа яркость уменьшалась.

Попробовав различные подключения сигнала CKE, я для себя решил, что мне удобнее было регулировать коэффициент заполнения при подключении CKE к выходу F128 делителя частоты DD2. При выбранном подключении изменение числа B происходит при удержании кнопок с частотой F_CKE = F_CLK / 128 = 1 кГц /128 = 7,81 Гц.

Напряжения в цепи PWM составляют U⁽¹⁾ = 3,2 В, U⁽⁰⁾ = 0 В.

Зависимости коэффициента заполнения сигнала в цепи PWM и напряжения в цепи VOUT от числа B, приведены в таблице 1 и на рисунках 2 и 3.

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

Число B	tИ, мс	D изм, %	D расч, %	VOUT изм, В	VOUT расч, В
0	0	0	0	0	0
1	0,91	6,41	6,25	0,12	0,2
2	1,77	12,46	12,5	0,32	0,4
3	2,65	18,66	18,75	0,48	0,6
4	3,56	25,07	25	0,69	0,8
5	4,42	31,13	31,25	0,84	1
6	5,3	37,32	37,5	1,04	1,2
7	6,18	43,52	43,75	1,2	1,4
8	7,07	49,79	50	1,4	1,6
9	7,95	55,99	56,25	1,56	1,8
10	8,84	62,25	62,5	1,76	2
11	9,71	68,38	68,75	1,92	2,2
12	10,62	74,79	75	2,12	2,4
13	11,51	81,06	81,25	2,32	2,6
14	12,37	87,11	87,5	2,52	2,8
15	13,28	93,52	93,75	2,72	3

Пример расчетов:

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

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

Осциллограмма пульсаций напряжения в цепи VOUT показана на рисунке 4.

Рис. 4. Осциллограмма пульсаций в цепи VOUT

Измеренный двойной размах пульсаций U_PP составляет 174 мВ, а амплитуда, соответственно, U_m,ЭКСП = U_PP / 2 = 87 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 больше времени, и в глаз наблюдателя прилетает больше квантов в секунду, отчего интенсивность больше. При снижении тактовой частоты становится заметно, что между импульсами присутствует пауза. Осциллограмма процесса изменения VOUT при удержании кнопок SA1,2 показана на рисунке 5.

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

Выводы

В этой работе была собрана и исследована схема 4-разрядного широтно-импульсного модулятора на основе двух синхронных счетчиков и компаратора. С помощью кнопок в собранной схеме удалось регулировать коэффициент заполнения и выводить на семисегментный индикатор число, отражающее уровень заполнения. Коэффициент менялся в пределах от 0 до 15/16. Яркость свечения светодиода увеличивалась при повышении числа и уменьшалась при понижении, что свидетельствует о том, что ШИМ и в самом деле получилось собрать.

Теоретические зависимости коэффициента заполнения и выходного напряжения от числа B[3..0] имеют линейный вид. Экспериментальные значения коэффициента заполнения соответствуют теории, измеренные значения выходного напряжения несколько ниже теоретических. Возможно, отличие в значениях выходного напряжения связано с падением напряжения на компонентах фильтра ФНЧ.

Модулятор позволяет менять яркость свечения светодиода, как уже было сказано. Если снизить тактовую частоту, добавив второй конденсатор в цепь, станет заметно, что между импульсами присутствует пауза.