Содержание Лист

Содержание 1

1 Введение 2

2 Генераторы сигналов специальной формы 3

3 Разработка функционнальной схемы генератора сигналов 3

4 Разработка принципиальной схемы генератора сигналов 5

4.1 Выбор ЦАП 5

4.2 Расчет источника опорного напряжения 9

4.3 Выбор генератора тактовых импульсов 10

4.4 Выбор двоичного счетчика 12

4.5 Выбор устройства управления 14

4.6 Формирователь выходного сигнала 15

5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16

6 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 17

1 Введение

Неотъемлемой частью почти любого электронного устройства является генератор гармонических или каких-либо других колебаний. Кроме очевидных случаев автономных генераторов (а именно генераторы синусоидальных сигналов, генераторы каких-либо функций, импульсные генераторы) источник регулярных колебаний необходим в любом периодически действующем измерительном приборе, в устройствах инициирующих измерения или технологические процессы, и вообще в любом приборе, работа которого связана с периодическими колебаниями.

Они присутствуют практически везде. Так, например, генераторы колебаний специальной формы используются в цифровых мультиметрах, осциллографах, радиоприемниках, ЭВМ, в любом периферийном устройстве ЭВМ (накопители на магнитной ленте или магнитных дисках, устройство печати, алфавитно-цифровой терминал), почти в любом цифровом приборе (счетчики, таймеры, калькуляторы и любые приборы с “многократным отображением”) и во множестве других устройств.

Устройство без генератора либо, либо предназначено для подключения к другому (которое скорее всего содержит генератор).

В зависимости от конкретного применения генератор может использоваться просто как источник регулярных импульсов («часы» в цифровой системе); от него может потребоваться стабильность и точность (например, опорный интервал времени в частотомере), регулируемость (гетеродин передатчика или приемника) или способность генерировать колебания в точности заданной формы (как например, генератор горизонтальной развертки осциллографа).

В импульсных устройствах широкое применение находят генераторы, выходное напряжение которых имеет форму, резко отличающуюся от синусоидальных. Колебания такой формы носят название релаксационных и бывают прямоугольными, пилообразными, пилообразно-импульсными и т.д.

2 Генераторы сигналов специальной формы

В технике связи и управления, а измерительной технике используются импульсы напряжения и тока не только прямоугольной, но и непрямоугольной формы, например пилообразной или более сложной формы. Известны многие методы формирования таких импульсов. В результате данной работы был спроектирован генератор сигналов специальной формы управляемый счетом.

3 Разработка функционнальной схемы генератора сигналов

Практически любой сигнал, форма которого описывается функцией f(t), t₀ tt_K-1, может быть приближенно воспроизведен путем формирования ступенчатого напряжения u(t) в интервале [t₀,t_K-1], такого, что |f(t) - u(t)| , где  - погрешность аппроксимации. Дискретное представление функции приведено на рисунке 1 .

Рисунок 1 – Дискретное представление функции

Если в заданном интервале [t_0…t_K-1] выбирать множество значений

независимой переменной t₀,t₁,...,t_K-1,t_i <t_i+1, то под ступенчатой функцией u(t) понимается функция u(t) = а_i = const., t_i  t t_i+1, i= 0, 1,...,k-1. Значения t_i обычно задаются двоичным кодом m_i и каждому значению u(t_i) ставится в соответствие n-разрядное двоичное число n(m_i).

Точность воспроизведения функции f(t) зависит и от числа узлов аппроксимации, и от числа разрядов, которым кодируются аналоговые уровни в узлах. На точность аппроксимации влияют и инструментальные ошибки, обусловленные неточностью и дрейфом параметров генератора функций.

Функциональная схема генератора напряжения представлена на рисунке 2.

u(t) U(t)

Рисунок 2 – Функциональная схема генератора

В схему генератора входят генератор тактовых импульсов ГТИ, устройство управления УУ, двоичный счетчик СТ2, цифро-аналоговый преобразователь ЦАП и фильтр низкой частоты ФНЧ. ГТИ вырабатывает периодическую последовательность коротких прямоугольных импульсов; период повторения этих импульсов задает длительность интервала t = t_i – t_i-1 дискретизации ступенчатого напряжения. Для получения точного и стабильного интервала t в ГТИ часто используется кварцевая стабилизация частоты.

Устройство управления управляет работой счетчика – задает частоту импульсов, направление счета, запись начального числа и т.д.

Счетчик импульсов вырабатывает параллельный двоичный код m_i, представляющий величину t_i (минимальному интервалу t соответствует приращение числа, фиксированного в счетчике, на единицу младшего разряда; это приращение обусловлено поступлением на вход счетчика очередного тактового импульса). Код М_i поступает на вход ЦАП. На выходе ЦАП создается на каждом i-м такте уровень напряжения u_i=u(t_i) соответствующий коду N_i. Таким образом ЦАП реализует линейную операцию F преобразования кода N_i в напряжение u=f(n_i). В результате на выходе ЦАП создается ступенчатое (кусочно-постоянное) напряжение. Последнее может быть сглажено фильтром низких частот, и таким образом можно получить сигнал u(t), близкий по форме к требуемому f(t). Точность воспроизведения генерируемой функции зависит от количества двоичных разрядов n кода N_i, т.е. от разрядности ЦАП.