Устройство измерения интервала времени спадающего напряжения

Развитие цифровой электроники положило началу созданию первых простейших вычислительных устройств, что впоследствии привело к появлению компьютеров. В нынешнее время

Устройство измерения интервала времени спадающего напряжения

Курсовой проект

Радиоэлектроника

Другие курсовые по предмету

Радиоэлектроника

Сдать работу со 100% гаранией
1561ПУ4

Рисунок 17 – Блок задания интервала между измерениями

Соединив между собой описанные компоненты, мы получаем блок задания интервала между измерениями, показанный на рисунке 17.

Рассчитаем требуемые номиналы резисторов R8..R14, используя известное соотношение. Учитывая, что R8..R12 будут одинаковы, сопротивление ровняется:

, (8)

(9)

(10)

Принцип работы данного блока состоит в следующем. Установив микросхему кварцевого генератора на частоту 1 Гц, импульсы через преобразователь уровня поступают на счётчик, который работает в режиме вычитания. Задав, предварительно, с помощью ключей S1..S4 модуль счёта в двоично-десятичном коде, численно соответствующий интервалу между измерениями. Отсчитав импульсы, в момент, когда на выходе установиться «0000» с элемента D7.3 поступает «лог. 0» на вход LOAD, осуществляя предварительную запись, модуля счёта. После прихода очередного импульса на CLK с выхода «ИЛИ» вновь поступает уровень «лог. 1». В промежутке времени отрицательного импульса на LOAD, с выхода инвертора формируется положительный импульс который поступает на вывод «B» схемы привязки асинхронного сигнала в синхронной последовательности. Процедура вновь повторяется при достижении на выходе счётчика «0000». Описанный процесс позволяет производить регулировку интервала времени между измерениями.

После того как, в соответствии с интервалом между измерением, был выделен измеряемый временной интервал, необходимо преобразовать его в последовательность счётных импульсов, которые будут считываться счётчиком, а в дальнейшем выводиться на индикаторах. Важно правильно задать частоту счётных импульсов, для достоверности полученных результатов. Необходим кварцевый генератор, элемент «И», двоично-десятичные счётчики, количество которых определяется разрядностью полученного численного результата. Необходимо учесть, что перед каждым новым сеансом считывания импульсов, счётчики должны обнуляться. Данную процедуру обеспечивает схема выделения фронта.

Частота кварцевого генератора тактовых импульсов определяется из соотношения:

, (11)

где Tmin – минимальная длительность измеряемого интервала, в соответствии с ТЗ, σ – погрешность измерений, задаётся в ТЗ. Из этого следует, что в нашем случае частота будет равняться:

. (12)

В качестве кварцевого генератора будем использовать генератор Epson семейства SG – 8002 [6]. Генераторы данного семейства являются однократно программируемыми, и частота выходного сигнала определяется частотой опорного, встроенного кварцевого генератора и запрограммированным коэффициентом деления. В состав микросхемы входит кварцевый генератор опорной частоты 25 МГц, делитель частоты с коэффициентом деления 1/Q, фазовый детектор, ГУН, делитель частоты с коэффициентом деления 1/P, однократно программируемое ЭППЗУ и управляемые выходные каскады. Фазовый детектор, ГУН и делитель 1/P образуют цепь фазовой автоподстройки частоты. На фазовый детектор поступает поделенный по частоте в Q раз сигнал с опорного кварцевого генератора и поделенный в P раз сигнал с ГУН. Фазовый детектор производит сравнение фаз этих двух сигналов и управляет ГУН таким образом, чтобы сохранялась постоянная разность фаз сигналов этих источников. Таким образом, выходная частота ГУН будет составлять fVCO = fREF*P/Q, а ее стабильность определяться только стабильностью частоты опорного кварцевого генератора. При этом, в зависимости от соотношения коэффициентов деления P и Q выходная частота может быть как выше, так и ниже частоты опорного генератора. Значение опорной частоты совместно с коэффициентами деления P и Q определяют сетку допустимых выходных частот генератора. При соответствующей разрядности счетчиков шаг этой сетки может быть сделан достаточно малым. Кроме того, для обеспечения генерации выходной частоты с максимально возможной точностью осуществляется дополнительная подстройка опорного генератора путем подключения к нему одного или нескольких конденсаторов, входящих в состав микросхемы.

Все микросхемы серии SG-8002 имеют только четыре вывода, которые используются и для программирования генераторов. Программирование осуществляется по разработанной фирмой Epson технологии при помощи специального программатора и под управлением программы, установленной на IBM-совместимом компьютере.

После введения исходных данных о необходимой частоте генерации, ее стабильности, диапазоне рабочих температур и конфигурации выходного каскада осуществляется проверка введенных данных на совместимость с возможностями заданного типа кварцевого генератора. В случае успешной проверки выдается приглашение к записи. После установки генератора в панельку программатора можно начинать программирование. Весь цикл записи осуществляется автоматически и состоит из нескольких этапов.

На первом этапе на вывод 1 (вход управления выходным каскадом) подается отрицательное напряжение, переводящее микросхему в режим программирования.

На следующем этапе осуществляется контроль выходной частоты. Для незапрограммированного генератора выходная частота должна равняться частоте колебаний опорного генератора. При значительном отклонении выходной частоты от штатного значения дальнейшее программирование прекращается и выдается сообщение об ошибке. Если измеренное значение частоты не выходит за допустимые границы, то, исходя из результата измерения и необходимого значения частоты генерации, программа принимает решение о необходимости коррекции опорной частоты для достижения максимальной точности. Подгонка частоты кварцевого опорного генератора становится возможной благодаря наличию встроенного набора конденсаторов. В ходе программирования осуществляется подключение или отключение необходимых конденсаторов.

Далее программируются коэффициенты деления двух делителей частоты и цепи сдвига уровня в выходном каскаде. Затем вывод микросхемы OUT, который до сих пор служил входным, программируется как только выходной. Таким образом, блокируется любая возможность случайного перепрограммирования генератора в ходе его дальнейшей эксплуатации.

После окончания программирования проверяются и выводятся на экран основные параметры генератора: выходная частота, измеренная при комнатной температуре, потребляемый ток в рабочем режиме и режиме покоя, уровни выходного напряжения. Если по этим параметрам микросхема отвечает требованиям заказчика, то на этом ее программирование заканчивается.

Таким образом, в качестве генератора тактовых импульсов будем использовать кварцевый генератор SG – 8002CE [7](рисунок 18) запрограммированный на ТТЛ логику и выходную частоту 12,5 МГц.

Назначение выводов: 1 – вход управления выходным каскадом OE; 2 – общий; 3 – выход генератора OUT; 4 – напряжение питания UCC.

Основные электрические характеристики: выходная частота – f0 = 1 – 125 МГц, при UCC = 4,5 – 5,5 В; диапазон рабочих температур – TUSE = -20 до +70 oС; потребляемый ток – ICC = 40 мА; ток в режиме ожидания – 50 мкА; выходное напряжение низкого уровня – 0,4 В; выходное напряжение высокого уровня – (UCC – 0,4) В; отклонение частоты - ±5 ppm в год.

Рисунок 18 – Условное графическое изображение SG – 8002CE

Для генерации заданной частоты на входе 1, должен присутствовать высокий логический уровень, так как при низком выход генератора переходит в высоко импедансном состояние.

В качестве счётчика импульсов возьмём микросхему К561ИЕ14 [8] (рисунок 19). Представляет собой четырёхразрядный двоичный/двоично-десятичный реверсивный счётчик с предварительной установкой. Содержат 278 интегральных элементов. Корпус типа 238.16-1, масса не более 1,5 г и 4307.16 – А.

Назначение выводов: 1 – вход разрешения установки V; 2 – выход 4 разряда Q8; 3 – вход 4 разряда D8; 4 – вход 1 разряда D1; 5 – вход переноса ; 6 – выход 1 разряда Q1; 7 – выход переноса ; 8 – общий; 9 – вход двоичный/двоично/десятичный; 10 – сложение/вычитание; 11 – выход 2 разряда Q2; 12 вход 2 разряда D2; 13 – вход 3 разряда D4; 14 выход 3 разряда Q4; 15 – тактовый вход C; 16 – напряжение питания.

Основные электрические параметры: напряжение питания – 3..15 В; выходное напряжение низкого уровня при воздействии помехи при UП = 10 В - ≤ 1 В; выходное напряжение высокого уровня при воздействии помехи при UП = 10 В - ≥ 9 В; ток потребления при UП = 15 В - ≤ 100 мкА; входной ток низкого (высокого) уровня при UП = 15 В - ≤ 0,3 мкА; выходной ток низкого уровня при UП = 10 В - ≥ 0,6 мкА; выходной ток высокого уровня при UП = 10 В - ≥ 0,2 мкА; максимальная тактовая частота - ≥ 3 Мгц.

Рисунок 19 – Условное графическое изображение микросхемы К561ИЕ14

Таблица 4

Перенос

Сложение/Вычитание

Разрешение установки

Двоичный/двоично-десятичный

Режим работы

±1

V

2/10

1

X

0

X

Запрещение счёта

0

1

0

1

Сложение в двоичном режиме

0

1

0

0

Сложение в двоично-десятичном режиме

0

0

0

1

Вычитание в двоичном режиме

0

0

0

0

Вычитание двоично-десятичном режиме

X

X

1

X

Предварительная установка по входам D

Исходя из данных в таблице 4, задаём требуемые логические уровни на входах микросхемы и режим работы счётчика для проведения измерения временного интервала. Логический элемент «И» используемый для формирования счётной последовательности берём из микросхемы К533ЛИ3. Используем 2 входа элемента D3.3, а на 3 – ий подаём уровень логической единицы.

Сброс счётчика в нулевое состояние организуется с помощью входа предварительной записи

Похожие работы

<< < 1 2 3 4 5 6 7 > >>