Микропроцессорный широтно-импульсный формирователь Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ISSN GS6S-5SS6

НАУЧНОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, 2GG1, том 11, № 4, с. 71-75

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 621.373.4 (088.8)

© В. В. Наумов, О. А. Гребенщиков

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ

Описан широтно-импульсный формирователь на базе микроконтроллера К1816ВЕ31. Возможно программирование формирования длительности и периода повторения импульсной последовательности в соответствии с функциями различного вида: ступенчатой, линейной, параболической, обратной, экстремальной (функцией показателя качества), синусоидальной, случайной типа "дробовой эффект". Формирователь может быть использован в кодирующих устройствах, широтно-импульсных модуляторах, тиристорных регуляторах, синхронных и фазовых детекторах. Диапазон формируемых длительностей и периодов повторения импульсов 5 мкс - 5 с с дискретностью 5, 10, 40, 400 мкс, 4 и 20 мс. Значения времени реализации функции (посылки): 1.28, 2.56, 10.2, 102.4 мс, 1.02 и 5.12 с.

ВВЕДЕНИЕ

Преобразователи код-длительность импульса находят широкое применение в широтноимпульсных модуляторах (111ИМ) и кодирующих устройствах [1, 2], в тиристорных регуляторах [3], программируемых формирователях импульсов с изменением по коду как длительности, так и периода повторения импульсов [4], а также в синхронных и фазовых детекторах для задания фазы управления.

С целью расширения функциональных возможностей авторами разработан широтно-импульсный формирователь на базе микроконтроллера (МК) К1816ВЕ31. Основу разработки составляет техническое решение, согласно [5], с простым алгоритмом, заключающимся в задании кодов длительности и периода повторения импульсов, соответствующих амплитуде функции управления, и в формировании по кодам импульсов модуляции различной длительности.

Формирование длительности и периода повторения импульсной последовательности может осуществляться в соответствии с функциями различного вида: ступенчатой, линейной, параболической, обратной, экстремальной — функцией показателя качества (ФПК), синусоидальной, случайной типа "дробовой эффект" и т.п. В таблице приведен перечень запрограммированных в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) формирователя функций управления.

Кроме перечисленных в таблице функций имеется возможность программирования более сложных функций, в том числе сочетаний ^1...-Р7 для конкретных устройств. Например, функции могут применяться для тиристорных регуляторов, используемых в устройствах питания инфракрасных излучателей, программируемых тер-

мостатах и термокамерах; F3, F4 — для плавного включения и выключения приводов; F5 — в импульсных нагревателях; F6, F7 — в приводах экспериментальных стендов для имитации переменных и случайных воздействий. Функция F7 может быть запрограммирована в кодирующем устройстве высокой степени защиты.

АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

На рис. 1 представлена функциональная схема широтно-импульсного формирователя, на рис. 2 — временные диаграммы работы при использовании экстремальной функции (ФПК) — F5.

Формирователь содержит МК на микросхеме К1816ВЕ31 с кварцевым резонатором частотой 1.2 МГц. Частота машинного цикла — 100 кГц (период повторения 10 мкс), частота сигналов ALE, PSEN — 200 кГц (период повторения З мкс). Имеется программируемый делитель частоты (ПДЧ) на МС К1З33ИЕ8 с каскадным включением и управляемыми от МК (сигнал УПР) коэффициентами пересчета: 1, 2, S, S0, S00, 4000 — для формирования из сигналов ALE тактовых импульсов (ТИ) с различными периодами повторения (З, 10, 40, 400 мкс и 4, 20 мс) и расширения циклов строба адреса ALE и сигналов чтения данных PSEN. S-битовый буферный регистр адреса (РгА) на МС КЗ88 ИР1 предназначен для промежуточного хранения адресов, принимаемых из порта Р0 МК и подаваемых на ПЗУ с периодами повторения, аналогичными периодам ТИ. В ПЗУ на семи МС типа Ю73РФ33, имеющих 16-битовые совмещенные шины адреса—данных, в каждой МС запрограммирована одна из функций F1...F7, содержащая 2Зб слов, причем S бит, соответствующих дискретному значению функции, являются кодом

Перечень запрограммированных функций управления

№№ функции Выражение функции Графическое представление функции

1 F1 = a ■ Sgn(t/b)+ a — ступенчатая

2 F2 = a ■ t — линейная

3 F3 = yja ■ t — параболическая

4 F 4 = 1/1 — обратная к V ►

5 F5 = b -(t - a )2 — экстремальная (ФПК) к

6 F 6 = sin t — синусоидальная к FV-

7 256 / \ F =£ aku(t - tk ) — случайная, ("дробо- к =1 вой эффект"), где ак — амплитуда импульса, и — форма импульса, tk — случайные моменты Длл/І,

длительности импульса (КодД), а 8 бит — кодом досчета (КодП) до периода повторения импульсов. В устройство входят 8-битовые счетчики длительности импульса (СчД) и досчета до периода (СчП) на МС К1533ИЕ7 с каскадным включением (по две МС); триггер импульса (ТгИ) на МС К1533ТМ2, на вход сброса которого подается низкий уровень с выхода заема СчД, а на вход установки — низкий уровень с выхода заема СчП; усилитель мощности (УМ) на транзисторах КТ814Б и КТ815Б; пульт управления (ПУ) с кнопкой СБРОС, клавишей ПУСК, с семью клавишами ФУНКЦИЯ (для выбора функций F1...F7 из ПЗУ) и с шестью клавишами ЦИКЛ (для выбора подпрограммы управления коэффициентами пересчета ПДЧ).

В начальном состоянии для выбора функции управления, например F5, нажатием клавиши № 5

ФУНКЦИЯ низкий уровень подается на вход CS МС К573РФ33; нажатием одной из клавиш ЦИКЛ, например № 3 (цикл 40 мкс), производится выбор

циклов расширения ALE, PSEN и периода повторения ТИ. При этом низкий уровень подается на один из входов порта Р1, который считывается командой ORL P1, A [6]. При нажатии кнопки СБРОС высоким уровнем сбрасываются узлы МК, а низким уровнем сбрасываются РгА, СчП, СчД и устанавливается ТгИ. Запуск программы осущест-

вляется нажатием клавиши ПУСК, при этом низкий уровень подается на вход INT МК.

Подпрограмма цикла № 3 (40 мкс) вырабатывает б-разрядные коды, которые с выхода порта Р2 подаются на входы ПДЧ для установки соответствующего коэффициента деления — S. Поскольку период повторения сигнала ALE с выхода МК составляет 5 мкс, с выхода ПДЧ сигналы ALE,

PSEN и ТИ будут выдаваться с периодом повторения 5 мкс-S = 40 мкс.

После формирования первого адреса с порта Р0 МК на информационные входы РгА подается S-битовый код, который заносится сигналом строба адреса ALE с выхода ПДЧ в РгА. Перепись адреса из РгА в ПЗУ осуществляется высоким уровнем сигнала PSEN с выхода ПДЧ, а чтение первого слова (из 25 б) дискретного значения функции F5 — низким уровнем.

Первые S бит (из 1б) являются кодом длительности импульса и подаются с выхода ПЗУ на информационные входы СчД, вторые S бит являются кодом досчета до периода повторения и подаются на информационные входы СчП. Запись кодов длительности и досчета осуществляется сигналом ответа RPLY МС К573РФ33, подаваемым на вход

разрешения записи PE СчД и СчП. После записи кодов в счетчики ТИ поступают на вход вычитания СчД.

_n_T“L

Рис. 1. Функциональная схема широтно-импульсного формирователя. МК — микроконтроллер К1816ВЕ31, ПДУ — программируемый делитель частоты, РгА — буферный регистр частоты, ПЗУ — постоянное запоминающее устройство на МС К573РФ33 с функциями F1.F1, ПУ — пульт управления, СчП — счетчик досчета до периода повторения импульсов, СчД — счетчик длительности импульсов, ТгИ — триггер импульса, УМ — усилитель мощности

После вычитания и отработки кода, соответствующего длительности импульса, с выхода заема СчД низкий уровень сбрасывает ТгИ и поступает на вход вычитания СчП.

На выходе ТгИ вырабатывается импульс, длительность которого эквивалентна величине дискретного значения функции F5. После вычитания

и отработки кода периода повторения, который равен сумме кодов длительности импульса и дос-чета, с выхода заема СчП низкий уровень устанавливает в единичное состояние ТгИ, подготавливая его к новому циклу формирования длительности импульса в соответствии со следующим значением функции F5. Поскольку РгА, СчД, СчП имеют

Сброс

тт

ЛЬЕ

Р8ЕЫ

КодД

КодП

ТгИ

(УМ)

и

2 '' у Л

1 / у

/

/

/

0.04 0.08 0.12

лллл

\ 256 \

10.2

мс

ПП_1и

Рис. 2. Временные диаграммы широтно-импульсного формирователя при использовании экстремальной функции управления (Р5)

г

г

г

г

г

разрядность 8 бит, максимальная длительность импульса, период повторения, время выборки 256 слов из ПЗУ и время реализации функции К5 в третьем цикле составляет 40 мкс -28 = 10.2 мс. Для циклов 1, 2, 4, 5, 6 это время составляет соответственно 5, 10, 400 мкс, 4, 20 мс, умноженные на 28, т.е. 1.28, 2.56, 102.4 мс и 1.02, 5.12 с.

После формирования второго и последующих адресов чтения кодов функции из ПЗУ описанные выше процессы формирования длительности импульсов повторяются до выборки 256 слов из ПЗУ и полной реализации функции К5 (рис. 2, эпюра Р5).

После формирования 256-го адреса программой предусмотрено повторение реализации текущей функции многократно. Останов программы производится отжатием клавиши ПУСК и подачей высокого уровня на вход ШТ МК или нажатием кнопки СБРОС.

ВЫВОДЫ

Предлагаемый широтно-импульсный формирователь позволяет формировать по коду импульсные последовательности в диапазоне 5 мкс - 5.12 с с дискретностью 5, 10, 40, 400 мкс, 4 и 20 мс. Значения времени реализации функции или посылки

(для ШИМ) составляют 1.28, 2.56, 10.2, 102.4 мс и 1.02, 5.12 с.

Для повышения точности реализации функций ^1...^7 и диапазона длительности импульсов достаточно увеличить разрядность СчД и СчП, а также число слов в ПЗУ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Апорович А.Ф., Чердынцев В.А. Радиотехнические системы передачи информации. Минск: Высш. шк., 1985. 314 с.

2. Кларк Дж. мл., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи (пер. с англ.). М.: Радио и связь, 1984. 392 с.

3. Наумов В.В. // ПТЭ. 2000. № 5. С. 156.

4. Наумов В.В., Пихун В.Н., Шелешкевич В.И. // ПТЭ. 1994. № 3. С. 209.

5. Наумов В.В., Пихун В.Н., Шелешкевич В.И. Формирователь импульсов. А.с. СССР № 1162025 (1984) // Б.И. 1985. № 22. С. 228.

6. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М.: Энергоатомиздат, 1990. 224 с.

Институт электроники НАН Беларуси, Минск Материал поступил в редакцию 8.08.2001.

MICROPROCESSOR-BASED PULSE-WIDTH SHAPER V. V. Naumov, O.A.Grebenshchykov

The Institute of Electronics, National Academy of Science of Belarus. Minsk

The paper describes a pulse-width shaper based on the microprocessor К1816ВЕ31 with programmed control of pulse sequence duration and repetition period for various functions: step, linear, parabolic, inverse, extremum (figure of merit function), sine and random ("shot effect" like). The shaper can be used in encoders, pulse-width modulators, thyristor regulators, synchronous and phase detectors. The range of formed pulse durations and recurrence periods is 5 ^s to 5 s in steps of 5, 10, 40, 400 ^s, 4 and 20 ms. The times of function realization (generation) are 1.2S, 2.5б, 10.2, 102.4 ms, 1.02 and 5.12 s.