Diseño de generador de forma de onda de pulso
Palabras clave: ICL8038; generador de señales; circuito de modulación de frecuencia; instrumento de prueba electrónico
Clasificación de bibliotecas chinas. :TP39 Código de identificación del archivo: A Número de artículo: 1009-2374 (2009) 05-0014-03 El generador de señales es un instrumento electrónico que puede generar señales estándar. Es uno de los instrumentos electrónicos que se utilizan a menudo en la producción industrial, los electricistas y. laboratorios electrónicos. En diversos campos de la electrónica moderna, a menudo se requieren generadores de señales con alta precisión y fácil ajuste de frecuencia. En términos generales, cuanto mayor es la frecuencia, más tipos de formas de onda y mejor es el rendimiento del generador, pero el costo y los requisitos técnicos del dispositivo también aumentan considerablemente. Por lo tanto, bajo la premisa de cumplir con los requisitos del trabajo, un generador rentable es nuestra primera opción. Un generador de señales común es un generador de señales simple fabricado con ICL8038, pero este generador de señales solo puede generar ondas sinusoidales, ondas triangulares y ondas rectangulares. Este artículo estudiará cómo generar otras señales basadas en ICL8038 combinando sus circuitos periféricos y circuitos de modulación de frecuencia directa.
1. Diseño general
(1) Diagrama de bloques de diseño del generador de señales
El diagrama de bloques del generador de señales se muestra en la Figura 1:
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Figura 1 Diagrama de bloques del diseño del generador de señal
En la Figura 1, el circuito de generación de forma de onda consta del generador de funciones de circuito integrado monolítico ICL8038 y sus circuitos periféricos, que se utilizan para mostrar ondas cuadradas, sinusoidales. ondas y ondas triangulares. El circuito de modulación de frecuencia directa está compuesto por un cristal sensible al tiempo y un diodo varactor. La onda sinusoidal generada por el circuito de generación de forma de onda generará una onda FM a través de este circuito. El circuito de visualización consta de un medidor de frecuencia de un solo chip ICM7216D, cristal, condensador, interruptor y tubo digital LED [11], que se utiliza para mostrar el valor de frecuencia de la forma de onda de salida.
(2) Diagrama del circuito general del generador de señal
El circuito general del generador de señal se muestra en la Figura 2:
II. parte
(1) Diseño del circuito de generación de forma de onda basado en ICL8038
El generador de funciones compuesto por ICL8038 se muestra en la Figura 3. La resistencia R1 y el potenciómetro RP1 se utilizan para determinar el potencial CC U8 del pin 8, normalmente U8≥2UCC/3. Cuanto mayor sea U8, cuanto más pequeños sean IA e IB, menor será la frecuencia de salida y viceversa. Por lo tanto, el ICL8038 también se denomina oscilador controlado por voltaje (VCO) o modulador de frecuencia (FM). El rango de frecuencia ajustable de RP1 es 20 HZ ~ 20 KHZ. U8 también puede proporcionar potenciales fijos a través de 7 pines. En este momento, la frecuencia de salida f0 solo está determinada por RA, RB y el capacitor Ct. Cuando el UCC recibe alimentación de fuentes de alimentación duales, el nivel de CC de la forma de onda de salida es cero. Cuando se utiliza una fuente de alimentación única, el nivel de CC de la forma de onda de salida es UCC/2.
(2) Diseño de un circuito de modulación directa de frecuencia con diodo varactor oscilador de cristal.
La Figura 4 es un circuito de modulación de frecuencia directa con diodo varactor para un oscilador de cristal de 100 MHz. En la Figura 4, el tubo T2 está conectado al circuito oscilador de cristal Pierce y la frecuencia es modulada directamente por el diodo varactor. El circuito resonante en el colector del tubo T2 está sintonizado al tercer armónico de la frecuencia de oscilación del cristal para lograr la función de triple frecuencia. El tubo T1 es un amplificador de audio. Después de amplificar la señal de entrada, se agrega al diodo varactor a través de un estrangulador de alta frecuencia de 2,2 μH. Al mismo tiempo, el voltaje de alimentación de T1 también se aplica al varactor a través de un estrangulador de alta frecuencia de 2,2 μH como voltaje de polarización del varactor.
Cuando el oscilador de cristal está modulado en frecuencia, dado que el diodo varactor se introduce en el circuito de oscilación, la estabilidad de frecuencia es menor que la del oscilador de cristal sin modulación de frecuencia. Generalmente, su estabilidad de frecuencia a corto plazo alcanza el orden de 10-6 y su estabilidad de frecuencia a largo plazo alcanza el orden de 10-5.
Figura 4 Circuito de modulación de frecuencia directa de diodo varactor oscilador de cristal
(3) Diseño del circuito de visualización basado en ICM7216D.
El circuito de visualización consta de un medidor de frecuencia de un solo chip ICM7216D, cristal, resistencia y condensador. ICM7216D es un chip integrado a gran escala dedicado a la medición de frecuencia desarrollado por primera vez por la empresa estadounidense Intersil. Se trata de un circuito integrado doble en línea estándar de 28 pines alimentado por una fuente de alimentación regulada de +5 V. Contiene un oscilador de alta frecuencia, un contador decimal, un decodificador de siete segmentos, un multiplexor de bits, un controlador de código de un bit de ocho segmentos que puede controlar directamente la pantalla LED y un controlador de código de un bit de ocho bits. El rango de medición de frecuencia básica es de CC a 100 MHz. Si se agrega un circuito divisor de frecuencia preestablecido, la frecuencia límite superior puede alcanzar 40 MHz o 100 MHz.
El frecuencímetro de un solo chip ICM7216D se puede combinar con algunos componentes como un oscilador de cristal, selección de rango y pantalla LED para formar un frecuencímetro en miniatura de CC a 40 MHz, que se puede utilizar para medición de frecuencia y medición de velocidad mecánica.
La Figura 5 es un circuito de visualización basado en ICM7216D. Tomando la frecuencia de oscilación de 10 MHz compuesta por el cristal y los condensadores C1 y C2 como frecuencia de referencia, el pulso de tiempo de puerta se genera después de la división de frecuencia interna del ICM7216D. Utilice el interruptor k para seleccionar la marcha y utilice el interruptor S1 para controlar el reinicio del circuito S2 para mantener el circuito en estado de retención. Los DP de los ocho tubos digitales LED están conectados al pin de entrada decimal DP (pin 23) y la unidad lógica decimal interna genera el número correcto de decimales. Cuando sale la señal medida, el ICM7216D cuenta su frecuencia y el LED de 8 bits muestra la frecuencia medida bit a bit, logrando así el propósito de medición y visualización.
El proceso de trabajo específico es: utilizar un oscilador de cristal de 2,5 MHz y resistencias y condensadores C1 y C2 de 22 MΩ para cumplir con el funcionamiento normal del oscilador interno. Debido a que el oscilador interno es un inversor CMOS de alta ganancia, se coloca una resistencia en paralelo con el oscilador de cristal para proporcionar una polarización adecuada. En este momento, el oscilador fundamental del chip es de 2,5 MHz. Si se utiliza un oscilador de cristal de 1 MHz en lugar del oscilador de cristal de 2,5 MHz, es necesario ajustar el condensador entre los pines 25 y 26 del chip. En este momento, la vibración fundamental del chip es de 1MHz. Además, el chip permite el uso de un oscilador externo. Si se utiliza un oscilador externo, la frecuencia fundamental del chip es igual a la frecuencia del circuito oscilador externo. En este momento, el circuito oscilador interno del chip todavía está funcionando, pero no afectará la medición normal del chip. . Si la frecuencia de oscilación interna es inferior a 1 MHz o solo está funcionando el circuito de oscilación externo, los pines 25 y 26 deben conectarse juntos para garantizar un nivel de flotación suficiente. Si la salida del circuito de oscilación externo es de nivel TTL, se debe conectar una resistencia de 22 mω entre los pines 25 y 26, y los pines 24 y 25 se deben conectar juntos. Si la frecuencia del circuito de oscilación externo es inferior a 100 KHz, el circuito de oscilación externo no tiene ningún impacto en el chip y el chip aún funciona a la frecuencia del circuito de oscilación interno.
La señal de medición se introduce desde el pin 28. Si la señal de entrada es pequeña, se puede utilizar un circuito preamplificador. Si la señal de entrada es demasiado grande, se puede utilizar un circuito limitador. Las líneas de unidad de ocho bits de D1 ~ D8 están conectadas a los terminales públicos del LED de ocho bits respectivamente. Las líneas de salida de unidad de segmento A ~ G están conectadas a los pines correspondientes del LED. Los LED están conectados al pin 23. De esta manera, la unidad lógica interna del punto decimal genera el punto decimal correcto. El LED de ocho dígitos es una visualización bit a bit de la luz indicadora, con una frecuencia de 500 Hz, un tiempo de señal de bits de 244 μs y un tiempo en blanco de bits de 6 μs entre dos pantallas para evitar imágenes fantasma. La corriente máxima de conducción del segmento del chip es de 15 mA y la corriente nominal de conducción del segmento es de 12 mA. Para aumentar el brillo de la pantalla, el voltaje de suministro se puede aumentar a 6 V. Al medir y mostrar, los ceros a la izquierda del punto decimal se eliminan y los dígitos a la derecha se muestran como de costumbre. Cuando la frecuencia de la señal medida excede el rango de medición del frecuencímetro y se desborda, el octavo dígito después del punto decimal puede encenderse dentro del chip, lo que indica que se ha producido un desbordamiento en ese momento.
En la Figura 5, k es un interruptor de cuatro velocidades que se utiliza para seleccionar diferentes rangos. S1 es un interruptor de llave. Cuando se presiona, el pin 12 está bajo y el contador principal deja de contar y muestra cero. Cuando se presiona S2, el pin 27 está alto y el contador principal deja de contar. En este momento, los datos se autobloquean y se muestran cuando se desconecta S2, el contador principal reinicia el conteo. Dado que la señal utilizada en la entrada de control compuesta es una señal de control de bits, para evitar que la señal de control compuesta afecte la señal de bits, se usa un diodo para el aislamiento y la resistencia y el capacitor conectados al pin 1 del chip se usan para reducir ruido e interferencias.
La Figura 5 es un circuito de visualización basado en ICM7216D.
(4) Diseño del circuito de conformación
Dado que el chip ICM7216D solo puede contar señales de pulso, las ondas sinusoidales y triangulares generadas por el circuito de generación de forma de onda deben moldearse primero antes de enviarse. a la computadora Cuando se trata del circuito de visualización para visualización de frecuencia, el circuito de conformación se puede implementar con una sola puerta NAND. Este artículo utiliza el chip 74LS20 para dar forma. El diagrama de pines del chip 74LS20 se muestra en la Figura 6:
3. Análisis de resultados
Este artículo utiliza una fuente de alimentación de 10 V, 5 V CC y utiliza un osciloscopio digital para mostrar la salida. forma de onda.
El generador de señal puede generar ondas sinusoidales, ondas triangulares, ondas rectangulares y ondas FM; la frecuencia más baja de ondas sinusoidales, ondas triangulares y ondas rectangulares es de 55,10 Hz y la frecuencia más alta es de 16,13 kHz. El valor máximo de la onda sinusoidal puede alcanzar los 4,36 V; el valor máximo de la onda triangular puede alcanzar los 6,6 V y el ciclo de trabajo se puede ajustar entre 44,4 % y 50,4 %. El valor pico a pico de la onda rectangular puede alcanzar los 20,2 V y el ciclo de trabajo se puede ajustar entre 41,3 % y 57,5 %. La frecuencia portadora pico a pico en el circuito de FM es de 5,6 V y la frecuencia es de 13,3 MHz; debido a la adición de un circuito de 4 divisiones en el circuito de visualización, la frecuencia límite superior de medición de frecuencia puede alcanzar los 40 MHz.
Cuatro. Conclusión
Este artículo utiliza el chip de generación de funciones ICL8038 combinado con circuitos periféricos para generar ondas sinusoidales, ondas triangulares y ondas rectangulares, y luego ingresa las ondas sinusoidales generadas en el circuito de modulación de frecuencia directa del diodo varactor del oscilador de cristal. para generar salida de onda FM. El circuito de visualización compuesto por ICM7216D muestra la frecuencia de cada forma de onda.
El sistema está compuesto completamente por hardware, lo que evita problemas de programación. El circuito es simple y fácil de depurar y puede generar una variedad de formas de onda. Referencia
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