17523

Формування аналогового сигналу з заданими параметрами з допомогою широтно-імпульсного модулятора

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Тема: Формування аналогового сигналу з заданими параметрами з допомогою широтноімпульсного модулятора. Мета: Ознайомлення з роботою широтноімпульсного модулятора. Завдання:Сформувати вихідний сигнал ШІМ з частотою та формою заданими згідно варіанту: Варіант:...

Украинкский

2013-07-01

416.35 KB

6 чел.

Тема: Формування аналогового сигналу з заданими параметрами з допомогою широтно-імпульсного модулятора.

Мета: Ознайомлення з роботою широтно-імпульсного модулятора.

Завдання:Сформувати вихідний сигнал ШІМ з частотою та формою заданими згідно варіанту:

Варіант: 20

Частота ШІМ : 140, Гц

Форма вихідного аналогового сигналу: Синусоїда

Теоретичні відомості

Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ, англ. Pulse-width modulation (PWM)) — наближення бажаного сигналу (багаторівневого або неперервного) до дійсних бінарних сигналів, таким чином, щоби, в середньому, за деякий відрізок часу, їхні значення булли рівними. Формально, це можна записати наступним чином:

,

де x(t) - бажаний вхідний сигнал на проміжку часу від t1 до t2, а ∆Ti - тривалість i -го ШІМ імпульсу, кожного з амплітудою A. ∆Ti підбирається таким чином, щоби сумарні площі (енергії) обох величин були приблизно рівні за досить тривалий проміжок часу, також рівні і середні значення величин за період:

.

Керованими "рівнями", як правило, є параметри живлення силової установки, наприклад, напруга імпульсних перетворювачів /регуляторів постійної напруги/або швидкість електродвигуна. Для імпульсних джерел x(t) = Uconst стабілізації.

ШІП — широтно-імпульсний перетворювач, що генерує ШІМ-сигнал за заданим значенням керуючої напруги. Основною перевагою ШІМ — високий коефіцієнт корисної дії його підсилювачів потужності, який досягається за рахунок їх роботи винятково в ключовому режимі. Це значно зменшує потужність, яка виділяється на силовому керуючому елементі (як правило транзисторі).

При широтно-імпульсній модуляції як несуча частота використається періодична послідовність прямокутних імпульсів, а інформаційним параметром, пов'язаним з дискретним модулюючим сигналом, є тривалість цих імпульсів. Періодична послідовність прямокутних імпульсів однакової тривалості має постійну складову, обернено пропорційну шпарності імпульсів, або прямо пропорційну їхній тривалості. Пропустивши імпульси через фільтр низьких частот з частотою зрізу меншою, ніж частота вихідних імпульсів ШІП, цю постійну складову можна легко виділити, одержавши постійну напругу. Якщо тривалість імпульсів буде різною, ФНЧ виділить напругу, яка плавно змінюється, і яка відслідковує закон зміни тривалості імпульсів. Таким чином, за допомогою ШІМ можна створити нескладний цифро-аналоговий перетворювач, вихідна величина якого задається тривалістю імпульсів, а ФНЧ перетворить імпульсну послідовність у неперервний вихідний сигнал.

ШІМ використають транзистори, які працюють в ключовому режимі, тобто коло струму, яке проходить через транзистор увесь час або розімкнуте (транзистор працює в закритому режимі), або замкнуте (транзистор - в стані насичення). У першому випадку транзистор має нескінченний опір, тому струм в колі не тече, а отже і потужність, яка виділяється на цьому транзисторі рівна нулю.

.

В другому випадку опір транзистора є мінімальним, це призводить, до того, що і спадання напруги на ньому є близьким до нуля, отже потужність, яка виділяється теж мала.

.

Вихідним сигналом ШІМ є імпульсний сигнал постійної частоти й змінної шпарності, тобто відношення тривалості імпульсу до його періоду. За допомогою задання шпарності (тривалості імпульсів) можна міняти середню напругу на виході ШІМ.

В аналогових системах вихідним сигнал ШІМ може генеруватися аналоговим компаратором, на інвертуючий вхід якого подається опорний сигнал у вигляді напруги пилоподібної або трикутної форми, а на неінвертуючий - власне сам аналоговий сигнал, який необхідно модулювати. Частота імпульсів відповідає частоті опорного сигналу. Ту частину періоду, коли вхідний сигнал є більшим ніж вище опорний, вихідний синал рівний одиниці, коли меншим – нуль.

У цифровій техніці, виходи якої можуть приймати тільки одне із двох значень. Схема реалізації ШІМ містить генератор опорного сигналу на базі N-бітного лічильника. Цифрові ШІП працюють на фіксованій частоті, яка зазвичай значно перевищує реакцію керованих установок (передискретизація). У періоди між фронтами тактових імпульсів, вихід ШИП залишається стабільним, на ньому діє або низький рівень або високий, залежно від виходу цифрового компаратора, що порівнює значення лічильника з рівнем очікуваної вихідної напруги V(n).

Безперервний аналоговий сигнал може відновлюватися усередненням імпульсів ШІМ на протязі багатьох періодів за допомогою фільтра низьких частот. Хоча зазвичай навіть цього не потрібно, оскільки об'єкти керування – мають інерцією, тому імпульси з виходу ШІП згладжуються, і при достатній частоті ШІМ - сигналу, поводиться як при керуванні звичайним аналоговим сигналом.

Схеми перевірки функціонування ШІМ

Програма

#include <REGX51.H>

#define F_clk 14000000

#define Freq 100

#define P_OUT P1_2

bit PWM_out;

#define vawe_count_MAX 8

unsigned char code vawe[vawe_count_MAX]={10,20,50,80,90,80,50,20};

unsigned char vawe_count;

unsigned char TL1_t;

unsigned char TH1_t;

unsigned char TL0_t;

unsigned char TH0_t;

void init_T0(void);

void init_T1(void);

/*---------------------------------*/

void main(void)

{

init_T0();

init_T1();

EA=1;

while(1);

}

/*---------------------------------*/

void init_T0(void)

{

ET0=1;

PT0=1;

TMOD &= 0XF0;                    /* clear Timer 0   */

TMOD |= 0X2;

PWM_out=1;

P_OUT=PWM_out;

TH0=0xff-200+2*vawe[vawe_count];

TL0=0xff-2*vawe[vawe_count];

TR0=1;

}

/*---------------------------------*/

void int_T0(void) interrupt 1

{

//P1_4=!P1_4;

TR0=0;

if(!PWM_out)

 {

 TH0=TH0_t;

 TL0=TL0_t;

 }

PWM_out=!PWM_out;

P_OUT=PWM_out;

TR0=1;

}

/*---------------------------------*/

void init_T1(void)

{

unsigned long t;

vawe_count=0;

t=0xffff-F_clk/12/Freq/vawe_count_MAX;

TL1_t=t;

TH1_t=(t&0xff00)>>8;

TL1=TL1_t;

TH1=TH1_t;

ET1=1;

TMOD &= 0XF;                    /* clear Timer 1   */

TMOD |= 0X10;

TR1=1;

}

/*---------------------------------*/

void int_T1(void) interrupt 3

{

TR1=0;

TL1=TL1_t;

TH1=TH1_t;

vawe_count++;

if(vawe_count==vawe_count_MAX)vawe_count=0;

TH0_t=0xff-100+vawe[vawe_count];

TL0_t=0xff-vawe[vawe_count];

if(TH0_t>0xE0)TH0_t=0xE0;

if(TL0_t>0xE0)TL0_t=0xE0;

P1_3=!P1_3;

TR1=1;

}

/*---------------------------------*/

Осцилограма роботи схеми

Міністерство освіти І науки України

національний університет “Львівська політехніка”

Лабораторна робота з дисципліни:

“ Дослідження і проектування вбудованих комп'ютерних систем 

на тему:

«Формування аналогового сигналу з заданими параметрами з допомогою широтно-імпульсного модулятора.»

Виконав:

студент групи СКСм-11з

Сулипа Анатолій

Прийняв:

Кочан Роман Володимирович

                  

ЛЬВІВ 2012


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

38950. Синтез линейных элементов ОЭП методом рекуррентных разностных уравнений (РРУ). Алгоритм РРУ, связь с преобразованием Лапласа. Расчет параметров алгоритма РРУ методом Тастина 222.5 KB
  Синтез линейных элементов ОЭП методом рекуррентных разностных уравнений РРУ. Алгоритм РРУ связь с преобразованием Лапласа. Расчет параметров алгоритма РРУ методом Тастина Алгоритм РРУ при синтезе ЛЭ явлся альтернативой свертки.N1 алгоритм РРУ определяет значение ym резщей последовательности с номером m по соотношению: Где m = 0.
38951. Особенности анализа оптических сигналов с помощью процедуры двумерного ДПФ. Методические погрешности 298 KB
  Массив gk1k2 трактуется как результат дискретизации некоторого изображения или излучающей поверхности gху т. что отсчеты спектра соответствующие высоким пространственным частотам находятся в центральной ийласти результирующего массива а соответствующие низким пространственным частотам в угловых областях Для...
38952. Синтез линейных элементов ОЭП с помощью процедуры дискретной свертки (ДС). Вид выражения одномерной и двумерной ДС, его связь с аналоговой сверткой 784 KB
  сигнала gτ St – сигналы на входе и выходе ht – ИХ линейного элемента При проектировании gτ St известны ht искомая. сигнала является дискретным аналогом свертки. сигнала hk – отсчеты ИХ ЛЭ ym – результирующая последовательность отсчетов вых. сигнала При переходе к автоматическому проектированию необходимо вхю сигнал и ИХ ограничить некоторым временным интервалом затем дискретезировать.
38953. Синтез случайных величин как базовая операция процедуры анализа параметрической чувствительности. Методы: «обратной функции», Неймана, «кусочной аппроксимации» 353.5 KB
  Синтез случайных величин как базовая операция процедуры анализа параметрической чувствительности. расчет качества ОЭС при условии изменения параметров элементов в соответствии с законами распределения их как случайных величин. Ядро процедуры – синтез случайных величин с известными параметрами. Методы синтеза основаны на преобразовании исходной последовательности значений gk случ велич Г р м распределенной в интервале [0;1] в последовательность значений xi случ величины Х с заданной функцией распределения ФР Fx или плотностью...
38954. Вычисление сигнала на выходе линейного элемента ОЭП с использованием процедуры ДС. Методы: прямой свертки, быстрой свертки 432.5 KB
  Методы: прямой свертки быстрой свертки Определение Линейных элементов Линейность в широком смысле Параметрические системы у них импульсная характеристика изменяется но не в зависимости от входного сигнала Линейность в узком смысле Дюамель Если это выражение справедливо для линейного элемента то он линейный в узком смысле. ymотсчеты выходного сигнала При выполнении процедуры используется метод прямого перебора значений ht: известен вид ht но неизвестен а Дискретная свертка T1T2предварительные значения по методике дпф Нужно...
38955. Анализ сигналов с помощью процедуры дискретного преобразование Фурье (ДПФ). Вид выражения ДПФ, его связь с аналоговым преобразованием Фурье 42 KB
  Вид выражения ДПФ его связь с аналоговым преобразованием Фурье Для гармонического анализа периодического сигнала с периодомиспользуется разложение в ряд Фурье на некотором интервале Т: где Sn комплексный коэффициент определяющий амплитуду и фазу гармонической составляющей с номером n и частотой fn n T0 исследуемого сигнала. В случае апериодического сигнала g{t используется преобразование Фурье: где Sf комплексная непрерывная функция спектральная плотность сигнала определяющая текущую амплитуду и фазу сигнала в бесконечно...
38956. Общая методика выполнения процедуры ДС. 167.5 KB
  с известным приближением определяется интегральной сверткой: 1 где момент времени в который определяется величина выходного сигнала; сигналы на входе и выходе соответственно; импульсная характеристика линейного элемента. При проектировании известными являются входной сигнал а также...
38957. Общая методика анализа спектра типовых входных сигналов с использованием процедуры ДПФ. Зеркальная особенность (mirror). Эффект появления ложных спектральных компонент (aliasing) 1.76 MB
  Эффект появления ложных спектральных компонент lising. Выбирается интервал Т ограничения сигнала в соответствии с выражениями: для бесконечного апериодического сигнал: где интервал по шкале частот между отсчетами спектра определяющей требуемое по условию задачи разрешение по частоте; для сигнала в виде одиночного импульса или группы импульсов: при отсутствии разрыва хотя бы в одной краевой точке т. Вследствие нарушения условия Котельникова происходит наложение отсчетов спектра соответствующих соседним периодам сто приводит к...
38958. Принципы построения обучаемых АТСН 43.5 KB
  Назначение обучаемых ТВК может быть различным всевозможные измерительные приборы системы технического зрения астронавигационные системы тепловизионные обзорнопоисковые системы и т. Однако режиму автономного функционирования должен предшествовать период обучения системы при временном участии оператора. Изображение эталона посредством оптической системы ОС и телевизионного датчика ТВД преобразуется сначала в аналоговый видеосигнал а затем с помощью формирователя бинарного сигнала ФБС в эталонный бинарный сигнал фиксируемый в...