Микропроцессорный широтно-импульсный формирователь

Преобразователи код-длительность импульса находят широкое применение в широтноимпульсных модуляторах (ШИМ) 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 F1…F7 для конкретных устройств. Например, функции F1…F3 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 (перио д повторения 10 мкс), частота сигналов ALE, PSEN — 200 кГц (период повторения 5 мкс). Имеется программируемый делитель частоты (ПДЧ) на МС К1533ИЕ8 с каскадным включением и управляемыми от МК (сигнал УПР) коэффициентами пересчета: 1, 2, 8, 80, 800, 4000 — для формирования из сигналов ALE тактовых импульсов (ТИ) с различными периодами повторения (5, 10, 40, 400 мкс и 4, 20 мс) и расширения цик лов ст роба адреса ALE и сигналов чтения данных PSEN . 8-битовый буферный регистр адреса (РгА) на МС К588 ИР1 предназначен для промежуточного хранения адресов, принимаемых из порта Р 0 МК и подаваемых на ПЗУ с периодами повторения, аналогичными периодам ТИ. В ПЗУ на семи МС типа К573РФ33, имеющих 16-битовые совмещенные шины адреса—данных, в каждой МС запрограммирована одна из функций F 1… F 7, содержащая 256 слов, причем 8 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 b а 2 F2 = a • t — линейная 1 а 3 F3 = д/a • t — параболическая 4 F 4 = 11 — обратная 5 F5 = b - (t - a )2 — экстремальная (ФПК) b a 6 F 6 = sin t — синусоидальная 7 256 F = 2 aut - tk) — случайная, ("дробо-k=1 вой эффект"), где аk — амплитуда импульса, и — форма импульса, tk — случайные моменты -------------------► 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 6-разрядные коды, которые с выхода порта Р 2 подаются на входы ПДЧ для установки соответствующего коэффициента деления — 8. Поскольку период повторения сигнала ALE с выхода МК со ставля ет 5 мкс, с выхода ПДЧ сигналы ALE, PSEN и ТИ будут выдаваться с периодом повторения 5 мкс∙8 = 40 мкс.

После формирования первого адреса с порта Р 0 МК на информационные входы РгА подается 8-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 256) дискретного значения функции F5 — низким уровнем.

Первые 8 бит (из 16) являются кодом длительности импульса и подаются с выхода ПЗУ на информационные входы СчД, вторые 8 бит являются кодом досчета до периода повторения и подаются на информационные входы СчП. Запись кодов длительн ости 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.

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 F 1… F 7, 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

Рис. 2. Временные диаграммы широтно-импульсного формирователя при использовании экстремальной функции управления ( F 5)

разрядность 8 бит, максимальная длительность импульса, период повторения, время выборки 256 слов из ПЗУ и время реализации функции F5 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 c.

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 F5 (рис. 2, эпюра F 5).

После формирования 256-го адреса программой предусмотрено повторение реализации текущей функции многократно. Останов программы производится отжатием клавиш и ПУСК и подачей высокого уровня на вход INT 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 F 1… F 7 и диапазона длительности импульсов достаточно увеличить разрядность СчД и СчП, а также число слов в ПЗУ.