8. KMITOČTOVÉ SYNTEZÁTORY A ÚSTŘEDNY, ČASOVÉ ZÁKLADNY

Transkript

1 . KITOČTOVÉ YTEZÁTOY ÚTŘEY, ČOVÉ ZÁKLY myčka ázového závěsu myčka ázového závěsu = regulačí smyčka s automatickým řízeím ázový ebo také kmitočtový detektor, iltr s charakterem dolí kmitočtové propusti, oscilátor ebo multivibrátor řízeý apětím a případě ěkteré další obvody vst, ϕ vst s vst (t) ázový komparátor u k iltr P u Ř VT = φ k (t) = φ VT (t) - φ O (t) Fázový komparátor zpracovává dva vstupí sigály s VT (t) a s (t) mající shodý kmitočet VT = a srovává jejich vzájemé ázové posuutí ϕ k (t) = ϕ VT (t) - ϕ O (t) s plým úhlem π, odpovídajícím ázovému posuutí o celou jedu periodu oscilátor řízeý apětím, ϕ T (t)/t = ϕ k (t)/π středí hodota pravoúhlých kmitů, které mají miimum a úrovi u L = V a rozkmit u H, je úměrá jejich čiiteli využití T /T, tedy s (t) u Kstř (t) = u H.T (t)/t = u H.ϕ k (t)/π = K K.ϕ k (t) řídicí veličia = středí hodota šířkově modulovaých pravoúhlých kmitů u K operátorový přeos VO: ϕ (p)/u Ř (p) = K /p ázový komparátor: operátorový tvar pro přeos U K (p) = K K.ϕ k. (p). dolí propust P: ze sigálu u K poechá je u Ř, které přelaďuje oscilátor řízeý apětím (OŘ, VO) se sigálem s (t) přeos P F P = U Ř (p)/u K (p) určuje základí přeosové vlastosti smyčky ázového závěsu, rychlost jeho odezvy a změy, jeho přesost a stabilitu oscilátor řízeý apětím závisí a u Ř s lieárí změou úhlového kmitočtu ϕ (t) = π (t) = dϕ (t)/dt = K.u Ř (t) K je převodí kostata oscilátoru řízeého apětím operátorový přeos otevřeé smyčky ázového závěsu: G(p) = ϕ (p)/ϕ k (p) = K K.F P (p).k /p operátorový přeos po uzavřeí zpěté vazby: H(p) = ϕ O (p)/ϕ VT (p) = G(p)/( + G(p)) = K K.F P (p).k /(p + K K.F P (p).k ) přeosové vlastosti smyčky ázového závěsu lze ovlivit pouze volbou ukce F P (p) iltru, protože K K a K O jsou kmitočtově ezávislé kostaty v praxi se ejčastěji užívají dolí propusti druhého řádu, tím se vytvářejí smyčky druhého řádu

2 kupiové schéma smyčky s vřazeým děličem pro ásobeí kmitočtu u vst dělička / vst ázový komparátor = vst detektor = u u iltr u OŘ u = u u u U V iltr P u oscilátor řízeý apětím = vst -π -π π π π ϕ dělička / kmitočtová detekce ázová detekce = kmitočtová detekce a) závislost středího kmitočtu a parametrech časovacího čleu,, b) posu kmitočtu pro růzé hodoty a závislost poměru / a rozpětí přeladitelosti geerátoru

3 Použití obvodů smyčky ázového závěsu zapojeí převodíku apětí a kmitočet v rozsahu až, khz I I U = V, U = V I I a U U I I ( VYOKÁ IPEE ) b U U u Ř I I I E O E Z VÝT K U TVEÍ ZÁKLÍHO KITOČTU P K µ ŘÍÍÍ IGÁL + I I E E Z OULOVÉ KITY průběh sigálů komparátoru průběh sigálů komparátoru max = geerátor modulovaých kmitů se stoprocetí amplitudovou modulací ( + pf ) K µ K µ k I I E E Z F OULOVÝ IGÁL k geerátor proměého F sigálu ZIK K... K F IGÁL LF K - + K U µ I I E E Z p K U =V T vysílač kmitočtově modulovaých světelých kmitů = k U u VT K K I I E E Z U =V U =V u E K m K i...m i u i = E + i k VT u + i aalogový měič kmitočtu s obvodem, pracujícím jako převodík /U E K K LF K - + K U (V) µ + K I I E E Z p K K F IGÁL O ZEILOVČE ETEKE ZVĚŠEÍ přijímač kmitočtově modulovaých světelých kmitů

4 Čítače a děliče kmitočtu rozděleí čítačů: asychroí sychroí podle ukce: čítače pro čítáí vpřed (ikremetováí, zvětšeí obsahu čítače o při příchodu každého čítacího impulsu), čítače pro čítáí vzad (dekremetováí, při příchodu čítacího impulsu se zmeší obsah čítače o ) čítače vraté (reverzibilí, při příchodu čítacího impulsu se obsah čítače buď zvětší o ebo zmeší o, a to podle toho, do jakého provozího režimu je čítač astave vějším řídicím sigálem). Pevě astaveé čítače a děliče kmitočtu L GL VÝTUP TE TE VTUP / / K a jedobitový dvojkový čítač -bitový dvojkový asychroí čítač GL / GL / / GL b /, /,..., /. používaé kódy: biárí, ebo Johsoův další - ulováí, pevé předastaveí ebo programovatelé astaveí kaskádí uspořádáí -bitového dvojkového asychroího čítače c Johsoův čítač - pracuje s Johsoovým (plazivým) číselým kódem itegrovaá podoba - apř., ebo lze sestavit z jedodušších klopých obvodů vstupí čítací impulsy ovládají řídicí vstupy všech klopých obvodů současě, čítač pracuje sychroě zpožděí z čítacího vstupu a jedotlivé výstupy je ve všech případech přibližě kostatí pravdivostí tabulka: UL počet impulsů VTUP výstupy VTUP UL GL x GL GL GL GL

5 LOK xk xk Předastavitelé a programovatelé čítače a děliče kmitočtu H T J FF K P T / / J FF K P přepíač (jedotky) T T U U L L O přepíač (desítky) O / _ L _ pravdivostí tabulka klopého obvodu JK typu T vstupy výstup výstup P J K L H H L H L L H L L H H H H L L L H H H H L překlopí se H H L H beze změy H H H H H L H H L beze změy τ t Kmitočtové sytézátory p K khz p k k k k I I E E Z k p... khz VÝTUP výst x T x x x x x x k x místo čítače a přepíače můžeme použít programovatelý čítač, dělící kmitočet v poměru :, kde je libovolé přirozeé číslo, a rozšířit tak počet astavitelých kmitočtů VÝT výstupích kmitů sytézátoru pokud doplíme ještě další programovatelý čítač ve ukci děliče kmitočtu s dělicím poměrem : mezi krystalový geerátor pracující a kmitočtu KG a vstup I detektoru, vytvoříme kmitočtový sytézátor, který realizuje rovici VÝT = I = KG i : = : I VÝT = I = = i I = I = I přesost a stabilita kmitočtů =,,,,..., khz je dáa výhradě přesostí a stabilitou krystalem řízeého geerátoru opěrých kmitů můžeme tak astavovat libovolé kmitočty VÝT, které lze z kmitočtu KG odvodit ásobeím zlomkem, jež představuje podíl dvou přirozeých čísel

6 Časové základy L xl K T T T T T T K p Hz Hz Hz khz khz khz Hz Hz p L L HL K T T s U ~ µs s µs L µs ms ms ms VÝTUP (T=s až E,s) E E T=. E- µs časová základa geeruje výstupí puls s periodou astavitelou v rozsahu T = s až ms E T = =,,..., matisa E - expoet (E =,,..., ) vstupí logické sigály E, E, E abývají biárích hodot ebo tak, že kombiace E E E představuje tříbitové biárí vyjádřeí čísla expoetu E podobě sigály,,, vyjadřují v kódu matisu tyto řídicí sigály (s aktiví úroví H) mohou být dodáváy apř. z výstupu digitálích přepíačů pracujících v kódu, ebo je lze zadávat i z libovolého jiého zdroje digitálího sigálu, a to i dálkově pravoúhlé kmity se střídou : zdvojásobit kmitočet geerátoru a Hz a za výstup děliče LO zařadit ještě dělič dvěma měíme periodu T pravoúhlých kmitů z geerátoru ( = Hz) děleím vpředastavovaém děliči, potom dělíme dvěma (střída : ), teprve potom dělíme kmitočet po dekádách (zapojey pro symetrické děleí deseti). ZPOVÁÍ ZVIITELĚÍ VÍEITOVÝH IGITÁLÍH IGÁLŮ Obvody pro sčítáí a odčítáí eúplá sčítačka má dva vstupy, a dva výstupy, P. Výstup udává výsledek součtu jedobitových čísel a, výstup P geeruje přeos vzikající při součtu. Pro výstupy platí logické ukce = + = P = Úplá sčítačka jedobitová je sestavea ze dvou eúplých sčítaček. á tři vstupy, ke vstupům a přibývá vstup pro přeos ze sčítačky ižšího bitu. = P P = + P + P úplé vícebitové sčítačky - také v itegrovaé podobě apř. a (čtyřbitová úplá sčítačka),, L a (velmi rychlá aritmeticko-logická jedotka pro aritmetických a logických operací se dvěma čtyřbitovými čísly), případě (-bitový bipolárí řez velmi rychlého procesoru) x (L) =... =... =... = + P - P - = = P ÚPLÁ ČÍTČK P P ÚPLÁ ČÍTČK sčítáí dvou -bitových dvojkových čísel P - P EÚPLÁ ČÍTČK

7 Úplá odčítačka - aritmetické odčítáí obvykle pomocí součtu doplňkových čísel v zapojeí se sčítačkami, v ěkterých případech však může být vhodější použít přímé odčítačky eúplou odčítačku můžeme pro rozdíl popsat logickými ukcemi = V = a úplou odčítačku pro rozdíl -( +V - ) ukcemi V = V = + V + V Odčítáí pomocí dvojkového doplňku převádí aritmetickou operaci rozdílu a součet dvou čísel. záporá čísla vyjádřit ve dvojkovém doplňkovém kódu kladá čísla mají a pozici ejvyššího bitu, aopak čísla záporá zde mají odvozeí záporého čísla v doplňkovém dvojkovém kódu používáme zvláští algoritmus:. vyjádříme absolutí hodotu čísla jako kladé dvojkové číslo,. komplemetujeme bit po bitu (, ),. přičteme číslo,. zaedbáme jakýkoliv přeos z ejvyššího bitu. V (L pro +, H pro -) xl ( - -V - ) = = V - V V = eúplá odčítačka úplá odčítačka = = = = = = = = využití itegrovaé sčítačky pro součet a rozdíl dvou -bitových čísel Obvody pro ásobeí Převodíky kódu číslo číslo Y ULT Y Y Y Y E souči.y Čítací metoda ~ s L L p TT + V K L TE O xt T U L K T U L ULT Y Y Y Y E KOE L T p T (~Hz) xt T U L E E E E K T U L E E E L

8 převod I a I - ěkolik algoritmů pro mikropočítače, obzvláště vhodé pro převod vykoáím určitého programu pokud je ejdůležitější rychlost převodu, lze použít převodíků kódu aprogramovaých v pevé paměti apř. pro kódy a I existují specializovaé itegrovaé převodíky, které lze řadit do kaskády k dosažeí větší šířky slova Zobrazeí iormace a displeji LE ve statickém režimu a b g e c d t (t) základí tvary zobrazitelé a sedmisegmetovém zobrazovači dekodéry řady x a x obecě lze aprogramovat libovolou paměť O, EPO příp. EEPO pro ukci převodíku mezi dvěma libovolými jedozačými kódy paměť se potom používá tak, že adresové vstupy jsou buzey převáděým číslem ve vstupím kódu a a datových výstupech odebíráme totéž číslo, vyjádřeé ve výstupím požadovaém kódu rychlost převodu závisí a kokrétím typu použité paměti, většiou však pro až -bitová slova epřesahuje zpožděí dobu ěkolik desítek s TET d.p. L /Y> E LT F I G O x HP - a b c d e g d.p. základí zapojeí displeje se statickým provozem (a desetiou tečkou) pravdivostí tabulka budiče x a x displeje LE se sedmi segmety zak vstupy O výstupy (ukce) LT/ I/ (I/O) a b c d e g vyputo potlačeá L test při ávrhu obvodů pro buzeí displejů LE vycházíme z parametrů zvoleého displeje, obvykle se používá pět základích graů:. pracoví charakteristiky I P /I max (t p ) pro impulsí buzeí v dyamickém režimu (I p je vrcholový proud, I max maximálí stejosměrý proud, t p doba trváí impulsu,. teplotí závislost maximálího stejosměrého proudu I max (θ ) segmetu a teplotě θ okolí s uvažovaým teplotím odporem θ J,. relativí účiost svíceí a jedotku proudu vztažeá a vrcholový proud segmetu,. V charakteristika diody LE v propustém směru i F (u F ), E. relativí svítivost (vztažeá a svítivost při m) jako ukce stejosměrého proudu diodou E/E m (I ) většiou se displej astavuje pro maximálí světelý výko při určité teplotě okolí, limitujícími údaji tedy jsou: maximálí přípustý proud I při dlouhé životosti a přípustá teplota při daé kostrukci pouzdra maximálí teplota přechodu LE bývá pro plastické pouzdro a až pro ostatí typy

9 xl IP I khz khz khz Hz = Hz /Y> E LT F I G O x /Y> E LT F I G O x /Y> E LT F I G O x /Y> E LT F I G O x I P ( t pulse) I TET µs řízeí vícemístého displeje se -segmetovými zobrazovači t pulse HP T { EETIÁ TEČK ZÁPI T VYPUTO IP P L L aplikačí zapojeí maticového zobrazovače s vestavěou pamětí a převodíkem kódu