Делитель частоты на 5

Предлагаемая схема позволяет разделить опорную частоту на любое целое число от 1 до 100. Благодаря применению десятичных счетчиков управление делением получилось наглядным, а выбрать коэффициент деления можно в считанные секунды.

Делитель состоит из двух идентичных узлов, соединенных последовательно.

Первый из них отвечает за единицы (DD1), второй за десятки  (DD2). Оба счетчика, как я уже сказал, десятичные, т. е. считают до 10. Полный их аналог – К155ИЕ2.

Коэффициент деления выбирается восемью переключателями, веса переключателей распределяются следующим образом:

десятки

единицы

переключатель

вес включенного переключателя

переключатель

вес включенного переключателя

SA5 1 SA1 1
SA6 2 SA2 2
SA7 4 SA3 4
SA8 8 SA4 8

Таким образом, чтобы разделить опорную частоту Fо, скажем, на 59, нужно включить переключатели  SA5, SA7 (это 1+4=5 в десятках) и SA1, SA4 (1+8=9 в единицах). Эти переключатели совместно с диодами VD1-VD8 представляют собой схему совпадения, которая в нужный момент сбросит оба счетчика. Как конкретно работает этот делитель, я думаю, вы разберетесь сами, если вспомните, как работает десятичный счетчик К155ИЕ2.

Схема делителя с исключением начальных состояний.

В основе такого делителя лежит асинхронный суммирующий счётчик на JK триггерах с инверсными установочными RS входами. Минимальное количество триггеров в счётчике должно удовлетворять требованию:

2n-1<K<2n.

Так, если необходимо построить счётчик с коэффициентами пересчёта КСЧ= 10 следовательно n=4. Наибольший коэффициент счёта в данной схеме КСЧнаиб = 16. Тогда для нашего случая лишними являются 6 состояний: от 0 до 5.

В данной схеме, кроме счётчика, в качестве дешифрирующего устройства используется элемент «И-НЕ».

Исходным состоянием при работе данного делителя является 610=01102. По мере поступления счётных импульсов на вход номер состояний счётчика изменяется от 6 до 16. Затем, очередной импульс переводит счётчик в 0, а на вход элемента «И-НЕ» DD1 поступает 1. 0 с выхода DD1 через инверсные входы S триггеров второго и третьего разрядов устанавливает эти разряды в 1 (в исходное состояние). Так, в конце цикла счёта в счётчике сразу же обеспечивается ненулевое начальное состояние 610=01102. Далее работа повторяется.

Таким образом, нулевое состояние разрядов является промежуточным. Оно существует в течении короткого времени и используется в качестве признака для выработки сигнала обратной связи.

 

Рис. 12

 

ВЫВОД: В делителе с постоянными коэффициентами деления коэффициент пересчёта задан жёстко на схемном уровне.

Делители с переменными коэффициентами деления.

Счётчики с коэффициентом счёта КСЧ=2n могут быть использованы для построения пересчётных схем с переменным коэффициентом пересчёта КСЧ<2n — делителей с переменным коэффициентом деления (ДПКД).

ДПКД позволяет получить коэффициент деления через 1. Например, 3-х разрядный ДПКД позволяет получить коэффициент деления от 1 до 999. Рассмотрим работу такого делителя, учитывая, что коэффициент деления равен 537.

Делитель строится на базе трёх декадных счётчиков и дополнительных элементов умножения. В этом счётчике есть выход, на котором появляется 1, когда счётчик перейдёт в состояние 10.

Рис. 13

Работа.

Делитель имеет три декады:

1. Декада единиц – переключается каждым импульсом.

2. Декада десятков – переключается каждым десятым импульсом.

3.

Декада сотен – переключается каждым сотым импульсом.

 

Элементы DD1, DD2, DD3, DD4 играют роль дешифратора.

Так, например для нашего случая, на выходе DD1 будут 1 только тогда, когда первая декада установит цифру 7 (цифру 1 заданного коэффициента деления). Элемент DD2 выдаст 1 только тогда, когда на его входах будет тройка (число, соответствующее десятичным заданным коэффициентам деления). Элемент DD3 устанавливает единицу, когда на выходе третьей декады будет 5, т.е. число, соответствующее сотням коэффициента деления. Затем 1 с элементов DD1, DD3 умноженным элементом DD4 и на выходе подаётся 1, один раз на 537 импульсов (КДЕЛ). Эта 1 обнуляет все декадные счётчики.

В аппаратуре связи и управления коэффициенты деления задаются с помощью десятичных позиционных переключателей. Эти переключатели осуществляют коммутацию элементов DD1-DD3.

В современной аппаратуре используется делителей с переменным дробным коэффициентом деления ДДПКД. Дробный коэффициент пересчёта достигается за счёт использования декад долей 1-ц, 10-ов, 100-н и т.д. Кроме того, в процессе работы осуществляется усреднение целочисленных коэффициентов деления путём периодического использования то КДЕЛ, то КДЕЛ+1.

 

ВЫВОД: В делителе с переменным коэффициентом деления коэффициент пересчёта не задан жёстко на схемном уровне.

 


Заключение:

 

1. Делитель – это счётчик, информация с которого снимается со старшего разряда и который обнуляется после поступления на него заданного числа импульсов.

2. Наиболее широко применяется делитель с переменно-дробным коэффициентом деления.

3. В основе счётчика лежит простейший Т-триггер.

4. Счёт в счётчиках осуществляется последовательно.


Дата добавления: 2017-11-21; просмотров: 158;


Похожие статьи:

Деление частоты

  Наиболее часто для этого используют счетчики, хотя можно разделить частоту с помощью ждущего мультивибратора, ограничив число проходящих на выход импульсов. Пример такой схемы показан на рис. 1.60. Как только импульс входной частоты поступает на выход 5, ждущий мультивибратор D1.1, D1.3 запирает элемент D1.2 на время, определяемое резистором R1. Когда ждущий мультивибратор возвращается в исходное состояние, на выход поступает следующий импульс и цикл возобновляется. Схему можно усовершенствовать, заменив потенциометр полевым транзистором, что позволит управлять коэффициентом деления с помощью напряжения.

Рис. 1.60 Делитель частоты с использованием ждущего мультивибратора

Делитель на 2 можно собрать из простейших ЛЭ, рис. 1.61. Схемы делителей без использования RC-цепей имеют лучшую помехоустойчивость и более широкий диапазон входной частоты сигнала. Основным элементом всех счетчиков является триггер с так называемым счетным входом, рис. 1.62. Таблица 1.4

Таблица 1.4

 

Сигналы на входах Состояние выхода
С D S R Q NOT Q
х х 0 1 0 1
х х 1 0 1 0
_/ 0 0 0 0 1
_/ 1 0 0 1 0
\_ х 0 0 Q NOT Q


 
 

 


 

Рис. 1.62. Делитель частоты на 2

Рис. 1.63. Делитель на 3

 

поясняет логику работы триггера 561ТМ2 в зависимости от управляющих сигналов (х _ безразлично состояние на данном входе; состояние, когда на входах S и R микросхемы одновременно действует лог. «1», является запрещенным).

Комбинационное включение триггеров позволяет получать счетчик с нужным коэффициентом деления входной частоты. На рис. 1.62…1.65 приведены примеры включения элементов микросхем для получения деления на 2, 3, 6, 10 и 60.

Промышленность выпускает универсальные счетчики, которые в зависимости от управляющих сигналов могут переключаться по переднему или заднему фронту входного сигнала, а также менять направление счета (сложение или вычитание). В качестве примера приведена диаграмма работы двоичного четырехразрядного реверсивного счетчика на микросхеме 561ИЕ11, рис. 1.66.

Таблица истинности (табл. 1.5) поясняет назначение управляющих сигналов и логику управления микросхемой (1 _ лог. «1»; 0 _ лог. «0»; х _ состояние безразлично, т. е. 0 или 1). Счетчик предусматривает возможность загрузить по входам D1, D2, D4, D8 параллельный код.


 

Рис. 1 65. Схема делителя на 60

 

Таблица 1.5

Вход
переноса
РО
Сложение,
вычитание
+-1
Разрешен.
установки
V
Установка
нуля
R
Действие
1 х 0 0 нет счета
0 1 0 0 работа на сложение
0 0 0 0 работа на вычитание
х х 1 0 установка по парал. вх.
х х х 1 установка нуля

 


 

Для получения нужного коэффициента деления можно использовать микросхемы двоичных счетчиков, соединяя соответствующие выходы с помощью ЛЭ, рис. 1.67, или же применить счетчик с программируемым коэффициентом деления 564ИЕ15, см. рис. 1.26.

Рис.

1. 66. а) Универсальный реверсивный счетчик,
б) диаграмма напряжении микросхемы

Pис 1.67.

Делитель на 1000

 

Частотомер на микроконтроллере ATmega16

В статье мы рассмотрим, как построить маленький, дешевый и простой частотомер, способный измерять частоту до 40 МГц с ошибкой ниже 1%. Подобной точности вполне достаточно для отладки большинства собственных аналоговых и цифровых устройств. Прибор позволит Вам проанализировать многие аспекты работы схем.

Принципиальная схема частотомера изображена на рисунке 1.

Рис.1. Принципиальная схема прибора

Частотомер собран на макетной плате, основой является микроконтроллер ATmega16 компании Atmel, источником тактовой частоты является внутренний RC осциллятор 8 МГц (это необходимо помнить при программировании микроконтроллера). Дополнительно, во входной части используется 4-битный счетчик 74HC191 в качестве делителя измеряемой частоты на 16 до подачи ее на вход микроконтроллера. Как видно, используется только выход Q3 счетчика, частота на этом выходе будет равна входной частоте деленной на 16.

Вход прибора (щуп) – точка W1, которая напрямую подключена к порту микроконтроллера PB0 и, через делитель, к порту PB1.

Для отображения значения измеренной частоты используется 4-разрядный семисегментный светодиодный индикатор с общим анодом.

Такое решение сокращает количество проводников для подключения индикатора. В случае отсутствия дисплея указанного типа, возможно применение различных типов семисегментных индикаторов, однако потребуется адаптация программного обеспечения микроконтроллера.

Схема расположения и назначение выводов примененного индикатора изображена на рисунке 2.


Рис.2.

Расположение и назначение выводов примененного 4 разрядного светодиодного индикатора.

Выводы E1…E4 используются для включения соответствующих разрядов (E1 – для включения правого младшего разряда).

Каждая линия ввода/вывода микроконтроллера ATmega16 может обеспечить выходной ток до 40 мА, поэтому нам нет необходимости использовать транзисторы и сигналы управления дисплеем (E1…E4) подключены непосредственно к порту микроконтроллера.

Коннектор для внутрисхемного программирования микроконтроллера J1. После сборки и программирования микроконтроллера Вам потребуется калибровка прибора, настройка некоторых переменных (например, для увеличения яркости дисплея, уменьшения мерцания дисплея). Другими словами Вам потребуется обновление ПО микроконтроллера, и поэтому указанный коннектор необходимо установить на плату.

Алгоритм измерения частоты

Все мы знаем, что частота – это количество повторяющихся импульсов за единицу времени. Однако, измерение частоты с помощью цифровых приборов, например, с помощью микроконтроллера, который имеет свои ограничения, требует некоторых исследований для достижения необходимых результатов.

Максимальная частота, которая может быть обработана счетчиком микроконтроллера ATmega16, не может превышать тактовую частоту, деленную на 2.5. Обозначим максимальную частоту – Fmax. Тактовая частота для нашего микроконтроллера – 8 МГц, следовательно напрямую мы можем измерять сигналы с частотой до 3.2 МГц. Для измерения частоты выше этого уровня мы используем 4-битный счетчик в качестве делителя входной частоты. Теперь мы можем измерять частоты в 16 раз превышающие Fmax, но здесь накладывается ограничение со стороны счетчика 74191 и фактическая максимальная измеряемая частота не превышает 40 МГц.

Алгоритм, который был разработан, проводит измерение оригинальной (входной) частоты (обозначимFo) и частоты получаемой с делителя (обозначим Fd). Пока соблюдается условие, что частота меньшеFmax выполняется условие:

Fo = 16 × Fd;

Но по мере приближении Fo к Fmax, все больше импульсов должны быть обработаны и выражение выше примет вид:

F< 16 × Fd;

Следовательно предел измерения микроконтроллера может быть автоматически обнаружен.

Частотомер начинает делать измерение оригинальной частоты (обработка и отображение значений на дисплее), и как только обнаруживает приближение к максимальной частоте Fmax (с использованием указанного выше метода), выбирает для измерения частоту после делителя.

Алгоритм суммарно изображен на диаграмме (рис. 3)

Рис.3 Алгоритм работы частотомера на микроконтроллере

Программное обеспечение микроконтроллера

Исходный код программы микроконтроллера снабжен подробными комментариями, но некоторые моменты требуют отдельного разъяснения:

  • код разработан так, что измеренное значение отображается на индикаторе в «кГц». Например, если Вы видите на дисплее значение «325.8» – это означает 325.8 кГц, значение «3983» – это 3983 кГц (или 3.983 МГц).
  • Таймер/счетчик 0 микроконтроллера используется для подсчета входных импульсов напрямую;
  • Таймер/счетчик 1 микроконтроллера используется для подсчета входных импульсов после делителя на 16;
  • Таймер/счетчик 2 сконфигурирован как таймер с предварительным делителем на 1024 (частота CPU делится на 1024). Используется для вызова алгоритма вычисления и выбора частоты каждый период T таймера. В нашем проекте Т = 1024 × 256/Fcpu.
  • Константа «factor», определенная в начале программы значением «31.78581», должна быть откалибрована измерением эталонной частоты. Вычисляется по выражению:

factor = Fcpu/(1024×256)=8.E6/(1024×256)=30.51757

Функция Anti-Flickering (устранение мерцания индикатора) довольна сложна, но очень эффективна, особенно при измерении непостоянных частот. Данная функция полностью избавляет индикатор от быстрого переключения между различными значениями, продолжая отображать точное значение, и быстро изменяет показания, если измеренная частота действительно изменилась.

Примечание

Микроконтроллер ATmega16 поставляется с заводскими установками, при которых настроен на работу от внутреннего RC осциллятора 1 МГц. Необходимо с помощью последовательного программатора установить Fuse-биты CKSEL3..0 в значение «0100», что соответствует включению внутреннего RC осциллятора 8 МГц.

ПРИЛОЖЕНИЯ: 

— Исходный код программы микроконтроллера

Автор:   www.circuitcellar.com

Перевод: Vadim

Добавить комментарий

Закрыть меню