Проектирование функциональной схемы генератора сигналов различной формы | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 23 ноября, печатный экземпляр отправим 27 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №23 (522) июнь 2024 г.

Дата публикации: 06.06.2024

Статья просмотрена: 11 раз

Библиографическое описание:

Гаппаров, Л. А. Проектирование функциональной схемы генератора сигналов различной формы / Л. А. Гаппаров. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2024. — № 23 (522). — С. 27-29. — URL: https://moluch.ru/archive/522/115277/ (дата обращения: 15.11.2024).



В данной статье выполнено обоснование актуальности и результат проектирования электрической схемы генератора сигналов различной формы на функциональном уровне. Актуальность исследования обусловлена тем, что существующие полезные устройства и технические решения, предназначенные для генерации периодических сигналов различной формы, имеют относительно высокую стоимость и ограниченное количество возможных формы импульсных сигналов. Решением данной проблемы является проектирование генератора сигналов различной формы на основе микроконтроллера.

Ключевые слова: генератор сигналов, различная форма сигналов, последовательный интерфейс UART, полезное устройство, таймер, микроконтроллер.

В области измерительной техники существует особый класс устройств, предназначенный для проверки различных технических решений промышленной электроники (от электрических схем до полноценных приборов). Данные устройства называются генераторами сигналов различной формы. В области приемо-сдаточных испытаний измерительной аппаратуры, предназначенной для работы с импульсными и периодическими сигналами, важной выходной характеристикой является реакция цепи. При этом, как правило, необходимо производить комплексную проверку для подтверждения реальных частотных характеристик посредством подачи на вход эталонных сигналов различной формы.

Генератор сигналов различной формы является одним из полезных устройств промышленной электроники, функциональность которых заключается в формировании выходного напряжения согласно заданным электрическим характеристикам (напряжение, закон изменения сигнала и т. п.). Целью настоящего исследования является предложение генератора сигналов на микроконтроллере, предоставляющего широкие возможности по формированию выходного сигнала. Актуальность исследования обусловлена тем, что существующие генераторы ограниченными касательно реализуемых форм выходных сигналов или имеют высокую стоимость при наличии данных функций. Одним из очевидных решений обозначенной проблемы является проектирование простого микропроцессорного устройства с открытым исходным кодом для возможности определения собственных форм сигналов.

Предлагаемое устройство должно соответствовать следующим техническим требованиям:

1) формирование сигнала с выбором формы (синус, прямоугольник, треугольник, пила),

2) изменение частоты выходного сигнала в диапазоне от 50 Гц до 20 кГц,

3) размах формируемого напряжения 5 В,

4) а также функциональным требованиям:

5) установка основных параметров работы устройства с помощью кнопок и энкодера,

6) индикация основных конфигурируемых параметров,

7) возможность установки основных параметров с использованием ПК.

Функциональная схема предлагаемого устройства, удовлетворяющего обозначенным техническим и функциональным характеристикам, представлена на рис. 1. Основу работы устройства составляет микроконтроллер семейства AVR [1].

Функциональная схема генератора сигналов различной формы

Рис. 1. Функциональная схема генератора сигналов различной формы

Рассмотрим основные элементы устройства и обеспечение требований:

  1. Выполнение требования (1) и (3) выполняется при использовании ЦАП (формирование аналогового сигнала) и операционного усилителя (повышение максимальной нагрузочной способности).
  2. Обеспечение требования (2) выполняется при использовании 16-разрядного таймера в составе МК с высокой частотой тактирования. При этом будет покрываться весь необходимый частотный диапазон выходного сигнала.
  3. Требование (4) заключается в необходимости обеспечения ручного режима управления генератором. При этом необходимо использование кнопок «Меньше» и «Больше» для изменения того или иного электрического параметра, а также «Режим» для переключения режимов индикации/конфигурации. При этом в устройстве имеется возможность конфигурации частоты в широком диапазоне, для чего использование кнопок управления будет неудобным. Поэтому в устройстве также необходимо использование поворотного энкодера для оптимизации процессов конфигурации устройства.
  4. Для выполнения требования (5) необходимо использование текстового ЖКИ. Индикатор в данном случае необходим для выполнения конфигурации устройства в ручном режиме (то есть, с использованием кнопок и поворотного энкодера) для визуального предоставления основных параметров формируемого сигнала в виде буквенно-цифровой информации. Управление выбранного текстового ЖКИ реализуется с использованием 4-битной шины данных.
  5. Для выполнения требования (6) необходимо подключение внешнего ПК (возможность полуавтоматизированной конфигурации). Для подключения к ПК устройства необходимо наличие последовательного интерфейса микропроцессорных взаимодействий UART [2].
  6. Цепь питания, представляющая собой цепочку AC/DC преобразователя для получения напряжения постоянного тока +5 В (питание микроконтроллера, ЖКИ) при использовании в качестве источника питания сетевого напряжения 230 В, а также DC/DC преобразователей — повышение постоянного напряжения +5 В в напряжения ±15 В (питание ЦАП и ОУ).

Таким образом, был предложен генератор сигналов произвольной формы на основе микроконтроллера, представленный соответствующей функциональной схемой, на которой отражены особенности интерфейсов взаимодействий и организация цепи питания.

Литература:

  1. Мартин Т. Микроконтроллеры Atmega. Семейство микроконтроллеров AVR. Вводный курс. — М.: изд. Додэка-XXI, 2010. — 296 с.
  2. Сартаков, В. Д. Микропроцессорные средства и системы: учебное пособие / В. Д. Сартаков. — Иркутск: ИРНИТУ, 2022. — 156 с.
Основные термины (генерируются автоматически): различная форма, UART, генератор сигналов, выполнение требования, выходной сигнал, AVR, высокая стоимость, использование кнопок, последовательный интерфейс, промышленная электроника.


Похожие статьи

Проектирование приложения на ПК для полуавтоматизированного управления генератором сигналов различной формы

В данной статье выполнено обоснование актуальности и результат проектирования приложения на ПК для полуавтоматизированного управления генератором сигналов различной формы на основе микроконтроллера. Актуальность исследования обусловлена тем, что упра...

Проектирование функциональной схемы метеостанции с беспроводным интерфейсом для интеграции в систему домашней автоматизации

В статье целью исследования является предложение метеостанции с беспроводным интерфейсом. Актуальность исследования обусловлена тем, что существующие полезные устройства и технические решения, предназначенные для измерения и индикации параметров микр...

Создание двухконтурной системы регулирования температуры в электрической печи на базе программируемого логического контроллера

Электрические печи потребляют много электроэнергии, от чего вопросы их рациональной эксплуатации и автоматизации имеют большое значение для промышленности. В работе описан вариант создания двухконтурной системы регулирования температуры в электрическ...

Анализ микроконтроллеров для использования в устройствах адресно-аналоговых систем охранно-пожарной сигнализации

В статье кратко описывается принцип работы адресно-аналоговых систем охранно-пожарной сигнализации. Приводится функциональная схема и описание работы адресного расширителя — одного из устройств, применяющихся в адресных системах. Ставится задача о не...

Математическое моделирование метода синхронизации устройств, использующего буферизацию в системах цифровой обработки аудиоданных

В статье автор проводит математическое моделирование схемы синхронизации источника цифрового сигнала и выносного блока цифро-аналогового преобразования, основным элементом которой является буфер ОЗУ. Рассмотрен вопрос подавления нежелательных фазовых...

Проектирование функциональной схемы устройства дистанционного управления тепловизионной камерой

Целью исследования является предложение устройства дистанционного управления тепловизионной камерой. Актуальность исследования обусловлена тем, что существующие технические решения управления тепловизионными камерами спроектированы на базе высокопрои...

Системный подход к декомпозиции работ при создании сложных радиотехнических изделий

В статье рассмотрены вопросы создания сложных радиотехнических изделий и проблемы, связанные с этим процессом. Основная причина — кадровый вопрос. Для его решения предложено при декомпозиции учитывать группировку работ, направленную на минимизацию пр...

Построение программного комплекса для генерации звуков барабанов с использованием GAN сетей

В статье рассматривается построение программного комплекса для генерации звуков барабанов с использованием GAN сетей. Программный комплекс работает на клиент-сервер архитектуре и использует нейронные сети WaveGAN для генерации звуков. Результаты, пол...

Информационно-кибернетические исследования и проектирования сложных систем

Научно-технические революции способствовали усложнению функционирования различных процессов в жизни общества. Если раньше любой процесс описывался в рамках динамической системы, поведение объектов которой следовало простой логике и объяснялось обыкно...

Синтез линейной дискретной системы автоматического управления динамическим объектом

Приведен алгоритм синтеза дискретных управляющих воздействий, обеспечивающих минимум функционала качества процесса управления динамическими объектами. Алгоритм основан на применении теоремы об n-интервалах и использовании прогнозируемых значений упра...

Похожие статьи

Проектирование приложения на ПК для полуавтоматизированного управления генератором сигналов различной формы

В данной статье выполнено обоснование актуальности и результат проектирования приложения на ПК для полуавтоматизированного управления генератором сигналов различной формы на основе микроконтроллера. Актуальность исследования обусловлена тем, что упра...

Проектирование функциональной схемы метеостанции с беспроводным интерфейсом для интеграции в систему домашней автоматизации

В статье целью исследования является предложение метеостанции с беспроводным интерфейсом. Актуальность исследования обусловлена тем, что существующие полезные устройства и технические решения, предназначенные для измерения и индикации параметров микр...

Создание двухконтурной системы регулирования температуры в электрической печи на базе программируемого логического контроллера

Электрические печи потребляют много электроэнергии, от чего вопросы их рациональной эксплуатации и автоматизации имеют большое значение для промышленности. В работе описан вариант создания двухконтурной системы регулирования температуры в электрическ...

Анализ микроконтроллеров для использования в устройствах адресно-аналоговых систем охранно-пожарной сигнализации

В статье кратко описывается принцип работы адресно-аналоговых систем охранно-пожарной сигнализации. Приводится функциональная схема и описание работы адресного расширителя — одного из устройств, применяющихся в адресных системах. Ставится задача о не...

Математическое моделирование метода синхронизации устройств, использующего буферизацию в системах цифровой обработки аудиоданных

В статье автор проводит математическое моделирование схемы синхронизации источника цифрового сигнала и выносного блока цифро-аналогового преобразования, основным элементом которой является буфер ОЗУ. Рассмотрен вопрос подавления нежелательных фазовых...

Проектирование функциональной схемы устройства дистанционного управления тепловизионной камерой

Целью исследования является предложение устройства дистанционного управления тепловизионной камерой. Актуальность исследования обусловлена тем, что существующие технические решения управления тепловизионными камерами спроектированы на базе высокопрои...

Системный подход к декомпозиции работ при создании сложных радиотехнических изделий

В статье рассмотрены вопросы создания сложных радиотехнических изделий и проблемы, связанные с этим процессом. Основная причина — кадровый вопрос. Для его решения предложено при декомпозиции учитывать группировку работ, направленную на минимизацию пр...

Построение программного комплекса для генерации звуков барабанов с использованием GAN сетей

В статье рассматривается построение программного комплекса для генерации звуков барабанов с использованием GAN сетей. Программный комплекс работает на клиент-сервер архитектуре и использует нейронные сети WaveGAN для генерации звуков. Результаты, пол...

Информационно-кибернетические исследования и проектирования сложных систем

Научно-технические революции способствовали усложнению функционирования различных процессов в жизни общества. Если раньше любой процесс описывался в рамках динамической системы, поведение объектов которой следовало простой логике и объяснялось обыкно...

Синтез линейной дискретной системы автоматического управления динамическим объектом

Приведен алгоритм синтеза дискретных управляющих воздействий, обеспечивающих минимум функционала качества процесса управления динамическими объектами. Алгоритм основан на применении теоремы об n-интервалах и использовании прогнозируемых значений упра...

Задать вопрос