Цифровое радиопередающее устройство

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОСССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе на тему: Цифровое радиопередающее устройство

Рязань 2009

Введение

В современных условиях к радиопередающим устройствам предъявляются жёсткие требования:

обеспечение помехоустойчивости;

экономичность использования выделенного частотного диапазона;

высокая скорость передачи информации;

требования электромагнитной совместимости с другими устройствами;

универсальность устройства;

многофункциональность, но в то же время и простота эксплуатации;

наличие средств управления режимами работы различных каскадов устройства, самодиагностика, авторегулирование и защита от аварийных режимов работы;

высокая надёжность;

малые массогабаритные размеры;

как можно меньшая стоимость.

Выполнить все эти требования удаётся лишь с использованием цифровых средств.

В данной работе мне предстоит разработать радиовещательный передатчик с частотной модуляцией.

Теоретические сведения о частотной модуляции

Метод частотной модуляции в 1902 году предложил Корнелиус Эре. Летом 1934 года публика увидела и услышала эту технологию в действии. Международное обозначение этого вида модуляции в радиовещании - F3E. Решение NTSC (Национальный комитет телевизионных стандартов США - National Television Standards Committee) открыло методу частотной модуляции путь в телевидение для передачи звукового сигнала. В аналоговом спутниковом телевизионном вещании метод частотной модуляции используется в настоящее время и для передачи сигнала изображения. Частотно модулированный сигнал - это сигнал, у которого частота меняется по закону передаваемого сообщения.

, - полная фаза

поэтому можно записать

S(t) - передаваемое сообщение, к - коэффициент пропорциональности,

- значение частоты несущего колебания, - начальная фаза,

- амплитуда колебаний



Рис. 1 - Форма ЧМ колебания

В качестве меры величины частотной модуляции используют девиацию -абсолютное значение отклонения частоты:

- девиация частоты вверх

- девиация частоты вниз

В случае однотонального ЧМ-сигнала мгновенная частота:

тогда полная фаза такого сигнала

, где

- индекс модуляции

По требованиям ГОСТа в диапазоне 87,5…108 МГц допускается максимальное значение девиации, равное 75 кГц; номинальный диапазон модулирующих частот должен укладываться в диапазон - 30 Гц … 15 КГц.

Тогда индекс модуляции будет изменяться от

до

Рис. 2 - Спектральные диаграммы сигналов с ЧМ модуляцией при двух значениях индекса модуляции (амплитуды представлены в относительном масштабе)

Как видно из рисунка с увеличением индекса модуляции увеличивается ширина спектра. На практике ширину спектра принимают равной

Разработка структурной схемы передатчика

Структурная схема передатчика изображена на рис. 1. Источником передаваемого сообщения является компьютер. Оцифрованная информация поступает через интерфейс RS232 на микроконтроллер передатчика. С которого, через параллельный порт в виде восьмиразрядного кода поступает на ЦАП. Код, с помощью которого задаётся рабочая частота, загружается в синтезатор частоты через последовательный интерфейс SPI. Модуляция осуществляется в возбудителе: из выхода ЦАП аналоговый сигнал с частотой модуляции поступает в синтезатор и модулируется с помощью варикапов. После синтезатора стоит буферный усилитель, который имеет большое входное сопротивление и выполняет задачу защиты возбудителя от вредного влияния последующих усилительных каскадов. Тракт усиления достаточно сложный. Для получения выходной мощности в 1КВт, во-первых, нужно применить меры по сложению мощностей отдельных усилителей, т.к. получить такую мощность в одном каскаде проблематично, во-вторых, для раскачки столь мощного выходного каскада нужно несколько предварительных усилителей, в моём случае 3 предварительных усилителя. Устройство сложения мощностей будет выполнено по мостовой схеме сложения напряжений.

Выбор и назначение элементов схемы передатчика

В качестве микроконтроллера выберем устройство, разработанное фирмой Microchip, PIC17C774.

Данный микроконтроллер относится к семейству дешёвых, высокоэффективных, 8-разрядных КМОП микроконтроллеров со встроенным аналогово-цифровым преобразователем. Структура ядра построена по RISC архитектуре. Гарвардская архитектура с отдельными шинами команд и данных позволяет одновременно передавать 14-разрядные команды и 8-разрядные данные. Двухкомандный конвейер позволяет выполнить все команды за один цикл кроме и ветвления программы, которые выполняются за два цикла. Микроконтроллер имеет уменьшенную систему команд.



Рис. 3 - Микроконтроллер РIC16C774. (всего 35 команд)

Память данных -256 байт, память программ 4К*14, 33 контакта ввода/вывода.

На рис. 3 изображена внутренняя структура микроконтроллера. В состав микроконтроллера входят следующие периферийные устройства:

- два 8-разрядных таймера(ТМR0 и ТМR2) и один 16-разрядный(ТМR1),

- два модуля сравнения накопления и ШИМ(ССР1 и ССР2),

- два последовательных порта, синхронный последовательный порт, который может функционировать как трёхпроводный последовательный периферийный интерфейс (SPI) или двухпроводная шина IІC c аппаратной реализацией режима ведущего (M IІC), и универсальный синхронно-асинхронный приёмо-передатчик, обеспечивающий адресный обмен данными (АUSART).

- 12-разрядный А/D преобразователь с мультиплексированными входными каналами и внутренним управляемым источником опорного напряжения, причём РIC16C774 имеет 10 входных каналов,

- 8-разрядный параллельный ведомый порт(РSР).



Рис. 4 - Внутренняя структура микроконтроллера

Модуль синхронного последовательного порта(SSP)

Модуль синхронного последовательного порта - это последовательный интерфейс, предназначенный для связи с другими устройствами или микроконтроллерами. Внешние устройства могут быть последовательными СППЗУ, сдвиговыми регистрами, драйверами дисплея, A/D преобразователями и т.д. Модуль SSP может функционировать в одном из двух режимов:

- последовательный периферийный интерфейс(SPI)

- интерфейс интегральных схем(IІC)

Режим SPI

С помощью этого режима в моей работе будет осуществляться передача данных, для задания рабочей частоты, на синтезатор.

В режиме SPI модуль SSP позволяет одновременно передавать и принимать 8-разрядные данные. Для обеспечения обмена данными достаточно трёх выводов:

? выход последовательных данных (SDO) RC5/SDO;

? вход последовательных данных (SDI) RC4/SDI;

? синхронизация последовательных данных(SCK) RC3/SCK

При инициализации SPI должны быть заданы параметры работы SSP в регистрах SSPCON и SSPSTAT. Назначение битов в указанных регистрах см. на следующих стр.

Структурная схема SSP в режиме SSP состоит из передающего/принимающего сдвигового регистра(SSPSR) и буферного регистра (SSPBUF). SSPSR сдвигает данные, начиная со старшего разряда, из (и в) устройства. SSPBUF хранит очередные, принятые в SSPSR, данные. Когда 8-разрядные данные приняты, информация перемещается в регистр SSPBUF. После чего устанавливается флажок прерывания SSPIF. Двойная буферизация принимаемых данных позволяет принимать следующий байт не ожидая чтения полученного.

Любая запись в регистр SSPBUF в течение передачи/приёма данных будет игнорироваться и будет устанавливаться флажок конфликта записи WCOL(SSPCON<7>). В программном обеспечении пользователь перед записью должен сбросить WCOL для того чтобы затем можно было определить, успешно ли выполнена запись в регистр SSPBUF. Чтение данных из SSPBUF должно осуществляться до того как принят следующий байт данных; в противном случае возникает переполнение и данные, хранящиеся в SSPSR теряются. Переполнение может происходить только в режиме ведомого. Во избежание установки флажка переполнения пользователь должен считать SSPBUF, даже если выполняется только передача данных. В режиме ведущего разряд переполнения не устанавливается, так как каждый новый приём или передача инициализируют запись в регистр SSPBUF. Флажок BF(SSPSTAT<0>) указывает, что информация принята и загружена в SSPBUF. При чтении SSPBUF флажок BF сбрасывается. Если SPI - только передатчик, то принятые данные не определены. Прерывание SSP используется для определения конца приёма/передачи. После этого может читаться SSPBUF и/или могут быть записаны следующие данные. Если метод прерывания не используется, то программно может быть выполнен опрос флажка, который предотвращает конфликт записи. Для обеспечения двухпроводной связи вывод SDO может быть соединён с выводом SDI. Если SPI должен функционировать как вход, что отключает передатчик. SDI всегда может быть установлен как вход, поскольку это не создаёт конфликта на шине.



Параллельный порт.

Для передачи сообщения на цифро-аналоговый преобразователь будет использоваться параллельный порт PSP.

Для того чтобы порт работал в параллельном режиме в регистре TRISE необходимо установить бит PSPMODE:



Установка бита PSPMODE программирует контакты порта: RE0 как вход чтения RD, RE1 как вход записи WR и RE2 как вход выбора устройства CS.

Сопряжение с компьютером обеспечим через интерфейс RS232.

RS232 - популярный протокол, применяемый для связи компьютеров с модемами и другими периферийными устройствами. RS-232 - интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 20 м. Информация передается по проводам с уровнями сигналов, отличающимися от стандартных 5В, для обеспечения большей устойчивости к помехам. Асинхронная передача данных осуществляется с установленной скоростью при синхронизации уровнем сигнала стартового импульса. Интерфейс RS-232-C был разработан для простого применения, однозначно определяемого по его названию "Интерфейс между терминальным оборудованием и связным оборудованием с обменом по последовательному двоичному коду".

Соединители

Устройства для связи по последовательному каналу соединяются кабелями с 9-ю или 25-ти контактными разъемами типа D. Обычно они обозначаются DB-9, DB-9, CANNON 9, CANNON 25 и т.д. Разъемы типов розетки и штырей. Каждый вывод обозначен и пронумерован. Расположение выводов представлено ниже.

Стандарт

Ассоциация электронной промышленности (EIA) развивает стандарты по передаче данных. Стандарты EIA имеют префикс "RS". "RS" означает рекомендуемый стандарт, но сейчас стандарты просто обозначаются как "EIA" стандарты. RS-232 был введен в 1962. Стандарт развивался и в 1969 представлена третья редакция (RS-232C). Четвертая редакция была в 1987 (RS-232D, известная также под EIA-232D). RS-232 идентичен стандартам МККТТ (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110.

Уровни сигналов

В RS-232 используются два уровня сигналов: логические 1 и 0. Логическую 1 иногда обозначают MARK, логический 0 - SPACE . Логической 1 соответствуют отрицательные уровни напряжения, а логическому 0 - положительные. Соответствующие значения напряжений представлены в таблице.

Уровни сигналов данных

Уровень	Передатчик	Приемник
Логический 0	От +5 В до +15 В	От +3 В до +25 В
Логический 1	от-5 В до -15 В	От -3 В до -25 В
Не определен	От -3 В до +3 В

Уровни управляющих сигналов

Сигнал	На выходе устр-ва (Driver)	На входе устр-ва (Terminator)
"Off"	От -5 В до -15 В	от -3 В до -25 В
"On"	От 5 В до 15 В	от 3 В до 25 В

Перед соединением двух компьютеров через RS-232, каждый из которых питается от различных источников рекомендуется выравнять напряжения между их сигнальными землями перед подключением.

Контакты разъемов

DB25 Розетка
Контакт	Обозн.	Направление	Описание
1	SHIELD	---	Shield Ground - защитная земля, соединяется с корпусом устройства и экраном кабеля
2	TXD	-->	Transmit Data - Выход передатчика
3	RXD	<--	Receive Data - Вход приемника
4	RTS	-->	Request to Send - выход запроса передачи данных
5	CTS	<--	Clear to Send - вход разрешения терминалу передавать данные
6	DSR	<--	Data Set Ready - вход сигнала готовности от аппаратуры передачи данных
7	GND	---	System Ground - сигнальная (схемная) земля
8	CD	<--	Carrier Detect - вход сигнала обнаружения несущей удаленного модема
9-19	N/C	-	-
20	DTR	-->	Data Terminal Ready - выход сигнала готовности терминала к обмену данными
21	N/C	-	-
22	RI	<--	Ring Indicator - вход индикатора вызова (звонка)
23-25	N/C	-	-

DB9 Розетка (мама)
Контакт	Обозн.	Направление	Описание
1	CD	<--	Вход сигнала обнаружения несущей удаленного модема
2	RXD	<--	Приём данных
3	TXD	-->	Передача данных
4	DTR	-->	Сигнал готовности терминала к обмену
5	GND	---	Системная земля
6	DSR	<--	Вход сигнала готовности от аппаратуры передачи данных
7	RTS	-->	Выход запроса передачи данных
8	CTS	<--	Вход разрешения терминалу передавать данные
9	RI	<--	Вход индикатора вызова (звонка)

Кабели подключения

Нуль модемные кабели RS-232

3-проводный минимальный

Рис. 5

Совместимость

Рассмотрим сначала DSR сигнал (контакт.6). Этот вход сигнала готовности от аппаратуры передачи данных. В схеме соединений вход замкнут на выход DTR (конт.4). Это означает, что программа не видит сигнала готовности другого устройства, хотя он есть. Аналогично устанавливается сигнал на входе CD (конт. 1). Тогда при проверке сигнала DSR для контроля возможности соединения будет установлен выходной сигнал DTR. Аналогичный и для входного сигнала CTS. В оригинале сигнал RTS (конт. 7) устанавливается и затем проверяется CTS (конт. 8). Соединение этих контактов приводит к невозможности зависания программ по причине неответа на запрос RTS.

Микросхема MAX 232

Семейство микросхем MAX220-MAX249 линейных приемо-передатчиков предназначены для интерфейсов EIA/TIA-232E и V.28/V.24, особенно в устройствах, где отсутствуют напряжения ±12В. Микросхема MAX232 быстро стала индустриальным стандартом. Многие разработчики используют ее, несмотря на то, что параметры микросхем с однополярным питанием значительно улучшились со временем. Её основное назначение - преобразование уровней для последовательного порта компьютера.

Конфигурация выводов MAX232: представлена на рис. 6.

Рис. 6 - Структурная схема MAX232A

На структурной схеме MAX232A изображены удвоитель напряжения и инвертор напряжения +10В в -10В. Эти напряжения используются для формирования сигналов соответствующих RS-232. MAX232A позволяет подключить два последовательных порта.



Рис. 7 - Токовая петля

Синтезатор частоты ADF4110

Данное устройство реализует синтез частоты косвенным методом, применить синтезатор с прямым формированием частоты не удастся т.к. они могут создать значительно более низкие частоты в сравнении с косвенным синтезатором. Но выбрав синтезатор косвенного метода в структуру передатчика придётся вводить модулятор, т.к. они не имеют встроенного квадратурного канала как DDS. По техническому заданию передача радиосообщения должна осуществляться на частотах (88…108)МГц, поэтому выбираем синтезатор ADF4110, работающий на частотах до 550 МГц.



Рис. 8

REFin - вход для опорной частоты от кварцевого резонатора

CLK - вход тактового импульса при загрузке данных в синтезатор

DATA - вход последовательных данных

LE - вход сигнала разрешения загрузки данных

REFinA и REFinB - входы предделителя

СE - вход включения выключения синтезатора

AGND и DGND - входы для аналогового и цифрового общего проводника

MUXOUT - мультиплексированный выход

СР - выход напряжения для управления внешним ГУНом

Rset - вход для подключения резистора, задающего величину управляющего напряжения

СPGND - выход на общий проводник для управляющего напряжения

АVdd, DVdd, Vp - входы для напряжения питания(в моём случае будут использоваться только DVdd, Vp питающиеся от +3В )

Расчёт управляющих слов, пересылаемых на синтезатор, для задания крайних частот рабочего диапазона.

Шаг перестройки

Диапазон частот

Выходная частота рассчитывается по формуле (указана в тех.описании на синтезатор):

- частота опорного колебания

R - делитель с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД)(1…16383)

P- модуль прескалера (8/9, 16/17, 32/33, 64/65)

B- коэффициент деления счётчика В (3…8191)

А- коэффициент деления счётчика А (0…63)

Причём <

Пусть на выходе синтезатора нужно установить нижнюю граничную частоту диапазона

Зададим , , тогда

>

В качестве опорного кварцевого генератора выбираем М34001, который предназначен для применения в радиоприёмных и радиопередающих устройствах, портативных радиостанция, частотомерах и т.д. Подробнее см. приложение. Он имеет , тогда

Соответствующие биты записываются в регистры («замки») так как указано ниже:

Рис. 9

Рис. 10

Для верхней рабочей частоты

, , тогда

>

Рис. 11

передатчик частотный модуляция преобразователь

Цифро-аналоговый преобразователь.

В качестве цап был выбран 8-разрядный AD5424 фирмы Analog Devices.

Напряжение питания (2.5…55)В

Параллельный интерфейс загрузки данных

Скорость обработки данных 20млн.операций в секунду



Рис. 12

СS - вход выбора устройства

R/W - стоб чтения/записи данных

GND - общий проводник

DВ0…DB11 - параллельный порт приёма данных

Iout1 и Iout2 - выход преобразованного аналогового сигнала

RFB - вход для соединения с резистором, задающим выходной ток

Vref - вход опорного напряжения

Vdd - вход напряжения питания(в моём случае +5B)

С выхода цифро-аналогового преобразователя модулирующий сигнал поступает на модулятор реализованный на варикапе.

Частотная модуляция с помощью варикапа.

Частотная модуляция с помощью варикапа в последнее время получила большое применение из-за ряда причин:

- высокая электрическая и механическая надёжность,

- малые габариты,

- большая добротность ёмкости(более 100 на частотах 50-100 МГц),

- возможность получения широкополосной ЧМ с уровнем нелинейных искажений, не превышающим нескольких процентов.

Рис. 13

Рис. 14 - Эквивалентная схема р-n перехода

Сд - диффузионная ёмкость, Rб - сопротивление утечки, определяемое рекомбинацией основных носителей, rп - сопротивление металла проводника, Сб - барьерная ёмкость закрытого р-n перехода, г - показатель нелинейности характеристики.

Нелинейность характеристик варикапа проявляется как для модулирующего колебания, так и для напряжения рабочей частоты автогенератора. В результате протекания ВЧ тока через нелинейную ёмкость возникают высшие гармонические составляющие, кратные основной частоте: 2щ, 3щ и т.д.

Для уменьшения уровня гармонических составляющих чётного порядка применяют встречное включение варикапов по высокой частоты. Напряжение высокой частоты приложено к варикапам С1 и С2 противофазно. В результате токи чётных гармоник возникающие за счёт нелинейных свойств ёмкостей диодов , имеют разность фаз 180є. При полной идентичности параметров варикапов и режимов работа токи чётных гармоник полностью компенсируют друг друга. Для модулирующего напряжения варикапы включены параллельно, т.е. такая схема не уменьшает уровня нелинейных искажений при модуляции.

Рис. 15 - Схема ЧМ модулятора на варикапах

После модулятора следует поставить фильтрующую цепь, дабы отфильтровать нежелательные продукты модуляции.

Расчёт мощностей передатчика и выбор активных элементов

В качестве генератора управляемого напряжением выбираем GVXO-32S Британской фирмы Golledge. Его основные параметры:

диапазон частот - (52…160)МГц

управляющие напряжения - (0.5…4.5)В

питающее напряжение - +5В (±5%)

питающий ток - +80мA

СMOS совместимые выходы

Время запуска - 10мс

Рассчитаем мощность на выходе ГУНа:

В документации на устройство выходная мощность определена как мощность на номинальной согласованной нагрузке (R = 50 Ом) в середине рабочего интервала управляющего напряжения при номинальной температуре окружающей среды(+25єС). Величина мощности задана в децибелах относительно мощности 1мВт и обозначается как 1dBm. Для GVXO-32S dBm.

мощность на выходе передатчика.

необходимый коэффициент передачи по мощности.

Чтобы добиться столь большого усиления по мощности, применим схему сложения мощностей в выходном каскаде:



Рис. 16

Выходные каскады будут построены по двухтактной схеме усиления мощности на МДП-транзисторах. Возбуждение пары комплементарных транзисторов осуществляется противофазно с помощью трансформатора. На входе каждого транзистора стоит цепь коррекции АЧХ входной цепи транзистора. На выходе каждого транзистора стоит согласующая цепь 3 порядка. Она дает меньшие потери относительно других типов согласующих цепочек. Это важно на большом уровне мощности. Сложение мощностей осуществляется с помощью мостовой схемы по напряжению.

Пусть КПД моста 0.95, КПД цепи согласования 0.9

В качестве АЭ используем транзистор АRF475FL фирмы Advanced Pover Technology, его параметры:

Напряжение питания 50В

Выходная мощность 483Вт

Коэффициент передачи по мощности 15дВ(31.6)

Мощность транзистора второго предварительного каскада усиления в классе А:



В качестве активного элемента выберем отечественный транзистор КП904Б с параметрами: Рвых=30Вт, Kp=14дВ(25.1).

Мощность на выходе второго предварительного усилителя:

С учётом цепей согласования

Выберем транзистор КТ646А. Коэффициент усиления равен 15, граничная частота 250 МГц, Рвых = 1 Вт. Тогда мощность на выходе второго ПУМ:

Для первого каскада усиления выберем транзистор КТ336А, с Кр=7 ,Рвых=0.1 Вт

Мощность в возбудителе:

Требуемая мощность возбуждения обеспечена.

Рассчитаем подавление побочных составляющих в спектре выходного сигнала. Известно, что наиболее сильной является вторая гармоника сигнала. При емкостной связи контуров коэффициент фильтрации одного контура равен

Ф1=Qхх•(1-з)•(n2-1)

Добротность холостого хода примем 100.

n=2 - номер фильтруемой гармоники

Ф1=100•(1-0.9)•(22-1)=30

Фобщ= Ф13=303=27000

С учетом работы каскада в классе B уровень мощности абсолютный уровень подавления гармоник равен

N=10lg K=94 дБ

Требуемое по техническому заданию подавление нежелательных излучений в 70 дБ выполнено.

Настройка выходного контура с помощью шагового двигателя

Основой устройства является микроконтроллер U1 типа AT90S2313 фирмы Atmel.(см. схему электрическую принципиальную драйвера униполярного шагового двигателя ДШИ-200-1.) Сигналы управления обмотками двигателя формируются на портах PB4 - PB7 программно. Для коммутации обмоток используются по два включенных параллельно полевых транзистора типа КП505А, всего 8 транзисторов (VT1 - VT8). Эти транзисторы имеют корпус TO-92 и могут коммутировать ток до 1.4А, сопротивление канала составляет около 0.3 ома. Для того, чтобы транзисторы оставались закрытыми во время действия сигнала «сброс» микроконтроллера (порты в это время находятся в высокоимпедансном состоянии), между затворами и истоками включены резисторы R11 - R14. Для ограничения тока перезарядки емкости затворов установлены резисторы R6 - R9. Данный контроллер не претендует на высокие скоростные характеристики, поэтому вполне устраивает медленный спад тока фаз, который обеспечивается шунтированием обмоток двигателя диодами VD2 - VD5. Для подключения шагового двигателя имеется 8-контактный разъем XP3, который позволяет подключить двигатель, имеющий два отдельных вывода от каждой обмотки (как, например, ДШИ-200). Для двигателей с внутренним соединением обмоток один или два общих контакта разъема останутся свободными.

Необходимо отметить, что контроллер может быть использован для управления двигателем с большим средним током фаз. Для этого только необходимо заменить транзисторы VT1 - VT8 и диоды VD2 - VD5 более мощными. Причем в этом случае параллельное включение транзисторов можно не использовать. Наиболее подходящими являются МОП-транзисторы, управляемые логическим уровнем. Например, это КП723Г, КП727В и другие.

Стабилизация тока осуществляется с помощью ШИМ, которая тоже реализована программно. Для этого используются два датчика тока R15 и R16. Сигналы, снятые с датчиков тока, через ФНЧ R17C8 и R18C9 поступают на входы компараторов U3A и U3B. ФНЧ предотвращают ложные срабатывания компараторов вследствие действия помех. На второй вход каждого компаратора должно быть подано опорное напряжение, которое и определяет пиковый ток в обмотках двигателя. Это напряжение формируется микроконтроллером с помощью встроенного таймера, работающего в режиме 8-битной ШИМ. Для фильтрации сигнала ШИМ используется двухзвенный ФНЧ R19C10R22C11. Одновременно резисторы R19, R22 и R23 образуют делитель, который задает масштаб регулировки токов фаз. В данном случае максимальный пиковый ток, соответствующий коду 255, выбран 5.11А, что соответствует напряжению 0.511В на датчиках тока. Учитывая тот факт, что постоянная составляющая на выходе ШИМ меняется от 0 до 5В, необходимый коэффициент деления равен примерно 9.7. Выходы компараторов подключены к входам прерываний микроконтроллера INT0 и INT1.

Для управления работой двигателя имеются два логических входа: FWD (вперед) и REW (назад), подключенных к разъему XP1. При подаче НИЗКОГО логического уровня на один из этих входов, двигатель начинает вращаться на заданной минимальной скорости, постепенно разгоняется с заданным постоянным ускорением. Разгон завершается, когда двигатель достигает заданной рабочей скорости. Если подается команда изменения направления вращения, двигатель с тем же ускорением тормозится, затем реверсируется и снова разгоняется.

Кроме командных входов, имеются два входа для концевых выключателей, подключенных к разъему XP2. Концевой выключатель считается сработавшим, если на соответствующем входе присутствует НИЗКИЙ логический уровень. При этом вращение в данном направлении запрещено. При срабатывании концевого выключателя во время вращения двигателя он переходит к торможению с заданным ускорением, а затем останавливается.

Командные входы и входы концевых выключателей защищены от перенапряжений цепочками R1VD6, R2VD7, R3VD8 и R4VD9, состоящими из резистора и стабилитрона.

Питание микроконтроллера формируется с помощью микросхемы стабилизатора 78LR05, которая одновременно выполняет функции монитора питания. При понижении напряжения питания ниже установленного порога эта микросхема формирует для микроконтроллера сигнал «сброс». Питание на стабилизатор подается через диод VD1, который вместе с конденсатором C6 уменьшает пульсации, вызванные коммутациями относительно мощной нагрузки, которой является шаговый двигатель. Питание на плату подается через 4-контактный разъем XP4, контакты которого задублированы.

В зависимости от конфигурации обмоток двигатели делятся на биполярные и униполярные. Биполярный двигатель имеет одну обмотку в каждой фазе, которая для изменения направления магнитного поля должна переполюсовывается драйвером. Для такого типа двигателя требуется мостовой драйвер, или полумостовой с двухполярным питанием. Всего биполярный двигатель имеет две обмотки и, соответственно, четыре вывода (а).



Рис. 17 - Биполярный двигатель (а), униполярный (б) и четырехобмоточный (в)

Униполярный двигатель также имеет одну обмотку в каждой фазе, но от середины обмотки сделан отвод. Это позволяет изменять направление магнитного поля, создаваемого обмоткой, простым переключением половинок обмотки. При этом существенно упрощается схема драйвера. Драйвер должен иметь только 4 простых ключа. Таким образом, в униполярном двигателе используется другой способ изменения направления магнитного поля. Средние выводы обмоток могут быть объединены внутри двигателя, поэтому такой двигатель может иметь 5 или 6 выводов (б). Иногда униполярные двигатели имеют раздельные 4 обмотки, по этой причине их ошибочно называют 4-х фазными двигателями. Каждая обмотка имеет отдельные выводы, поэтому всего выводов 8 (в). При соответствующем соединении обмоток такой двигатель можно использовать как униполярный или как биполярный. Униполярный двигатель с двумя обмотками и отводами тоже можно использовать в биполярном режиме, если отводы оставить неподключенными. В любом случае ток обмоток следует выбирать так, чтобы не превысить максимальной рассеиваемой мощности.

Заключение

В курсовой работе был спроектирован вещательный радиопередатчик FM диапазона. Большинство элементов передатчика реализовано на микросхемах, что соответствуем современным тенденциям конструирования передатчиков. Для достижения большой выходной мощности была применена схема суммирования мощностей и три предварительных усилителя для раскачки выходного каскада. Обеспечение заданного подавление внеполосных излучений было достигнуто за счёт применения синтезатора косвенного метода и фильтрации в выходном каскаде. В итоге разработанный передатчик удовлетворяет всем требуемым условиям.

Список используемой литературы

1. Цифровые радиопередающие устройства, учебное пособие / Васильев Е.В. Рязань 2004.

2. Ульрих В.А. Микроконтроллеры PIC16X7XX СПб: Наука и техника, 2002.

3. Радиопередающие устройства. Учебник для вузов / В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Луховкин и др. Под редакцией В.В. Шахгильдяна. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. Радио и связь, 1990.

4. Радиопередающие устройства: Учеб. для техникумов Шумилин М.С., Головин О.В., Севальнёв В.П., Шевцов Э.А. - М.: Высшая школа, 1981.

5. Радиопередающие устройства: учебник для морех.училищ./ И.И. Гавриленко - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1983.

6.Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах под ред. В.П. Дьяконова - М., Радио и связь, 1994.

7. Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы: Cправочник/ Б.А. Бородин, В.М. Ломакин, В.В. Мокряков и др.; Под ред. А.В. Голомедова.- М. Радио и связь, 1997.

Размещено на Allbest.ru