Модуляция сигналов в схемах на микроконтроллере

February 17, 2014 by admin Комментировать »

Модуляция — это изменение некоторой физической величины по заданному закону во времени. Применительно к MK интерес представляет модуляция электрических сигналов, причём не аналоговая, а импульсная.

Различают следующие виды импульсной модуляции: амплитудно-импульсная (АИ М),частотно-импульсная (ЧИМ),фазо-импульсная (ФИМ), время-импульсная (ВИМ). Это «чистые» разновидности, которые в реальных сигналах обычно смешиваются в различных пропорциях. Бывают случаи перехода одного типа модуляции в другой. Например, микроконтроллерная ШИМ в зависимости от установленных режимов может превращаться в ЧИМ, ФИМ или ВИМ.

Если модулирующий сигнал может принимать только несколько фиксированных значений из ряда, то такой процесс называют манипуляцией. В частности, знаменитая «азбука Морзе», используемая с позапрошлого века для передачи сообщений, представляет собой пример амплитудной манипуляции, а тоновый набор в телефонных аппаратах — пример частотной манипуляции.

На Рис. 2.86, а…м приведены схемы импульсных модуляторов на основе MK.

Рис. 2.86. Схемы импульсных модуляторов на основе MK (начало):

а) принудительное выключение транзисторных ключей VT1 VT2 от MK можно приравнять к амплитудной модуляции выходных сигналов. Резисторы R1 Я2обеспечивают выбор рабочей точки по напряжению или току. Уровень сигнала, подаваемого извне через резистор R1 на затвор транзистора VT1 не должен превышать напряжения питания MK, чтобы не повредить последний. Диод VD1 — Шоттки, чтобы надёжно закрывался транзистор VT2. Теоретически диод можно заменить перемычкой, если вместо ВЫСОКОГО уровня переводить MK в режим входа без «pull-up» резистора. Единственное, что в этом случае при ошибках в программе существует вероятность повреждения транзистора Г72большим базовым током от ВЫСОКОГО уровня MK;

б) формирование пачек импульсов при помощи АИМ. Генератор звуковой частоты на триггере Шмитта /)/)/./периодически прерывает свою работу при НИЗКОМ уровне на выходе MK. К элементу DD1.2 подключается «пьезопищалка» HAL которая излучает прерывистый звук;

в) «сам себе амплитудный модулятор». Размах выходного сигнала 6 вых зависит от состояния двух линий MK, которые «подсаживают» напряжение питания резисторами R1 R3. Элементы R2, С1 сглаживают переходные процессы, но работоспособность конкретного MK после скачкообразной смены питания проверяется экспериментально;

 Рис. 2.86. Схемы импульсных модуляторов на основе MK (продолжение):

г) MK изменяет собственное напряжение питания при помощи параметрического стабилизатора на элементах R1, R5, R6, VD1, C1. Устройство можно использовать как многоступенчатый генератор калиброванных по амплитуде импульсов. Переход между «ступенями» следует осуществлять последовательно, избегая резких скачков питания от минимума до максимума. Во избежание «зависания» MK следует предусмотреть систему сброса, например, через Watch-Dog;

д) МК через фильтр R1, C1 формирует программно перестраиваемое напряжение для варикапа VD1, в связи с чем изменяется его ёмкость и частота настройки внешнего ВЧ-генератора;

е) частота выходного сигнала ивых определяется частотой импульсов с нижнего выхода MK. Транзистор VT1 работает в активном режиме и управляется с верхнего выхода MK. Он приорывается/призакрывается низкочастотной составляющей сигнала ШИМ, выделяемой при помощи ФНЧ R1, C1. В результате импульсы на коллекторе транзистора К72плавно модулируются по амплитуде. Стабильность коэффициента модуляции напрямую зависит от стабильности напряжения питания +5 В и температуры окружающей среды, иначе надо вводить канал обратной связи от 7/вых на вход MK и адаптивно подстраивать частоту ШИМ;

ж) оптоизоляция звуковых сигналов. Импульсы ШИМ с выхода MK имеют ВЧ-заполнение, программно модулируемое по скважности НЧ-составляющей передаваемого звука. Фильтр R1, C1 выделяет звуковые колебания и подаёт их на трёхвыводной стабилитрон VD1 В итоге ток через светодиод оптопары VU1 получается амплитудно модулированным;

з) «формирователь временных диаграмм» — это образец «чистой» ВИМ. На восьми выходах одного порта MK в цикле выставляются запрограммированные по тактам ВЫСОКИЕ/НИЗКИЕ уровни с требуемой частотой и временными соотношениями;

и)         сигналы от MK проходят через резистивный ЦАП с матрицей «2R» (R1…R8) и преобразуются в ступенчатое напряжение, которое модулирует сопротивление «коллектор — эмиттер» транзистора VT1. Последний входит в цепь обратной связи логического элемента DD1\

к) оптоизолированный фазо-импульсный регулятор мощности. Конденсатор C1 заряжается от внутреннего ИОН микросхемы DA1, а разряжается транзистором оптопары VUL Мощность в нагрузке RH (максимум 150 Вт) пропорциональна среднемуза период напряжению на конденсаторе C1. Индикатор HL1 ярче светится при снижении тока через нагрузку RH и наоборот;

л) смешивание разных сигналов с двух и более выходов MK позволяет формировать сложные по структуре, модуляции и спектру колебания;

м) оптоизолятор НЧ-сигналов на основе преобразователя ширины импульсов в сопротивление перехода «коллектор — эмиттер» RK3 транзистора оптопары VU1.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты