proiect cid

7/28/2019 Proiect CID

1/15

FRECVE|METRUL

CIRCUITE INTEGRATEDIGITALE

1


2/15

CUPRINS:

Cerinte proiect:

Sa se realizeze un frecventmetru numeric, avandurmatoarele caracteristici:

- 100Hz 10MHz- Precizie 1%- Afisare cel putin pe 4 cifre, folosind multiplexarea in

timp- Se vor utliza circuite logice de complexitate mica si

medie (numaratoare, decodificatoare)-

Se considera ca semnalul de intrare este digitalSchimbarea gamei de masura se va face automat

1. Consideratii privind masurarea numerica afrecventei si proiectarea schemei bloc

2. Alegerea bazei de timp

3. Proiectarea blocului de afisare

4. Proiectarea blocului divizor

5. Proiectarea logicii de control

2


3/15

6. Schema finala

DESFASURARE PROIECT1. Consideratii privind masurarea numerica afrecventei si proiec-tarea schemei bloc

O metoda des utilizata de masurare a freventei consta

[n numararea tranzitiilor pozitive (eventual negative) pe uninterval de masura foarte bine generat (durata fixa, mereuaceeasi, interval precis determinat pe baza unui oscilator cucuart).

Dintre toate marimile ce se masoara n prezent, cea maimare precizie de masurare este obtinuta la masurareafrecventei si timpului, erorile de determinare a frecventeiputnd atinge 10-14. De remarcat ca n aceste domenii demasurare se asigura cele mai mari precizii si pentrumijloacele de masurare ce constituie bunuri de larg consum,un ceas electronic putnd asigura erori tolerate de ordinul 1p.p.m.1 Pentru masurarea frecventei pot fi folosite:a) metode analogice, care constau n calibrarea n durata siamplitudinea semnalului a carui frecventa se masoaraurmata demedierea acestuia, valoarea medie fiind proportionala cufrecventa;b) metode de rezonanta , ce folosesc punti de curent

alternativpentru care conditia de echilibru este dependenta defrecventa;c) metode numerice.Schema de principiu a unui frecventmetru numeric esteprezentata n figura

3


4/15

1. Semnalulx(t) a carui frecventa fxse masoara, este aplicatunui circuit formator de impulsuri FI, care are rolul de agenera cte un impuls pentru fiecare perioada T0 asemnalului. Pentru ca tensiunea de zgomot sa aiba un efect

minim asupra semnalului, n compunerea formatorului deimpulsuri se afla un trigger Schmidt, caracterizat prin celedoua praguri de basculare: nivel superior si nivelinferior.Baza de timp a frecventmetrului se compune dintr-unoscilatorul etalon, OE realizat cu cristal de cuart, care arefrecventa de oscilatie, de obicei de 107 Hz; masurareafrecventei presupune numararea impulsurilorcorespunzatoare perioadei semnalului necunoscut ntr-uninterval de timp dat T=10; 1; 0,1 sau 0,01 secunde.

4


5/15

Fig.1 Schema bloc a frecventmetrului

Functionare:

5


6/15

Principiul de functionare al unui frecventmetruluidigital (numeric) consta [n numararea ciclilor intr-un intervalde timp dat. {n cazul nostru, poarta N1 se deschide in timpuldeterminat ( de 1 s sau 0,1 s ) las@nd sa treaca impulsurile

de numarat. Dupa incheierea numararii, un impuls detransfer face ca rezultatul gasit sa treaca la afisor ,apoi unimpuls de aducere la zero initializeaza numaratorul pentru onoua masurare, functionarea fiind repetitiva.

{n cazul frecventmetrului prezentat , semnalele acaror frecveta se masoara ajung la o intrare a porti N1 dincomponenta CI2, de tip MMC4011, fie direct sau prinintermediul CI4 de tip MMC4017.Acesta reprezinta unnumarator decadic (Johnson) cu iesiri decodificate si arecapsula prezentata in figura 3 . Circuitul integrat MMC4017

livreaza la pinul 12 (Carry out) un impuls la fiecare 10impulsuri de tact aplicate la intrarea CLOCK (pinul 14),decipractic frecventa de la intrare (fx ) divizata cu 10.

La intrarea divizorului CI3 (MMC 4017 - pinul 14) seaplica semnale cu frecventa fie de 50 Hz,fie de 5 hz ,la iesire(pinul 12) rezulta semnale cu frecventa (divizata cu 10)de5Hz ,respectiv 0,5Hz, adica cu perioada de 0,2s sau 2 s.Alternanta pozitiva a acestui semnal, masurand fie 0,1s ,fie1s (jumatate din perioada ) constituie semnal de deschidere

pentru poarta N1 (din CI2), aplicandu-se la pinul 2 alacesteia.Pe pinul 5 al CI2 ,conectat cu pinul 5 (LATCH ENABLE)

al CI1 , se asigura functia de transfer ,iar pe la pinul 9 alCI2,conectat cu pinul 13 (reset) al CI1,se asigura aducerea lazero a frecventmetrului.

Circuitul integrat CI1, de tip MMC22926, avandcapsula prezentata in figura 1 este un numarator cu 4digiti ,cu iesirile multiplexate ,destinat comenzii afisoarelorcu 7 segmente catod comun.Cele 4 tranzistoare folosite (T1 -T4 )sunt de tip BC 546 .

Pentru limitarea curentului priin cele 7 segmente aleafisoarelor se utilizeaza grupul de rezistoare R35-R41 (de 47ohmi fiecare). Prin scaderea valorii rezistoarelor se cresteluminozitatea segmentelor afisoarelor.

Prin intermediul sectiunii 1 a comutatorului rotativ se

6


7/15

aprin corespunzator punctele zecimale Pz ale zecilor ,sutelorsi miilor.

Cele 4 game de frecventa furnizate afisate defrecventmetru , corespunzator pozitiei comutatorului de

gama sunt: Pozitia 1 : 100Hz - 10 KHzPozitia 2 : 10 KHz - 100 KHzPozitia 3 : 100KHz-1MhzPozitia 4 : 1MHz-10MHz

2. Alegerea bazei de timp

TM=Nx*Tx

Nx numarul de impulsuri care au trecut prin poarta si inintervalul TMAcest numar il vom gasi in numarator dar la finalul timpuluide masurare Tx

TM Timpul de masura (cunoscut)Tx Perioada semnalului de intrare

Avem astfel o relatie direct proportionala intre frecventasemnalului de intrare si numarul de impulsuri care au trecutprin poarta in intervalul TM.Asadar putem alege cu usurinta TM ca fiind submultiplu de10, in acest mod fiind nevoie doar de mutarea punctului peafisaj pentru schimbarea gamei de frecventa.Pentru functionarea bazei de timp avem nevoie de un blocfunctional care sa primeasca semnal de la un oscilator cucuart, pe care apoi sa il proceseze pentru a obtine un semnalde iesire avand durata de 1 logic egala cu TM-urile anterior

calculate. Valoarea TM-urilor trebuie a fi determinata pentrua asigura precizia de 1% a frecventmetrului. Deoarece intresemnalul fx de intrare si TM nu exista nici o legatura, peparcursul numararii un impuls poate fi pierdut. Pentru a nuavea un impact semnificativ asupra masurarii, Nx trebuie saaiba o valoare minima. In cazul nostru, aceasta fiindNmin=100, obtinand in acest fel precizia dorita de 1%.

7


8/15

Schema exacta a bazei de timp este urmatoarea:

Fig. 2 Baza de timp

8


9/15

3. Proiectarea blocului de afisare

Afisarea rezultatelor poate fi realizata prin 2 metode:

- Folosind afisarea statica.

La afisarea statica fiecare cifra are codul sau BCD 7segmente. Aceasta prezinta 2 dezavantaje: un consum marit

de energie precum si complexitate mare a schemei logice.

- Folosind afisarea dinamica (cu multiplexare in timp).

La afisarea dinamica se pleaca de la propietatea ochiului dea percepe o imagine pulsatorie cu o frecventa de peste 46Hzca fiind aprinsa continuu.Se foloseste un singur BCD/7 segmente, acesta lucrand peprincipiul time-sharing, in fiecare moment doar o cifra din

afisaj fiind aprinsa. Astfel, daca trecerea se face suficient derepede, ochiul are senzatia ca toate cifrele sunt aprinsesimultan. Acest mod de afisare prezinta un consum redus sio schema logica cu mai putine porti decat afisarea statica.

Schema generala contine 4 celule BCD 7 segmente fiecarealimentate printr-un transistor de tip BC545A ce lucreaza inregim de comutatie (se comporta ca un comutator). Acestecelule sunt comandate de iesirile unui numarator carenumara impulsurile de la intrarea acestuia in timpul demasura TM generat de baza de timp.

9


10/15

Schema generala a blocului de afisare cu multiplexare intimp este urmatoarea:

Fig.3 Bloc de afisare cu celule BCD7 segmente

10


11/15

4. Proiectarea blocului divizor

Calculul gamelor de frecventa:

Primul interval:

Fmin=100HzTm=Nmin*Tx min Tm=100*1/100=Nmin/fmin=1sC*Tmax=Tm C/Tm=Fmax Fmax=100Khz

In urma calculelor se obtine primul interval situat intrevalorile:100Hz-10Khz

Al doilea interval:Fmin=10Khz

Tm=10msObtinem asadar al doilea interval, situat intre 10KHz-100KHz.

Al treilea interval:Fmin=100Khz

Tm=1msValorile cuprinse in cel de-al treilea interval sunt 100KHz-1MHz

11


12/15

Al patrulea interval:Fmin=1MHz

Tm=0,1 msValoarea ultimul interval de masura este 1MHz-10MHz

Schema generala a divizorului este urmatoarea:

12


13/15

Fig.4 Schema divizorului

5. Proiectarea logicii de control

13


14/15

La baza logicii de control sta un bloc functional ce primestela intrare semnalul de masura TM selectat si trebuie sagenereze la iesire 2 semnale pentru comanda incarcariiparalele a leach-ului, iar celalalt pentru comanda de stergere

a numaratorului.

Astfel pentru comanda incarcarii latch-ului se folosesciesirile A sau in functie de tipul de latch utilizat (trebuieanalizata foaia de catalog pentru a vedea pe ce nivel logic seface incarcarea). De ex. 74373.

Dupa comanda incarcarii, impulsul de la iesire primului CBMdevine comanda de declansare pentru cel de-al doileamonostabil. Daca resetul numaratorului se face pe 0

folosim iar daca se face pe 1 folosim B.

Deci logica de control trebuie sa aleaga un timp de masuracorrect ce este generat de baza de timp. Acesta trebuie sasatisfaca 2 conditii:- numaratorul zecimal nu trebuie sa se umple pe durata TM- la sfarsitul lui TM sa avem peste 100 impulsuri (pentru aasigura prezicia de 1% a masurarii cerute in datele deproiectare).

Trebuie sa existe 2 mecanisme:- unul care are tendinta de a mari timpul de masura(actioneaza atunci cand la sfarsitul intervalului de masuraavem prea putine impulsuri)- celalalt are tendinta sa micsoreze TM pentru a evitaumplerea numaratorului.

Astfel la intrarea blocului divizor trebuie sa primim semnalede la iesirea de semnalizare a numaratorului, un semnal caresa indice depasirea unui prag impus.Precizia se obtine daca acumulam mai mult de 100 deimpulsuri prestabilit. Atunci luam bitul Q0 de la numaratorulde sute si il folosim ca intrare in logica de autoscalare.Partea centrala a logicii de autoscalare va fi numaratorulreversibil in momentul in care primim semnal de umplere

14


15/15

vom pune numaratorul sa numere inapoi o unitate, iar dacanu s-au obtinut 100 impulsuri il punem sa incrementeze cu ounitate.Starea numaratorului va fi folosita drept cod de selectie

pentru MUX 4:1 responsabil pentru masurarea TM.Deoarece ne bazam, pe un singur bit din numarator pentru adetecta pragul, exista riscul ca la sfarsitul intervalului demasura sa avem peste 100 impulsuri bitul Q0 sa fie in 0.Vom utiliza un artificiu: vom pune in 1 un bistabil la primatrecere in 1 a bitului Q0 de la sute. Aceste bistabil varamane in 1 pana la stergerea numaratorului.

Schema logicii de autoscalare este urmatoarea:

Fig. 5 Schema logicii de control

15

proiect cid

Documents