Генератор помехового сигнала
жүктеу/скачать 292.12 Kb.
|
| ГЕНЕРАТОР ПОМЕХОВОГО СИГНАЛА
Абдуразакова З.М., ДГТУ, Махачкала Материалы этой статьи представляют краткое содержание технической части дипломного проекта студентки 5 курса специальности «Управление и информатика в технических системах» Дагестанского государственного технического университета Абдуразаковой З.М. Тема проекта была предложена в Исследовательском центре университета и посвящена разработке специализированного измерительного генератора для проведения ряда экспериментов с использованием цифровых сигнальных процессоров типа ADSP-BF533(Blackfin). Результатом разработки явилось изготовление прибора, эффективно применяемого в учебном процессе и научных исследованиях.
------------------------------------------------------------------------------------------------------- В настоящее время, когда в ведущих радиотехнических ВУЗах страны научно-исследовательские работы (НИР), к сожалению, сведены практически к нулю, каждое сообщение с университетских кафедр об интересных инженерных разработках, выполняемых студентами и выпускниками, да еще воплощенных в «железо» и предназначенных для проведения дальнейших НИР, воспринимается как событие уникальное и взывает надежду на скорое возрождение России. Редакция РЛ одной из своих основных задач считает освещение таких инженерных разработок. Сегодня вы познакомитесь с разработкой, выполненной в Дагестанском Государственном Техническом Университете (ДГТУ) студенткой 5-го курса Абдуразаковой З.М. в ходе ее работы на кафедре и в рамках написания дипломного проекта под руководством кандидата технических наук Губа А.В. Описанный СИГ может представлять практический интерес для специалистов и радиолюбителей, занимающихся разработкой и созданием различной аппаратуры, в состав которой, как важное звено, входят сигнальные процессоры, например, ADSP-BF533 (Blackfin). Кроме того, отдельные схемные решения, примененные в описанном СИГ, могут быть использованы в других конструкциях и разработках. Например, практический интерес представляет собой схемное решение генератора НЧ, работающего в диапазоне 10Гц-100кГц, который может использоваться, как законченный функциональный блок для настройки усилителей НЧ, приемно-передающей и другой электронной аппаратуры.
------------------------------------------------------------------------------------------------------- Генераторы, представляющие собой источники различных электрических колебаний являются одними из самых широко применяемых измерительных приборов. Трудно представить ту область, в которой эти устройства не использовались, они применяются в измерительной технике, радиотехнике, в устройствах автоматики, телемеханики, вычислительной технике, а также для проведения различного рода научных исследований. Потребность в одном из представителей подобного класса приборов возникла при проведении исследований эффективности алгоритмов, связанных с цифровой обработкой сигналов, в частности, цифровой фильтрации с использованием цифровых сигнальных процессоров ADSP-BF533(Blackfin). Для этих целей и был разработан специализированный измерительный генератор, содержащий источники идеализированного и шумовых сигналов, электрические и временные параметры которых могут быть изменены в большом диапазоне. С
хема структурная измерительного генератора, предназначенного для исследования эффективности алгоритмов фильтрации на базе цифровых сигнальных процессоров, приведена на рис.1. Как следует из схемы, устройство состоит из генератора низкой частоты, генератора помехи, смесителя, выходного усилителя и блока питания. Рис. 1 Структурная схема СИГ. Генератор низкой частоты содержит генератор гармонических колебаний, частота которых посредством блока управления может изменяться в диапазоне от 10 Гц до 100 кГц. Установка требуемого значения частоты контролируется с помощью электронного частотомера, а амплитуда напряжения выходного сигнала регулируется потенциометром R1. Для нашего применения генератор низкой частоты является источником идеализированного сигнала. Генератор помехи состоит из генератора аналоговых и дискретных шумовых сигналов, диапазон изменения которых определяется блоком управления и отображается в блоке индикации. Переключателем S1 выбирается желаемый характер шумовых сигналов (аналоговый или дискретный), а потенциометром R2 устанавливается их необходимый уровень. Идеализированный сигнал с выхода генератора низкой частоты поступает на первый вход смесителя, в то время как на его второй вход подается сигнал с генератора помехи. Амплитуда напряжения сигнала с выхода смесителя, содержащего составляющие идеализированного и шумового сигналов, регулируется потенциометром R3. Выходной усилитель выполняет функции согласования измерительного генератора с нагрузкой и обеспечения необходимой мощности сигнала во входных цепях аппаратной части объектов исследования. Схема генератора гармонических колебаний, блока управления, смесителя и оконечного усилителя приведена на рис.2. 
Рис. 2 Генератор гармонических колебаний, блок управления, смеситель и оконечный усилитель. Генератор гармонических колебаний выполнен по классической схеме на операционном усилителе DA1.1 типа OP282 [1], в цепи обратной связи которого включен мост Вина-Робинсона [2]. С целью уменьшения коэффициента нелинейных искажений выходного напряжения генератора в цепи затвор-сток транзистора VT1 введены резисторы R6 и R7. Весь диапазон генерируемых колебаний разбит на четыре поддиапазона (10Гц…100Гц, 100Гц…1кГц, 1кГц…10кГц, 10кГц…100кГц), внутри которых плавная регулировка частоты производится потенциометрами R1.1 и R1.2. Границы каждого диапазона определяются конденсаторами C1…C8, а степень перекрытия может быть дополнительно скорректирована резисторами R2 и R3. Выбор поддиапазонов производится блоком управления, выполненном на элементах D1 и D2, представляющих собой сдвоенные триггеры D-типа серии HEF4013B [3], электронных ключах на транзисторах VT2…VT8, в коллекторную цепь которых включены реле K1…K3. Индикация выбранного диапазона производится светодиодами VD7…VD10. Работа блока управления заключается в следующем. При первичной подаче напряжения питания на измерительный генератор, цепью начальной установки C14R30 триггер D1.1 устанавливается в единичное состояние, что приводит к открыванию ключа на транзисторах VT2, VT3, срабатыванию реле K1 и коммутации конденсаторов C1 и C5 в цепи обратной связи усилителя DA1.1, то есть выбирается наиболее низкочастотный диапазон. Если же требуется, предположим, третий диапазон, достаточно кратковременно переключить контакты S3 и описанные выше процессы будут наблюдаться по цепи D2.1, VT6 и VT7, K3, K3.1 и K3.2, C4 и C7. При этом триггер D1.1 перейдет в нулевое состояние, что приведет к размыканию контактов K1.1 и K1.2. Исключение составляет четвертый диапазон, для которого конденсаторы постоянно подключены в схеме генератора. Гармонические колебания с выхода генератора подаются на вход смесителя, реализованного на операционном усилителе DA2.1 типа AD648 [4], на второй вход которого (вывод 5 DA2.1) подводятся сигналы с генератора помех. Оконечный усилитель выполнен по схеме повторителя и представлен элементом DA2.2 . С целью расширения функциональных способностей измерительного генератора в оконечном усилителе предусмотрена возможность регулировки начального уровня выходного сигнала, что обеспечивается элементами R21…R24. Повторитель на усилителе DA1.2 выполняет роль буферного каскада между генератором гармонических колебаний и электронным частотомером. П Пересчетный блок частотомера состоит из устройства выработки секундного временного интервала на элементах D1 и D3, вентиля D4, счетчиков D5…D9, буферного регистра D10…D14 и одновибраторов D2.1, D2.2., обеспечивающих функционирование блока по требуемому алгоритму. Сущность алгоритма заключается в следующем. П
о окончании цикла занесения информации в счетчики одновибратор D2.1 вырабатывает импульс записи этой информации из счетчиков в буферный регистр с последующим представлением ее в блоке индикации. Далее по срезу импульса записи запускается одновибратор D2.2, который обнуляет счетчики. У Блок индикации частотомера выполнен по известной схеме статической индикации и особенностей не имеет. В генераторе помехи использован метод цифровой генерации шума посредством получения псевдослучайных двоичных последовательностей с применением цифровой фильтрации, выполняемой путем формирования взвешенных аналоговых сумм последовательных выходных битов. В отличие от аналоговой цифровая фильтрация позволяет работать при крайне низких значениях частоты среза, и эффективная частота среза цифрового фильтра изменяется в соответствии с тактовой частотой. Схема генератора помехи приведена на рис.4а (блоки управления и индикации) и рис.4б (генератор шума).
Рис.4а Генератор помехового сигнала (блок управления и индикации) Блок управления предназначен для обеспечения требуемой тактовой частотой генератора помехи. Он состоит из задающего генератора D1 типа 1100Е (FOX) [5], двадцатичетырехразрядного делителя на элементах D2 и D3 серии HEF4040 [6], мультиплексора D4, D5, D6 серии HEF4516B [7] и устройства управления мультиплексором на элементах D8, D9 серии CD4516 [8] и D12 серии CD4028BE [9]. 
Рис. 4б Генератор помехового сигнала (генератор шума) Блок индикации включает преобразователи кодов на элементах D10 и D11 сери 155РЕ3 и индикаторы HL1 и HL2. Программа для ПЗУ D10 и D11 приведена в таблице 1. Мультиплексоры D5 и D6 остаются в высокоимпедансном состоянии. На общей выходной шине мультиплексоров, включенных по схеме «монтажное ИЛИ», появляются импульсные сигналы с частотой 1МГц. Таблица 1. D11 D12
Одновременно на индикаторах HL1 и HL2 отображается число 24, которое соответствует максимальному диапазону. При необходимости уменьшения частоты с выходов мультиплексоров достаточно удерживать в замкнутом состоянии контакт S1. Это действие переведет счетчики в режим суммирования и их содержимое будет возрастать с частотой 1Гц, что приведет к изменению состояния на адресной шине, а через каждые 8 импульсов и на шине управления мультиплексорами. Частота выходных импульсов будет уменьшаться и на первом диапазоне достигнет значения 0.125 Гц. Синхронно с переключением каналов мультиплексоров на индикаторах будет изменяться номер диапазона. При необходимости увеличения частоты импульсов достаточно удерживать в замкнутом состоянии контакт S2. Счетчики переходят в режим вычитания и в схеме будут происходить процессы обратные описаным. Наиболее простым генератором псевдослучайных двоичных последовательностей является тактируемый регистр сдвига с элементом Исключающее ИЛИ в цепи обратной связи [10, 11]. В схеме на рис. 4б тридцатидвухразрядный регистр сдвига выполнен на элементах D13…D16 серии HEF4015BP [12]. С целью упрощения запуска регистра в цепи обратной связи применена инвертирующая схема Исключающее ИЛИ, организованная на элементах D17.2, D17.3. Это позволяет запустить регистр сдвига установкой в нуль устройством начального запуска на элементах D17.1, C4, R20. В соответствии с рекомендациями [11] обратная связь выполнена с 31-й и 18-й ячеек регистра, что позволяет получить последовательность максимальной длины. Цифровая фильтрация осуществляется на элементах R22…R51 и усилителях DA1.1, DA1.2 и DA1.3. С выхода усилителя DA1.4, включенного по схеме повторителя снимается аналоговый шумовой сигнал. Дискретный шумовой сигнал сформирован на выходе усилителя DA2.2. Переключателем S3 выбирается необходимый вид сигнала с последующим подведением его ко второму входу смесителя (рис.2). В двухполярном блоке питания (рис.5) применены интегральные стабилизаторы напряжения серии 142EH5А. Схема включения стабилизаторов типовая [13] и особенностей не имеет. 
Р Все функциональные узлы выполнены на печатных платах различного типоразмера. Часть функциональных узлов размещена на лицевой панели прибора, остальные закреплены непосредственно на шасси. Интегральные стабилизаторы блока питания установлены на радиаторы на задней панели корпуса. Межплатные соединения выполнены проводом МГТФ-0.12, шины питания – МГТФ-0.5. Размеры прибора 260*170*100 мм, масса 2.8 кг. ЛИТЕРАТУРА
С незначительными редакционными изменениями материалы данной статьи под названием «Специализированный измерительный генератор» опубликованы в журнале «Радиолюбитель» № 3, 2005 г. с. 188-193. жүктеу/скачать 292.12 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
ересчетный блок и блок индикации электронного частотомера приведены на рис.3а и рис.3б.
силитель–формирователь на транзисторе VT1 обеспечивает 
ис. 5 Блок питания.