Генератор линейно изменяющегося напряжения

(57) Генератор линейно изменяющегося напряженияотносится к измерительной технике и может быть использован в источниках малых токов для калибровки электрометрических приборов. Сущность изобретения: генератор содержит блок 1 управления, двухканальный широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 2, две группы 3, 4 ключей, два фильтра 5. 6 нижних частот, источник 7 опорного нап ряжения, инверторы 8, 9, сумматор 10, фильтр 11, цифроаналоговый преобразователь 12. В описании приведены схемы блока управления и двухканального ШИМ, а также алгоритм работы генератора при регулировке крутизны выходного напряжения, 5 ил. 4 ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(72) Л.С.Ковалев, П,А.Черняев и Л.Н.Федчун (56) Авторское свидетельство СССР М 513480, кл. Н 03 К 4/50, 02.07.74,Авторское свидетельство СССР М 921060, кл. Н 03 К 4/02, 10.06.80.Ковалев Л,С, и др. Формирование линейно изменяющегося напряжения в программируемом калибраторе малых токов. В сб. Техника средств связи. Серия РИТ. Вып.4. М, 1989, с, 52-62.(54) ГЕНЕРАТОР ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕ ГОСЯ НАП РЯЖ Е Н ИЯ 1 Д14Изобретение относится к электроизмерительнай технике и может быть преимущественна использовано в источниках малыхтоков, применяемых, в частности, для калибровки электрометрических приборов,Целью изобретения является повышение точности эа счет обеспечения монотонности изменения выходного напряжения впроцессе регулирования его крутизны.На фиг. 1 представлены графики, поясняющие наличие (а,в) и отсутствие (б) монотонности изменения выходного напряжениягенератора линейно изменяощегося напряжения ЛИН); фиг. 2 - изображена электрическая структурная схема генератора; фиг.3 показан вариант структурной схемы блокауправления; фиг. 4 - вариант принципиальной схемы двухканального широтно-импульсного модулятора (ШИМ) на базе БИСКР 580 ВИ 53; фиг. 5 - блок-схема алгоритмаработы устройства при регулировке его крутизны.Генератор ЛИН содержит связанный сблоком 1 управления двухканальный ШИМ2, две группы 3 и 4 ключей, входами подключенные соответственно к выходам первогои второго каналов ШИМ 2. Выходы ключейсоединены с входами фильтров нижних частот Ф НЧ) 5 и 6 соответственно, второй входгруппы 3 ключей соединен с выходом источника 7 опорного напряжения непосредственно, а третий вход - через инвертор 8,второй вход группы 4 ключей подключен квыходу ФНЧ 5 непосредственно, а третийвход - через инвертор 9, Генератор содержит также сумматор 10, выходом подключенный к клемме "Вых", а входами - квыходам идентичных по параметрам ФНЧ 6и ФНЧ 11. Вход последнего подключен квыходу двухполярного ЦАП 12, питающегося от источника 7 опорного напряжения иподклачецнаго входами к соответствующему выходу блока 1 управления,Следует отметить, что функциональныеузлы генератора являются известными и, заисключением блока 1 управления и двухканального ШИМ 2, не требуют специальныхпояснений.Блок 1 управления является микропроцессорнымм контроллером МП К), построен(фиг. 3) ца основе микропроцессора 13 серии К 580. В состав блока управления входяттакже генератор 14 тактовых импульсов(КР 580 ВН 59), дешифратор 20 адреса, делитель 21 частогы. буферцый регистр 22, регистр 23 ЦАП, регистр 24 ЛИН, регистр О,25, элемент И 26 и блок 27 клавиатуры. Шестнадцать выводов микропроцессора 13 формируют шину адреса. по которой происходит адресация памяти или блоков генератора. Восемь выводов системного 5 контроллера 15 образуют двунаправленнуюшину данных, по которой микропроцессор 13 принимает данные для их обработки и управляет работой программируемых узлов: двухканального ШИМ 2 и двухполярно го ЦАП 12 (через регистры 22, 23, 24, 25).Элемент И 26 предназначен для одновременной записи кода в регистр 24 ЛИН и перезаписи кода иэ буферного регистра 22 в регистр 23 ЦАП, В ПЗУ 16 хранится про грамма работы генератора, в ОЗУ 17 - оперативная информация, получаемая в процессе работы генератора. Системный коллектор 15 осуществляет выработку необходимых управляющих сигналов чтения (Чт) 20 и записи (Зп) информации. Коллектор 18прерываний предназначен для прекращения текущей программы работы микропроцессора 13 и осуществления перехода на новую подпрограмму в зависимости от за проса, поступающего с делителя 21 частоты(Зпр 1) или блока 27 клавиатуры (Зпр 2).С помощью сигналов 31 Яадешифратора 20 адреса производится-выбор определенного устройства (регистра. блока 30 памяти, ШИМ или клавиатуры) для обменаинформацией с микропроцессором 13 по сигналм Чт и Зп.Буферный регистр 22 и регистр 23 ЦАПпредназначены для Запоминания кода на 35 входе ЦАП 12 (фиг, 2) и конструктивно выполнены в составе БИС К 572 ПА 2 А.Блок 27 клавиатуры предназначен длявнешнего управления работой генератора и представляет собой матрицу ключевых эле ментов, вырабатывающих сигнал запросана прерывание Зпр 2 при нажатии любой клавиши.Двухканальный ШИМ 2 (фиг, 2, 4) можетбыть построен на основе программируемо го таймера КР 580 ВИ 53, который программируется в режиме для работы в качестве одновибратора,Длительность импульсов на выходе50 каждого канала программируемого таймераопределяется информацией, поступающейпо шине данных микропроцессора 13 блока1 управления через соответствующие регистры 24 и 25, т,е. программным путем. Пери 55 ад повторения импульсов ца выходекаждого канала постоянен, одинаков и определяется стробирующей частотой 11,сфармированцой в канале О этого же таймера, запрограммированного в режиме делителя частоты, 1774476При каждом сигнале Зпр 1 с выходаделителя 21 частоты (фиг, 3)микропроцессор 13 изменяет (по шине данных) число вканале 2 таймера на единицу, изменяя длительность выходных импульсов в этом канале на значение 1 Ло. Период повторенияпрерываний Зпр 1 ( в данном случае) в 10раэ больше периода выходных импульсов вканале 2, что обеспечивает импульсную последовательность в виде "пачек" импульсов 10с неизменной длительностью в каждой"пачке", но длительность импульсов в соседних "пачках" канала 2 отличаются назначение 1/Ь. Такое построение канала 2позволяет получить линейное изменение 15длительности выходных импульсов, а послевыделения постоянной составляющей ФНЧ6 ЛИН,В канале 1 таймера импульсная последовательность "пачек" не имеет, что обеспечивает неизменную длительность выходныхимпульсов. Выделенная постоянная составляющая на выходе ФНЧ 5 (напряжение Оо)не изменяется до тех пор, пока с блока 27клавиатуры не поступит вызванный оператором сигнал Зпр 2, обеспечивающий новоезначение длительности импульсов на выходе канала 1.Генератор работает следующим образом. 30В начале цикла по командам блока 1управления в канале 1 двухканальногоШИМ 2 формируется последовательностьимпульсов с длительностью, определяющейзначение напряжения Оо на выходе ФНЧ 5 35в соответствии с заданным значением крутизны. В канале 2 двухканального ШИМ 2формируется последовательность импульсов, соответствующих исходному состоянию, при котором скважность импульсов 40Т0 = - = 2. В результате группа 4 ключей,переключаемая импульсами канала 2, обеспечивает формирование двухполярных импульсов с амплитудой от+Оо до -Оо, причем 45длительности положительной и отрицательной частей равны между собой. При выполнении этого условия на выходе ФНЧ 6напряжение в начальный момент равно нулю. При изменении длительности импульсов канала 2 по линейному закону (этообеспечивается командами блока 1 управления, как рассмотрено выше) длительностьположительных и отрицательных частей импульсов становится неравной и на выходе 55ФНЧ 6 формируется ЛИН. Для формирования восходящего или нисходящего участкаЛИН не требуется изменение полярноститак как достаточно изменения знака приращения длительности импульсов.Оо 1 Оо ю Оо и хфнчб 0 Т Т где Оо 1 - выходное напряжение ФНЧ 5 на момент регулирования (старое значение);то - длительность тактовых импульсов; т - длительность выходных импульсов канала 2 (разность длительности положи.тельной и отрицательной частей импульсов);Ти = -- число, записанное в канале 2тотаймера на момент регулирования крутизны;Т - период выходных импульсов каналов 1 и 2 ШИМ.Ооп п тоУчитывая, что Оо - формула (1) преобразовывается Оопгп и "гоОвыхФНЧ 6 Т(2) где в - число, записанное в канале 1 таймера на момент регулирования.При проведении регулирования крутизны блок 1 управления через элемент И 26 (фиг. 3) записывает в регистр 24 ЛИН код исходного состояния (равенство положительной и отрицательной частей импульсов), что приводит к установке нулевого значения на выходе ФНЧ 6, а в регистр 23 ЦАП переписывается из буферного регистра 22 хранящаяся так к этому моменту информация в двоичном коде, рассчитанная по формуле (2), В результате на выходе сумматора 10, подключенном к выходу ФНЧ 6, устанавливается нулевое напряжение, а на входе, подключенном к выходу ФНЧ 11, - напряжение, которое было на выходе ФНЧ б в момент, предшествующий моменту регулирования, При последующих регулировках крутизны ЛИН процесс проходит аналогично, устанавливаются значения Оо 2, Ооз ( новые" Выходной сигнал Ф НЧ 6(ЛИН) поступает на один иэ входов сумматора 10, а на второй вход - нулевое напряжение с выхода двухполярного ЦАП 12 через ФНЧ 11, идентичный по параметрам ФНЧ 6. Нулевое напряжение на выходе ЦАП 12 обеспечивается засылкой из блока 1 управления соответствующего кода в регистр 23 ЦАП (фиг. 3). В момент регулирования крутизны ЛИН (установка нового значения Оо) блок 1 управления вычисляет напряжение на выходе ФНЧ 6 по формуле (1) (параметры, входящие в нее. хранятся в памяти блока управления):значения) и т,д. и продолжается изменение длительности широтно-модулированных импульсов. Так как ФНЧ 6 и 11 идентичны по параметрам(близкие постоянные времени и переходные характеристики), ЦАП 12 запитывается напряжением Ооп, а запись информации в регистры 23 и 24 осуществляется через элемент И 26 одним сигналом (одновременно), неравномерность напряжения на выходе сумматора 10 во время переходного процесса незначительна (практически, не более нескольких процентов). По окончании переходного процесса значение напряжения на выходе сумматора 10 сохраняется на уровне, предшествующем моменту регулирования, с малой погрешностью, определяемой разрешающей способностью ЦАП 12 (доли процента), т.е, ЛИН практически без разрыва монотонности,ФоРмула изобретенияГенератор линейно изменяющегося напояжения, содержащий двухканальный широтно-импульсный модулятор, тактовые входы которого соединены с первой группой выходов блока управления, первый и второй выходы - через соответственно первую и вторую группы ключей со входами соответственно первого и второго фильтров нижних частот, выход первого из которых соединен с вторым и третьим входами второй группы ключей соответственно непос редственно и через первый инвертор,источник опорного напряжения, выход которого соединен с вторым и третьим входами первой группы ключей соответственно непосредственно и через второй инвертор, 10 ивыходнуюшину,отличающийсятем,что, с целью повышения точности путем обеспечения монотонности изменения выходного напряжения в процессе регулирования его крутизны, в него введены 15 цифроаналоговый преобразователь, третийфильтр нижних частот и сумматор, выход которого соединен с выходной шиной, первый вход - с выходом второго фильтра нижних частот, второй вход - через третий 20 фильтр нижних частот с выходом цифроаналогового преобразователя, вход опорного напряжения которого соединен с выходом источника опорного напряжения, кодовый вход - с второй группой выходов блока уп равления, третья группа выходов которогосоединена с управляющими входами двухканального широтно-импульсного модулятора.Составитель Л. КовалевРедактор И. Шубина Техред М.Моргентал Корректор С, Лиси Заказ 3934 Тираж Подпис ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и отк 113035, Москва, Ж, Рауаская наб 4/5тиям при ГКНТ С Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101