Generator de Functii cu Afisarea Frecventei

Cuprins

INTRODUCERE

Generatoarele de funcții sunt echipamente de laborator, electronice, care sunt utilizate ca surse de tensiune variabile cu o anumită formă de undă cu frecvență și nivel reglabile. În principiu generatoarele de semnal sunt construite ci circuite electronice care transformă energia furnizată de sursa de alimentare (curent continuu)în energie de curent alternativ furnizată la ieșirea aparatului la borne cu un semnal reglabil într-un anumit domeniu de frecvență.

În cazul acestor generatoare de funcții nu se pune accent pe conversia energiei electrice ci pe forma de undă a semnalului de la ieșirea circuitului.

Generatoarele de funcții se pot împărții după mai multe criterii. Un prim criteriu ar fi forma de undă a semnalului de la ieșire; forma de unda ar putea fi:

sinusoidale sau armonice

liniar variabile

semnale dreptunghiulare

semnale triunghiulare

semnale trapezoidale

semnale cu formă de undă specifică.

Un al doilea criteriu ar putea fi după principiul de funcționare:

– parametrice

– cu amplificator.

Generatoarele de funcții sunt folosite la depanarea, reglarea, verificarea și măsurarea diferitelor instalații și aparate

diferitelor instalații și aparate.

Figura 1 – Frecvențmetru digital

CAPITOLUL 1

TIPURI DE SEMNALE

1.1. Obținerea semnalului electric

În telecomunicații se transmit mesaje. Diversele mesaje (informații) sunt transformate în semnale electrice, cu scopul de a se folosi proprietatea acestora care constă în propagarea cu o viteză foarte mare de-a lungul căilor de comunicație. Căile de comunicație pot fi “cu fir” (linii conductoare aeriene, linii conductoare simetrice în cabluri , cabluri coaxiale, cabluri cu fibre optice), sau “fără fir” (legături de radiodifuziune, legături de radioreleu, legături prin sateliți de comunicație).

În sistemele de telecomunicații, semnalul electric provine de regulă de la un traductor, care transformă o mărime neelectrică în mărime electrică. Prin urmare, echipamentele de telecomunicații presupun existența unor dispozitive (aparate) care transformă diferite tipuri de informații sau mesaje, precum sunetul, imaginea, sau textul, în curenți electrici dependenți de anumite caracteristici ale informațiilor respective. Curenții electrici deveniți semnale electrice purtătoare de informație, pot fi transmiși la distanță cu suficientă ușurință, prin intermediul căilor (canalelor) de comunicație.

Un mesaj, care poate fi voce sau imagine, evoluează în timp. Chiar și în cazul transmiterii unui text, pe măsura citirii lui informația transmisă se schimbă. Prin urmare, mesajele fiind funcții continue de timp, implicit și semnalele electrice obținute din acele mesaje sunt de asemenea funcții continue de timp.

1.2. Clasificarea și parametrii semnalelor electrice

Semnalele electrice pot fi deterministe și întâmplătoare (aleatoare).

Un semnal determinist poate fi prezis (anticipat) și prin urmare nu conține informație. Un semnal determinist nu se obține prin intermediul unui traductor, el este de obicei generat de o sursă de semnal, proiectată în mod special pentru acest scop.

Un semnal aleator precum este semnalul electric de la ieșirea unui microfon, nu poate fi prezis pentru o durată oricât de lungă, această caracteristică oferindu-i calitatea de purtător de informație.

După formă, semnalele deterministe utilizate frecvent în telecomunicații se împart în următoarele categorii:

semnale sinusoidale;

semnale dreptunghiulare (impulsuri de formă dreptunghiulară);

semnale triunghiulare (impulsuri de forma dintelui de ferestrău).

Un semnal sinusoidal este caracterizat de o amplitudine “A”, o perioadă “T”, o frecvență “f”, o fază “”, o lungime de undă “”. În Fig. 1.1 este reprezentată forma de undă a unui semnal electric sinusoidal fără componentă de curent continuu. Expresia matematică care definește această curbă în funcție de timp este următoarea:

u(t)=Usin(2ft+).

1.3. Parametrii semnalului sinusoidal.

“U” este amplitudinea semnalului, aceeași atât pentru alternanța pozitivă cât

și pentru alternanța negativă. Valoarea eficace a semnalului este: Uef=U/2. Atenuarea unui semnal specifică micșorarea amplitudinii acestuia pe traseul de la emisie la recepție. Atenuarea (A) măsurată în decibeli (dB) este egală cu logaritmul zecimal al raportului dintre amplitudinea la emisie (UE) și amplitudinea la recepție (UR), multiplicat cu constanta 20 :

A dB = 20log10 UE/UR

Prin urmare, o atenuare de 20 dB înseamnă o micșorare de 10 ori a amplitudinii semnalului recepționat, raportată la amplitudinea semnalului emis. De asemenea, dacă raportul UE/UR = 5, atenuarea corespunzătoare va fi : 20log10 5 (exprimată în decibeli).

Perioada “T” corespunde duratei unei oscilații a semnalului: o alternanță

pozitivă urmată de o alternanță negativă.

Frecvența “f” corespunde numărului de oscilații efectuate într-o secundă.

Deoarece o oscilație are o durată egală cu T, va rezulta:

f =1sec/Tsec

Frecvența se măsoară în Hertzi Hz, iar 1 Hz reprezintă frecvența unui semnal sinusoidal care are o singură oscilație într-o secundă.

Lungimea de undă “” reprezintă distanța parcursă de semnalul electric sinusoidal, pe un suport de comunicație (cale de comunicație), în decurs de o perioadă de semnal:

=vT,

unde cu “v” s-a notat viteza de deplasare (propagare) a câmpului electromagnetic (aproximativ 300 000 Km/s).

Faza “” reprezintă argumentul funcției sinus la momentul : t=0. Se mai numește fază inițială și are semnificația unui defazaj raportat la oscilația care la momentul t=0 este caracterizată de un argument =0.

Mărimile “A” și “” nu au nici o dependență de alte mărimi.

Mărimile “T”, “f” și “” au o dependență reciprocă. “T” și “f” sunt invers proporționale: dacă scade “T”, atunci “f” va crește. “” este direct proporțional cu “T” și invers proporțional cu “f”. În tabelul următor sunt exemplificate câteva cazuri de interdependență.

1.4. Reprezentarea semnalelor electrice

Semnalul electric este o mărime fizică variabilă, cu ajutorul căreia se transmite un mesaj (o informație) și care are forma unei funcții de timp. Este demonstrat matematic (Jean–Baptiste Joseph Fourier ; 1768-1830) că orice formă de semnal (orice funcție de timp) poate fi echivalată cu o sumă de semnale sinusoidale cu frecvențe și amplitudini stabilite cu precizie. Cu alte cuvinte, orice semnal poate fi transformat (poate fi descompus) într-o “serie Fourier” de semnale deterministe sinusoidale. Componentele cu amplitudini semnificative ale seriei Fourier formează spectrul de frecvențe al respectivului semnal electric.

Pentru fiecare semnal electric există o reprezentare în funcție de timp și o altă reprezentare în funcție de valoarea frecvenței din spectru. Având în vedere că un semnal electric purtător de informație este aleator, reprezentarea în frecvență nu va fi stabilă (staționară de-a lungul timpului), ci se va modifica în funcție de forma de moment a semnalului electric. Prin urmare, componentele din seria Fourier pe parcursul transmiterii unui mesaj își vor modifica atât valorile frecvențelor cât și valorile amplitudinilor. În cazul semnalului electric obținut prin intermediul unui microfon (semnalul de vorbire), cele două reprezentări ar putea fi desenate în mod sugestiv și aproximativ ca în Fig.1.2.

Semnalul corespunzător vocii umane are amplitudinea puterii audio repartizată pe axa frecvențelor conform graficului din Fig. 1.2b. Deoarece puterea este concentrată între 300Hz și 3400Hz, semnalul telefonic este prelucrat astfel încât să rămână nealterate frecvențele din porțiunea cuprinsă între frecvențele specificate. Experimental s-a constatat că și în cazul în care sunt anulate celelalte porțiuni ale graficului de putere, inteligibilitatea vocii se degradează extrem de puțin. Prin urmare se consideră că semnalul de vorbire este format din componente sinusoidale cu frecvențele cuprinse între 300Hz și 3400Hz, deoarece un sistem de telecomunicații care nu alterează acest spectru (domeniu de frecvențe), este capabil să redea toate caracteristicile personale ale unei voci.

Pe porțiuni delimitate în timp (AB, BC, CD, sau DE) semnalul electric reprezentat ca funcție de timp poate să aibă spectre diferite (frecvențe și amplitudini), însă medierea acestor spectre are întotdeauna ca rezultat, graficul din Fig. 1. 2b.

1.5. Utilizarea semnalelor în telecomunicații

Semnalele purtătoare de informații sunt folosite evident pentru “transportul” mesajelor. Pentru un transfer eficient, se recurge la prelucrarea lor, îndeosebi prin tehnici de modulație care vor fi analizate în alte fișe suport. Fiecare semnal purtător de informații (semnal aleator) este caracterizat de un spectru propriu al amplitudinilor de putere, asemănător în linii generale cu cel din Fig. 1.2b. Rezultă că modul de comportare al oricărui semnal purtător de informație poate fi simulat prin intermediul unei serii de semnale deterministe sinusoidale, care au frecvențele și amplitudinile caracteristice spectrului respectiv.

Deoarece semnalele transmise în sistemele de telecomunicații au caracter întâmplător, este de cele mai multe ori incomod și uneori imposibil să se utilizeze chiar semnalul “real” pentru verificarea și reglajul funcționării optime a echipamentelor de telecomunicații. În aceste condiții, se recurge pentru operațiile de testare la semnalele deterministe, care au proprietatea de a fi repetabile.

Cunoscând parametrii caracteristici ai semnalului de test, cunoscând de asemenea funcțiile echipamentelor verificate, se pot găsi metode repetabile de reglare, testare și reparare în vederea funcționării optime.

Experiența acumulată în domeniul proiectării și realizării echipamentelor de telecomunicații a permis stabilirea unei corespondențe între funcționarea reală și funcționarea în regim de test cu semnale deterministe. Un exemplu este sistemul telefonic care transmite corect semnalele reale, dacă este reglat să redea în mod uniform semnalele sinusoidale cu frecvențele cuprinse în intervalul de la 300Hz, până la 3400Hz. Această metodă, valabilă în principiu pentru toate sistemele de telecomunicații, este deosebit de utilă deoarece studiul teoretic și experimental al circuitelor electrice este mult mai ușor de făcut în cazul utilizării semnalelor deterministe decât în cazul semnalelor întâmplătoare.

Dintre utilizările semnalului sinusoidal în domeniul telecomunicațiilor se pot enumera:

testarea și reglarea echipamentelor de telecomunicații;

folosirea ca frecvență purtătoare pentru obținerea semnalelor modulate;

realizarea diverselor semnalizări.

Fără a se intra în detalii, sunt prezentate în continuare semnalizările de numerotație standardizate prin normele (codificările) următoare:

codul DTMF de semnalizare a numerotației de la abonat spre centrală;

codul de semnalizare R2;

codul de semnalizare CCITT nr. 4.

Codul DTMF (Dual Tone Multi-Frequency) specifică o cifră prin transmiterea simultană în linia telefonică a două semnale sinusoidale. Sunt folosite opt frecvențe, primele patru fiind grupate în “banda de jos” (697Hz, 770Hz, 852Hz, 941Hz), iar ultimele patru în “banda de sus” (1209Hz, 1336Hz, !477Hz, 1633Hz). Fiecare dintre cifrele de numerotație este desemnată cu un semnal din banda de jos și celălalt semnal din banda de sus.

Semnalizarea de numerotație prin cod R2 asigură transmiterea de la centrala de plecare spre centrala de sosire a numărului abonatului solicitat. Semnalizările se fac în cod multifrecvență: 2/4, 2/5, 2/6, adică se transmit simultan pentru fiecare cifră 2 fercvențe din 4, sau 2 frecvențe din 5, sau 2 frecvențe din 6. În cazul codului R2 cu 6 semnale sinusoidale (F0, F1, F2, F3, F4, F5), valoarea frecvenței fiecăruia dintre semnale este obținută cu relația: Fn= (1380+n120) Hz.

Semnalizarea de numerotație prin cod CCITT nr.4, realizează transmiterea informației de selecție între două centrale internaționale. În acest caz sunt folosite pentru semnalizare 2 frecvențe vocale: 2040Hz și 2400Hz, cu400Hz, cu o toleranță de 6%. Cele două frecvențe de semnalizare sunt transmise în linie succesiv, durata de recunoaștere fiind (4010)ms. Fiecare cifră a numărului internațional este transmisă în cod binar cu 4biți. Cei 4 biți ai unei cifre sunt transmiși serial, pentru valoarea “zero logic” transmițându-se frecvența de 2400Hz, iar pentru valoarea “unu logic” transmițându-se frecvența de 2040Hz. Cei patru biți asociați unei cifre sunt separați prin perioade scurte de liniște.

Dintre multiplele utilizări ale semnalului dreptunghiular în domeniul telecomunicațiilor, cea mai importantă este legată de sincronizarea necesară între echipamentele de emisie și echipamentele de recepție.

1.6. Semnalul de audiofrecvență

Un semnal de frecvență audio este caracterizat de o vibrație periodică a presiunii atmosferice, care este auzită de urechea umană. Domeniul acceptat pentru frecvențele audio este cel de la 20 Hz până la 20 KHz.

Orice sunet este asociat cu un spectru (o sumă) de frecvențe audio. De asemenea, un sunet se manifestă prin variații de presiune care se transmit (se propagă) atât prin fluide cât și prin solide. Prin urmare, un sunet este însoțit de o transmisie la distanță a unei energii mecanice, iar mediul de transmisie poate fi gaz, lichid, sau solid.

Viteza de deplasare a sunetului depinde de mediul de propagare:

aproximativ 343 m/s dacă mediul este aerul din atmosferă (200C);

aproximativ 1482 m/s dacă mediul este apa (200C);

aproximativ 5960 m/s dacă mediul este un corp din oțel (200C).

Un sunet special, cu spectrul format dintr-o singură frecvență audio va fi caracterizat de următoarele mărimi : frecvență ( f ), perioadă (T ), lungime de undă ( λ ), amplitudine vârf-vârf ( Av-v ), valoare eficace ( Aef ). Aceste caracteristici sunt în general proprietăți ale undelor.

Transformarea unui sunet în semnal electric se face cu ajutorul microfonului. Microfonul transformă variațiile de presiune în variații de amplitudine ale tensiunii semnalului electric. Microfonul este utilizat în multe aplicații : convorbiri telefonice, înregistrări audio, producții cinematografice, proteze auditive, radiodifuziune, televiziune.

Fabricarea microfoanelor se face plecând de la următoarele principii de funcționare:

generarea electromagnetică a semnalului electric într-o bobină (microfonul dinamic)

generarea semnalului electric prin modificarea unei capacități (microfonul cu condensator)

generarea semnalului electric prin presiune mecanică asupra unui cristal special (microfonul piezoelectric)

Fiecare din cele trei principii presupune o membrană mobilă, care este deplasată de semnalul sonor prin intermediul variațiilor de presiune:

microfon dinamic – membrana mobilă este solidară cu o bobină de dimensiuni mici, care se va mișca într-un câmp magnetic permanent dând naștere unui curent variabil.

microfon cu condensator – membrana mobilă constituie una dintre cele 2 armături ale unui condensator care va avea capacitate variabilă.

microfon piezoelectric – membrana mobilă va determina o presiune mecanică pe un cristal special (piezoelectric), care în funcție de presiune va genera o tensiune electrică variabilă.

Deoarece semnalul electric obținut cu un microfon este de valoare mică, se impune utilizarea unui amplificator de tensiune. În Fig. 1.3 este desenat amplificatorul de microfon a cărui funcționare poate fi studiată într-o lucrare de laborator.

1.7. Semnalul de radiofrecvență

Semnalul de radiofrecvență este un semnal electric alternativ care aplicat unui circuit special denumit antenă determină apariția și propagarea undelor radio.

Propagarea undelor radio în spațiul atmosferic se realizează aproximativ cu viteza luminii (300 000 Km/s).

Semnalul de radiofrecvență fiind un semnal alternativ de perioadă T, el va fi caracterizat și de o lungime de undă proprie (). Lungimea de undă este definită ca fiind egală cu distanța parcursă de semnalul de radiofrecvență pe durata unei perioade T. Prin urmare :

= vT ; (v=300 000 Km/s).

Este cunoscut că relația dintre frecvența f și perioada T a unui semnal sinusoidal are forma : T [sec.]= 1/f [Hz].

De exemplu: semnalul sinusoidal corespunzător rețelei electrice având frecvența de 50Hz, va avea o perioadă:

T [sec.]= 1/ f [Hz] =1/50= 1000ms/50= 20ms

Spectrul semnalelor de radiofrecvență este împărțit în benzi după frecvență și lungimea de undă, în conformitate cu tabelul 1.

Trebuie subliniat că benzile ELF, SLF, ULF, VLF se suprapun cu spectrul frecvențelor audio, dar trebuie avut în vedere că, dacă sunetele se propagă prin variații ale presiunii atmosferice (vs = 344 m/s), undele radio se propagă în atmosferă prin variații de natură electromagnetică (vur = 300 000 Km/s).

Pentru o transmisie eficientă de radiodifuziune (UL, UM, US, UUS) este necesar ca antena (în special cea de emisie, dar și cea de recepție) să aibă dimensiunea comparabilă cu lungimea de undă a semnalului de radiofrecvență. În cazul undelor radio cu lungimea de undă foarte mare (undele lungi și medii) acest aspect devine un inconvenient de utilizare.

Propagarea undelor de radiodifuziune de la antena de emisie spre antenele de recepție se poate face în trei moduri:

propagarea în linie dreaptă (UUS);

propagarea cu ajutorul reflexiei în ionosferă (UM, US):

propagarea la nivelul solului prin unde de suprafață (UL).

Microundele se propagă în linie dreaptă, fiind nevoie de vizibilitate directă între antena de emisie și antena de recepție. În domeniul microundelor sunt utilizate antene parabolice, al căror diametru este proporțional cu lungimea de undă.

TABEL 1 – Benzile de radiofrecvență

CAPITOLUL 2

IMPLEMENTAREA APLICAȚIEI

2.1. Structura aplicației

Aplicația realizată la acest proiect este ,, GENERATORUL DE FUNCȚII CU AFIȘAREA FRECVENȚEI,, și este structurată pe trei module distincte.

Primul modul alcătuiește sursa de alimentare, acest montaj fiind realizat pentru lucrările de la laborator; s-a ales o alimentare directă de 220V/ 50Hz varianta cu transformator de separare galvanică și stabilizator de tensiune între rețeaua de 220V/ 50Hz și montaje.

Al doilea modul al aplicației constă în generatorul de funcții; s-a optat pentru un generator de tip integrat cu generarea de semnale dreptunghiulare, sinusoidale și triunghiulare, semnare triunghiulare tip TTL și audiofrecvență. Semnalele triunghiulare și sinusoidale se stabilesc printr-un comutator.

Al treilea modul este un frecvențmetru de tip integrat realizat cu microprocesor și display alfa numeric de 1×16 caractere. Frecvența măsurată este de la 1Hz – 50 MHz cu autoscalare.

În continuarea proiectului se va proceda la prezentarea fiecărui modul în parte începând de la schemele electrice până la modul de realizare a montajului.

2.2 Schema bloc și principiul de funcționare

În figura 2.2.1 sunt prezentate cele trei blocuri funcționale care alcătuiesc generatorul de funcții cu afișarea frecvenței.

220V

50Hz

Figura 2.2.1 Schema bloc a generatorului de funcții cu afișarea frecvenței

1. Sursa de alimentare având în vedere utilizarea generatorului în laborator s-a ales ca alimentarea să fie directă cu 220V 50Hz, varianta cu transformator pentru separare galvanică între tensiunea de alimentare (220V 50Hz)și montaje, figura 2.2.3

220 v

50 Hz

Figura 2.2.3 Sursa de alimentare

2. Generatorul de funcții – de tip integrat cu generare de semnale dreptunghiulare sinusoidale si triunghiulare, semnale dreptunghiulare tip TTL și tip audiofrecvență.

Semnalele triunghiulare și sinusoidale se stabilesc printr-un comutator, figura .2.2.4

12V TTL

5V AF

( audio frecvență)

GND

(0V)

Figura 2.2.4 Schema de principiu generator de funcții

Frecvențmetru – de tip integrat, realizat cu microprocesor și afișaj alfanumeric 1×16 caractere, frecvență măsurată este de 1Hz – 50MHz Cu auto scalare.

Figura 2.2.5. Schema de principiu frecvențmetru

CAPITOLUL 3

SURSA DE ALIMENTARE

Schema bloc

Pentru a se asigura o independență față de fluctuațiile tensiunii rețelei se utilizează sursele de tensiune stabilizate (figura 3.1.1.).

220V

50Hz

rețea

Figura 3.1.1.Schema bloc a sursei stabilizate de tensiune

Transformatorul

Figura 3.2.1.Transformatorul aplicației

Transformatoarele funcționează pe principiul inducției electromagnetice si sunt realizate pentru a prelua energia electrica sub o tensiune U1 si cu intensitatea I1 pentru a o reda la ieșire sub forma U2 iar curentul I2.

In circuitul secundar se regăsește 80-85%din energia preluata din circuitul primar,iar diferența pana la 100% fiind disipata sub forma de câmp electromagnetic radian sau căldura .disiparea se face in mediul înconjurător.

Ca o lege a transformatoarelor putem spune ca creșterea tensiunii din secundarul transformatorului fata de cea din primar se obține in detrimentul intensității care se reduce cam cu aceeași raport.

Pentru a explica această lege vom nota

N1-numărul de spire din primar

U1-tensiunea din primar

I1-Curentul din primar

Respectiv

N2-numărul de spire din secundar

U2-Tensiunea din secundar

I2-curentul din secundar ( figura 3.2.2.)

Figura 3.2.2.Schema unui transformator cu cele doua înfășurări.

Raportul dintre numărul de spire din primar si cel din secundar este egal cu raportul dintre tensiunile respective U1 si U2 unde N1/N= U1/U2 ( raportul de transformare.)

Raportul dintre curentul in primar si cel din secundar este aproximativ egal cu inversul raportului de transformare U1/U2≈ I2/I1.

Randamentul unui transformator depinde de mai mulți factori

– diametrul conductorului

– geometria și calitatea miezului

– forma și dimensiunile înfășurărilor.

Puterea aparenta se definește prin produsul P= U*I si se exprima in unități VA( volt-amper)tensiunea fiind exprimata in volți iar curentul in amperi.

Având in vedere ca alimentarea generatorului de funcții si a frecvențmetrului se va face cu tensiuni cuprinse intre 0 si 12v s a ales pentru alimentare transformatorul din figura care are următoarele caracteristici, UNICAS,tensiunea de alimentare,rețea 220V-50 Hz,ieșirea din secundar 0-12V,600Ma .figura 3.2.3.

Tabel1. Caracteristicile transformatorului UNICAS

Redresorul

Tensiunea alternativă din secundarul transformatorului este preluată și redresată de diode redresoare, astfel încât, la ieșirea redresorului vom avea o tensiune continuă pulsatorie. Se poate redresa ambele alternanțe și avem un redresor dublă alternanță sau se poate redresa o singură alternanță și în acest caz vom avea un redresor mono alternanță.

În practica de zi cu zi pentru alimentarea majorități aparatelor electronice puterea necesară se încadrează între limitele a 100…200W, și putem spune că în acest caz avem o redresare de mică putere.

Figura 3.3.1 puntea redresoare

Pentru aceste tipuri de redresoare putem realiza cu mare ușurință scheme mono si dublă alternanță cu filtru capacitiv. Adică avem la ieșirea redresorului conectată sarcina, pe care o vom nota cu Rs și în paralel cu aceasta capacitorul de filtraj C.

Caracteristicile redresorului cu filtru capacitiv depind în mare măsură de raportul dintre rezistența de sarcina Rs și reactanța capacitorului de filtraj deci de valoarea ωCRs și de rezistența serie echivalentă rs a redresorului.

Rezistența serie este dată de rezistența înfășurărilor transformatorului și rezistenta dinamică a diodelor deci: =Rr + Rd. Rezistența dinamică a diodei cu siliciu este de 0,02 Ώ la 1 A, practic dioda redresoare cu siliciu se materializează prin tensiunea de 0,7 V la bornele ei.

Pentru acest montaj am ales ca filtru capacitiv un condensator de 2200Μf.(Figura 3.3.2)

Figura 3.3.2. Filtru capacitiv

3.4 Stabilizatorul de tensiune

Tensiunea redresată măsurată la ieșirea unui redresor depinde de următorii factori:

de fluctuațiile tensiunii rețelei de alimentare +/- (10…20) %

modificările valorii curentului de sarcină, în unele cazuri se poate varia de la 0 la valoarea sa nominală.

Toate influențele și perturbațiile tensiunii de alimentare de la rețea și a tensiuni de alimentare a circuitelor electronice conduc , într-o măsură mai mare sau mai mică la modificarea performanțelor electrice. Sunt cazuri în care creșterea tensiunii chiar și cu 10% pot distruge unele componente din circuite, aceste argumente conduc la ideea introduceri în schema sursei de alimentare a stabilizatorului de tensiune, în primul rând având și posibilitatea realizării unor circuite de protecție la supracurent și la supratensiune. Totodată în stabilizator există și posibilitatea de a se regla valoarea tensiunii de ieșire.

Alimentarea montajului se face cu tensiune continuă dublă +/- 15V (simetrică), obținută cu ajutorul unui transformator de rețea coborâtor de tensiune(220V/2x15V), cu o putere de 6 VA. Secundarul transformatorului cuprinde două înfășurări simetrice de 15V fiecare, cu priză mediană.

Redresarea tensiunii alternative furnizate în secundarul transformatorului se face cu ajutorul unei punți redresoare (PR) integrate, de tip 1PM1 sau similară. Se poate utiliza și o punte redresoare realizată cu patru diode discrete de tip 1N400, caz în care trebuie operate pe cablaj modificările corespunzătoare.

Tensiunile redresate bialternanță obținute la ieșire sunt filtrate cu ajutorul perechilor de condensatoare C1-C3, respectiv C2-C4, după care se aplică stabilizatoarele de tensiune continuă integrate, realizate cu circuite integrate 7815(tensiune pozitivă) , respectiv 7915(tensiune negativă), obținându-se la ieșirile acestora de +15V respectiv -15V în raport cu masa.

Capsulele celor două circuite integrate (7815 și 7915) sunt identice, pinii acestora nu au aceeași semnificație, prezentat în figura 3.4.1.

La ieșirea stabilizatoarelor integrate se mai face o filtrare suplimentară a tensiunilor cu ajutorul condensatoarelor C5-C7 (pentru tensiunea de +15V) respectiv condensatorul C6(pentru tensiunea de -15V).

Figura 3.4.1. – Schema electrică a stabilizatorilor de tensiune pozitivă fixă cu trei terminale (LM7815; LM7915)

Figura 3.4.2.- Stabilizatorul aplicației

3.5. Siguranța fuzibilă

Pentru protecția la supra-curenți, în mod special avem în vedere curenții de scurt circuit, am folosit pe partea de alimentare cu 220V/50Hz o siguranță fuzibilă numită de regulă, ca un aparat de protecție.

Ca și principalele caracteristici ale siguranțelor fuzibile amintim:

puterea de rupere,

timpul de topire(caracteristica de topire),

curentul nominal de funcționare,

curentul și tensiunea nominală a soclului.

Siguranțele fuzibile se pot clasifica după mai multe criterii:

după tensiune: joasă tensiune, înaltă tensiune,

după puterea de rupere: mare, medie și mică putere de rupere,

după tipul constructiv,

după rapiditate: lente, ultrarapide și rapide.

Principalele funcții ale unui aparat de protecție (siguranță fuzibilă) sunt:

funcția de protecție,

funcția operativă,

funcții legate de siguranța muncii.

Dintre aceste funcții cea mai importantă și totodată cea mai greu de realizat este funcția de protecție.

Siguranțele electrice sunt realizate cu întrerupere automată pentru a putea proteja circuitele electrice de efectele produse de curenții de suprasarcină și cei de scurt circuit. Siguranțele fuzibile au o construcție robustă, simpla și au încorporat ca element de protecție un fir rotund sau bandă conductoare montate în serie cu obiectul protejat.

În cazul apariției unui scurt circuit sau suprasarcini mari, metalul din siguranța fuzibilă având cea mai mică stabilitate termică se topește primul și întrerupe circuitul astfel realizând protecția.

Procesul deconectării cu siguranțe se compune din următoarele faze :

încălzirea elementului fuzibil,

topirea și vaporizarea elementului fuzibil,

apariția arcului electric ,

stingerea arcului electric și deci deconectarea circuitului.

Ca și avantaje ale siguranței fuzibile amintim:

construcție simplă la un cost redus,

au efect limitator, întrerupând curentul de scurt circuit înainte ca acesta să atingă valoarea maximă,

Ca și dezavantaje amintim necesitatea înlocuirii la fiecare defect.

O siguranță fuzibilă corect amplasată în circuit și corect dimensionată asigură

protecție sigură și ieftină, la montajul realizat s-a ales montarea siguranței pe panoul din

spate într-un soclu asigurând înlocuirea ei rapidă.

Figura 3.5.1 Soclul siguranței fuzibilă

CAPITOLUL 4

GENERATOR DE FUNCȚII

4.1. Generalității

Prin generator de funcții se înțelege un generator de semnale care poate sintetiza o funcție oarecare de timp. Această funcție este de regulă, sinusoidală, dreptunghiulară sau triunghiulară, dar poate fi și exponențială, parabolică, logaritmică, etc.

Aceste două C.I., ICL8038 și XR2206, alături de MAX038 alcătuiesc triada generatoarelor de funcții integrate care este disponibilă pe piața de componente.

Firma EXAR (SUA) a mai realizat generatoare de funcții integrate, XR205 fiind astfel primul generator monolitic. Și in România au fost proiectate și produse la fostul ICCE (Institutul de Cercetării pentru Componente Electronice) generatoare de funcții monolitice.

Este vorba despre ROB8125( model de referință XR2206-EXAR) și cuplul ROB8015-ROB8122.

Circuitul ROB8125 nu este similar, în ceea ce privește caracteristicile sale tehnice cu modelul său de referință (XR2206), dar diferențele sunt nesemnificative și el poate fi utilizat cu succes în montaje. Singura precauție majoră, în cazul utilizării lui ROB8125, este menținerea tensiunii de alimentare în limitele 12V…20V ( se recomandă tensiunea de 15V)

În ceea ce privește cuplul ROB8015-ROB8122, primul este un generator de semnale dreptunghiulare și triunghiulare, iar cel de-al doilea reprezintă un formator sinusoidal.

În magazinele specializate de componente electronice se mai găsesc ICL8038, XR2206 și MAX038, ultimul la prețuri mari, fiind un generator de frecvență ridicată.

În ceea ce privește formele de undă disponibile la ieșirea generatoarelor de funcții, cele trei tipuri principale de C.I. se caracterizează prin următoarele:

ICL 8038 livrează simultan cele trei forme de undă (sinusoidală, triunghiulară si dreptunghiulară) având pentru fiecare dintre acestea o ieșire distinctă;

XR2206 dispune de o ieșire pentru semnal dreptunghiular și încă o ieșire la care, prin comutare, se livrează fie semnal triunghiular, fie semnal sinusoidal;

MAX038 are o singură la care se selectează, prin comutare, una dintre cele trei forme de undă, sinusoidală, triunghiulară si dreptunghiulară.

Domeniul de baleiaj în frecvență pentru cele trei circuite integrate este următorul:

2000:1 la XR2206;

1000:1 la ICL8038;

350:1 la MAX038. Figura 4.1.1 .Circuitul integrat XR 2206

Schema bloc, semnificația pinilor, funcționare sinusoidală, triunghiulară si dreptunghiulară

Capsula circuitului integrat XR2206, împreună cu schema bloc internă și semnificație pinilor (terminalelor) sunt prezentate în figura 4.1.2. Capsula este de tip DIL (Dual In Line) cu pini, având următoarea semnificație:

Figura 4.1.2 .- Capsula circuitului integrat XR 2206

– intrarea de control pentru MA (modulația de amplitudine);

– ieșirea pentru semnalul sinusoidal sau triunghiular;

– corecția simetria în c.c. și controlul nivelului la ieșirea pentru semnalul triunghiular/ sinusoidal;

– plusul sursei de alimentare (+Vcc);

5,6 – condensator (capacitate) de temporizare;

7,8 – rezistoare de temporizare;

9. – intrare FSK;

10. – ieșirea pentru tensiunea de referință stabilizată termic (bypass);

11. – ieșirea de sincronizare (pentru semnal dreptunghiular);

12. – masa(minusul sursei de alimentare);

13,14- reglajul formei semnalului sinusoidal;

15,16- reglajul simetriei semnalului triunghiular sau sinusoidal.

Circuitul XR2206 reprezintă un generator de semnale (de funcții) monolitic, care produce trei forme de undă, putând genera simultan semnal dreptunghiular și semnal triunghiular/sinusoidal (prin comutare). Domeniul său de frecvență este foarte larg, respectiv 8 octave.

Utilizând un număr mic de componente externe, se pot regla frecvența, amplitudinea, simetria și factorul de umplere al semnalelor furnizate de generator. La semnalele sinusoidale se poate asigura reglarea externă a formei acestora ( factorul de distorsiune armonică), la pinii 13-14.

XR2206 dispune și de alte posibilității, cum ar fi posibilitate modulației de amplitudine și de frecvență ( inclusiv baleiaj în frecvență), precum și FSK sau PSK.

Generatorul de funcții XR2206 poate fi folosit pentru realizarea de oscilatoare, sau oscilatoare comandate, generatoare complexe de funcții, modulatoare MA, MF, FSK, PSK, convertoare curent-frecvență sau tensiune-frecvență.

Schema bloc interna cuprinde, după cum se poate observa, patru blocuri funcționale principale: un oscilator comandat în tensiune(Vco), un multiplicator analogic și formator pentru semnalul sinusoidal, un amplificator tampon, având câștigul unitar și un ansamblu de comutatoare de curent.

Oscilatorul comandat în tensiune (VCO) este tipul de condensator flotant. Curentul de încărcare, descărcare (și implicit frecventa de oscilație) depind de valoarea rezistorului extern de temporizare ( conectată la unul dintre pinii 7 sau 8). Oscilatorul generează simultan două forme de undă, triunghiulară ( simetrică sau asimetrică) și dreptunghiulară (având factorul de umplere variabil).

Comanda în curent a oscilatorului comandat în tensiune (VCO) se face fie prin rezistențele de temporizare de la pinii 7 și 8, fie printr-o tensiune aplicată pe acești pini( prin intermediul rezistențelor de limitate). În ultima situație, se poate obține modulația de frecvență, însă baleiajul de frecvență este limitat la un domeniu de 6:1. Dacă o rezistență de temporizare se înlocuiește cu un generator de curent comandat, modulația de frecvență poate atinge domeniul de baleiaj , egal cu 2000:1.

Ansamblul de comutatoare de curent are rolul de a transfera curentul oscilatorului către una sau alta dintre rezistențele externe ( conectate între pinii 7 și 8 ai C.I. și masă), cu scopul de a furniza două frecvențe determinate de nivelul logic prezent pe pinul 9 al circuitului integrat, intrare FSK (Frecquency Shift Keying- Input).

Semnalul dreptunghiular generat de VCO este livrat la pinul 11 al C.I. prin intermediul unui tranzistor cu colectorul în gol, ceea ce permite o adaptare la o gama largă de circuite.

Semnalul triunghiular produs de VCO este aplicat unui formator sinusoidal și apoi multiplicatorului analogic. La acest tip de C.I. XR2206, conversia semnalului triunghiular în semnal sinusoidal se face cu ajutorul unui formator ce rezistor extern de degenerare în emitor, acest lucru fiind simplu de realizat monolitic .

Formatorul sinusoidal constă dintr-un amplificator diferențial care se blochează gradual, odată cu evoluția undei triunghiulare. Când se ating valorile de vârf, tranzistorele din etajul diferențial , între ale căror emițătoare se conectează rezistorul extern de reglare a factorului de distorsiune, sunt aduse pe rând la punctul de blocare. În acest mod caracteristicile de transfer ale etajului formator devin logaritmice, ceea ce determină rotunjirea vârfului undei triunghiulare care devine astfel unda sinusoidală.

Formatorul sinusoidal dispune de posibilitatea reglării simetriei semnalului triunghiular supus conversiei. Astfel, la un reglaj corect al rezistoarelor de sintetizare și de degenerare, se pot obține semnale sinusoidale cu factor mic de distorsiune, care poate atinge 0,5% pentru frecvențele din domeniu audio.

Dacă rezistorul extern de degenerare este scos din circuit (prin intermediul unui întrerupător), formatorul asigură transferul semnalului de formă triunghiulară către multiplicatorul analogic.

Multiplicatorul analogic realizează produsul între amplitudinea semnalului triunghiular sau sinusoidal și tensiunea aplicată pe pinul 1 al C.I. Acest multiplicator prin care se obține modulația de amplitudine, lucrează în patru cadrane, cu transconductanță variabilă liniarizată. Semnalul triunghiular sau sinusoidal de la ieșirea multiplicatorului este disponibil la pinul 2, prin intermediul unui separator cu câștig unitar și impedanță de ieșire de 600Ώ. Amplitudinea și componența continuă ale acestui semnal pot fi reglate cu ajutorul tensiunii aplicate la pinul 3 al C.I.

Polarizarea etajelor componente ale generatorului se realizează cu tensiuni și curenți derivați dintr-un potențial intermediar (c.c.a,3V), stabilizat termic în modul de polarizare.

4.2. Caracteristici tehnice principale

Generatorul de funcții XR2206 prezintă următoarele caracteristici tehnice:

domeniul de frecvență: 0,01Hz / 1MHz;

raportul de baleiaj: 2000:1;

stabilitatea frecvenței cu temperatura: /20ppm/Ć;

stabilitatea frecvenței cu tensiunea de alimentare: 0,01%/V;

amplitudinea semnalului sinusoidal: 2Vrms;

factorul de distorsiune armonică: 2,5% (tipic);

tensiunea de alimentare: 10V/26V;

curentul de alimentare; c.c.a 20mA.

Pentru a asigura o stabilitate termică buna și distorsiuni armonice reduse, este recomandabil ca valoarea rezistorului de temporizare (de la pinii 7 sau 8) să se încadreze în domeniul 4Ώ/ 200kΏ. Acolo unde acești parametri nu sunt critici, valoarea rezistorului poate fi aleasă dintr-o plajă mai largă și anume între 1kΏ și 2MΏ, iar valoarea condensatorului de temporizare (conectat între pinii 5 și 6) poate fi cuprinsă între 1nF și 100μF.

Alimentarea cu tensiune a circuitului integrat XR2206 se face de la o sursă simplă cu o tensiune cuprinsă între 10V/26V sau de la o sursă dublă cu o tensiune de +-5V/+-13V.

În figura 4.2.1. prezint schema tipică de utilizare a generatorului de funcții XR2206.

Figura 4.2.1.- Schema tipica de utilizare a circuitului XR2206

Placa de circuit pe care este amplasat circuitul integrat XR2206 și majoritatea componentelor discrete externe cu excepția potențiometrului de reglaj al frecvenței – R13- și cel al reglajului amplitudinii semnalului triunghiular și sinusoidal – R12- precum și al comutatoarelor pentru selecția domeniilor de lucru – S1- și al formei de undă triunghiulară/ sinusoidală – R2- are următoarele puncte de conexiune:

Minusul sursei de alimentare (-6V);

Masa;

Plusul sursei de alimentare;

Domeniul 1 (1Hz/100Hz) – condensator de temporizare (1µF);

Domeniul 2 (10Hz/1kHz) – condensator de temporizare (0,1µF);

Domeniu 3 (100Hz/10kHz) – condensator de temporizare (0,1µF);

Domeniul 4 (1kHz / 100kHz) – co condensator de temporizare (0,001µF);

Terminal comun condensator de temporizare;

Intrare în baleiaj (sweep);

Potențiometru pentru reglajul frecvenței;

Potențiometru pentru reglajul frecvenței (capătul rece);

Ieșire sincronizare (1/2 deflexie);

Ieșire sincronizare (deflexie completă);

Comutator formă de undă triunghiulară/ sinusoidală;

Comutator formă de undă triunghiulară/ sinusoidală;

Ieșire triunghiulară sau sinusoidală;

Intrare modulație de amplitudine (AM);

Reglajul amplitudinii;

Reglajul amplitudinii tipic de utilizare a generatorului de funcții XR2206 oferă performanțe foarte bune. Se pot obține patru domenii de frecvență, selectabile cu comutatorul S1, se observă că frecvența furnizată este invers proporțională cu valoarea condensatorului ales în circuit. In cadrul fiecărui domeniu ales, frecvența poate varia într-un raport de 100:1, cu ajutorul potențiometrului R13 (1MΩ).

Acuratețea (precizia) frecvenței generate de XR2206 este dată de relația: f =1/RC și este mai bună de 15 % în oricare dintre cele 4 domenii. În relația de mai sus, R reprezintă suma valorii rezistoarelor înseriate R4 și R13, iar condensatorul C este unul dintre condensatoarele C3, C4, C5 sau C6.

Amplitudinea semnalului sinusoidal și triunghiular variază între 0V și 6Vw, fiind reglată cu ajutorul potențiometrului R12. La orice amplitudine aleasă, amplitudinea semnalului triunghiular de ieșire este aproximativ dublă față de forma de undă sinusoidală. Impedanța internă a ieșirii este de 600Ω.

Distorsiunile armonice totale ale semnalului sinusoidal sunt mai mici de 1% în domeniul de frecvențe cuprins între 10Hz și 10kHz și sunt mai mici de 3% în restul domeniului.

Ieșirea de sincronizare (SYNC OUTPUT) asigură semnale de ieșire cu factor de umplere de 50%, fie printr-o deflexie completă fie printr-o jumătate de deflexie a tensiunii de alimentare, în funcție de alegerea pinilor de ieșire (terminalele L și M ale plăcii).

Frecvența poate fi modulată sau baleiată prin aplicarea la terminalul I al plăcii a unei tensiuni de comandă. Când nu este utilizat, acest terminal trebuie lăsat liber(în aer). Tensiunea la acest terminal în circuit deschis este cu aproximativ 3V peste tensiunea negativă a sursei de alimentare, iar impedanța sa este de 1000Ω.

Amplitudinea de ieșire a semnalului variază liniar cu modulația de tensiune aplicată intrării de MA(terminalul Q al plăcii). Amplitudinea semnalului de ieșire atinge minimul atunci când tensiunea MA de reglaj atinge jumătatea din valoarea totală a tensiunii sursei de alimentare. Faza semnalului de ieșire devine opusă atunci când amplitudinea merge spre valoarea minimă. Domeniul dinamic total este de 55dB, cu o rată a tensiunii de comandă MA de 4V raportată la jumătate din tensiunea totală a sursei de alimentare.

Când nu se folosește terminalul Am (notat cu Q, pe placă) se lasă în circuit deschis( în aer).

Trimerele și potențiometru din schemă au următoarele roluri:

R9 – reglează nivelul de offset în c.c. pentru formele de undă triunghiulară și sinusoidală;

R10 – reglează (minimizează) distorsiunile armonice ale formei de undă sinusoidale de la ieșire;

R11 – reglează (optimizează) simetria formei de undă sinusoidală;

R12 – reglează amplitudinea formelor de undă triunghiulare sau sinusoidale de la ieșire;

R13 – reglează frecvența oscilatorului pentru orice domeniu de frecvența ales cu comutatorul S1. Acest potențiometru poate fi utilizat ca ton de frecvență la un

generator convențional de forme de undă, putând varia frecvența oscilatorului cu o rată de aproximativ 100:1.

Alimentarea cu tensiune a montajului prezentat se face cu ajutorul unui redresor, ca în figura 4.2.2 a, sau direct de la două baterii de 6V, ca in figura 4.2.2.b.

Figura 4.2.2.a. Figura 4.2.2.b.

Redresorul stabilizat se compune dintr-un transformator de alimentare de la rețea, cu punte mediană, coborâtor de tensiune care livrează în secundar o tensiune alternativă de 12,6V, o punte redresoare formată din 4 diode de tip 1N4001 sau similar, filtrajul ( format din două condensatoare electrolitice de 500μF fiecare) și redresorul format dintr-o diodă Zener de 6V ( de tip 1N4735 sau similar)și câte un rezistor de 51Ώ ( la 0,5W, toleranță 10%) pe fiecare braț.

Ambele tipuri de alimentatoare oferă montajului o tensiune continuă stabilizată dublă de +/- 6V. Se poate alimenta montajul și cu o tensiune continuă simplă, de +12V.

Curentul “consumat ”este de aproximativ 15mA.

Dacă se utilizează o sursă simplă de alimentare de +12V, se adaugă în montaj rezistoare R14 si R15, punctul GND se lasă flotant, iar V se conectează la masă.

Aplicații practice cu XR2206 folosit exclusiv ca generator de funcții.

Acest C.I. se pretează foarte bine la realizarea de vobulatoare de audio-frecvență, precum și la aplicații în domeniul efectelor sonore( efect tremolo, generator pentru controlul liniilor de întârziere analogică folosite în tehnica producerii efectelor sonore etc.)

Cel mai simplu generator de funcții care se poate obține cu circuitul XR2206 este dat în figura 4.3.1. Alimentarea cu tensiune a montajului se face de la o sursă asimetrica de +10…15V.

Figura 4.3.1. Cel mai simplu generator realizat cu XR2206

Între pinul 7 și masă este conectată rezistența de temporizare; în cazul de față ea este constituită prin înscrierea rezistorului de 10KΩ cu potențiometrul P1 de 100 KΩ. Raportul între valorile acestor două componente este de 10:1 și el determină factorul de acoperire al unui subdomeniu de frecvență.

Domeniul de frecvență al acestui generator este cuprins între 10Hz și 100kHz divizat în patru subdomenii: 10-100Hz, 100-1000Hz, 1-10kHz, 10-100kHz. Valoarea condensatorului Cx (conectat între pinii 5 și 6 ai C.I.), pentru aceste subdomenii, este de 1μF, 100nF, 10nF, 1nF ( invers proporțională cu valoarea frecvenței).

La pinul 2 al C.I. este furnizat semnalul sinusoidal care, prin intermediul condensatorului de 100μF (pentru blocarea componentei continue) este aplicat la bornele potențiometrului P2 (de 1kΩ). Componenta continuă este egală cu jumătate din tensiunea de alimentare, deoarece pinul 3 este conectat între plusul sursei de alimentare și masă printr-un divizor format din două rezistoare egale ca valoare.

Amplitudinea maximă a semnalului sinusoidal furnizat la pinul 2 al C.I. se obține prin reglarea semi-reglabilului SR1. pentru a realiza aceasta operație se deconectează mai întâi rezistorul conectat între pinii 13 și 14 ai C.I. În această situație, pe ecranul unui osciloscop conectat la pinul 2 se vede un semnal triunghiular. Se reglează din semi-reglabilul SR1 până când semnalul triunghiular vizualizat este perfect triunghiular fără limitări vârfurilor. Se reconectează în circuit rezistorul dintre pinii 13 și 14 ai C.I. (de 220Ω). Pe ecranul osciloscopului se poate vedea acum semnalul sinusoidal, având un factor de distorsiune de cca. 2,5%. Dacă se micșorează valoarea cestui rezistor (până la cel mult150Ω) se poate obține o substanțială reducere a factorului de distorsiune armonică.

Întrucât alimentarea se face de la o sursă simetrică de tensiune, nu mai este necesar divizorul rezistiv conectat la pinul 3 al C.I.(cele două rezistoare egale de 5,6kΩ. În acest caz vom avea o componentă continuă nula la ieșire (pinul 2), deci nu va mai fi necesară utilizarea unui condensator de cuplaj la ieșire. La acest generator de funcții, factorul de distorsiune armonică poate fi redus până la 0,5% prin reglarea succesivă a semi-reglabilelor SR2 și SR3. Cu ajutorul lui SR2 se reglează factorul de formă al semnalului sinusoidal furnizat la ieșire, iar cu SR3 se reglează simetria. Pentru a putea obține distorsiunile minime, se va proceda la reglajul succesiv al celor două semi-reglabile, urmărindu-se pe o punte de măsurare a distorsiunilor rezultatul final.

Generatorul poate produce semnal sinusoidal, triunghiular sau dreptunghiular, cu o amplitudine constantă, într-un domeniu de frecvențe foarte larg cuprins între 1 Hz și 100kHz, divizat în 5 subdomenii( 1-10Hz, 10-100Hz, 100-1000Hz, 1-10kHz, 10-100kHz).

Selectarea unuia dintre cele 5 subdomenii se face prin intermediul comutatorului S1, care schimbă condensatorul de temporizare. Comutatorul S2, cu trei secțiuni, selectează forma de semnal pe care o aplică unui amplificator – separator cu impedanța de ieșire de 600Ω, urmat de un atenuator dublu, unul cu variație continuă (P1) și altul în trepte (S3).

Pentru reglarea acestui generator sunt necesare un osciloscop (cu posibilitatea de măsurare în curent continuu) și o punte pentru măsurarea distorsiunilor armonice. Ambele aparate se conectează la ieșirea generatorului cu cele două atenuatoare pe poziția corespunzătoare nivelului maxim. Se trece comutatorul S2 pe poziția corespunzătoare semnalului sinusoidal, iar S1 în poziția de mijloc. Se reglează SR2 pentru a obține la ieșire un semnal sinusoidal cu amplitudinea de 5,6Vw. Apoi se acționează SR1 până la poziționarea simetrică a sinusoidei față de axa 0, ceea ce presupune eliminarea componentei de curent continuu în cazul semnalelor sinusoidal și triunghiular. Se reglează din nou SR2 pentru a obține, mai precis pentru a reface, amplitudinea de 5,6Vw pentru semnalul sinusoidal.

În final se reglează SR3 și SR4 pentru obținerea unui factor de distorsiune armonică redus.

Se reglează mai întâi SR4, urmărind pe ecranul osciloscopului o simetrizare perfectă a semnalului triunghiular, reglajul se face cu comutatorul S2 în poziția de semnal sinusoidal și se reglează SR3 până când puntea de distorsiuni indică o valoare minimă. Aceste reglaje ale semi-reglabilelor SR3 și SR4 se repetă de câteva ori, în scopul obținerii celui mai redus factor de distorsiune armonică.

Variația fina a frecvenței în subdomeniul selectat prin S1 se face cu ajutorul potențiometrului P1. Nivelul de ieșire al semnalului selectat prin S2 se reglează între 0 și valoarea maximă ( 20mV, 200mV și 2V, în funcție de poziția comutatorului S3), prin intermediul potențiometrului P2.

Tranzistorele T1, T2 sunt de tip 2N3704, 2N2218 sau BC337, iar T3 este de 2N3702, 2N2904 sau BC327. Diodele 1N914 pot fi înlocuite cu 1N4148.

Alimentarea generatorului este asigurată prin intermediul a două stabilizatoare complementare de tip 7809/7909.

Deoarece în cele trei aplicații prezentate nu se folosește modulația în amplitudine, terminalul 1 este legat direct la minusul sursei de alimentare. Această precauție se impune pentru a evita o posibilă modulație parazită, datorită impedanței ridicate a intrării modulatorului de amplitudine, care este de aproximativ 200kΩ.

De asemenea se poate observa că în toate schemele prezentate rezistorul de temporizare este conectat în circuitul terminalului 7, deoarece acesta este cuplat la circuitul de temporizare când terminalul 9 se află în ”aer”, adică neconectat corespunzător nivelului logic H.

Schema unui generator de funcții complet este prezentată în figura 4.3.2

Figura 4.3.2

În schema prezentată, un rol important îl îndeplinește potențiometrul P1, care are rolul de a regla frecvența într-o manieră progresivă intr-un raport 1:100.

În figura 4.3.3., unde este prezentat panoul frontal al generatorului nostru de funcții, potențiometrul P1 este notat FRECVENȚĂ(1Hz- 100Hz).

Figura 4.3.3. – Panoul frontal

Cu ajutorul comutatorului K1 se poate regla frecvența de ieșire, dar în trepte (patru game de frecvență). Din motive de stabilitate s-a preferat limitarea frecvenței maxime a generatorului la 100kHz. Circuitul integrat XR2206 permite însă și o creștere eventuală a frecvenței la 1MHz, caz în care se va folosi încă un condensator de 1nF pe comutatorul K1 care va avea, în acest caz, cinci poziții.

Pentru a calcula frecvențele extreme (minimă și maximă) în cazul celor patru game se va ține cont că rezistorul de la pinul 7 al circuitului integrat poate avea valori cuprinse între 1kΩ și 101 k Ω (R6+P1).

Pentru obținerea unei stabilități foarte bune în funcționarea cu temperatura, constructorul recomandă ca valoarea acestei rezistențe să fie cuprinsă între 4kΩ și 200kΩ, iar a condensatorului (dintre pinii 5 și 6) între 1nF și 100µF.

Circuitul integrat XR2206 livrează la pinul 2 semnal alternativ (sinusoidal sau triunghiular) care are și o componență continuă.

Nivelul acestui semnal este aproximativ același cu tensiunea continuă de polarizare de la pinul 3, care este determinat de către puntea divizoare rezistivă realizată cu ajutorul rezistențelor R3 și R4 (de către 5,1kΩ fiecare). Nivelul acestui tensiuni de curent continuu va fi deci jumătatea din valoarea tensiunii sursei de alimentare, adică 7,5V.

Cu ajutorul semi-reglabilului SR2 (conectat la pinul 3 al C.I.) se poate regla amplitudinea tensiunii de ieșire culeasă la pinul 2 al C.I. Valoarea amplitudinii tensiunii de ieșire este invers proporțională cu valoarea semi-reglabilului SR2.

Nivelul semnalului alternativ cules la ieșire este de circa 6Vw.

Reglajul simetriei semnalului livrat la ieșire se realizează cu ajutorul semi-reglabilului SR4 (conectat între pinii 15 și 16, iar cursorul la masă).

Semi-reglabilul SR3 (conectat la pinul 14 al C.I.) asigură reglajul formei semnalului sinusoidal.

În continuare, vă prezint modul în care se generează cele patru forme de undă. Selectarea acestora se face cu ajutorul comutatorului K2, care are trei rânduri de găleți( trei circuite).

Generarea semnalului sinusoidal are loc atunci când terminalele (pinii) 130și 14 ale

circuitului integrat XR2206 sunt conectate între ei prin intermediul semi-reglabilului SR3.

În această situație comutatorul K2 se află pe poziția 4 . Prezența unei rezistențe între pinii 13 și 14 (de circa 500Ω) determină conectarea în circuit a rezistențelor de la pinul 7 (R6 și P1).

La pinul 11 circuitul integrat livrează în permanență semnalul dreptunghiular (rectangular). O parte din acest semnal se culege de pe cursorul semi-reglabilului SR1 și se aplică la mufa

BNC notată IEȘIRE SEMNAL DREPTUNGHIULAR atât pe schema electronică, cât și pe panoul frontal. Acest semnal dreptunghiular este aplicat și la poziția 1 a comutatorului K2 și de acolo la ieșire. De asemenea, acest semnal dreptunghiular, atunci când comutatorul K2 se află pe poziția 2, se aplică și la pinul 9 al circuitului integrat de tip XR2206 (intrare FSK), situație în care la ieșire se livrează semnal în dinte de fierăstrău(tensiune liniar variabilă). În afară acestei conexiuni (conectarea pinilor 11 și 9 între ei) prin trecerea comutatorului K2 pe poziția 2, se va desface legătura între pinii 13 și 14. Datorită conectării între ei a pinilor 9 și 11 rezistoarele conectate la pinii 7 și 8 vor fi conectate alternativ.

În cazul furnizării la ieșire a semnalului triunghiular (comutatorul K2 pe poziția 3) pinul 9

este lăsat în aer (neconectat), iar legătura între pinii 13 și 14 este deschisă. Amplitudinea semnalului triunghiular (furnizat la pinul 2) este aproximativ dublă față de cea a semnalului sinusoidal.

Condensatoarele C7, C8 și C9 au rol în decuplarea pinilor circuitului integrat.

Semnalele furnizate la ieșire, după eliminarea componentei continue (cu ajutorul

condensatorului C14) se aplică potențiometrul P2, prin intermediul căruia se poate face reglajul amplitudinii semnalului (notat AMPLITUDINE SEMNAL pe panoul frontal al generatorului).

Partea din semnalul oferit de generatorul de funcții XR2206 culeasă de pe cursorul

potențiometrului P2 este aplicată la intrarea ne inversoare (pinul 3) a circuitului integrat TL081 (amplificator operațional). Acesta realizează o amplificare fixă cu valoarea : A= (R7+R8)/R7=11.

Semnalele de ieșire, având forma selectată cu K2 (sinusoidală), triunghiulară, dinte de

fierăstrău sau dreptunghiulară), amplitudinea cu P2 și frecvența cu K1 (în trepte) și P1 (reglaj continuu) se aplică la mufa BNC notată IEȘIRE și are valoare de maxim 20Vw.

Circuitul integrat XR2206 poate realiza și modulația de amplitudine, cu ajutorul

multiplicatorului din structura sa internă, care poate realiza produsul dintre amplitudinea semnalului triunghiular sau sinusoidal și tensiunea aplicată la pinul 1 (AM Input).

Întrucât montajul prezentat nu se folosește această facilitate oferită de circuitul integrat

(modulația de amplitudine), pinul 1 al acestuia se conectează la masă, pentru a evita posibile modulații parazite.

Cablajul acestui generator complet de funcții este prezent în figura 4.3.4.a, iar schema de

plantarea a componentelor in figura 4.3.4.b.

Figura 4.3.4 a

Figura 4.3.4 b

Cablajul realizat (inclusiv partea de alimentare cu tensiune, nu numai generatorul propriu –

zis) are dimensiuni reduse (150x100mm²). Acesta a fost realizat pe sticlo-textolit simplu placat, dar nu s-a putut evita prezența a trei ștrapuri pe acesta.

Reglarea generatorului se face conectând un osciloscop la ieșirea sa (pinul 2 al circuitului

integrat de tip XR2206). Se selectează semnalul sinusoidal (k2 pe poziția 4) în prima gamă de frecvență (k1 pe poziția 1). Se reglează din semi-reglabilul SR3 pentru a se reduce la minim distorsiunile semnalului. Apoi se reglează din SR4 pentru obținerea celei mai bune simetrii a semnalului (când alternanța pozitivă a semnalului devine egală cu cea negativă). Se acționează apoi din semi-reglabilului SR2 urmărindu-se obținerea unui semnal maxim la ieșire (pinul 2).

Acestea sunt reglajele privitoare la generatorul integrat XR2206. Apoi se mută sonda

osciloscopului la ieșirea propriu-zisă a generatorului (pe mufa BNC) și se acționează din semi-reglabilii SR4 în vederea obținerii amplitudinii dorite a semnalului, dar fără distorsiuni. În principiu la acest montaj amplitudinea semnalului de ieșire trebuie să fie de 20Vw pe o sarcină de minim 2kΩ.

Figura 4.3.5 – Cablajul aplicației (generator de funcții)

CAPITOLUL 5

FRECVENȚMETRU

5.1. Generalității

Frecvențmetru numeric este un aparat de măsură de tip cronometru care are la bază numărarea unor impulsuri necunoscute într-un interval de timp cunoscut. Deosebirea dintre un frecvențmetru și alte aparate de măsură, periodmetre , fazmetre, acestea se bazându-se pe numărarea unor impulsuri de frecvență într-un interval de timp cunoscut.

Frecvențmetru poate fi :

de tip singular utilizându-se ca aparat de tablou;

inclus într-un aparat cu funcționalități multiple (generator de semnal, osciloscop numeric).

Frecvențmetru poate fi utilizat pentru măsurarea tensiunilor sau curenților, prin asocierea cu

un convertor tensiune – frecvență.

Un semnal se numește periodic dacă se reproduce identic la intervale de timp egale. Cel mai mic dintre aceste intervale este perioada T iar numărul de periodice ce au loc într-o secundă reprezintă frecvența f=1/T. unitatea de măsură a frecvenței este hertzul (Hz), definit ca frecvența unui fenomen periodic care are un ciclu/ secundă.

Metodele de măsurare a frecvenței sunt:

Metodele analogice, care se bazează pe compararea cu mărimi cunoscute cum ar fi frecvența, impedanța, etc.)

Metode numerice care se bazează pe numărarea ciclilor într-un interval de timp dat.

Metodele de măsurare se pot clasifica în:

Metode directe, sunt cele în care se folosește proprietatea fizică a unui element de circuit de a-și modifica reactanța;

Metodele de rezonanță se bazează pe proprietățile selective ale circuitelor LC formate dintr-o bobină și un condensator;

Metodele numerice , sunt folosite pentru realizarea frecvențmetrelor numerice;

Metodele de comparație, sunt cele în care valoarea frecvenței necunoscute se determină prin compararea acesteia cu o frecvență cunoscută;

Metodele de zero, sunt metode care se folosesc pentru măsurarea frecvențelor, punțile de curent alternativ.

Metoda directă permite ca rezultatul măsurătorii să fie citit de aparatul de măsură și această

metodă sta la baza realizării frecvențmetrelor analogice. Principiul de funcționare a acestor frecvențmetre se bazează pe modificarea reactanței unui condensator, atunci când se modifică frecvența tensiunii care se aplică circuitului.

Frecvențmetrele cu condensator serie au:

Domeniu de măsura între 10Hz…100KHz;

Precizia de până 2%;

Frecvențmetrele cu condensator parale au:

Domeniu de măsură între 10KHz…500KHz.

Metoda de rezonanță permite măsurarea frecvenței , utilizându-se proprietățile selective ale

circuitelor LC, serie sau paralel. Proprietatea acestor circuite este ca pentru o frecvență care depinde de valorile pe care le au capacitatea C și inductanța L, să aibă un maxim al curentului în cazul circuitului LC serie sau un maxim al tensiunii în cazul circuitului LC paralel.

Această metodă este utilizată la construirea frecvențmetrelor analogice de rezonanță. Domeniul de utilizare ale acestor frecvențmetre este cuprins între 100KHz și 10GHz. Precizia de măsurare este de ordinul 0,1…1%.

Metoda numerică reprezintă măsurarea numerică a frecvenței și constă în numărarea a N

perioade ale semnalului periodic a cărei frecvență dorim să-l cunoaștem, într-un interval de timp t cunoscut. Această metodă permite ca rezultatul măsurătorii să fie citit direct pe aparatul de măsură și stă la baza realizării frecvențmetrelor numerice.

Frecvențmetrele numerice au unele avantaje fată de frecvențmetrele analogice și anume:

Precizie mai mare;

Domeniu de măsură mai mare;

Permit măsurarea perioadei unui semnal, a duratei de timp a unui impuls măsurarea numărului de impulsuri și raportul a două frecvențe.

Metoda de comparație permite măsurarea frecvenței și constă în compararea frecvenței de

măsurat cu o frecvență cunoscută. Una din metodele cele mai utilizate este cea în care se folosește osciloscopul numindu-se astfel metoda osciloscopică sau metoda figurilor Lissajous.

Principiul acestei metode este:

se deconectează baza de timp proprie a osciloscopului;

se aplică tensiunea de frecvență f/e , obținută de la un generator etalon, la plăcile de deflexie pe verticală;

se aplică semnalul de frecvență necunoscută f/e , la intrarea X a osciloscopului;

dacă valorile celor două frecvențe se află într-un raport exprimat printr-un număr rațional, figura formată pe ecranul tubului catodic este o curbă închisă.

Frecvențmetrul numeric singular se utilizează ca aparat de tablou, de regulă, și mai rar ca

aparat de laborator deoarece este mai economică includerea lui într-un aparat cu funcționalității multiple: frecvențmetru/ periodmetru, numărător/ temporizator universal, generator de semnal, osciloscop numeric. Frecvențmetru mai poate fi utilizat și pentru măsurarea tensiunilor sau curenților, prin asocierea sa cu un convertor tensiune – frecvență.

Schema de principiu a unui frecvențmetru numeric conține patru module de bază:

un circuit de intrare ( uzual, un formator de impulsuri cu trigger Schmitt);

un circuit poartă (o poartă ȘI);

un bloc de numărare zecimală și afișare;

o bază, de timp împreună cu circuitele de control asociate.

Pentru a măsura frecvența unui semnal de circuite digitale este necesar a se construi un semnal

dreptunghiular a cărei frecvență să coincidă cu cea a semnalului ce se măsoară. Acest lucru se realizează cu un amplificator limitator cu amplificare mare.

5.2. Funcționarea frecvențmetrului

Dat fiind faptul că doream o afișare mult cât mai exactă a frecvenței generate și un domeniu

larg de măsură, m-am hotărât să realizez un frecvențmetru cu microcontroler având ca punct de plecare frecvențmetru de 50 MHz realizat de Peter Cousens. La realizarea frecvențmetrului am plecat de la schema din figura 5.2.1.

Figura 5.2.1 – Schema frecvențmetru Peter Cousens

Acest frecvențmetru se bazează pe microcontrolerul PIC 16F84 A care este ușor de programat cu număr de instrucții redus și se poate obține un frecvențmetru de laborator la un preț redus și poate fi produsul ideal pentru un program educațional pentru PIC- uri, având o bună corelație între calitate și preț. Ca urmare a rezultat un frecvențmetru foarte bine structurat care poate funcționa pe un domeniu foarte larg de la 1Hz…50MHz, cu afișare pe un LCD alfanumeric cu 16 caractere.

În figura 5.2.2. am prezentat pini de legătură a unui microcontroler PIC F16 84A

Figura 5.2.2. – Pini microcontrolerului PIC 16F 84A

În continuare vă prezenta funcțiile pinilor ( figura 5.2.2.)

RAO la RA4 – port direcțional poate fi configurat ca o intrare sau ca o ieșire (port de 5 biți);

RBO – RB7 – al doilea port bidirecțional (la fel ca și RA doar ca are 8 biți;

VSS și VDD – pinii de alimentare unde:

– VDD – borna pozitivă

– VSS – borna negativă

Tensiunea de alimentare este cuprinsă între minim 2V și maximă 6V.

OSC1/ CLKIN și OSC2/ CLKOUT

– ceas extern pentru sincronizare

MCLR – pin folosit pentru a șterge locații de memorie din interiorul PIC

TOCK1 – ceas de intrare, care operează un temporizator intern, funcționează în independență față de ceasul microcontrolerului.

Microcontrolerul PIC 16F 84A are două blocuri de memorie:

Memoria program;

Memoria de date

Fiecare bloc are propria ei magistrală astfel încât accesul la fiecare bloc poate avea loc în

timpul aceluiași ciclu oscilator. Memoria de date poate fi defalcată în RAM de uz general și în regiștrii cu funcții speciale (SFR s).

5.3. LCD –ul aplicației

Figura 5.3.1. – LCD 1×16

Pentru afișarea și citirea frecvenței am ales un LCD 1×16 caractere alfanumeric fabricat in baza controlerului HD447801 (standard pentru acest tip de afișare) și ca fiind cel mai des utilizat dispozitiv.

Afișajul ales are o interfață paralelă și este construit cu controler HITACHI HD 44780 14 pini conexiune.

Figura 5.3.2 – Pini de conexiune LCD ( cu controler HD447801)

Pini de conexiune:

DO-D7 – magistrala de date (bidirecțională);

R/W – pinul pentru determinarea scrierii sau citirii;

RS – selectarea registrului:

RS = 0 – selectat registru de instrucțiuni

RS = 1 – selectat registru de date

E – pentru LCD bit de activare

E = 0 – LCD nu este activ

E = 1 – LCD activat (va procesa datele)

VO – contrast LCD setare

VSS și Vdel – pini de alimentare

Structura internă

Memoria internă este reprezentată de DDRAM, CGRAM și CGROM.

DDRAM – ul este memoria pentru afișare a tot ce este memorat, se poate vedea pe ecran , ca și explicație memoria DDRAM este cu mult mai mare decât regiunea vizibilă, ea conține 80 de locații a câte 40 pentru fiecare linie cu adresele 0x00…0x27; respectiv 0x40…0x67.

CGROM –ul este o memorie folosită de generatorul de caractere.

CGRAM – ul este tot o memorie pentru generatorul de caractere ci diferența că această memorie poate fi modificată.

Înainte de a se utiliza afișajul pe baza microcontrolerului HD 44780 se recomandă o inițializare fără de care nu va putea funcționa normal.

Frecvențmetru este cu afișare pe un LCD alfanumeric cu 16 caractere cu funcție de auto scalare care oferă mutarea automată a punctului zecimal și a afișării sufixului automat de frecvență ( Hz, MHz, KHz).

Baza de timp a frecvențmetrului scade automat la o secundă, pentru frecvențele de sub 100KHz și rezultă afișarea frecvenței cu o excelentă rezoluție de până la 1 Hz.

La acest montaj semnalul este preluat de la intrare printr-un divizor compensat ,realizat cu grupul C1 – R1 și C2- R2 și limitat simetric prin diodele D1 și D2 . Semnalul rezultat intră în integratul tip bistabil realizat cu porți NAND tip 74 HCD -132 unde este divizat cu 2, realizându-se astfel problema autoscalării și modificări automate a bazei de timp, rezultând afișarea de tip auto scalare cu sufix automat.

Un rol foarte important la microcontroler este oscilatorul pilotat cu quartz de 4 MHz la care calibrarea se face prin ajustarea condensatorului C12.

În încheiere vă prezint următoarele facilității oferite de acest frecvențmetru:

Autoscalarea în mod automat a punctului zecimal și a sufixului frecvenței;

Afișarea pe display cu 7 digiți semnificativi;

Autoajustarea bazei de timp cu două trepte 0,1secunde și 1 secundă;

Circuitul bazat pe microcontroler este simplu, ușor de asamblat cu o foarte buna stabilitate a frecvenței afișate;

Protecție asupra tensiunii ( nu se recomandă depășirea a 5 V la intrarea montajului).

Carcasa montajului

După realizarea montajului frecvențmetrului și a generatorului de funcții, acestea , împreună

cu transformatorul de alimentare se vor monta într-o carcasă cumpărată ca cea din figură…

Figura 5.4.1 – Carcasă montaj

Partea din față și partea din spate a carcasei de asamblare s-a decupat în funcție de necesitățile montajului figura 5.4.1. A și figura 5.4.1.B

Figura 5.4.1. A Figura 5.4.1.B

Partea din față s-a decupat astfel încât să se poată monta LCD- ul, butonul pornit oprit, buton comutare tip semnal, potențiometrul multitură pentru reglaj fin și potențiometru pentru montaj brut, figura 5.4.2.

Figura 5.4.2.

Partea din spate s-a decupat pentru a se putea monta mufa de alimentare tip PC, soclu pentru siguranță, ieșirea generatorului de funcții, figura 5.4.3.

Figura 5.4.3.

Montajul mai este prevăzut cu potențiometru pentru reglaj brut și fin, figura 5.4.4.

Figura 5.4.4.

CAPITOLUL 6

PROGRAMAREA MICROCONTROLERULUI PIC 16F 84A

6.1 Scrierea programului.

Există mai multe posibilități pentru scrierea programului aplicații și anume:

Cod mașină

Limbaj de asamblare

Limbaj de nivel înalt

Alegerea se face în funcție de viteza de execuție dorită, lungimea programului sau buget disponibil. Forma de program fundamentală fiind codul mașină, adică instrucțiuni binare care determină CPU ce execută operații dorite.

Limbaj de asamblare

Un pas în față de la limbajul cod mașină, limbajul de asamblare utilizează abreviațiile numite mnemonici. Deoarece codul mașină este limbajul pe care CPU în înțelege este nevoie de o traducere din limbaj de asamblare în cod mașină. Pentru traducere se utilizează un asamblor, adică un soft ce rulează pe calculator.

Limbajul de nivel înalt

Limbajul de asamblare are un dezavantaj și anume fiecare dispozitiv are setul lui de mnemonice, astfel încât utilizatorul trebuie să învețe un nou set pentru fiecare familie cu care lucrează. Pentru a evita aceste probleme limbaje de nivel înalt: C, Pascal, Basic au o sintaxă standard. Limbajul de nivel înalt simplifică programarea.

După scrierea programului se efectuează testarea în vederea corectării greșelilor.

Există mai multe metode de testare:

Sistem de dezvoltare, care este un program de monitorizare

Simulatoare (soft ce rulează pe calculator)

Emulatoare ( dispozitive hard )

Figura 6.1.1. – Programator microcontroler

Programarea microcontrolerului PIC 16F 84A din montajul frecvențmetrului s-a făcut cu programatorul din figura 6.1.1.

Programul microcontrolerului

Programul ce a fost încărcat în PIC 16F 84A pentru funcționarea frecvențmetrului, program realizat de Terry J. Weeder.

FREQUENCY COUNTER

; Model : WTCNT

; Author : Terry J. Weeder

; Date : November 18, 1993

; Version: 1.0

;

; WWW.WEEDTECH.COM

;

; Ported to 16f84 by

; Peter Cousens

; October 1998

;

; lines 337 to 453 are an example of where to add personal introductory

; lines and should be omitted or changed to your own

;*****************************************************************************

;

;watchdog disabled

;

list P=16F84

ind equ 0h

rtcc equ 1h

pc equ 2h

status equ 3h

fsr equ 4h

port_a equ 5h

port_b equ 6h

;port_c equ 7h

c equ 0h

dc equ 1h

z equ 2h

pd equ 3h

to equ 4h

MSB equ 7h

LSB equ 0h

;

cnt equ 2h

rs equ 2h

rw equ 1h

e equ 0h

o equ 7h

;

count1 equ 2ah

count2 equ 2bh

count3 equ 2ch

count4 equ 2dh

in_reg equ 2eh

addcnt equ 2fh

gate equ 0Ch

cnt1 equ 0Dh

cnt2 equ 0Eh

cnt3 equ 0Fh

calc1 equ 10h

calc2 equ 11h

calc3 equ 12h

sum1 equ 13h

sum2 equ 14h

sum3 equ 15h

rtcc2 equ 16h

;

org 0

goto start

;

int_del movlw 0x05 ;delay 5.000 ms (4 MHz clock)

movwf count1

d1 movlw 0xA5

movwf count2

d2 decfsz count2 ,f

goto d2

decfsz count1 ,f

goto d1

retlw 0x00

;

lcd_out movwf port_b ;load data into port_b

movlw b'00000000' ;define port_b as output

tris port_b

bsf port_a,rs ;rs = data

bcf port_a,rw ;r/w = write

bsf port_a,e ;toggle enable

bcf port_a,e

movlw b'11111111' ;define port_b as input

tris port_b

bcf port_a,rs ;rs = instruction

bsf port_a,rw ;r/w = read

bsf port_a,e ;enable high

movf port_b,w ;get address counter

movwf addcnt

bsf addcnt,7

bcf port_a,e ;enable low

out1 bsf port_a,e ;enable high

btfss port_b,7 ;test busy flag

goto out2

bcf port_a,e ;enable low

goto out1

out2 bcf port_a,e ;enable low

goto shift

;

inst movwf port_b ;load instruction into port_b

movlw b'00000000' ;define port_b as output

tris port_b

bcf port_a,rs ;rs = instruction

bcf port_a,rw ;r/w = write

bsf port_a,e ;toggle enable

bcf port_a,e

movlw b'11111111' ;define port_b as input

tris port_b

bsf port_a,rw ;r/w = read

inst1 bsf port_a,e ;enable high

btfss port_b,7 ;test busy flag

goto inst2

bcf port_a,e ;enable low

goto inst1

inst2 bcf port_a,e ;enable low

retlw 0x00

;

shift btfsc addcnt,6 ;added for 8×2 displays

goto shift2 ;

; btfsc addcnt,3 ;

; goto line2 ;end the 8×2 code

btfss addcnt,0 ;shift to opposite side of display?

retlw 0x00

btfss addcnt,1

retlw 0x00

btfss addcnt,2

retlw 0x00

goto line2

; btfss addcnt,3

retlw 0x00

line2 movlw 0xB8 ;Force the second line.

addwf addcnt,f

bsf addcnt,7

movf addcnt,w

goto inst

;*********************************************************************

; added to move back to home position.

;*********************************************************************

shift2 btfsc addcnt,3 ;

goto line1

btfss addcnt,0 ;shift to opposite side of display?

retlw 0x00

btfss addcnt,1

retlw 0x00

btfss addcnt,2

retlw 0x00

; btfss addcnt,3

retlw 0x00

line1 movlw 0x39

addwf addcnt,f

bsf addcnt,7

movf addcnt,w

goto inst

;

sub bcf status,o ;clear overflow bit

movf calc1,w ;subtract calc1 from cnt1

subwf cnt1 ,f

btfsc status,c

goto sb1

movlw 0x01 ;borrow from cnt2 if overflow

subwf cnt2 ,f

btfsc status,c

goto sb1

subwf cnt3 ,f ;borrow from cnt3 if cnt2 overflow

btfss status,c

bsf status,o ;set overflow bit if result is negative

sb1 movf calc2,w ;subtract calc2 from cnt2

subwf cnt2 ,f

btfsc status,c

goto sb2

movlw 0x01 ;borrow from cnt3 if cnt2 overflow

subwf cnt3 ,f

btfss status,c

bsf status,o ;set overflow bit if result is negative

sb2 movf calc3,w ;subtract calc3 from cnt3

subwf cnt3 ,f

btfss status,c

bsf status,o ;set overflow bit if result is negative

retlw 0x00

;

add movf calc1,w ;add calc1 to cnt1

addwf cnt1 ,f

btfss status,c

goto ad1

incfsz cnt2 ,f ;add to cnt2 if cnt1 overflow

goto ad1

incf cnt3 ,f ; add to cnt3 if cnt2 overflow

ad1 movf calc2,w ;add calc2 to cnt2

addwf cnt2 ,f

btfsc status,c

incf cnt3 ,f ;add to cnt3 if cnt2 overflow

movf calc3,w ;add calc3 to cnt3

addwf cnt3 ,f

retlw 0x00

;

cnvt movlw 0x07 ;7 digits in display

movwf count1

movlw 0x19 ;set fsr for MSB in display

movwf fsr

movlw 0x2F ;one less that ASCII "0"

cnvt0 movwf ind

incf fsr ,f

decfsz count1 ,f

goto cnvt0

movlw 0x0F ;load "1,000,000" in calc1-3

movwf calc3

movlw 0x42

movwf calc2

movlw 0x40

movwf calc1

cnvt1 call sub ;subtract number from count

incf 19 ,f ;increment 1,000,000's register

movlw 0x3A

xorwf 19,w

btfsc status,z

goto overflow

btfss status,o ;check if overflow

goto cnvt1

call add ;add back last number

movlw 0x01 ;load "100,000" in calc1-3

movwf calc3

movlw 0x86

movwf calc2

movlw 0xA0

movwf calc1

cnvt2 call sub ;subtract number from count

incf 1A ,f ;increment 100,000's register

btfss status,o ;check if overflow

goto cnvt2

call add ;add back last number

clrf calc3 ;load "10,000" in calc1-3

movlw 0x27

movwf calc2

movlw 0x10

movwf calc1

cnvt3 call sub ;subtract number from count

incf 1B ,f ;increment 10,000's register

btfss status,o ;check if overflow

goto cnvt3

call add ;add back last number

movlw 0x03 ;load "1,000" in calc1-3

movwf calc2

movlw 0xE8

movwf calc1

cnvt4 call sub ;subtract number from count

incf 1C ,f ;increment 1,000's register

btfss status,o ;check if overflow

goto cnvt4

call add ;add back last number

clrf calc2 ;load "100" in calc1-3

movlw 0x64

movwf calc1

cnvt5 call sub ;subtract number from count

incf 1D ,f ;increment 100's register

btfss status,o ;check if overflow

goto cnvt5

call add ;add back number

movlw 0x0A ;load "10" in calc1-3

movwf calc1

cnvt6 call sub ;subtract number from count

incf 1E ,f ;increment 10's register

btfss status,o ;check if overflow

goto cnvt6

call add ;add back last number

movf cnt1,w ;put remainder in 1's register

addwf 1F ,f

incf 1F ,f

retlw 0x00

;

count movlw b'00110111' ;rtcc = ext, 1/256

option

movlw b'00010000' ;define port_a as output

tris port_a

bcf port_a,3

bcf port_a,2

clrf cnt3

clrf rtcc

clrf rtcc2

bsf port_a,2 ;toggle rtcc pin

bcf port_a,2

movf gate,w ;get gate time

movwf count1

bsf port_a,3 ;start count

fr4 movlw 0xFA

movwf count2

goto fr6

fr5 nop

nop

nop

nop

nop

nop

fr6 movf rtcc,w ;test for rtcc rollover (12)

subwf rtcc2 ,f

btfss status,z

goto fr7

nop

goto fr8

fr7 btfsc status,c

incf cnt3 ,f

fr8 movwf rtcc2

nop

nop

nop

decfsz count2 ,f

goto fr5

decfsz count1 ,f

goto fr4

bcf port_a,3 ;stop count

movf rtcc,w ;get rtcc count

movwf cnt2

subwf rtcc2 ,f ;test for rtcc rollover

btfss status,c

goto fr9

btfss status,z

incf cnt3 ,f

fr9 clrf cnt1 ;set to get prescaler count

fr10 decf cnt1 ,f

bsf port_a,2 ;toggle rtcc pin

bcf port_a,2

movf rtcc,w ;test if rtcc has changed

xorwf cnt2,w

btfsc status,z

goto fr10

retlw 0x00

;

;******************************************************************************

; START

;******************************************************************************

;

start clrf port_a ;instruction, write, enable low

movlw b'00010000'

tris port_a

clrf port_b

movlw b'00000000'

tris port_b

call int_del

call int_del

call int_del

movlw 0x38 ;initialize display

movwf port_b

bsf port_a,e ;toggle enable

call int_del

bcf port_a,e

bsf port_a,e ;toggle enable

call int_del

bcf port_a,e

bsf port_a,e ;toggle enable

call int_del

bcf port_a,e

bcf port_b,4 ;function

call inst

movlw b'00001100' ;display on, cursor off

call inst

movlw b'00000001' ;clear display

call inst

movlw b'00000110' ;entry mode

call inst

; new lines here for intro

movlw 0x41 ;A

call lcd_out

movlw 0x6C ;l

call lcd_out

movlw 0x65 ;e

call lcd_out

movlw 0x78 ;x

call lcd_out

movlw 0x61 ;a

call lcd_out

movlw 0x6E ;n

call lcd_out

movlw 0x64 ;d

call lcd_out

movlw 0x72 ;r

call lcd_out

movlw 0x75 ;u

call lcd_out

movlw 0x20 ;space

call lcd_out

movlw 0x54 ;T

call lcd_out

movlw 0x69 ;i

call lcd_out

movlw 0x72 ;r

call lcd_out

movlw 0x6E ;n

call lcd_out

movlw 0x65 ;e

call lcd_out

movlw 0x61 ;a

call lcd_out

movlw 0x06 ;change the 6 to a smaller No. to speed up the intro

movwf count3

wait1

movlw 0xc8

movwf count4

wait2

call int_del

decfsz count4 ,f

goto wait2

decfsz count3 ,f

goto wait1

movlw b'00000001' ;clear display

call inst

movlw b'00000110' ;entry mode

call inst ]

movlw 0x20 ;space

call lcd_out

movlw 0x22 ;"

call lcd_out

movlw 0x46 ;F

call lcd_out

movlw 0x52 ;R

call lcd_out

movlw 0x45 ;E

call lcd_out

movlw 0x43 ;C

call lcd_out

movlw 0x56 ;V

call lcd_out

movlw 0x45 ;E

call lcd_out

movlw 0x4E ;N

call lcd_out

movlw 0x54 ;T

call lcd_out

movlw 0x4D ;M

call lcd_out

movlw 0x45 ;E

call lcd_out

movlw 0x54 ;T

call lcd_out

movlw 0x52 ;R

call lcd_out

movlw 0x55 ;U

call lcd_out

movlw 0x22 ;"

call lcd_out

movlw 0x06

movwf count3

wait3

movlw 0xc8

movwf count4

wait4

call int_del

decfsz count4 ,f

goto wait4

decfsz count3 ,f

goto wait3

movlw b'00000001' ;clear display

call inst

movlw b'00000110' ;entry mode

call inst

movlw 0x28 ;(

call lcd_out

movlw 0x31 ;1

call lcd_out

movlw 0x20 ;space

call lcd_out

movlw 0x48 ;H

call lcd_out

movlw 0x7A ;z

call lcd_out

movlw 0x2E ;.

call lcd_out

movlw 0x2E ;.

call lcd_out

movlw 0x2E ;.

call lcd_out

movlw 0x2E ;.

call lcd_out

movlw 0x35 ;5

call lcd_out

movlw 0x30 ;0

call lcd_out

movlw 0x20 ;space

call lcd_out

movlw 0x4D ;M

call lcd_out

movlw 0x48 ;H

call lcd_out

movlw 0x7A ;z

call lcd_out

movlw 0x29 😉

call lcd_out

movlw 0x06

movwf count3

wait5

movlw 0xc8

movwf count4

wait6

call int_del

decfsz count4 ,f

goto wait6

decfsz count3 ,f

goto wait5

movlw b'00000001' ;clear display

call inst

movlw b'00000110' ;entry mode

call inst

;

mhz movlw 0x14 ;0.1 sec gate

movwf gate

call count

call cnvt ;convert binary to BCD

movlw 0x30 ;test if "0"

xorwf 19,w

btfss status,z

goto mhz1

movlw 0x30 ;test if "0"

xorwf 1A,w

btfsc status,z

goto khz1

mhz1 movlw 0x82 ;set display address

call inst

movlw 0x02 ;output first 2 characters

movwf count1

movlw 0x19 ;MSD of freq

movwf fsr

mhz2 movlw 0x30 ;test if "0"

xorwf ind,w

btfss status,z

goto mhz3

movlw 0x20 ;change preceeding "0's" to "space"

call lcd_out

incf fsr ,f

decfsz count1 ,f

goto mhz2

goto mhz4

mhz3 movf ind,w

call lcd_out

incf fsr ,f

decfsz count1 ,f

goto mhz3

mhz4 movlw 0x2E ;"."

call lcd_out

movlw 0x05 ;output last 5 characters

movwf count1

mhz5 movf ind,w

call lcd_out

incf fsr ,f

decfsz count1 ,f

goto mhz5

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

movlw 0x4D ;"M"

call lcd_out

movlw 0x48 ;"H"

call lcd_out

movlw 0x7A ;"z"

call lcd_out

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

goto mhz

;

khz movlw 0x14 ;0.1 sec gate

movwf gate

call count

call cnvt ;convert binary to BCD

movlw 0x30 ;test if 0

xorwf 19,w

btfss status,z

goto mhz1

movlw 0x32 ;test if < 2

subwf 1A,w

btfsc status,c

goto mhz1

movlw 0x30 ;test if "0"

xorwf 1A,w

btfss status,z

goto khz1

movlw 0x30 ;test if "0"

xorwf 1B,w

btfsc status,z

goto xkhz

khz1 movlw 0x82 ;set display address

call inst

movlw 0x05 ;output first 5 characters

movwf count1

movlw 0x19 ;MSD of freq

movwf fsr

khz2 movlw 0x30 ;test if "0"

xorwf ind,w

btfss status,z

goto khz3

movlw 0x20 ;change preceeding "0's" to "space"

call lcd_out

incf fsr ,f

decfsz count1 ,f

goto khz2

goto khz4

khz3 movf ind,w

call lcd_out

incf fsr ,f

decfsz count1 ,f

goto khz3

khz4 movlw 0x2E ;"."

call lcd_out

movf ind,w ;output last 2 characters

call lcd_out

incf fsr ,f

movf ind,w

call lcd_out

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

movlw 0x4B ;"K"

call lcd_out

movlw 0x48 ;"H"

call lcd_out

movlw 0x7A ;"z"

call lcd_out

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

goto khz

;

xkhz movlw 0xC8 ;1 sec gate

movwf gate

call count

call cnvt ;convert binary to BCD

movlw 0x30 ;test if 0

xorwf 19,w

btfss status,z

goto khz

movlw 0x32 ;test if < 2

subwf 1A,w

btfsc status,c

goto khz

movlw 0x30 ;test if 0

xorwf 1A,w

btfss status,z

goto xkhz1

movlw 0x30 ;test if 0

xorwf 1B,w

btfsc status,z

goto hz0

xkhz1 movlw 0x82 ;set display address

call inst

movlw 0x04 ;output first 4 characters

movwf count1

movlw 0x19 ;MSD of freq

movwf fsr

xkhz2 movlw 0x30 ;test if "0"

xorwf ind,w

btfss status,z

goto xkhz3

movlw 0x20 ;change preceeding "0's" to "space"

call lcd_out

incf fsr ,f

decfsz count1 ,f

goto xkhz2

goto xkhz4

xkhz3 movf ind,w

call lcd_out

incf fsr ,f

decfsz count1 ,f

goto xkhz3

xkhz4 movlw 0x2E ;"."

call lcd_out

movf ind,w ;output last 3 characters

call lcd_out

incf fsr ,f

movf ind,w

call lcd_out

incf fsr ,f

movf ind,w

call lcd_out

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

movlw 0x4B ;"K"

call lcd_out

movlw 0x48 ;"H"

call lcd_out

movlw 0x7A ;"z"

call lcd_out

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

goto xkhz

;

hz movlw 0xC8 ;1 sec gate

movwf gate

call count

call cnvt ;convert binary to BCD

movlw 0x30 ;test if "0"

xorwf 19,w

btfss status,z

goto xkhz1

movlw 0x30 ;test if "0"

xorwf 1A,w

btfss status,z

goto xkhz1

movlw 0x32 ;test if < 2

subwf 1B,w

btfsc status,c

goto xkhz1

hz0 movlw 0x82 ;set display address

call inst

movlw 0x07 ;output first 7 characters

movwf count1

movlw 0x19 ;MSD of freq

movwf fsr

hz1 movlw 0x30 ;test if "0"

xorwf ind,w

btfss status,z

goto hz2

movlw 0x20 ;change preceeding "0's" to "space"

call lcd_out

incf fsr ,f

decfsz count1 ,f

goto hz1

goto hz3

hz2 movf ind,w

call lcd_out

incf fsr ,f

decfsz count1 ,f

goto hz2

hz3 movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

movlw 0x48 ;"H"

call lcd_out

movlw 0x7A ;"z"

call lcd_out

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

movlw 0x20 ;"space"

call lcd_out

goto hz

;

overflow movlw 0x01 ;clear display

call inst

movlw 0x84 ;display address

call inst

movlw 0x4F ;"O"

call lcd_out

movlw 0x76 ;"v"

call lcd_out

movlw 0x65 ;"e"

call lcd_out

movlw 0x72 ;"r"

call lcd_out

movlw 0x66 ;"f"

call lcd_out

movlw 0x6C ;"l"

call lcd_out

movlw 0x6F ;"o"

call lcd_out

movlw 0x77 ;"w"

call lcd_out

movlw 0x02 ;cursor at home

call inst

goto mhz

;

end

Concluzii

Pentru realizarea acestei lucrării de licență am optat pentru o aplicație, am ales Generatorul de funcții pentru că este un echipament de laborator electronic care este utilizat ca sursă de tensiune variabilă cu o anumită formă de undă cu frecvență și nivel reglabilă.

Prin alegerea acestei aplicații am dorit să îmbin cunoștințele teoretice și practice și să realizez un aparat de măsură care să fie util într-un laborator , la realizarea căruia s-a folosit un microcontroler, un LCD, carcasă de asamblare, la un preț redus, iar raportul dintre calitate și preț fiind unul foarte bun.

Totodată această aplicație poate fi considerată și un program ideal educațional pentru programarea PIC – urilor.

Pentru ca montajul să fie și mai practic pe panoul din spate am prevăzut și o intrare pentru a putea efectua unele măsurători cu frecvențmetru fără a folosi partea de generator de funcții.

Aplicația s-a realizat în mare parte în laboratoarele școlii sub îndrumarea profesorilor .

Această aplicație a fost și o testare a aptitudinilor practice având în vedere partea de montare și alegere a pieselor.

Bibliografie:

Generatoare de semnal analogice și digitale. Scheme practice A. Lăzăroiu, Șerban Naicu, Editura MATRIX ROM 2000;

Generatorul de funcții XR2206 A. Lăzăroiu, Revista Tehnium nr.4-8/1998

Generatorul complet de semnale (de funcții) cu XR2206 Ing. Șerban Naicu, Revista Tehnium nr. 9/1998;

Electronique Pratique (Franța) nr,204-iunie 1996;

High-Qualitz Function Generator System With the XR2206, Exar Corporation 1995.

,

Anexe

Fotografii realizate în timpul realizării aplicației, denumită Generator de funcții cu afișarea frecvenței , tema acestei lucrări de licență.

Bibliografie:

Generatoare de semnal analogice și digitale. Scheme practice A. Lăzăroiu, Șerban Naicu, Editura MATRIX ROM 2000;

Generatorul de funcții XR2206 A. Lăzăroiu, Revista Tehnium nr.4-8/1998

Generatorul complet de semnale (de funcții) cu XR2206 Ing. Șerban Naicu, Revista Tehnium nr. 9/1998;

Electronique Pratique (Franța) nr,204-iunie 1996;

High-Qualitz Function Generator System With the XR2206, Exar Corporation 1995.

Anexe

Fotografii realizate în timpul realizării aplicației, denumită Generator de funcții cu afișarea frecvenței , tema acestei lucrări de licență.