Генератор линейно изменяющегося напряжения
Генератор линейно изменяющегося напряжения i относится 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 напряжения, инверторы 8, 9, сумматор 10, фильтр 11, цифроаналоговый преобразователь 12. В описании приведены схемы блока управления и двухканалького ШИМ, а также алгоритм работы генератора при регулировке крутизны выходного напряжения. 5 ил.
со)оз сОВетских .СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК Ы 1774476 А1
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР . 1:, з1,$! !Ф -,С ° Ч ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4868972/21 (22) 25.09.90 (46) 07.11.92, Бюл. М 41 (71) Минский научно-исследовательский приборостроительный институт (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 N. 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 (57) Генератор линейно изменяющегося напряжения относится 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. 1774476 Изобретение относится к электроизмерительнай технике и может быть преимущественна использовано в источниках малых токов, применяемых, в частности, для калибровки электрометрических приборов. Целью изобретения является повышение точности эа счет обеспечения монотонности изменения выходного напряжения в процессе регулирования его крутизны. На фиг. 1 представлены графики, поясняющие наличие (а,в) и отсутствие (б) монотонности изменения выходного напряжения генератора линейно изменя)ощегося напряжения {ЛИН); фиг. 2 — изображена электрическая структурная схема генератора; фиг. 3 показан вариант структурной схемы блока управления; фиг. 4 — вариант принципиальной схемы двухканального широтно-импульсного модулятора (ШИМ) на базе БИС КР580ВИ53; фиг. 5 — блок-схема алгоритма работы устройства при регулировке его крутизны. Генератор ЛИН содержит связанный с блоком 1 управления двухканальный ШИМ 2, две группы 3 и 4 ключей, входами подключенные соответственно к выходам первого и второго каналов ШИМ 2. Выходы ключей соединены с входами фильтров нижних частот {Ф НЧ) 5 и 6 соответственно, второй вход группы 3 ключей соединен с выходом источника 7 опорного напряжения непосредственно, а третий вход — через инвертор 8, второй вход группы 4 ключей подключен к выходу ФНЧ 5 непосредственно, а третий вход — через инвертор 9. Генератор содержит также сумматор 10, выходом подключенный к клемме "Вых", а входами — к выходам идентичных по параметрам ФНЧ 6 и ФНЧ 11. Вход последнего подключен к выходу двухполярного ЦАП 12, питающегося от источника 7 опорного напряжения и подкл аченнаго входами к соответствующему выходу блока 1 управления, Следует отметить, что функциональные узлы генератора являются известными и, за исключением блока 1 управления и двухканального ШИМ 2, не требуют специальных пояснений. Блок 1 управления является микропроцессорным контроллером (МПК), построен (фиг. 3) на основе микропроцессора 13 серии К580. В состав блока управления входят также генератор 14 тактовых импульсов (КР580ГФ24), системный контроллер 15 (К580ВК28), ПЗУ 16 (К573РФ5), ОЗУ 17 (К573ЗУ10), контроллер 18 прерываний (КР580ВН59), дешифратор 20 адреса, делитель 21 частогы. буферный регистр 22, регистр 23 ЦАП, регистр 24 ЛИН, регистр U 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 двунаправленную шину данных, по которой микропроцессор 13 принимает данные для их обработки и управляет работой программируемых узлов: двухканального ШИМ 2 и двухполярно10 ro 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 про15 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 18 прерываний предназначен для прекращения текущей программы работы микропроцессора 13 и осуществления перехода на новую подпрограмму в зависимости от за25 проса, поступающего с делителя 21 частоты (Зпр 1) или блока 27 клавиатуры (Зпр 2). С помощью сигналов S>...$вдешифратора 20 адреса производится-выбор определенного устройства (регистра. блока 30 памяти, ШИМ или клавиатуры) для обмена информацией с микропроцессором 13 по сигналм Чт и Зп. Буферный регистр 22 и регистр 23 ЦАП предназначены для Запоминания кода на 35 входе ЦАП 12 (фиг, 2) и конструктивно выполнены в составе БИС К572ПА2А. Блок 27 клавиатуры предназначен для внешнего управления работой генератора и представляет собой матрицу ключевых эле40 ментов, вырабатывающих сигнал запроса на прерывание Зпр2 при нажатии любой клавиши. Двухканальный LUNM 2 (фиг, 2, 4) может быть построен на основе программируемо45 ro таймера КР580ВИ53, который программируется в режиме l для работы в качестве одновибратора. Длительность импульсов на выходе 50 каждого канала программируемого таймера определяется информацией, поступающей по шине данных микропроцессора 13 блока 1 управления через соответствующие регистры 24 и 25, т,е. программным путем. Пери55 ад повторения импульсов на выходе каждого канала постоянен, одинаков и определяется стробирующей частотой ft, сформированной в канале О этого же таймера, запрограммированного в режиме делителя частоты, 1774476 При каждом сигнале Зпр 1 с выхода делителя 21 частоты (фиг, 3)микропроцессор 13 изменяет (no шине данных) число в канале 2 таймера на единицу, изменяя длительность выходных импульсов в этом кана- 5 ле на значение 1/f6. Период повторения прерываний Зпр 1 (в данном случае) в 10 раэ больше периода выходных импульсов в канале 2, что обеспечивает импульсную последовательность в виде "пачек" импульсов 10 с неизменной длительностью в каждой "пачке", но длительность импульсов в соседних "пачках" канала 2 отличаются на значение 1/fo. Такое построение канала 2 позволяет получить линейное изменение 15 длительности выходных импульсов, а после выделения постоянной составляющей ФНЧ 6ЛИН, В канале 1 таймера импульсная последовательность "пачек" не имеет, что обеспе- 20 чивает неизменную длительность выходных импульсов. Выделенная постоянная составляющая на выходе ФНЧ 5 (напряжение Up) не изменяется до тех пор, пока с блока 27 клавиатуры не поступит вызванный опера- 25 тором сигнал Зп р 2, обеспечивающий новое значение длительности импульсов на выходе канала 1. Генератор работает следующим образам. 30 В начале цикла по командам блока 1 управления в канале 1 двухканального ШИМ 2 формируется последовательность импульсов с длительностью, определяющей значение напряжения Up на выходе ФНЧ 5 35 в соответствии с заданным значением крутизны. В канале 2 двухканального ШИМ 2 формируется последовательность импульсов, соответствующих исходному состоянию, при котором скважность импульсов 40 Т Q = — = 2. В результате группа 4 ключей, переключаемая импульсами канала 2, обеспечивает формирование двухполярных импульсов с амплитудой от+Оо до -Оо, причем 45 длительности положительной и отрицательной частей равны между собой. При выполнении этого условия на выходе ФНЧ 6 напряжение в начальный момент равно нулю. При изменении длительности импуль- 50 сов канала 2 по линейному закону (это обеспечивается командами блока 1 управления, как рассмотрена выше) длительность положительных и отрицательных частей импульсов становится неравной и на выходе 55 ФНЧ 6 формируется ЛИН. Для формирования восходящего или нисходящего участка ЛИН не требуется изменение полярности так как достаточно изменения знака приращения длительности импульсов. Uo> Uo> z Ощ n ° х, ФНЧ6 где Uoi — выходное напряжение ФНЧ 5 на момент регулирования (старое значение); хо — длительность тактовых импульсов; х — длительность выходных импульсов канала 2 (разность длительности положительной и отрицательной частей импульсов); n = — — число, записанное в канале 2 хо таймера на момент регулирования крутизны; Т вЂ” период выходных импульсов каналов 1 и 2 ШИМ. Оп m xo Учитывая, чта Оо формула (1) преобразовывается Ооп m и хо Овых ФНЧ6 Т (2) где m — 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 (равенства 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). B 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 6 в момент, предшествующий моменту регулирования, При последующих регулировках крутизны ЛИН процесс проходит аналогично, устанавливаются значения Um, Оаз ("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 па 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): 1774476 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 4, 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 изобретения Генератор линейно изменяющегося напряжения, содержащий двухканальный широтно-импульсный модулятор, тактовые входы которого соединены с первой группой выходов блока управления, первый и второй выходы — через соответственно ïåðвую 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 непос5 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 и выходную шину,отличаю щийс ятем, что, с целью повышения точности путем обеспечения монотонности изменения выходного напряжения в процессе регулирования его крутизны, в него введены 15 цифроаналоговый преобразователь, третий фильтр 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 уп25 равления, третья группа выходов которого соединена с управляющими входами двухканального широтно-импульсного модулятора. 1774476 1774476 1774476 Л г . гл. s. Г лгс-Ь,/г s. с. с) -С С с 8лР Гийлс2»7 ф 7л,сс с-,Р Я»амд,ФбмЛ ,Од» Ь cz p Ф" viyrod!2 АР,ЮФГ, - s.. Ул и. Р c;, укгрлРл и ч» .л,4 р к с и у и,у / и .1b Гw /У Nuz. Х Составитель Л. Ковалев Редактор И. Шубина Техред М.Моргентал Корректор С. Лисина Заказ 3934 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
