Главная » Начинающим
Призовой фонд
на ноябрь 2020 г.
1. 1500 руб
Сайт Паяльник
2. Мультиметр ANENG M118A
Сайт Паяльник
3. 525 руб.
От пользователей


Цифровой штангенциркуль 150 мм

Цифровой ШИМ генератор на дискретной логике

Однажды мне в голову пришла идея сделать генератор сигнала ШИМ на дискретной логике с кнопочным управлением. 

Да, я знаю, что существует не один десяток схем простых генераторов ШИМ сигналов, в том числе и на дискретной логике. Я понимаю, что взяв простенький МК (уже не говорю об arduino) можно было бы за 5 минут и меньше проблем сделать схему гораздо круче. Просто смотря на свои микросхемы дискретной логики мне хочется пускать их в дело. Мне кажется безумно интересным, соединяя несколько микросхем создавать работающие алгоритмы. Так что если вам эта тема так же нравится, то думаю и моя статья вам будет интересна.

Я решил придерживаться принципа генерации ШИМ сигнала используемого в микроконтроллере.

Некоторый счетчик считает от 0 до максимума и в момент обнуления генерирует сигнал сброса. В регистре хранится значение скважности ШИМ и каждый такт система сравнивает текущее значение счетчика с значением из регистра. Если они равны, то генерируется сигнал установки. В итоге получаем ШИМ сигнал.

Для начала необходим тактовый генератор. Так как в схеме будет кнопочное управление, для кнопки было решено применить схему подавления дребезга на триггере Шмидта, К155ТЛ2 или 7414. А значит тактовый генератор логичней всего собрать по следующей схеме.

Примерную частоту такого генератора можно посчитать по следующей схеме: f = 0.59 / (R1*C1) 

Давайте сразу глянем на общую схему устройства и разберемся как оно все работает.

Сигнал с тактового генератора подаем на счетчик U2. В моем случае я выбрал счетчик на 10, К155ИЕ2 или 7490. Еще один такой же счетчик U3 будем использовать как регистр, значения в который будем загружать с помощью кнопки. Для него так же необходимо сформировать сигнал первоначального сброса, чтобы при подачи питания в нем был загружен 0. Для этого на одном из триггеров Шмидта делаем классическую схему первоначального сброса из RC цепочки R1 и C2. При подачи питания на выходе этого узла появится логический ноль с некоторой задержкой, которая зависит от емкости конденсатора C2 и сопротивления R1. В результате счетчик сбросится в ноль и схема будет ждать действий пользователя.

Используя микросхему U4 "ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ" К155ЛП5 или 7486 формируем сравнение 4 линий с первого счетчика с 4 линиями второго счетчика. Выходы микросхемы соединяются через диоды в одну точку по схеме "ИЛИ" на диодах. Это все формирует сигнал установки. Для формирования сигнала сброса используется такая же схема "ИЛИ" на диодах, которая выдает логический ноль при обнулении счетчика U2.

В качестве элемента с устойчивым состоянием в схеме использован D Триггер U6 микросхема К155ТМ2 или 7474. Для того, чтобы избежать неопределенного состояния триггера сигнал сброса и установки подается через буферный каскад на элементах U5.2, U5.1 и U1.5, U1.3. Вот таблица истинности для такой схемы.

A B S R
0 0 1 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 1 1 1

Как не сложно заметить, эта схема реализует защиту входов установки и сброса D триггера. Так же, на линию сброса добавлены два элемента U5.4 и U5.3, для того чтобы вход сброса немного запаздывал от входа установки. В таком случае, когда в регистре U3 будет установлен ноль, то на триггер пойдет комбинация S=1 и R=1, что должно привести к включению режима хранения. Однако из-за того что сигнал R немного запаздывает, то триггер успеет сбросится перед тем как перейдет в режим хранения. 

В качестве силового транзистора я применил IRL2203, так как серия IRL рассчитана на управление логическим уровнем, а значит от 5 вольт транзистор полностью откроется и не будет греться. Ну а главным источником тепла на плате станет линейный стабилизатор 7805, однако его можно заменить на импульсный DC/DC понижающий преобразователь.

Счетчик на 10 в схеме не просто так, так как в качестве индикации было решено использовать семисегментный индикатор и дешифратор КР514ИД2. Для увеличения тока сегментов по схеме стоят Q2-Q8, а R17-R23 выполняют роль токоограничивающих резисторов. В результате на индикаторе будут отображаться цифры от 0 до 9.

При проектировании печатной платы, хотелось сделать красиво. Получилось вот так:

 

Ну и немного тестов. Ниже я продемонстрировал, работоспособность предложенного принципа. Правда там первая версия платы с ошибками, которые я оптимизировал и все что можно было упростил, для простоты повторения.

Получается два режима от почти 0 до 90% заполнения ШИМ и от 10 до почти 100%. Для переключения между режимами на плате есть место под джампер, который по сути подключает затвор силового транзистора или к прямому, или к инверсному выходу D триггера.

Проект со схемой и печатной платой можно найти вот тут: https://easyeda.com/naym1993/discretepwm

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
U1 ИС буфера, драйвера
SN74LS14
1 К155ТЛ2Поиск в магазине ОтронВ блокнот
U2, U3 Специальная логика
SN74LS90
2 К155ИЕ2Поиск в магазине ОтронВ блокнот
U4 Вентиль
SN74LS86A
1 К155ЛП5Поиск в магазине ОтронВ блокнот
U5 Вентиль
SN74LS00
1 К155ЛА3Поиск в магазине ОтронВ блокнот
U6 Триггер
SN74LS74A
1 К155ТМ2Поиск в магазине ОтронВ блокнот
U7 Логическая ИС
КР514ИД2
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
U8 СветодиодАЛС338А11 7 сегментный индикаторПоиск в магазине ОтронВ блокнот
Q1 MOSFET-транзистор
IRL2203N
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
D1-D8 Выпрямительный диод
1N4148
8 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
U9 Линейный регулятор
LM7805
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Q2-Q8 Биполярный транзистор
BC557
7 КТ3107Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R28 Резистор
100 кОм
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R10-R16 Резистор
1.5 кОм
7 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Резистор
1 кОм
13 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R17-R23 Резистор
200 Ом
7 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R27 Резистор
51 Ом
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C13 Электролитический конденсатор220 мкФ1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C4 Электролитический конденсатор100 мкФ1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C2 Электролитический конденсатор10 мкФ1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Конденсатор100 нФ8 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C11-C12 Конденсатор1 нФ2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
KEY1 КнопкаТактовая1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Теги:

Опубликована: 0 2
Я собрал 0 4
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.9 Проголосовало: 4 чел.

Комментарии (1) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Макетная плата для пайки (10 шт)
Макетная плата для пайки (10 шт)
ELM327 OBD II — адаптер с поддержкой CAN Паяльник с регулировкой температуры
вверх