Главная / Образцы дипломных работ

Исследования характеристик стенда устройств радиоавтоматики

Внимание: Акция! Курсовая работа, Реферат или Отчет по практике за 10 рублей!
Только в текущем месяце у Вас есть шанс получить курсовую работу, реферат или отчет по практике за 10 рублей по вашим требованиям и методичке!
Все, что необходимо - это закрепить заявку (внести аванс) за консультацию по написанию предстоящей дипломной работе, ВКР или магистерской диссертации.
Нет ничего страшного, если дипломная работа, магистерская диссертация или диплом ВКР будет защищаться не в этом году.
Вы можете оформить заявку в рамках акции уже сегодня и как только получите задание на дипломную работу, сообщить нам об этом. Оплаченная сумма будет заморожена на необходимый вам период.
В бланке заказа в поле "Дополнительная информация" следует указать "Курсовая, реферат или отчет за 10 рублей"
Не упустите шанс сэкономить несколько тысяч рублей!
Подробности у специалистов нашей компании.

Код работы:	W013635
Тема:	Исследования характеристик стенда устройств радиоавтоматики

Содержание

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра радиоэлектроники и систем связи

Шацкий Дмитрий Сергеевич

Исследования характеристик стенда устройств радиоавтоматики

Направление 11.04.01 "Радиотехника"

Магистерская программа

"Системы и устройства передачи, приема и обработки сигналов"

Диссертация на соискание

степени "МАГИСТР"

Научный консультант:

Ст. преподаватель каф. РСС

___________Максимов А.В.

Научный руководитель:

Доцент каф. РСС.

__________Кузьменко И.Ю.

Томск 2018

Оглавление

Введение ...................................................................................................................
3
Актуальность разработки ИИС для исследования характеристик устройств

радиоавтоматики .....................................................................................................
5
Научная новизна реализованного технического решения ..................................
5
Практическая значимость .......................................................................................
6
Опубликованные материалы ..................................................................................
6
ГЛАВА 1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИНФОРМАЦИОННО-

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМ УРА......................................................................
7
1.1
Структурная схема ИИС ...................................................................................
7
1.2
Определение, назначение, классификация и основные параметры систем
автоматической регулировки усиления ................................................................
8
1.2.1
Амплитудный детектор ...............................................................................
12
1.3
Описание интерфейса программного модуля УРА .....................................
14
1.3.1
Генератор ......................................................................................................
16
1.3.2
Осциллограф .................................................................................................
17
1.4
Описание сиcтемы фазовой автоподcтройки частоты ................................
17
1.4.1
Синтезатор частоты с ФАПЧ ......................................................................
17
1.4.2
Функциональные возможности ADF4360-8 ..............................................
18
1.4.3
Переключение частотных регистров ..........................................................
23
1.4.4
Регистры управления ...................................................................................
23
1.5
Описание источника питания ........................................................................
28
ГЛАВА 2 АЛГОРИТМ РАБОТЫ СИСТЕМ РАДИОАВТОМАТИКИ ...........
29
2.1
Алгоритм программного обеспечения УРА .................................................
29
2.2
Алгоритм работы системы АРУ ....................................................................
30
2.1.1
Структурная схема программы автоматической регулировки

усиления. ................................................................................................................
33
2.3
Алгоритм программы управления .................................................................
35
2.4
Алгоритм программы инициализации ..........................................................
38

2.5
Алгоритм работы ПИД-регулятора и его описание ....................................
39
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ

РАДИОАВТОМАТИКИ .......................................................................................
43
3.1
Программное обеспечение систем устройства радиоавтоматики ..............
43
3.1.1 Программное обеспечение осциллографа GDS-810C ..............................
46
3.1.2 Программное обеспечение генератора ГСС-80 ........................................
51
3.2
Программное обеспечение системы АРУ .....................................................
53
3.3
Программное обеспечение расчета коэффициента усиления усилителя

AD8324 ...................................................................................................................
60
3.4
Программное обеспечение системы ФАПЧ .................................................
61
ГЛАВА 4 ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ ...............................................................
64
4.1
Демонстрация работы системы АРУ ............................................................
64
4.2
Демонстрация работы программного обеспечения системы

автоматической регулировки усиления (АРУ) и PID-регулятора в

программной среде LabVIEW ..............................................................................
70
4.3
Демонстрация работы системы ФАПЧ .........................................................
74
ГЛАВА 5 КОРРЕКЦИЯ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ, КОРРЕКЦИЯ

ТРАССИРОВКИ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ УРА В СИСТЕМЕ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ P-CAD. ..........................................
78
5.1
Общие сведения о системе P-CAD ................................................................
78
5.2
Коррекция принципиальной схемы УРА ......................................................
81
Заключение ............................................................................................................
83
Список использованных источников ..................................................................
84

ПРИЛОЖЕНИЕ А……………………………………………………………….86

ПРИЛОЖЕНИЕ Б……………………………………………………………......87

ПРИЛОЖЕНИЕ В………………………………………………………………..88

ПРИЛОЖЕНИЕ Г………………………………………………………………..89

ПРИЛОЖЕНИЕ Д………………………………………………………………90

ПРИЛОЖЕНИЕ И……………………………………………………………….91

ПРИЛОЖЕНИЕ К………………………………………………………………..93

Введение

В современных радиотехнических устройствах и системах управления широко используются блоки радиоавтоматики. К числу таких систем относятся устройства фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), системы автоматической регулировки усиления (АРУ), [1]. В диссертации рассматривается информационно-измерительная система (ИИС), созданная коллективом кафедры радиоэлектроники и систем связи (РСС), позволяющая исследовать указанные выше системы радиоавтоматики.

Выделение систем РА в самостоятельный класс систем управления обусловлено их особенностями, связанными с условиями работы в составе радиотехнических систем и систем радиоуправления. К особенностям работы данных систем относится и обработка радиосигнала при действии различного рода помех. Надежность и качество работы систем радиоавтоматики определяет качество работы радиоаппаратуры и систем радиоуправления [1].

Целью диссертационной работы является исследование информационно

- измерительной системы (ИИС), используемой для изучения процессов и характеристик, рассматриваемых в дисциплине «Радиоавтоматика».

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:

- разработка программного обеспечения графическим языком программирования Lab VIEW, позволяющего управлять ИИС;

- анализ работы устройств радиоавтоматики:

- системы автоматической регулировки усиления, устройства фазовой автоподстройки частоты;

ИИС включает в себя устройства радиоавтоматики (модуль УРА), персональный компьютер с портами управления, генератор стандартных сигналов и осциллограф (управляемые кодами языка SCPI).

Управление всей ИИС, включая модуль УРА и виртуальные приборы,

осуществляется программным продуктом, разработанным в среде Lab VIEW

(National Instruments).

Актуальность разработки ИИС для исследования характеристик устройств радиоавтоматики

Коллектив разработчиков ставил своей целью создание современной

программно-аппаратной платформы, которая позволит обновить оборудование лабораторий университета. Также при разработке ИИС принималось во внимание возможность использования системы в учебном процессе. Современная элементная база позволяет реализовать в одном устройстве различные типы структурных схем радиотехнических устройств. Для исследовательских целей модуль УРА реализуется на основе трех устройств: цифровой системы АРУ, синтезатора частоты с ФАПЧ, устройства измерителя дальности.

При производстве и отладке радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) часто возникает необходимость измерения и анализа коэффициента передачи электронных цепей. Оборудование, применяемое для данных целей, имеет относительно высокую стоимость [1]. Недорогой альтернативой указанному классу устройств могут служить программно-аппаратные комплексы, построенные на основе стандартных цифровых генераторов и осциллографов, управление которыми осуществляется с помощью специализированных программных продуктов, например, таких как LabVIEW [2].

Научная новизна реализованного технического решения

ИИС позволяет заменить устаревшее оборудование лабораторий университета. Предусматриваются экспериментальные исследования устройства автоматической регулировки усиления и ФАПЧ, а также

моделирование данных устройств. В ходе подготовки диссертационной работы в учебных целях спроектирован ПИД-регулятор, который применяется для улучшения характеристик регулирования.

Практическая значимость

Разработанная ИИС предназначена для изучения характеристик, рассматриваемых в дисциплине «Радиоавтоматика», может использоваться в учебном процессе - при выполнении лабораторных работ и проведении научно-исследовательских работ прикладного характера. Позволяет экспериментально познакомится и исследовать, систему АРУ, синтезатор частот с ФАПЧ, а также детальному изучению физической стороны процессов, протекающих в реальных устройствах.

Разработанная структурная схема отображает основные концепции построения различных типов структурных схем устройств, используемых в современных радиоприемных устройствах.

Опубликованные материалы

По теме диссертационной работы опубликована научная работа:

«Разработка программного обеспечения модуля систем радиоавтоматики», авторы: Д.С. Шацкий, И.Ю. Кузьменко, А.В. Максимов. Конкурс научных проектов ТГУ-2018.

ГЛАВА 1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМ УРА.

1.1 Структурная схема ИИС

Структурная схема модуля, в состав которого входит разрабатываемое устройство регулировки усиления (УРУ), представлено на рисунке 1.1. В состав ИИС, представленной на рисунке 1.1, входит персональный компьютер, модуль устройства радиоавтоматики (УРА), генератор сигналов и осциллограф с поддержкой команд SCPI. Команды SCPI позволяют задавать параметры работы генератора и осциллографа. В микроконтроллере расположенном на плате УРА, также реализована поддержка SCPI, таким образом, управление всей ИИС унифицировано и выполняется с помощью стандартизованных команд SCPI.

Источник питания

Генератор

стандартных

сигналов

Осциллограф

Устройства

Радиоавтоматики

Персональный

компьютер

Рисунок 1.1 - Структурная схема модуля ИИС

Для исследовательских целей модуль УРА реализуется на основе трех устройств: фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), автоматической регулировки усиления (АРУ), измерителя дальности и узлов следящих систем.

Взаимодействие пользователя с ИИС осуществляется посредством программного обеспечения (ПО), написанного в среде LabView.

1.2 Определение, назначение, классификация и основные параметры систем автоматической регулировки усиления

Системой автоматической регулировки усиления (АРУ) называется совокупность функциональных узлов, обеспечивающих устранение пере-грузки в каскадах УПиОС и поддерживающих заданное постоянство выход-ного напряжения в условиях изменения интенсивности принимаемого сигнала.

Система автоматической регулировки усиления (АРУ) широко используется в радиоприемных устройствах различного назначения. Системы АРУ предназначены для стабилизации уровня сигнала на выходе усилителей радиоприемных устройств, при большом динамическом диапазоне изменения входного сигнала, достигающих, например, в радиолокационных приемниках 70?100 дБ. При таком изменении уровня входного сигнала, при отсутствии системы АРУ, нарушается нормальная работа приемных устройств, что проявляется в перегрузке последних каскадов приемника. В системах автоматического сопровождения цели РЛС перегрузка каскадов приемника приводит к искажению амплитудной модуляции, к снижению коэффициента усиления и срыву сопровождения. В системах стабилизации частоты перегрузка каскадов вызывает изменение крутизны дискриминационной характеристики, что резко снижает качество работы системы. Структурная схема АРУ представлена на рисунке 1.2.

ФНЧ1

Г
Uвх
РУ
У1
АД
У2

ФНЧ2

АЦП МК

Рисунок 1.2 – Структурная схема АРУ

В качестве усилителя используется регулируемый усилитель AD8324, коэффициент усиления которого задается цифровым способом.

Рисунок 1.3 – Коэффициент передачи усилителя AD8324

Рисунок 1.4 – Структурная схема AD8324

На рисунке 1.4 показана структурная схема AD8324. Входное сопротивление зависит от схемы включения усилителя, от того

дифференциальный (1100 Ом) это или сигнальный (550 Ом) вход (Vin+, Vin-). Преимуществом данной микросхемы является то, что её можно использовать как аттенюатор (ATTENUATION CORE) так и усилитель. Сигнал подается на выходной каскад (OUTPUT STAGE) и далее на выход (Vout+, Vout-). Усилитель обладает выходным сопротивлением 75 Ом. Блоки SHIFT REGISTER, DATA LATCH, DECODE обеспечивают связь с микроконтроллером, в последствии короткорого и происходит изменение коэффициента усиления.

AD8324 имеет 6-битный регистр. Информация о необходимом усилении записывается в этот регистр со входа DATA. Управление записью происходит входами DATEN и CLK. AD8324 воспринимает только коды усиления от 1 до

60. При подаче от 61 до 63 будет автоматически присвоено максимальное значение 60. При подаче больших значений будут считываться только 6

младших значащих бит, а 2 старших будут проигнорированы в итоге произойдет ошибка в усилении [12].

Конфигурация выводов микросхемы AD8324 представлена на рисунке 1.5, а описание выводов микросхемы в таблице 1.1.

Рисунок 1.5 – Конфигурация выводов AD8324

Таблица 1.1 – Назначение выводов микросхемы AD8324

Номер
Обозначение
Описание
вывода

1, 3, 4,7,
GND
Вывод земли.
11,20

2, 19
Vcc
Положительное электропитание.

5
VIN+
Неинвертирующий вход. Подключается

через 1 мкФ.

6
VIN-
Инвертирующий вход. Подключается

через 1 мкФ.

8
DATEN
Активный низкоуровневый управляющий

вход. Этот вход управляет 8

9
SDATA
Последовательный информационный вход.

Этот цифровой вход позволяет загружать 8-

битную последовательность со старшими

значащими битами вначале.

10
CLK
Вход синхрогенератора.

12
SLEEP
Спящий режим. Логический 0 отключает

компонент, 1 – подключает.

14
BYP
Внутренний шунт. Необходимо

обеспечить внешнюю емкостную развязку

(0.1мкФ).

15
Vout-
Отрицательный выходной сигнал.

16
Vout+
Положительный выходной сигнал.

17
RAMP
Внешний отладочный конденсатор.

18
TXEN
0 - отключает передачу, 1 – подключает

передачу.

Так как выход дифференциальный используется классическая схема дифференциального усилителя, собранная на базе операционного усилителя LMH661 фирмы National Semiconductor, включенного по схеме инвертирующего операционного усилителя с коэффициентом усиления равным единице рисунок 1.6.

Рисунок 1.6 – Согласование усилителя и детектора

1.2.1 Амплитудный детектор

Амплитудные детекторы предназначены для преобразования радиосигнала, модулированного по амплитуде (АМС), в напряжение, меняющееся по закону модуляции. Они применяются как основные детекторы принимаемого сигнала, а также как детекторы вспомогательных устройств автоматических регулировок усиления и являются составной частью фазовых и частотных детекторов.

В нашем случае амплитудный детектор реализуется по схеме точного выпрямителя.

На принципиальном уровне схема реализована на двух операционных усилителях объединенных в одном корпусе LMH6612 рисунок 1.7.

Рисунок 1.7 – Схема выпрямителя

В схеме использованы диоды 1N4148WS. Диоды выбирались исходя из обеспечения необходимого и достаточного быстродействия. Значения резистора R15 рассчитано по формуле для постоянного времени операционного усилителя:

?=R?C
(1.1)

где ?=1/fв=1/(15?106)=66,7 нс – постоянная времени,

С = 2,5 пФ – входная емкость задана в технической документации по LMH6612,

R – входное сопротивление.

Исходя из формулы 1.1 значение резистора R15:

R15=?/C=66,7?10-9/(2,5?10-12)=27кОм

Значения резисторов R18, R16, R25, R24 выбраны в соответствии со схемой точного выпрямителя, обеспечивающего коэффициент усиления равный двум:

R18=R24=R15=27кОм

R25=R24=2?R18=51кОм

С выхода детектора сигнал поступает на фильтры нижних частот с разными постоянными времени, далее сигнал поступает на вход аналого-

цифрового преобразователя микроконтроллера.

Предварительно перед подачей на ФНЧ сигнал усиливается. Для усиления используются два операционных усилителя в одном корпусе LMH6612.

Рисунок 1.8 – Фильтр нижних частот

Автоматическая регулировка усиления необходима для того, чтобы обеспечить стабилизацию уровня сигнала на выходе усилителей радиоприемных устройств при большом динамическом диапазоне изменения входного сигнала. На микроконтроллер необходимо подавать сигнал положительной полярности и не превышающий уровень 5В для этого после ФНЧ стоят защитные диоды.

1.3 Описание интерфейса программного модуля УРА

Цифровым запоминающим осциллографом GDS-810С и макетом УРА можно управлять через GPIB (general-purpose interface bus - универсальная интерфейсная шина) посредством подключения его к компьютеру, или

удаленно, используя последовательный порт RS-232 [12]. В разработанном программном продукте используется интерфейс подключения через последовательный порт RS-232 к компьютеру [12].

Осциллограф содержит 9-пиновый DB RS-232 разъем (папа) для последовательного соединения с компьютером или терминалом.

Назначения контактов для интерфейса RS-232 для осциллографа GDS-810С указаны ниже:

1. Не соединен

2. Данные Приемника(RxD) (вход)

3. Данные Передачи(TxD) (выход)

4. Не соединен

5. Заземление (GND)

6. Не соединен

7. Не соединен

8. Не соединен

9. Не соединен

Назначения контактов для разъема RS232 осциллографа GDS-810С представлено на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9 - Назначения контактов для разъема RS232 Осциллографа GDS-810С

Соединение с компьютером через RS-232:

Достаточно персонального компьютера с COM-портом, чтобы работать с графическим осциллографом через интерфейс RS-232 [12].

Подключение осциллографа к компьютеру осуществляется следующим образом:

1. Соединить один конец кабеля RS-232 с компьютером.

2. Подключить другой конец кабеля к порту RS-232 осциллографа.

3. Включить осциллограф.

4. Включить компьютер.

Для соединения связи между осциллографом (макетом УРА) и компьютером в программном продукте предусмотрены соответствующие окна настройки и индикации статуса последовательного порта.

1.3.1 Генератор

- Диапазон частот для основных форм выходного сигнала 1 мкГц – 120

МГц

- Разрешение по частоте 1 мкГц

- Амплитуда выходного сигнала от 100 мкВ до 10 В пик.

- Частота дискретизации 200 МГц, 300

- Сохранение и вызов 10 настроек

- Интерфейс RS-232

1.3.2 Осциллограф

В автоматические регулировки усиления используется осциллограф GDS-

810C. Технические характеристики:

- полоса пропускания 60, 100, 150, 250 МГц;

- максимальная частота дискретизации: 100 МГц, эквив. 25 ГГц;

- объем памяти на канал 125 Кбайт;

- выбор длины записи в память;

- автоматические и курсорные измерения (15 параметров);

- режимы дискретизации: выборка, пиковый детектор (> 10 нс),

усреднение (2 /…/ 256), накопление;

- память: 2 осциллограммы, 15 профилей;

- интерфейсы: RS-232 (806, 810); RS-232, USB (820, 840).

1.4 Описание сиcтемы фазовой автоподcтройки частоты

1.4.1 Синтезатор частоты с ФАПЧ

В системе ФАПЧ используется синтезатор частоты, выполненный на микросхеме ADF4360-8 от компании Analog Devices. При выборе микросхемы синтезатора я руководствовался, главным образом, такими факторами как:
наличием в ней встроенного ГУН-а, минимальным количеством внешних

элементов, подходящим диапазоном частот синтеза, возможностью программно менять уровень выходного сигнала [13].

1.4.2 Функциональные возможности ADF4360-8

Выбранный синтезатор представляет собой микросхему с 24 выводами (рисунок 1.10), частотный диапазон: 65-400 МГц, при напряжении питания: 3.0–3.6 V, целочисленный - N синтезатор, программируемый уровень выходной мощности.

Рисунок 1.10 – Конфигурация микросхемы ADF4360-8

Рисунок 1.11 – Структурная схема микросхемы ADF4360-8

Управление PLL осуществляется с помощью трехпроводного последовательного периферийного интерфейса (SPI).

Микросхема включает 24-битный входной сдвиговый регистр, 14-битный счетчик R, и 18-битный счетчик N, состоявший из 5-битного счетчика А и 13-битного счетчика B. Данные синхронизированы в 24-битным сдвиговым регистром на каждом нарастающем фронте CLK. В начале данные синхронизируются в старшем бите. Затем данные переданы от сдвигового регистра до одного из четырех фиксаторов на нарастающем фронте LE. Код счетчика устанавливается состоянием двух битов управления (C2, C1) в сдвиговом регистре.

Рисунок 1.12 – Назначение битов управления Подробное описание значений выводов приведено в таблице 1.2.

20
Таблица 1.2 – Назначение выводов ADF 4360-8

Номер
Обозначение
Описание
вывода

1
CPGND
Земля зарядового насоса. Это путь возвращения

земли для подкачки заряда.

2
AVDD
Положительное электропитание для аналоговой

части. AVDD может принимать значения от 3В до

3.6В.

3, 8, 11,
AGND
Аналоговая земля.
12

4
RFOUTA
Выход Генератора управляемого напряжения

(VCO). Уровень на выходе программируем от 0

dBm до ?9 dBm.

5
RFOUTB
Дополнительный выход VCO. Уровень на выходе

программируем от 0 dBm до ?9 dBm.

6
VVCO
Напряжение VVCO. VVCO может принимать

значения от 3В до 3.6В.

7
VTUNE
Вход управления VCO.

9
L1
Подключение внешней индуктивности для

установления частоты на выходе.

10
L2
Подключение внешней индуктивности для

установления частоты на выходе.

12
CC
Вывод внутренней компенсации.

13
RSET
Ограничитель сопротивления между RSET и

CPGND.

14
CN
Вывод внутренней компенсации.

15
DGND
Цифровая земля.

Номер
Обозначение
Описание
вывода

16
REFIN
Входная частота.

17
CLK
Последовательный вход синхрогенератора.

18
DATA
Последовательный информационный вход.

19
LE
Запуск микросхемы.

20
MUXOUT
Выходной мультиплексор.

21
DVDD
Положительное электропитание для цифровой

части. DVDD может принимать значения от 3В до

3.6В.

23
CE
Включение чипа.

24
CP
Выход зарядового насоса

Выводы SDI, LE и CLK служат для управления микросхемой с микроконтроллера через интерфейс SPI. На выводы AVCC, DVCC и VCC было подано напряжение питания +3,3В и обеспечена соответствующая емкостная развязка 1мкФ. С внешнего генератора на вход микросхемы REFIN подается входная опорная частота 10 МГц. Входная опорная частота делится на целое число R с помощью входного делителя. На его выходе вырабатывается сигнал с частотой ?REF/R, так называемая частотой сравнения. Выходная частота 75 МГц, подобранная с помощью внешних индуктивностей генератора, управляемого напряжением ГУН также делится на целое число N при помощи делителя в петле обратной связи ФАПЧ, принимая значения ?0/N. Выходная частота делителя ?0/N подается на один из входов устройства сравнения. В качестве устройства сравнения используется фазовый детектор ФД. На другой вход устройства сравнения подается сигнал опорного

генератора ОГ с частотой ?REF/R. При отклонении частоты на выходе ФД появляется управляющее напряжение, воздействующее на управляющий элемент VCO до исчезновения отклонения. Управляющий сигнал через фильтр нижних частот ФНЧ, необходимый для фильтрации этого сигнала и обеспечения устойчивости работы синтезатора, подается на вход ГУН и производит подстройку частоты fвых. В работающем синтезаторе устанавливается режим, при котором fср = ?REF/R, тогда номинал выходной частоты: fвых = N fср = N ?REF/R. Номинал выходной частоты устанавливается путем выбора значений коэффициентов деления R и N. Коэффициенты R и N могут задаваться микроконтроллером, хотя число R при перестройке меняют редко, так как это влечет за собой изменение частоты сравнения (и, соответственно, шага сетки) [12].

Значение внешних индуктивностей

F ?
1
0
2? 9.3 pF (0.9 nH ?L

EXT

находится по формуле:

)
,
(1.2)

где F0 = 65 МГц, отсюда LEXT = 470nH

Рисунок 1.13 - Принципиальная схема ФАПЧ

1.4.3 Переключение частотных регистров

Время записи регистра, через которое можно осуществлять перестройку, зависит от двух составляющих: от аппаратных возможностей и от программного алгоритма.

Микроконтроллер запрограммирован так, что tрез - время, зарезервированное алгоритмом программы для других операций во время которых не может осуществляться запись в регистры частоты составляет 10 мкс.

Аппаратные возможности складываются из частоты интерфейса SPI fSPI (4МГц), числа записываемых бит (Nбит) и задержках на фронтах, которые составляют 20% от общих аппаратных ограничений.

Таким образом, время перестройки в нашем случае рассчитывается по формуле 1.3.

T=(Nбит/ fSPI)?1,2+ tрез
(1.3)

В зависимости от того будет ли записываться регистр полностью (24бит), либо только переписаны старшие или младшие биты (12бит), определяется максимальное (Tmax) и минимальное (Tmin) время перестройки.

Tmax=(24/4?10-6)?1,2+10?10-6=17,2 мкс

Следовательно, ADF4360-8 позволяет осуществлять перестройку частоты через 17,2 мкс.

1.4.4 Регистры управления

Микросхема ADF4360-8 имеет 3 счетчика управления.

Рисунок 1.14 – управляемый счетчик

Рисунок 1.15 – N счетчик

Рисунок 1.16 – R счетчик

Функции используемых бит управляемого счетчика показаны в таблице 1.3, где приведено их описание.

Таблица 1.3 – Описание бит управляемого счетчика.

Бит
Имя

Описание

DB23 –
RSV
Зарезервированные биты. Этот бит всегда должен
DB22

быть 0.

DB21 –
PD2, PD1
Обеспечивают программируемые режимы
DB20

выключения питания.

PD1-0, PD2-х – нормальный режим работы

PD1-1, PD2-0 – асинхронный режим питания

PD1-1, PD2-1 – синхронный режим питания

DB19…
CPI6…CPI4
Управление током зарядового насоса. Установка 2.
DB17

CPI6
CPI5 CPI4
Icp(mA)

CPI3
CPI2 CPI1
4,7kOm

0
0
0
0,31

0
0
1
0,62

0
1
0
0,93

1,25

1,56

Бит
Имя

Описание

1,87

2,18

1
1
1
2,50

DB16…
CPI3…CPI1
Управление током зарядового насоса. Установка 1.
DB14

DB13 –
PL2, PL1
Устанавливают уровень выходной мощности VCO.
DB12

PL2, PL1 Уровень выходной мощности

0
0
-19dBm

0
1
-15dBm

1
0
-12dBm

1
1
-9dbm

DB11
MTLD
Подавление уровни выходной мощности ГУНа

0- Выключено

1- Включено

DB10
CPG
Усиление зарядового насоса.

1–
установка тока 2,

0 – установка тока 1.

DB9
CP
Управление зарядового насоса с тремя

состояниями.

1 – режим насоса с тремя состояниями.

0- нормальный режим работы

DB8
PDP
Управление полярностью фазового детектора.

0- отрицательный

1-положительный

DB7…
M3…M1
Управление мультиплексором. Позволяет
DB5

пользователю получать доступ к внутренним

точкам на микросхеме.

M3M2M1

Бит
Имя
Описание

000- три состояния выхода

001- детектор захвата

010-счетчик N

011-DVdd

100-счетчик R

101- не действует

110- не действует

111-DGND

DB4
CR
Сброс счетчика.

0 – нормальный режим,

1 – сброс счетчиков.

DB3 –
PC2, PC1
Управление уровнем мощности VCO.
DB2

Рекомендуемая установка составляет 5 мА.

PC2, PC1(mA)

00-2,5

01-5

10-7,5

11-10

DB1 –
C2(0) C1(0)
Биты управления счетчиков.
DB0

Функции используемых бит R счетчика показаны в таблице 1.4, где

приведено их описание.

Таблица 1.4 – Описание бит R счетчика.

Бит
Имя
Описание

DB23 –
RSV
Зарезервированные биты. Этот бит всегда должен
DB22

быть 0.

Бит
Имя
Описание

DB21 –
BSC2, BSC1
Биты деления полосы тактовых импульсов.
DB20

DB19
TMB
Бит тестового режима. Этот бит всегда должен

быть 0.

DB18
LDP
Бит управления точной АПЧ.

DB17 –
ABP2, ABP1
Биты управления длительностью импульса.
DB16

DB15…
R14…R1
Бит установления коэффициента деления.
DB2

Диапазон деления от 1 до 16383.

DB1 –
C2(0), C1(0)
Биты управления счетчиков.
DB0

Функции используемых бит N счетчика показаны в таблице 1.5, где

приведено их описание.

Таблица 1.5 – Описание бит N счетчика.

Бит
Имя
Описание

DB23 –
RSV
Зарезервированные биты. Этот бит всегда должен
DB22

быть 0.

DB21
CPG
Бит усиления зарядового насоса. Если подан код 1

– установка тока 2, код 0 – установка тока 1.

DB20…
B13…B1
Бит установления коэффициента деления.
DB8

Диапазон деления от 3 до 8191.

DB7 –
RSV
Зарезервированные биты. Этот бит всегда должен
DB2

быть 0.

DB1 –
C2(0),C1(0)
Биты управления счетчиков.
DB0

1.5 Описание источника питания

Источники питания выполняют очень уникальную роль внутри типовых систем. Во многих аспектах источник питания является «матерью» всей системы. Он дает системе жизнь, обеспечивая устойчивым и непрерывным питанием ее схемы. Он защищает ее от жестких проявлений внешнего мира, не позволяя им причинить системе вред. В случае внутреннего сбоя источник должен сбоить «элегантно», не позволяя этому сбою достичь системы [8].

Ток потребления по питанию +5В составляет 1,1А, по питанию +3,3В – 1А. Для преобразования входного напряжения в +5В и +3,3В используется микросхема LM20343 фирмы National Semiconductor. В качестве источника - 5В используется инвертор не переключающихся емкостях LM2663. Для источника +15В используется повышающий конвертор.

При расчете источников питания основным параметром является выбор размаха пульсаций тока дросселей. Выбор размаха пульсаций тока в пределах 10…40% от значения тока нагрузки является компромиссным между значениями индуктивности и приемлемым напряжением пульсаций [12].

ГЛАВА 2 АЛГОРИТМ РАБОТЫ СИСТЕМ РАДИОАВТОМАТИКИ

2.1 Алгоритм программного обеспечения УРА

Управление модулем УРА (рисунок 2.1) осуществляется программным обеспечением, разработанным в среде LabVIEW.

В модуле УРА осуществляется управление:

- переключением устройств (АРУ, ФАПЧ);

- коэффициентами усиления АРУ;

- ПИД-регулятором;

- коэффициентами деления счетчиков R и N в ФАПЧ;

Рисунок 2.1 - Интерфейс пользователя для управления модулем УРА

На рисунке 2.1 представлен интерфейс пользователя управления модулем устройства радиоавтоматики (УРА). В функциональной схеме присутствуют несколько узлов записи и считывания информации. Каждый узел работает отдельно со своей частью программы, отправляя только те запросы, которые указаны в буфере записи. В приложении Б предоставлена иерархия программного управления модулем устройств радиоавтоматики.

Функциональная схема подпрограммы URA_Write.vi представлена на рисунке 2.2, где в строку write buffer вносится строка команды на языке SCPI.

Рисунок 2.2 – Функциональная схема подпрограммы URA_Write.vi

2.2 Алгоритм работы системы АРУ

Автоматической регулировкой усиления называется система, автоматически изменяющая усиление приемника при изменении сигнала на его входе. [19]

На рисунке 2.3 представлена архитектура интерфейса пользователя для управления системой АРУ.

В Приложении А представлена функциональная схема программы управления системой АРУ.

Порядок работы с программой состоит в следующем: перед запуском

программы выбираются номера COM-портов, соответствующие подключенным устройствам. Происходит инициализация модуля УРА. Если устройство не определилось, выводится сообщение об ошибке инициализации и программа прекращает работу.

При положительном результате инициализации производится дальнейшая настройка параметров в подпрограмме управления модулем УРА.

С учетом установленной амплитуды сигнала с генератора, высчитывается требуемый коэффициент усиления и отправляется команда на установку полученного значения.

Рисунок 2.3 - Архитектура интерфейса пользователя для управления

системой АРУ

Задается фиксированный уровень выходного значения, который может варьироваться. Соответствующее значение устанавливается в программе. В цепи АРУ сигнал с детектора поступает на вход АЦП, где после оцифровки амплитуда входного сигнала сравнивается с заданной величиной. Программа подбирает соответвующий коэффициент усиления Ky. В качестве усилителя с регулируемым коэффициентом усиления используется микросхема AD8324. Коэффициент усиления регулируется значениями аттенюатора от 1 до 60. Положение аттенюатора «DEC30» соответствует усилению 0 дБ, или в 1 раз (рисунок 2.4). При подаче от 61 до 63 будет автоматически присвоено максимальное значение 60. При подаче больших значений будут считываться только 6 младших значащих бит, а 2 старших будут проигнорированы, в итоге произойдет ошибка в усилении [12].

Рисунок 2.4 – Коэффициент передачи усилителя AD 8324, при различных значениях аттенюатора

Разработанный алгоритм режимов работы АРУ на платформе Lab VIEW позволяет визуализировать процесс работы и управления системы АРУ.

В таблице 2.1 приведены соответствующие значения Ку от входного напряжения. При различных значениях входного напряжения, вычисляется требуемый коэффициент усиления.

Таблица 2.1 – Зависимость Ку от входного напряжения

Uвх(мВ)
Ку
Разы

.......................

Для получения полной версии работы нажмите на кнопку "Узнать цену"

Узнать цену

Каталог работ

Похожие работы: