Programabilni djelitelj frekvencije digitalnog signala_MIS_

Marko Palian, 2591 Ivana Maras, 2588 Ana Ivanović, 2683 Marijana Tomas, 2771 Ivana Katić, 2633

Marijana

Tomas, 2771 -opis dioda, proračun vrijednosti otpora, postavljanje na web, zaključak Ana Ivanović, 2683 -ideja, detaljan opis asinkronog brojila SN7493 i principa rada JK bistabila Ivana Katić, 2633 -detaljan opis funkcijskog generatora i multiplexera SN74153 Ivana Maras, 2588 -uvod, izrada sheme i simulacija modela u Electronic Workbench-u Marko Palian, 2591 -izrada fizičkog modela na eksperimentalnoj pločici te provjera rada sklopa u laboratoriju



 

nacrtati električnu shemu i spojiti na eksperimentalnoj pločici programabilni djelitelj frekvencije digitalnog signala. Frekvencija ulaznog signala sklopa se, ovisno o logičkim stanjima na upravljačkim ulazima A i B, dijeli sa 1, 2, 4 ili 8 i takav signal se šalje na izlaz sklopa. Na ulaz i izlaz sklopa, spojene su LE diode za prikaz stanja ulaza i izlaza. sklop će biti konstruiran pomoću asinkronog brojila s bistabilima uz relaciju 2^N = broj do kojeg brojilo broji, korištena su 3 bistabila jer je 2^3 = 8. Tako spojena 3 bistabila čine asinkrono brojilo. Prvi bistabil dijeli signal s 2, drugi s 4 i treći s 8. Pomoću multiplexera odabire se kakav će biti izlazni signal.

Djelitelj frekvencije je također poznat kao djelitelj takta ili preskaler mogu se implementirati za digitalne i analogne aplikacije

Analogni djelitelji

•koriste se samo na vrlo velikim frekvencijama(do nekoliko desetaka GHz) ovakvi djelitelji frekvencija su bili bitni u razvoju televizije.

Digitalni djelitelji

• za dijeljenje s 2^n može se iskoristiti jednostavno binarno brojilo

Funkcijski generator  elektronički uređaj koji može proizvoditi izlazne napone raznih oblika  valni oblici: pravokutni, trokutasti, sinusni  koristi se za dizajniranje, testiranje i popravke elektroničkih uređaja

Slika1.Funkcijski generator

Asinkrono brojilo • brojilo kod kojeg se bistabili ne prebacuju svi istovremeno pod utjecajem taktnog impulsa već pod utjecajem promjene prethodnog bistabila •asinkroni bistabil ima samo jedan ulaz čijim utjecajem nastaje promjena asinkrono spojeni bistabil Bo (sl.8.24a) promijenit će stanje kad • ulaz prijeđe iz 1 u 0, što vrijedi i za bistabil B1. Ta dva prijelaza nisu istovremena, tj. sinkrona. Prijelaz na slici se brže izvodi sinkrono nego asinkrono • oznaka je: SN74LS93N, u ovom slučaju brojilo se sastoji od 4 JK bistabila. U sklopu su rabljena 3 bistabila kako bi sklop odgovarao uvjetima zadatka, stoga nije korišten prvi bistabil.



Prednost asinkronog brojila je jednostavnija i zato jeftinija izvedba

Slika2.Funkcijska tablica brojila 7493

Tablica predstavlja ulaze i izlaze brojila. Kad su oba ulaza u visokom stanju, na izlazima je nisko stanje, a upravo nam je ono potrebno da bi multiplexer radio ispravno. Multiplexer može propuštati smo jedan ulaz na jedan izlaz. U slučaju da na ulazu imamo više od jednog visokog ulaznog stanja, onda bi multiplexer trebao propuštati dva ulaza na jedan izlaz, a to nije moguće. To se događa u slučajevima kada je na jednom ulazu nisko stanje, a na drugom može biti nisko ili visoko.

Multiplexer  oznaka je: SN74LS153  digitalni sklop koji odabire jedan od više mogućih ulaznih signala i usmjerava ga na jednu izlaznu stezaljku  multiplexer s n varijabli odabire jedan od 2n ulaznih signala  multiplexeri se izvode kao integrirani krugovi srednjeg stupnja integracije i to 2-u-1, 4-u-1, 8-u-1 i 16-u-1,npr. multiplexer 8-u-1 je izveden kao integrirani krug 74LS151, dok integrirani krug 74LS153 predstavlja dvostruki 4-u-1 multiplexer  Zbog jednostavnosti, urednosti i lakše realizacije sklopa, u našem slučaju nije konstruiran multiplexer od 4 „I“ i 1 „ILI“ sklopa, već je kupljen multiplexer u obliku integriranog kruga 74LS153 Slika3. Multiplexer 4-u-1: funkcionalni blok dijagram



funkcionalni blok dijagram multiplexera 4 u 1. On ima četiri ulazne linije, dvije upravljačke linije i jedan izlaz. Dovođenjem odgovarajućih stanja ( visoko ili nisko stanje ) na ulaze, i na upravljačke linije dobijamo željeno stanje na izlazu. Koje stanje će biti na izlazu vidimo u tablicama istine.

Slika4. Integrirani sklop 74LS153

Slika5. Tablica istine integrirani sklop 74LS153

Dioda  nelinearni poluvodički elektronski element (ili, rjeđe, elektronska cijev) s dva priključka koji posjeduje ispravljačke osobine  izvode se temelju pn-spoja ili, rjeđe, na temelju spoja metalpoluvodič  dijele se ovisno o materijalu od kojeg su građene(silicij, germanij, galij-arsenid, silicij-karbid) i tipu (ispravljačke, svjetleće foto-diode, Zener diode, Schottky diode, tunel-diode ...)

Svjetleća dioda  (en. LED - Light Emiting Diode, često se naziva i LE dioda) je posebna vrsta poluvodičke diode koja emitira svjetlost kada je propusno polarizirana, tj. kada kroz nju teče električna struja  prilikom direktne rekombinacije para elektron-šupljina, emitira se foton svjetla-elektroluminiscencija  boja emitiranog svjetla ovisi o poluvodiču, kao i o primjesama u njemu i varira od infracrvenog preko vidljivog do ultraljubičastog dijela spektra

 

koristi se u signalnim svjetlima, alfa numeričkim pokazivačima, za prijenos signala (infracrvene), za dobivanje svjetlosnih impulsa Za potpunu svjetlost većina LE dioda zahtjeva struju od otprilike 10 mA. Budući pad napona na LE diodi iznosi otprilike 1.7 V, vrijednost otpornika za ograničenje struje R iznosi približno 330 Ω

Slika6. Crvena LE dioda i simbol LE diode 



Budući da LE diode koje smo kupili nisu imale nikakve podatke, trebalo je izračunati vrijednosti otpornika koje trebamo spojiti s LE diodom kako bi oni ograničili struju kroz diodu ovisno o naponu napajanja. Uz izvor napajanja od 5 V, pomoću predotpora izmjerili smo da je napon na diodi UD=2.07 V, a struja na diodi ID =8.4 mA. Pomoću Ohmovog zakona smo izračunali vrijednost otpora koji iznosi R=(Ucc-UD)/ID = 348 Ω.

Koristili smo otpor od 330 Ω jer je njegova vrijednost najbliža izračunatoj vrijednosti,a ova razlika od 18Ω nema nikakvog lošeg utjecaja na pravilan rad sklopa.









Electronic WorkBench (EWB) je simulacijski paket za elektroničke krugove Omogućuje stvaranje i analiziranje krugova bez korištenja eksperimentalnih pločica, stvarnih komponenti ili instrumenata radi na principu „klikni i dovuci“ što osigurava lako i brzo uređivanje krugova parametri i komponente kruga su promjenjivi tako da možemo koristiti „što-ako“ pristup projektiranju elektroničkih krugova

Sa funkcijskog generatora XFG1, šalje se signal na ulaz B (pin 1) brojila 7493. Ulaz A (pin 14) nije korišten jer on signal dovodi na prvi bistabil koji po zadatku nije rabljen, dok ulaz B (pin 1) signal dovodi na drugi bistabil. JK bistabil okida na svaki pozitivni brid, te tako svaki sljedeći bistabil frekvenciju dijeli sa dva. Prvi dijeli ulaznu frekvenciju s 2 i šalje na izlaz Qb (pin 9), drugi dijeli frekvenciju s 4 i šalje na izlaz Qc ( pin 8) i treći dijeli frekvenciju s 8 i šalje na izlaz Qd ( pin 11). Izlazi podijeljene frekvencije se dovode na ulaze multiplexera 74153, 1C0 – 1C3 (pinovi 6,5,4,3).

S obzirom na upravljačke signale A (pin 14) i B (pin 2) odabire se koja ulazna linija na multiplexeru se propušta na izlaz 1Y (pin 7).

LE diode prikazuju razliku u dijeljenoj frekvenciji.



Zadatak je riješen pomoću TTL integriranih krugova, tako što je na eksperimentalnu pločicu stavljen SN74LS93N, asinkrono brojilo.

IC SN74LS93N sastoji se od 4 JK bistabila. Kako su za rješenje zadatka potrebna 3 bistabila, prvi nije korišten. Drugi korišteni TTL integrirani krug je SN74LS153 multiplexer 4:1. Pomoću multiplexera se odabire koji ulaz ide na izlaz, tj. s koliko se frekvencija dijeli. Sklop je spojen kako je prikazano na shemi spoja. LE diode dokazuju ispravnost sklopa. Na CP od prvog ( na brojilu 7493, drugog) bistabila dovodi se signal takta s funkcijskog generatora XFG1. Na funkcijski generator XFG1 preko otpornika R1 od 330 Ω spaja se LE dioda X2 koja se naizmjence pali i gasi, frekvencijom koja je zadana na funkcijskom generatoru XFG1. LE dioda X1, spojena je preko otpornika R2 od 330 Ω, i ona prikazuje izlaznu frekvenciju. LE dioda X1 koja označava izlaz može svijetliti na 4 načina. Prvi način je kao i dioda s funkcijskog generatora XFG1, drugi način je 2 puta sporije, treći način je 4 puta sporije i četvrti način je 8 puta sporije.

Tablica1. Popis pinova

Tablica2. UpravljaÄ?ki signali

Slika7. Sklop na eksperimentalnoj ploÄ?ici

Slika8. Dijeljenje frekvencije s 1, tj isti signal takta ulaza kao i izlaza

Slika9. Dijeljenje frekvencije s 2

Slika10. Dijeljenje frekvencije s 4

Slika 11.Dijeljenje frekvencije s 8







U današnjem svijetu, čovjek se svakodnevno susreće s digitalnom elektronikom, a toga nije ni svjestan. Spomenuta je konkretno digitalna elektronika jer je djelitelj frekvencije digitalni sklop koji se susreće u uređajima koji nas okružuju.

U nastavku rada vidljiv je rad sklopa i njegova primjena. Sklop je moguće primjeniti u bilo kojem području tehnike, kao indikatore kvarova na određenim uređajima ili slično. Djelitelj frekvencije se koristi za regulaciju brzine vrtnje rotora elektromotora kao i u PLLovima – sklopovima za faznu sinkronizaciju.

Sklop za faznu sinkronizaciju (phase-locked loop- PLL) je kontrolni sustav koji pokušava generirati izlazni signal čija je faza povezana s fazom ulaznog referentnog signala.





Sklopovi za faznu sinkronizaciju su široko korišteni za radio, telekomunikacije, računala i druge elektroničke aplikacije. Mogu generirati stabilne frekvencije, obnoviti signal iz bučnih komunikacijskih kanala ili dijeliti signale takta u digitalnim logičkim sklopovima kao što su mikroprocesori. Otkad jedan integrirani krug može osigurati kompletni sklop za faznu sinkronizaciju , tehnika je široko korištena u modernim elektroničkim uređajima sa izlaznim frekvencijama od nekoliko Hz do nekoliko stotina GHz-a.

Sklop za faznu sinkronizaciju može biti implementiran i kao analogni i kao digitalni sklop. Obje implementacije imaju istu osnovnu strukturu. I analogni i digitalni PLL sklopovi uključuju četiri osnovna elementa: fazni detektor, niskopropusni filter, promjenjivi frekvencijski oscilator, povratna veza koja uključuje djelitelj frekvencije.

Postoji nekoliko varijacija PLL-a: LPLL (analog or linear PLL), DPLL (digital PLL), All digital PLL (ADPLL), software PLL(SPLL).

Primjena:  Široko su korišteni za sinkronizacijske svrhe: u svemirskim komunikacijama za koherentne demodulacije i proširenje granica, sinkronizaciju bitova i simbola. Također se koriste za demodulaciju frekvencijsko moduliranog signala. U radio odašiljačima, PLL se koristi za sintezu novih frekvencija koje su višekratnik osnovne frekvencije. Ostale primjene uključuju: demodulaciju AM i FM signala, obnavljanje malih signala koji bi inače bili izgubljeni u šumu, modeme i dekodere za daljinsko upravljanje i telekomunikacije. .  Sklopovi za faznu sinkronizaciju koriste digitalne fazne detektore, također imaju djelitelj u povratnoj vezi ili u referentnoj vezi , ili oboje, kako bi kako bi napravili frekvenciju izlaznog signala koja je racionalni višekratnik osnovne frekvencije. Necjelobrojni umnožak referentne frekvencije također se može stvoriti zamjenjujući jednostavni djelitelj s N u povratnoj vezi sa programabilnim pulsnim brojilom. Ova tehnika se naziva djelomični N sintetizator ili djelomični N – PLL. 

Povratna veza i djelitelj  PLL uključuje djelitelj frekvencije između oscilatora i ulaza u fazni detektor kako bi stvorili sintetizator frekvencije. Programabilni djelitelj je osobito koristan u radio odašiljačkim aplikacijama, budući da veliki broj prijenosnih frekvencija može biti proizveden od samo jednog stabilnog , preciznog ali skupog kvarcnog kristala koji je pod kontrolom referentnog oscilatora.  Neki PLL-ovi uključuju djelitelj između referentnog signala takta i referentnog ulaza u fazni detektor . Ako djelitelj u povratnoj vezi dijeli s N, a djeljitelj na referentnom ulazu dijeli s M, to dozvoljava PLL –u da množi referentnu frekvenciju s N/M. Čini se jednostavnije da samo u PLL unesemo nizu frekvenciju, ali u nekim slučajevima referentna frekvencija može biti ograničena drugim problemima i takav je koristan djelitelj frekvencije.

HVALA NA PAŽNJI 