Českeacute vysokeacute učeniacute technickeacute v Praze

Fakulta elektrotechnickaacute

Katedra mikroelektroniky

Studijniacute program Komunikace multimeacutedia a elektronika

Obor Aplikovanaacute elektronika

Digitaacutelniacute generaacutetor tvarovyacutech funkciacute

Digital generator of waveforms

BAKALAacuteŘSKAacute PRAacuteCE

Vypracoval Michal Bureš

Vedouciacute praacutece doc Dr Ing Jiřiacute Hospodka

Rok 2015

Prohlaacutešeniacute

Prohlašuji že jsem svou bakalaacuteřskou praacuteci vypracoval samostatně a použil jsem pouze

podklady (literaturu projekty SW atd) uvedeneacute v přiloženeacutem seznamu Daacutele

prohlašuji že nemaacutem naacutemitek proti půjčovaacuteniacute nebo zveřejňovaacuteniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece

nebo jejiacute čaacutesti se souhlasem katedry

V Praze dne 18 5 2015

Michal Bureš

Poděkovaacuteniacute

Děkuji panu doc Dr Ing Jiřiacutemu Hospodkovi kteryacute mi vyšel časově vstřiacutec a zpřiacutestupnil

mi laboratoře v zaacutevislosti na meacute potřebě Na meacute dotazy mi vždy odpověděl a pomohl

mi když bylo potřeba

Abstrakt

Praacutece pojednaacutevaacute o naacutevrhu generaacutetoru tvarovyacutech kmitů řiacutezeneacuteho mikrokontrolerem

Zařiacutezeniacute umožňuje generovat 3 harmonickeacute průběhy A to sinusovyacute průběh

obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute Lze regulovat vyacutesledneacute napětiacute frekvenci a offset Vyacutestupniacute napětiacute

lze regulovat do 10 Vp-p Vyacutestup je zakončenyacute BNC konektorem

Informace a aktuaacutelniacutem stavu generaacutetoru jsou indikovaacuteny na LCD displeji kteryacute je

připojen k mikrokontroleru PIC18F45K22 kteryacute zaacuteroveň řiacutediacute generaacutetor funkciacute AD 9833

prostřednictviacute SPI sběrnice Nastaveniacute požadovaneacute frekvence se voliacute prostřednictviacutem

maticoveacute klaacutevesnice

Kliacutečovaacute slova AD9833 PIC18F45K22 SPI

Abstract

Work deals with the design of the generator waveform controlled by a microcontroller

The device enables to generate 3 harmonic progressions This sinusoidal rectangular

and the saw It can regulate the resulting voltage frequency and offset The output

voltage can be regulated to 10 Vp-p The output is terminated with a BNC connector

Information and current status of the generator are indicated on the LCD which is

connected to the microcontroller PIC18F45K22 which also controls the function

generator AD 9833 via SPI bus Setting the desired frequency is selected via the keypad

matrix

Keywords AD9833 PIC18F45K22 SPI

Obsah

Obsah

Uacutevod 1

1 Problematika generaacutetorů funkciacute 2

11 Metoda DDS 2

12 Dostupneacute generaacutetory 4

13 Dostupneacute mikrokontrolery 5

2 Použityacute generaacutetor AD 9833 7

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru 8

22 Popis pinů obvodu 9

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem 10

24 Seacuteriovyacute přenos 10

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru 11

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru 11

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce 12

28 Popis slova Control 13

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute mikrokontrolerem 14

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti 15

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti 16

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem 18

4 Programovaacute čaacutest 22

41 Inicializace mikrokontroleru 22

42 Funkce NastavFunkci() 24

43 Inicializace mikrokontroleru 25

44 Funkce ZvolteFunkci() 25

45 Funkce Prenasobeni() 26

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej 26

Odesli() 27 461

VypisCisel() 27 462

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu 28

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry 29

51 Sinusoveacute průběhy 29

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy 30

53 Piloveacute průběhy 32

54 Vyacutestupniacute filtr 33

Simulace filtru 33 541

Naměřeneacute hodnoty filtru 34 542

6 Zaacutevěr 36

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute 37

8 Přiacutelohy 40

81 Terminologickyacute slovniacutek 40

82 Seznam tabulek 41

83 Seznam rovnic 41

84 Seznam obraacutezků 42

85 Scheacutema zapojeniacute 44

86 Naacutevrhy desek plošnyacutech spojů 47

87 Osazovaciacute plaacuteny 50

88 Partlists 53

89 Obsah CD 55

1

Uacutevod

Každyacute elektrotechnik potřebuje k vyacutekonu sveacuteho povolaacuteniacute využiacutevat multimetr

osciloskop a v signaacutelovyacutech soustavaacutech doceniacute takeacute generaacutetor funkciacute pro jejich

diagnostiku a řiacutezeniacute Ciacutelem teacuteto bakalaacuteřskeacute praacutece je seznaacutemit se s principy a způsoby

realizace tvarovyacutech generaacutetorů Jeden takovyacute generaacutetor navrhnout zrealizovat a

navrženeacute vyacutestupniacute parametry ověřit v laboratoři Tento Digitaacutelniacute generaacutetor tvarovyacutech

funkciacute pro laboratorniacute použitiacute maacute uživateli daacutet možnost zvolit ze třiacute harmonickyacutech

průběhů Jednaacute se o sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel s možnostiacute laděniacute

kmitočtu do vyacuteše 1 GHz Vyacutestupniacute napětiacute maacute byacutet měnitelneacute a splňovat maximaacutelniacute

podmiacutenku 10 Vp-p Vnitřniacute impedance generaacutetoru je určena na 50 Ω Samotneacute ovlaacutedaacuteniacute

např volba funkce kmitočtu potvrzeniacute zadanyacutech hodnot připojeniacute aktivniacuteho vyacutestupu

na BNC konektor volba opakovaacuteniacute zadaacuteniacute tak to vše maacute byacutet realizovaacuten prostřednictviacutem

klaacutevesnice Informace o aktuaacutelniacutem stavu generaacutetoru a odezva na uživatele bude

znaacutezorněna na LCD displeji

V prvniacute čaacutesti se zabyacutevaacutem problematikou funkčniacutech generaacutetorů a to zejmeacutena digitaacutelniacutech

Ty spadajiacute do kategorie přiacutemeacute digitaacutelniacute synteacutezy kteraacute se v anglickyacutech textech vyskytuje

pod zkratkou DDS - Direct Digital Synthesis Tento způsob realizace je v dnešniacute době

nejhojněji využiacutevanyacute svojiacute kvalitou parametrů a jednoduchostiacute pro realizaci

V hlavniacute čaacutesti popisuji zvolenyacute naacutevrh a jednotliveacute diacutelčiacute čaacutesti naacutevrhu podrobněji popisuji

Věnuji se zvlaacutešť hardwaroveacute čaacutest (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka HW) a čaacutesti

softwaroveacute (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka SW) V HW čaacutest se sklaacutedaacute ze třiacute desek

plošnyacutech spojů Prvniacute je napaacutejeciacute deska kteraacute zajišťuje veškeraacute pracovniacute napětiacute

jednotlivyacutem obvodům zařiacutezeniacute Druhyacute plošnyacute spoj je řiacutediacuteciacute deska kteraacute obsahuje

mikrokontroler kteryacute obsluhuje komunikaci a nastaveniacute generaacutetoru a zajištuje

komunikaci uživatele s generaacutetorem prostřednictviacutem připojeneacute maticoveacute klaacutevesnice o

rozměrech 4x4 a informuje uživatel o stavu na LCD displeji Jsou zde připojeny dva

potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu Vlastniacute vyacutestup lze fyzicky

připojit na BNC vyacutestup prostřednictviacutem releacute ktereacute takeacute ovlaacutedaacute uživatel klaacutevesniciacute

prostřednictviacutem mikrokontroleru Třetiacute plošnyacute spoj obsahuje aktivniacute filtr kteryacute je

připojen na generaacutetor funkciacute Na teacuteto desce nachaacutezejiacute dvě releacute kteraacute zajišťujiacute připojeniacute a

odpojen vyacutestupu a při obdeacutelniacutekoveacutem průběhu přivaacutediacute vyacutestup z generaacutetoru přiacutemo na

vyacutestup

Samostatnou kapitolu tvořiacute SW čaacutest kteraacute je podrobněji popsaacutena jako celek tak

jednotliveacute čaacutesti pokud o nich neniacute psaacuteno jinde

Na zaacutevěr se věnuji zhodnoceniacute naměřenyacutech vyacutestupniacutech parametrů jak diacutelčiacutech čaacutestiacute tak i

zařiacutezeniacute jako takoveacutemu

2

1 Problematika generaacutetorů funkciacute

Generaacutetory funkciacute jsou znaacutemi několik desetiletiacute Umožnujiacute generovat zaacutekladniacute průběhy

potřebneacute v elektrotechnice Prvniacutemi způsoby tvorby signaacutelů byli kombinace pasivniacutech

prvků s tranzistory a prvniacutemi integrovanyacutemi obvody mezi ktereacute patřily operačniacute

zesilovače Tyto metody jsou dnes překonaacuteny čiacuteslicovou metodou kteraacute nabiacuteziacute košatějšiacute

možnosti realizace signaacutelu prostřednictviacutem jednoho integrovaneacuteho obvodu Takovyacute

obvod je schopen zastoupit několik jednotlivyacutech analogovyacutech obvodů pro generovaacuteniacute

pouze jednoho tvaru signaacutelu Tato metoda je nazyacutevaacutena DDS - Direct Digital Synthesis

Jejiacute přednostiacute je stabilita přesnost a maximaacutelniacute dosažitelneacute kmitočty Jednoduchyacutem

ovlaacutedaacuteniacutem lze regulovat vyacutestupniacute kmitočet ve zlomciacutech 1 Hz při niacutezkeacutem zkresleniacute

Hlavniacutem zaacutestupcem na trhu je firma Analog Devices kteraacute se touto přiacutemou čiacuteslicovou

synteacutezou dlouhodobě zabyacutevaacute Využitiacute je napřiacuteklad v oborech využiacutevajiacuteciacutech laseroveacute

metody radioveacute obory v oborech měřeniacute v automobiloveacutem průmyslu a komunikačniacute

systeacutemy

11 Metoda DDS

Metoda využiacutevaacute faacutezoveacuteho akumulaacutetoru kteryacute přistupuje do paměti typu ROM ve ktereacute

jsou uloženy digitaacutelniacute vzorky funkce sinus Tuto čiacuteslicovou hodnotu naacutesledně převaacutediacute

DAC převodniacutek kteryacute jednotliveacute vzorky převaacutediacute na analogovyacute signaacutel funkce Tento

signaacutel je daacutele potřeba vyhladil od schodoviteacuteho průběhu kteryacute tento převodniacutek

generuje Tuto skutečnost je třeba ošetřit vyacutestupniacutem filtrem typu dolniacute propust

Obr 11 Blokoveacute scheacutema generovaacuteniacute signaacutelu [4]

3

Ve faacutezoveacutem akumulaacutetoru jsou uloženy informace o požadovaneacutem kmitočtu a faacutezoveacutem

posunu celeacute periody vyacutestupniacuteho signaacutelu Během taktu externiacuteho zdroje hodinovyacutech

impulzů se adresa vzorku v paměti ROM navyšuje o jedničku K vynulovaacuteniacute (přetečeniacute)

dochaacuteziacute při dosaženiacute hodnoty 228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

Maximaacutelniacute teoretickaacute vyacutestupniacute frekvence je polovina externiacuteho hodinoveacuteho signaacutelu

(11)

Laditelnost slova dostaneme podiacutelem kmitočtu externiacuteho zdroje hodinoveacuteho signaacutelu ku

228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

(12)

4

12 Dostupneacute generaacutetory

Předniacute zaacutestupce vyacuteroby DDS generaacutetorů funkciacute Analog Devices nabiacuteziacute širokou škaacutelu

integrovanyacutech obvodů nebo takeacute Texas Instruments Jaacute se zaměřil na obvody Analog

Devices protože meacute kladneacute dosavadniacute zkušenosti jsou praacutevě s touto firmu Jejich

maximaacutelniacute vyacutestupniacute kmitočet se pohybuje v rozmeziacute MHz až po GHz Pracovniacute napětiacute

je čistě na uživateli ktereacute ve svyacutech obvodech využiacutevaacute Napaacutejeniacute takovyacutech obvodů je

možneacute volit od 23 V do 55 V Takto niacutezkaacute napětiacute nepřesahujiacute vyacutekon 1 W protože

proudovyacute odběr se pohybuje v řaacutedech miliampeacuterů

Kladeneacute požadavky

Vyacutestupniacute kmitočet alespoň 1 GHz

Laditelnost alespoň 1 Hz

Způsob komunikace SPI

Dostupnost SAMPL vzorku ANO

MSOP pouzdro ANO

Nejmenšiacute počet pinů pouzdra ANO

Vyacuterobce nabiacuteziacute 36 různyacutech generaacutetorů [5] Maximaacutelniacute teoreticky dosažitelnyacute kmitočet

je 175 GHz Způsoby připojeniacute jsou paralelniacute či přes sběrnici SPI Vyacutekonoveacute kategorie

se pohybujiacute od 11 mW po 42 W Počet pinů pouzder je v rozmeziacute 10 až 100 pinů Při

vyacuteběru ze souhrnneacute tabulky vyraacuteběnyacutech DDS generaacutetorů všechny stanoveneacute požadavky

splňuje generaacutetor AD 9833

Vyacutestupniacute kmitočet je teoreticky možneacute realizovat do 125 MHz Laditelnost slova je

01 Hz Připojeniacute je realizovaacuteno sběrniciacute SPI Disponuje takeacute pouzdrem MSOP s 10

piny Splňuje tiacutem podmiacutenku nejmenšiacuteho dostupneacuteho počtu pinů pouzdra a tiacutem

zjednodušuje budouciacute naacutevrh DPS Vyacutekonovaacute spotřeba se pohybuje kolem 275 mW a

vyacutestupniacute proud je 3 mA

Kromě generovaacuteniacute sinusoveacuteho obdeacutelniacutekoveacuteho či piloveacuteho průběhu v širokeacutem spektru

kmitočtů stojiacute takeacute za zmiacutenku AD9830 AD9831 AD9832 AD9857 AD9858 Lze jimi

generovat signaacutely frekvenčně a faacutezově modulovaneacute Dajiacute se požiacutet i pro kliacutečovaacuteniacute

faacutezovyacutem posunem

5

13 Dostupneacute mikrokontrolery

Na trhu se nejčastěji vyskytujiacute tři zaacutestupci vyacuterobců mikrokontrolerů Jednaacute se o Intel

kteryacute vyraacutebiacute nejčastěji mikrokontrolery řady 8051 Konkurentem na trhu je firma

Microchip kteryacute zastupujiacute mikrokontrolery PIC Posledniacutem silnyacutem zaacutestupcem trhu je

firma Atmel s mikrokontrolery řad AVR

Diacuteky předchoziacutem zkušenostem s produkty firmy Microchip se můj vyacuteběr orientoval na

jejich produkty Nabiacuteziacute se širokaacute škaacutela 8 bitovyacute chipů z řad PIC 10 PIC 12 PIC 16 a

PIC 18 Orientace se zaměřila na posledniacute skupinu kteraacute maacute optimalizovanou

architekturu pro C kompilaacutetory

Požadavky ktereacute mikrokontroler musiacute splňovat

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů Viacutece jak 20 IO

Rychlost CPU Viacutece jak 10 MHz

Programovaacute paměť Viacutece jak 20 kB

Perifeacuterie SPI

Paměť RAM 37 kB

Typ pouzdra TQFP

Obr 12 Počet IO pinů a paměťovyacute prostor jednotlivyacutech řad rodiny PIC [14]

6

Tyto požadavky splňuje PIC18F46K22

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů 36 IO

Rychlost CPU Až 64 MHz

Programovaacute paměť Až 64 kB

Perifeacuterie 2x SPI

Paměť RAM 3896 kB

Typ pouzdra TQFP

Předchoziacute zkušenosti ANO

Obr 13 Porovnaacuteniacute 8 bitovyacutech architektur řad PIC

[14]

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

Prohlaacutešeniacute

Prohlašuji že jsem svou bakalaacuteřskou praacuteci vypracoval samostatně a použil jsem pouze

podklady (literaturu projekty SW atd) uvedeneacute v přiloženeacutem seznamu Daacutele

prohlašuji že nemaacutem naacutemitek proti půjčovaacuteniacute nebo zveřejňovaacuteniacute meacute bakalaacuteřskeacute praacutece

nebo jejiacute čaacutesti se souhlasem katedry

V Praze dne 18 5 2015

Michal Bureš

Poděkovaacuteniacute

Děkuji panu doc Dr Ing Jiřiacutemu Hospodkovi kteryacute mi vyšel časově vstřiacutec a zpřiacutestupnil

mi laboratoře v zaacutevislosti na meacute potřebě Na meacute dotazy mi vždy odpověděl a pomohl

mi když bylo potřeba

Abstrakt

Praacutece pojednaacutevaacute o naacutevrhu generaacutetoru tvarovyacutech kmitů řiacutezeneacuteho mikrokontrolerem

Zařiacutezeniacute umožňuje generovat 3 harmonickeacute průběhy A to sinusovyacute průběh

obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute Lze regulovat vyacutesledneacute napětiacute frekvenci a offset Vyacutestupniacute napětiacute

lze regulovat do 10 Vp-p Vyacutestup je zakončenyacute BNC konektorem

Informace a aktuaacutelniacutem stavu generaacutetoru jsou indikovaacuteny na LCD displeji kteryacute je

připojen k mikrokontroleru PIC18F45K22 kteryacute zaacuteroveň řiacutediacute generaacutetor funkciacute AD 9833

prostřednictviacute SPI sběrnice Nastaveniacute požadovaneacute frekvence se voliacute prostřednictviacutem

maticoveacute klaacutevesnice

Kliacutečovaacute slova AD9833 PIC18F45K22 SPI

Abstract

Work deals with the design of the generator waveform controlled by a microcontroller

The device enables to generate 3 harmonic progressions This sinusoidal rectangular

and the saw It can regulate the resulting voltage frequency and offset The output

voltage can be regulated to 10 Vp-p The output is terminated with a BNC connector

Information and current status of the generator are indicated on the LCD which is

connected to the microcontroller PIC18F45K22 which also controls the function

generator AD 9833 via SPI bus Setting the desired frequency is selected via the keypad

matrix

Keywords AD9833 PIC18F45K22 SPI

Obsah

Obsah

Uacutevod 1

1 Problematika generaacutetorů funkciacute 2

11 Metoda DDS 2

12 Dostupneacute generaacutetory 4

13 Dostupneacute mikrokontrolery 5

2 Použityacute generaacutetor AD 9833 7

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru 8

22 Popis pinů obvodu 9

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem 10

24 Seacuteriovyacute přenos 10

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru 11

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru 11

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce 12

28 Popis slova Control 13

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute mikrokontrolerem 14

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti 15

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti 16

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem 18

4 Programovaacute čaacutest 22

41 Inicializace mikrokontroleru 22

42 Funkce NastavFunkci() 24

43 Inicializace mikrokontroleru 25

44 Funkce ZvolteFunkci() 25

45 Funkce Prenasobeni() 26

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej 26

Odesli() 27 461

VypisCisel() 27 462

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu 28

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry 29

51 Sinusoveacute průběhy 29

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy 30

53 Piloveacute průběhy 32

54 Vyacutestupniacute filtr 33

Simulace filtru 33 541

Naměřeneacute hodnoty filtru 34 542

6 Zaacutevěr 36

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute 37

8 Přiacutelohy 40

81 Terminologickyacute slovniacutek 40

82 Seznam tabulek 41

83 Seznam rovnic 41

84 Seznam obraacutezků 42

85 Scheacutema zapojeniacute 44

86 Naacutevrhy desek plošnyacutech spojů 47

87 Osazovaciacute plaacuteny 50

88 Partlists 53

89 Obsah CD 55

1

Uacutevod

Každyacute elektrotechnik potřebuje k vyacutekonu sveacuteho povolaacuteniacute využiacutevat multimetr

osciloskop a v signaacutelovyacutech soustavaacutech doceniacute takeacute generaacutetor funkciacute pro jejich

diagnostiku a řiacutezeniacute Ciacutelem teacuteto bakalaacuteřskeacute praacutece je seznaacutemit se s principy a způsoby

realizace tvarovyacutech generaacutetorů Jeden takovyacute generaacutetor navrhnout zrealizovat a

navrženeacute vyacutestupniacute parametry ověřit v laboratoři Tento Digitaacutelniacute generaacutetor tvarovyacutech

funkciacute pro laboratorniacute použitiacute maacute uživateli daacutet možnost zvolit ze třiacute harmonickyacutech

průběhů Jednaacute se o sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel s možnostiacute laděniacute

kmitočtu do vyacuteše 1 GHz Vyacutestupniacute napětiacute maacute byacutet měnitelneacute a splňovat maximaacutelniacute

podmiacutenku 10 Vp-p Vnitřniacute impedance generaacutetoru je určena na 50 Ω Samotneacute ovlaacutedaacuteniacute

např volba funkce kmitočtu potvrzeniacute zadanyacutech hodnot připojeniacute aktivniacuteho vyacutestupu

na BNC konektor volba opakovaacuteniacute zadaacuteniacute tak to vše maacute byacutet realizovaacuten prostřednictviacutem

klaacutevesnice Informace o aktuaacutelniacutem stavu generaacutetoru a odezva na uživatele bude

znaacutezorněna na LCD displeji

V prvniacute čaacutesti se zabyacutevaacutem problematikou funkčniacutech generaacutetorů a to zejmeacutena digitaacutelniacutech

Ty spadajiacute do kategorie přiacutemeacute digitaacutelniacute synteacutezy kteraacute se v anglickyacutech textech vyskytuje

pod zkratkou DDS - Direct Digital Synthesis Tento způsob realizace je v dnešniacute době

nejhojněji využiacutevanyacute svojiacute kvalitou parametrů a jednoduchostiacute pro realizaci

V hlavniacute čaacutesti popisuji zvolenyacute naacutevrh a jednotliveacute diacutelčiacute čaacutesti naacutevrhu podrobněji popisuji

Věnuji se zvlaacutešť hardwaroveacute čaacutest (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka HW) a čaacutesti

softwaroveacute (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka SW) V HW čaacutest se sklaacutedaacute ze třiacute desek

plošnyacutech spojů Prvniacute je napaacutejeciacute deska kteraacute zajišťuje veškeraacute pracovniacute napětiacute

jednotlivyacutem obvodům zařiacutezeniacute Druhyacute plošnyacute spoj je řiacutediacuteciacute deska kteraacute obsahuje

mikrokontroler kteryacute obsluhuje komunikaci a nastaveniacute generaacutetoru a zajištuje

komunikaci uživatele s generaacutetorem prostřednictviacutem připojeneacute maticoveacute klaacutevesnice o

rozměrech 4x4 a informuje uživatel o stavu na LCD displeji Jsou zde připojeny dva

potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu Vlastniacute vyacutestup lze fyzicky

připojit na BNC vyacutestup prostřednictviacutem releacute ktereacute takeacute ovlaacutedaacute uživatel klaacutevesniciacute

prostřednictviacutem mikrokontroleru Třetiacute plošnyacute spoj obsahuje aktivniacute filtr kteryacute je

připojen na generaacutetor funkciacute Na teacuteto desce nachaacutezejiacute dvě releacute kteraacute zajišťujiacute připojeniacute a

odpojen vyacutestupu a při obdeacutelniacutekoveacutem průběhu přivaacutediacute vyacutestup z generaacutetoru přiacutemo na

vyacutestup

Samostatnou kapitolu tvořiacute SW čaacutest kteraacute je podrobněji popsaacutena jako celek tak

jednotliveacute čaacutesti pokud o nich neniacute psaacuteno jinde

Na zaacutevěr se věnuji zhodnoceniacute naměřenyacutech vyacutestupniacutech parametrů jak diacutelčiacutech čaacutestiacute tak i

zařiacutezeniacute jako takoveacutemu

2

1 Problematika generaacutetorů funkciacute

Generaacutetory funkciacute jsou znaacutemi několik desetiletiacute Umožnujiacute generovat zaacutekladniacute průběhy

potřebneacute v elektrotechnice Prvniacutemi způsoby tvorby signaacutelů byli kombinace pasivniacutech

prvků s tranzistory a prvniacutemi integrovanyacutemi obvody mezi ktereacute patřily operačniacute

zesilovače Tyto metody jsou dnes překonaacuteny čiacuteslicovou metodou kteraacute nabiacuteziacute košatějšiacute

možnosti realizace signaacutelu prostřednictviacutem jednoho integrovaneacuteho obvodu Takovyacute

obvod je schopen zastoupit několik jednotlivyacutech analogovyacutech obvodů pro generovaacuteniacute

pouze jednoho tvaru signaacutelu Tato metoda je nazyacutevaacutena DDS - Direct Digital Synthesis

Jejiacute přednostiacute je stabilita přesnost a maximaacutelniacute dosažitelneacute kmitočty Jednoduchyacutem

ovlaacutedaacuteniacutem lze regulovat vyacutestupniacute kmitočet ve zlomciacutech 1 Hz při niacutezkeacutem zkresleniacute

Hlavniacutem zaacutestupcem na trhu je firma Analog Devices kteraacute se touto přiacutemou čiacuteslicovou

synteacutezou dlouhodobě zabyacutevaacute Využitiacute je napřiacuteklad v oborech využiacutevajiacuteciacutech laseroveacute

metody radioveacute obory v oborech měřeniacute v automobiloveacutem průmyslu a komunikačniacute

systeacutemy

11 Metoda DDS

Metoda využiacutevaacute faacutezoveacuteho akumulaacutetoru kteryacute přistupuje do paměti typu ROM ve ktereacute

jsou uloženy digitaacutelniacute vzorky funkce sinus Tuto čiacuteslicovou hodnotu naacutesledně převaacutediacute

DAC převodniacutek kteryacute jednotliveacute vzorky převaacutediacute na analogovyacute signaacutel funkce Tento

signaacutel je daacutele potřeba vyhladil od schodoviteacuteho průběhu kteryacute tento převodniacutek

generuje Tuto skutečnost je třeba ošetřit vyacutestupniacutem filtrem typu dolniacute propust

Obr 11 Blokoveacute scheacutema generovaacuteniacute signaacutelu [4]

3

Ve faacutezoveacutem akumulaacutetoru jsou uloženy informace o požadovaneacutem kmitočtu a faacutezoveacutem

posunu celeacute periody vyacutestupniacuteho signaacutelu Během taktu externiacuteho zdroje hodinovyacutech

impulzů se adresa vzorku v paměti ROM navyšuje o jedničku K vynulovaacuteniacute (přetečeniacute)

dochaacuteziacute při dosaženiacute hodnoty 228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

Maximaacutelniacute teoretickaacute vyacutestupniacute frekvence je polovina externiacuteho hodinoveacuteho signaacutelu

(11)

Laditelnost slova dostaneme podiacutelem kmitočtu externiacuteho zdroje hodinoveacuteho signaacutelu ku

228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

(12)

4

12 Dostupneacute generaacutetory

Předniacute zaacutestupce vyacuteroby DDS generaacutetorů funkciacute Analog Devices nabiacuteziacute širokou škaacutelu

integrovanyacutech obvodů nebo takeacute Texas Instruments Jaacute se zaměřil na obvody Analog

Devices protože meacute kladneacute dosavadniacute zkušenosti jsou praacutevě s touto firmu Jejich

maximaacutelniacute vyacutestupniacute kmitočet se pohybuje v rozmeziacute MHz až po GHz Pracovniacute napětiacute

je čistě na uživateli ktereacute ve svyacutech obvodech využiacutevaacute Napaacutejeniacute takovyacutech obvodů je

možneacute volit od 23 V do 55 V Takto niacutezkaacute napětiacute nepřesahujiacute vyacutekon 1 W protože

proudovyacute odběr se pohybuje v řaacutedech miliampeacuterů

Kladeneacute požadavky

Vyacutestupniacute kmitočet alespoň 1 GHz

Laditelnost alespoň 1 Hz

Způsob komunikace SPI

Dostupnost SAMPL vzorku ANO

MSOP pouzdro ANO

Nejmenšiacute počet pinů pouzdra ANO

Vyacuterobce nabiacuteziacute 36 různyacutech generaacutetorů [5] Maximaacutelniacute teoreticky dosažitelnyacute kmitočet

je 175 GHz Způsoby připojeniacute jsou paralelniacute či přes sběrnici SPI Vyacutekonoveacute kategorie

se pohybujiacute od 11 mW po 42 W Počet pinů pouzder je v rozmeziacute 10 až 100 pinů Při

vyacuteběru ze souhrnneacute tabulky vyraacuteběnyacutech DDS generaacutetorů všechny stanoveneacute požadavky

splňuje generaacutetor AD 9833

Vyacutestupniacute kmitočet je teoreticky možneacute realizovat do 125 MHz Laditelnost slova je

01 Hz Připojeniacute je realizovaacuteno sběrniciacute SPI Disponuje takeacute pouzdrem MSOP s 10

piny Splňuje tiacutem podmiacutenku nejmenšiacuteho dostupneacuteho počtu pinů pouzdra a tiacutem

zjednodušuje budouciacute naacutevrh DPS Vyacutekonovaacute spotřeba se pohybuje kolem 275 mW a

vyacutestupniacute proud je 3 mA

Kromě generovaacuteniacute sinusoveacuteho obdeacutelniacutekoveacuteho či piloveacuteho průběhu v širokeacutem spektru

kmitočtů stojiacute takeacute za zmiacutenku AD9830 AD9831 AD9832 AD9857 AD9858 Lze jimi

generovat signaacutely frekvenčně a faacutezově modulovaneacute Dajiacute se požiacutet i pro kliacutečovaacuteniacute

faacutezovyacutem posunem

5

13 Dostupneacute mikrokontrolery

Na trhu se nejčastěji vyskytujiacute tři zaacutestupci vyacuterobců mikrokontrolerů Jednaacute se o Intel

kteryacute vyraacutebiacute nejčastěji mikrokontrolery řady 8051 Konkurentem na trhu je firma

Microchip kteryacute zastupujiacute mikrokontrolery PIC Posledniacutem silnyacutem zaacutestupcem trhu je

firma Atmel s mikrokontrolery řad AVR

Diacuteky předchoziacutem zkušenostem s produkty firmy Microchip se můj vyacuteběr orientoval na

jejich produkty Nabiacuteziacute se širokaacute škaacutela 8 bitovyacute chipů z řad PIC 10 PIC 12 PIC 16 a

PIC 18 Orientace se zaměřila na posledniacute skupinu kteraacute maacute optimalizovanou

architekturu pro C kompilaacutetory

Požadavky ktereacute mikrokontroler musiacute splňovat

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů Viacutece jak 20 IO

Rychlost CPU Viacutece jak 10 MHz

Programovaacute paměť Viacutece jak 20 kB

Perifeacuterie SPI

Paměť RAM 37 kB

Typ pouzdra TQFP

Obr 12 Počet IO pinů a paměťovyacute prostor jednotlivyacutech řad rodiny PIC [14]

6

Tyto požadavky splňuje PIC18F46K22

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů 36 IO

Rychlost CPU Až 64 MHz

Programovaacute paměť Až 64 kB

Perifeacuterie 2x SPI

Paměť RAM 3896 kB

Typ pouzdra TQFP

Předchoziacute zkušenosti ANO

Obr 13 Porovnaacuteniacute 8 bitovyacutech architektur řad PIC

[14]

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

Poděkovaacuteniacute

Děkuji panu doc Dr Ing Jiřiacutemu Hospodkovi kteryacute mi vyšel časově vstřiacutec a zpřiacutestupnil

mi laboratoře v zaacutevislosti na meacute potřebě Na meacute dotazy mi vždy odpověděl a pomohl

mi když bylo potřeba

Abstrakt

Praacutece pojednaacutevaacute o naacutevrhu generaacutetoru tvarovyacutech kmitů řiacutezeneacuteho mikrokontrolerem

Zařiacutezeniacute umožňuje generovat 3 harmonickeacute průběhy A to sinusovyacute průběh

obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute Lze regulovat vyacutesledneacute napětiacute frekvenci a offset Vyacutestupniacute napětiacute

lze regulovat do 10 Vp-p Vyacutestup je zakončenyacute BNC konektorem

Informace a aktuaacutelniacutem stavu generaacutetoru jsou indikovaacuteny na LCD displeji kteryacute je

připojen k mikrokontroleru PIC18F45K22 kteryacute zaacuteroveň řiacutediacute generaacutetor funkciacute AD 9833

prostřednictviacute SPI sběrnice Nastaveniacute požadovaneacute frekvence se voliacute prostřednictviacutem

maticoveacute klaacutevesnice

Kliacutečovaacute slova AD9833 PIC18F45K22 SPI

Abstract

Work deals with the design of the generator waveform controlled by a microcontroller

The device enables to generate 3 harmonic progressions This sinusoidal rectangular

and the saw It can regulate the resulting voltage frequency and offset The output

voltage can be regulated to 10 Vp-p The output is terminated with a BNC connector

Information and current status of the generator are indicated on the LCD which is

connected to the microcontroller PIC18F45K22 which also controls the function

generator AD 9833 via SPI bus Setting the desired frequency is selected via the keypad

matrix

Keywords AD9833 PIC18F45K22 SPI

Obsah

Obsah

Uacutevod 1

1 Problematika generaacutetorů funkciacute 2

11 Metoda DDS 2

12 Dostupneacute generaacutetory 4

13 Dostupneacute mikrokontrolery 5

2 Použityacute generaacutetor AD 9833 7

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru 8

22 Popis pinů obvodu 9

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem 10

24 Seacuteriovyacute přenos 10

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru 11

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru 11

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce 12

28 Popis slova Control 13

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute mikrokontrolerem 14

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti 15

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti 16

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem 18

4 Programovaacute čaacutest 22

41 Inicializace mikrokontroleru 22

42 Funkce NastavFunkci() 24

43 Inicializace mikrokontroleru 25

44 Funkce ZvolteFunkci() 25

45 Funkce Prenasobeni() 26

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej 26

Odesli() 27 461

VypisCisel() 27 462

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu 28

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry 29

51 Sinusoveacute průběhy 29

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy 30

53 Piloveacute průběhy 32

54 Vyacutestupniacute filtr 33

Simulace filtru 33 541

Naměřeneacute hodnoty filtru 34 542

6 Zaacutevěr 36

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute 37

8 Přiacutelohy 40

81 Terminologickyacute slovniacutek 40

82 Seznam tabulek 41

83 Seznam rovnic 41

84 Seznam obraacutezků 42

85 Scheacutema zapojeniacute 44

86 Naacutevrhy desek plošnyacutech spojů 47

87 Osazovaciacute plaacuteny 50

88 Partlists 53

89 Obsah CD 55

1

Uacutevod

Každyacute elektrotechnik potřebuje k vyacutekonu sveacuteho povolaacuteniacute využiacutevat multimetr

osciloskop a v signaacutelovyacutech soustavaacutech doceniacute takeacute generaacutetor funkciacute pro jejich

diagnostiku a řiacutezeniacute Ciacutelem teacuteto bakalaacuteřskeacute praacutece je seznaacutemit se s principy a způsoby

realizace tvarovyacutech generaacutetorů Jeden takovyacute generaacutetor navrhnout zrealizovat a

navrženeacute vyacutestupniacute parametry ověřit v laboratoři Tento Digitaacutelniacute generaacutetor tvarovyacutech

funkciacute pro laboratorniacute použitiacute maacute uživateli daacutet možnost zvolit ze třiacute harmonickyacutech

průběhů Jednaacute se o sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel s možnostiacute laděniacute

kmitočtu do vyacuteše 1 GHz Vyacutestupniacute napětiacute maacute byacutet měnitelneacute a splňovat maximaacutelniacute

podmiacutenku 10 Vp-p Vnitřniacute impedance generaacutetoru je určena na 50 Ω Samotneacute ovlaacutedaacuteniacute

např volba funkce kmitočtu potvrzeniacute zadanyacutech hodnot připojeniacute aktivniacuteho vyacutestupu

na BNC konektor volba opakovaacuteniacute zadaacuteniacute tak to vše maacute byacutet realizovaacuten prostřednictviacutem

klaacutevesnice Informace o aktuaacutelniacutem stavu generaacutetoru a odezva na uživatele bude

znaacutezorněna na LCD displeji

V prvniacute čaacutesti se zabyacutevaacutem problematikou funkčniacutech generaacutetorů a to zejmeacutena digitaacutelniacutech

Ty spadajiacute do kategorie přiacutemeacute digitaacutelniacute synteacutezy kteraacute se v anglickyacutech textech vyskytuje

pod zkratkou DDS - Direct Digital Synthesis Tento způsob realizace je v dnešniacute době

nejhojněji využiacutevanyacute svojiacute kvalitou parametrů a jednoduchostiacute pro realizaci

V hlavniacute čaacutesti popisuji zvolenyacute naacutevrh a jednotliveacute diacutelčiacute čaacutesti naacutevrhu podrobněji popisuji

Věnuji se zvlaacutešť hardwaroveacute čaacutest (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka HW) a čaacutesti

softwaroveacute (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka SW) V HW čaacutest se sklaacutedaacute ze třiacute desek

plošnyacutech spojů Prvniacute je napaacutejeciacute deska kteraacute zajišťuje veškeraacute pracovniacute napětiacute

jednotlivyacutem obvodům zařiacutezeniacute Druhyacute plošnyacute spoj je řiacutediacuteciacute deska kteraacute obsahuje

mikrokontroler kteryacute obsluhuje komunikaci a nastaveniacute generaacutetoru a zajištuje

komunikaci uživatele s generaacutetorem prostřednictviacutem připojeneacute maticoveacute klaacutevesnice o

rozměrech 4x4 a informuje uživatel o stavu na LCD displeji Jsou zde připojeny dva

potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu Vlastniacute vyacutestup lze fyzicky

připojit na BNC vyacutestup prostřednictviacutem releacute ktereacute takeacute ovlaacutedaacute uživatel klaacutevesniciacute

prostřednictviacutem mikrokontroleru Třetiacute plošnyacute spoj obsahuje aktivniacute filtr kteryacute je

připojen na generaacutetor funkciacute Na teacuteto desce nachaacutezejiacute dvě releacute kteraacute zajišťujiacute připojeniacute a

odpojen vyacutestupu a při obdeacutelniacutekoveacutem průběhu přivaacutediacute vyacutestup z generaacutetoru přiacutemo na

vyacutestup

Samostatnou kapitolu tvořiacute SW čaacutest kteraacute je podrobněji popsaacutena jako celek tak

jednotliveacute čaacutesti pokud o nich neniacute psaacuteno jinde

Na zaacutevěr se věnuji zhodnoceniacute naměřenyacutech vyacutestupniacutech parametrů jak diacutelčiacutech čaacutestiacute tak i

zařiacutezeniacute jako takoveacutemu

2

1 Problematika generaacutetorů funkciacute

Generaacutetory funkciacute jsou znaacutemi několik desetiletiacute Umožnujiacute generovat zaacutekladniacute průběhy

potřebneacute v elektrotechnice Prvniacutemi způsoby tvorby signaacutelů byli kombinace pasivniacutech

prvků s tranzistory a prvniacutemi integrovanyacutemi obvody mezi ktereacute patřily operačniacute

zesilovače Tyto metody jsou dnes překonaacuteny čiacuteslicovou metodou kteraacute nabiacuteziacute košatějšiacute

možnosti realizace signaacutelu prostřednictviacutem jednoho integrovaneacuteho obvodu Takovyacute

obvod je schopen zastoupit několik jednotlivyacutech analogovyacutech obvodů pro generovaacuteniacute

pouze jednoho tvaru signaacutelu Tato metoda je nazyacutevaacutena DDS - Direct Digital Synthesis

Jejiacute přednostiacute je stabilita přesnost a maximaacutelniacute dosažitelneacute kmitočty Jednoduchyacutem

ovlaacutedaacuteniacutem lze regulovat vyacutestupniacute kmitočet ve zlomciacutech 1 Hz při niacutezkeacutem zkresleniacute

Hlavniacutem zaacutestupcem na trhu je firma Analog Devices kteraacute se touto přiacutemou čiacuteslicovou

synteacutezou dlouhodobě zabyacutevaacute Využitiacute je napřiacuteklad v oborech využiacutevajiacuteciacutech laseroveacute

metody radioveacute obory v oborech měřeniacute v automobiloveacutem průmyslu a komunikačniacute

systeacutemy

11 Metoda DDS

Metoda využiacutevaacute faacutezoveacuteho akumulaacutetoru kteryacute přistupuje do paměti typu ROM ve ktereacute

jsou uloženy digitaacutelniacute vzorky funkce sinus Tuto čiacuteslicovou hodnotu naacutesledně převaacutediacute

DAC převodniacutek kteryacute jednotliveacute vzorky převaacutediacute na analogovyacute signaacutel funkce Tento

signaacutel je daacutele potřeba vyhladil od schodoviteacuteho průběhu kteryacute tento převodniacutek

generuje Tuto skutečnost je třeba ošetřit vyacutestupniacutem filtrem typu dolniacute propust

Obr 11 Blokoveacute scheacutema generovaacuteniacute signaacutelu [4]

3

Ve faacutezoveacutem akumulaacutetoru jsou uloženy informace o požadovaneacutem kmitočtu a faacutezoveacutem

posunu celeacute periody vyacutestupniacuteho signaacutelu Během taktu externiacuteho zdroje hodinovyacutech

impulzů se adresa vzorku v paměti ROM navyšuje o jedničku K vynulovaacuteniacute (přetečeniacute)

dochaacuteziacute při dosaženiacute hodnoty 228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

Maximaacutelniacute teoretickaacute vyacutestupniacute frekvence je polovina externiacuteho hodinoveacuteho signaacutelu

(11)

Laditelnost slova dostaneme podiacutelem kmitočtu externiacuteho zdroje hodinoveacuteho signaacutelu ku

228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

(12)

4

12 Dostupneacute generaacutetory

Předniacute zaacutestupce vyacuteroby DDS generaacutetorů funkciacute Analog Devices nabiacuteziacute širokou škaacutelu

integrovanyacutech obvodů nebo takeacute Texas Instruments Jaacute se zaměřil na obvody Analog

Devices protože meacute kladneacute dosavadniacute zkušenosti jsou praacutevě s touto firmu Jejich

maximaacutelniacute vyacutestupniacute kmitočet se pohybuje v rozmeziacute MHz až po GHz Pracovniacute napětiacute

je čistě na uživateli ktereacute ve svyacutech obvodech využiacutevaacute Napaacutejeniacute takovyacutech obvodů je

možneacute volit od 23 V do 55 V Takto niacutezkaacute napětiacute nepřesahujiacute vyacutekon 1 W protože

proudovyacute odběr se pohybuje v řaacutedech miliampeacuterů

Kladeneacute požadavky

Vyacutestupniacute kmitočet alespoň 1 GHz

Laditelnost alespoň 1 Hz

Způsob komunikace SPI

Dostupnost SAMPL vzorku ANO

MSOP pouzdro ANO

Nejmenšiacute počet pinů pouzdra ANO

Vyacuterobce nabiacuteziacute 36 různyacutech generaacutetorů [5] Maximaacutelniacute teoreticky dosažitelnyacute kmitočet

je 175 GHz Způsoby připojeniacute jsou paralelniacute či přes sběrnici SPI Vyacutekonoveacute kategorie

se pohybujiacute od 11 mW po 42 W Počet pinů pouzder je v rozmeziacute 10 až 100 pinů Při

vyacuteběru ze souhrnneacute tabulky vyraacuteběnyacutech DDS generaacutetorů všechny stanoveneacute požadavky

splňuje generaacutetor AD 9833

Vyacutestupniacute kmitočet je teoreticky možneacute realizovat do 125 MHz Laditelnost slova je

01 Hz Připojeniacute je realizovaacuteno sběrniciacute SPI Disponuje takeacute pouzdrem MSOP s 10

piny Splňuje tiacutem podmiacutenku nejmenšiacuteho dostupneacuteho počtu pinů pouzdra a tiacutem

zjednodušuje budouciacute naacutevrh DPS Vyacutekonovaacute spotřeba se pohybuje kolem 275 mW a

vyacutestupniacute proud je 3 mA

Kromě generovaacuteniacute sinusoveacuteho obdeacutelniacutekoveacuteho či piloveacuteho průběhu v širokeacutem spektru

kmitočtů stojiacute takeacute za zmiacutenku AD9830 AD9831 AD9832 AD9857 AD9858 Lze jimi

generovat signaacutely frekvenčně a faacutezově modulovaneacute Dajiacute se požiacutet i pro kliacutečovaacuteniacute

faacutezovyacutem posunem

5

13 Dostupneacute mikrokontrolery

Na trhu se nejčastěji vyskytujiacute tři zaacutestupci vyacuterobců mikrokontrolerů Jednaacute se o Intel

kteryacute vyraacutebiacute nejčastěji mikrokontrolery řady 8051 Konkurentem na trhu je firma

Microchip kteryacute zastupujiacute mikrokontrolery PIC Posledniacutem silnyacutem zaacutestupcem trhu je

firma Atmel s mikrokontrolery řad AVR

Diacuteky předchoziacutem zkušenostem s produkty firmy Microchip se můj vyacuteběr orientoval na

jejich produkty Nabiacuteziacute se širokaacute škaacutela 8 bitovyacute chipů z řad PIC 10 PIC 12 PIC 16 a

PIC 18 Orientace se zaměřila na posledniacute skupinu kteraacute maacute optimalizovanou

architekturu pro C kompilaacutetory

Požadavky ktereacute mikrokontroler musiacute splňovat

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů Viacutece jak 20 IO

Rychlost CPU Viacutece jak 10 MHz

Programovaacute paměť Viacutece jak 20 kB

Perifeacuterie SPI

Paměť RAM 37 kB

Typ pouzdra TQFP

Obr 12 Počet IO pinů a paměťovyacute prostor jednotlivyacutech řad rodiny PIC [14]

6

Tyto požadavky splňuje PIC18F46K22

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů 36 IO

Rychlost CPU Až 64 MHz

Programovaacute paměť Až 64 kB

Perifeacuterie 2x SPI

Paměť RAM 3896 kB

Typ pouzdra TQFP

Předchoziacute zkušenosti ANO

Obr 13 Porovnaacuteniacute 8 bitovyacutech architektur řad PIC

[14]

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

Abstrakt

Praacutece pojednaacutevaacute o naacutevrhu generaacutetoru tvarovyacutech kmitů řiacutezeneacuteho mikrokontrolerem

Zařiacutezeniacute umožňuje generovat 3 harmonickeacute průběhy A to sinusovyacute průběh

obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute Lze regulovat vyacutesledneacute napětiacute frekvenci a offset Vyacutestupniacute napětiacute

lze regulovat do 10 Vp-p Vyacutestup je zakončenyacute BNC konektorem

Informace a aktuaacutelniacutem stavu generaacutetoru jsou indikovaacuteny na LCD displeji kteryacute je

připojen k mikrokontroleru PIC18F45K22 kteryacute zaacuteroveň řiacutediacute generaacutetor funkciacute AD 9833

prostřednictviacute SPI sběrnice Nastaveniacute požadovaneacute frekvence se voliacute prostřednictviacutem

maticoveacute klaacutevesnice

Kliacutečovaacute slova AD9833 PIC18F45K22 SPI

Abstract

Work deals with the design of the generator waveform controlled by a microcontroller

The device enables to generate 3 harmonic progressions This sinusoidal rectangular

and the saw It can regulate the resulting voltage frequency and offset The output

voltage can be regulated to 10 Vp-p The output is terminated with a BNC connector

Information and current status of the generator are indicated on the LCD which is

connected to the microcontroller PIC18F45K22 which also controls the function

generator AD 9833 via SPI bus Setting the desired frequency is selected via the keypad

matrix

Keywords AD9833 PIC18F45K22 SPI

Obsah

Obsah

Uacutevod 1

1 Problematika generaacutetorů funkciacute 2

11 Metoda DDS 2

12 Dostupneacute generaacutetory 4

13 Dostupneacute mikrokontrolery 5

2 Použityacute generaacutetor AD 9833 7

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru 8

22 Popis pinů obvodu 9

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem 10

24 Seacuteriovyacute přenos 10

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru 11

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru 11

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce 12

28 Popis slova Control 13

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute mikrokontrolerem 14

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti 15

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti 16

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem 18

4 Programovaacute čaacutest 22

41 Inicializace mikrokontroleru 22

42 Funkce NastavFunkci() 24

43 Inicializace mikrokontroleru 25

44 Funkce ZvolteFunkci() 25

45 Funkce Prenasobeni() 26

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej 26

Odesli() 27 461

VypisCisel() 27 462

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu 28

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry 29

51 Sinusoveacute průběhy 29

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy 30

53 Piloveacute průběhy 32

54 Vyacutestupniacute filtr 33

Simulace filtru 33 541

Naměřeneacute hodnoty filtru 34 542

6 Zaacutevěr 36

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute 37

8 Přiacutelohy 40

81 Terminologickyacute slovniacutek 40

82 Seznam tabulek 41

83 Seznam rovnic 41

84 Seznam obraacutezků 42

85 Scheacutema zapojeniacute 44

86 Naacutevrhy desek plošnyacutech spojů 47

87 Osazovaciacute plaacuteny 50

88 Partlists 53

89 Obsah CD 55

1

Uacutevod

Každyacute elektrotechnik potřebuje k vyacutekonu sveacuteho povolaacuteniacute využiacutevat multimetr

osciloskop a v signaacutelovyacutech soustavaacutech doceniacute takeacute generaacutetor funkciacute pro jejich

diagnostiku a řiacutezeniacute Ciacutelem teacuteto bakalaacuteřskeacute praacutece je seznaacutemit se s principy a způsoby

realizace tvarovyacutech generaacutetorů Jeden takovyacute generaacutetor navrhnout zrealizovat a

navrženeacute vyacutestupniacute parametry ověřit v laboratoři Tento Digitaacutelniacute generaacutetor tvarovyacutech

funkciacute pro laboratorniacute použitiacute maacute uživateli daacutet možnost zvolit ze třiacute harmonickyacutech

průběhů Jednaacute se o sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel s možnostiacute laděniacute

kmitočtu do vyacuteše 1 GHz Vyacutestupniacute napětiacute maacute byacutet měnitelneacute a splňovat maximaacutelniacute

podmiacutenku 10 Vp-p Vnitřniacute impedance generaacutetoru je určena na 50 Ω Samotneacute ovlaacutedaacuteniacute

např volba funkce kmitočtu potvrzeniacute zadanyacutech hodnot připojeniacute aktivniacuteho vyacutestupu

na BNC konektor volba opakovaacuteniacute zadaacuteniacute tak to vše maacute byacutet realizovaacuten prostřednictviacutem

klaacutevesnice Informace o aktuaacutelniacutem stavu generaacutetoru a odezva na uživatele bude

znaacutezorněna na LCD displeji

V prvniacute čaacutesti se zabyacutevaacutem problematikou funkčniacutech generaacutetorů a to zejmeacutena digitaacutelniacutech

Ty spadajiacute do kategorie přiacutemeacute digitaacutelniacute synteacutezy kteraacute se v anglickyacutech textech vyskytuje

pod zkratkou DDS - Direct Digital Synthesis Tento způsob realizace je v dnešniacute době

nejhojněji využiacutevanyacute svojiacute kvalitou parametrů a jednoduchostiacute pro realizaci

V hlavniacute čaacutesti popisuji zvolenyacute naacutevrh a jednotliveacute diacutelčiacute čaacutesti naacutevrhu podrobněji popisuji

Věnuji se zvlaacutešť hardwaroveacute čaacutest (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka HW) a čaacutesti

softwaroveacute (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka SW) V HW čaacutest se sklaacutedaacute ze třiacute desek

plošnyacutech spojů Prvniacute je napaacutejeciacute deska kteraacute zajišťuje veškeraacute pracovniacute napětiacute

jednotlivyacutem obvodům zařiacutezeniacute Druhyacute plošnyacute spoj je řiacutediacuteciacute deska kteraacute obsahuje

mikrokontroler kteryacute obsluhuje komunikaci a nastaveniacute generaacutetoru a zajištuje

komunikaci uživatele s generaacutetorem prostřednictviacutem připojeneacute maticoveacute klaacutevesnice o

rozměrech 4x4 a informuje uživatel o stavu na LCD displeji Jsou zde připojeny dva

potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu Vlastniacute vyacutestup lze fyzicky

připojit na BNC vyacutestup prostřednictviacutem releacute ktereacute takeacute ovlaacutedaacute uživatel klaacutevesniciacute

prostřednictviacutem mikrokontroleru Třetiacute plošnyacute spoj obsahuje aktivniacute filtr kteryacute je

připojen na generaacutetor funkciacute Na teacuteto desce nachaacutezejiacute dvě releacute kteraacute zajišťujiacute připojeniacute a

odpojen vyacutestupu a při obdeacutelniacutekoveacutem průběhu přivaacutediacute vyacutestup z generaacutetoru přiacutemo na

vyacutestup

Samostatnou kapitolu tvořiacute SW čaacutest kteraacute je podrobněji popsaacutena jako celek tak

jednotliveacute čaacutesti pokud o nich neniacute psaacuteno jinde

Na zaacutevěr se věnuji zhodnoceniacute naměřenyacutech vyacutestupniacutech parametrů jak diacutelčiacutech čaacutestiacute tak i

zařiacutezeniacute jako takoveacutemu

2

1 Problematika generaacutetorů funkciacute

Generaacutetory funkciacute jsou znaacutemi několik desetiletiacute Umožnujiacute generovat zaacutekladniacute průběhy

potřebneacute v elektrotechnice Prvniacutemi způsoby tvorby signaacutelů byli kombinace pasivniacutech

prvků s tranzistory a prvniacutemi integrovanyacutemi obvody mezi ktereacute patřily operačniacute

zesilovače Tyto metody jsou dnes překonaacuteny čiacuteslicovou metodou kteraacute nabiacuteziacute košatějšiacute

možnosti realizace signaacutelu prostřednictviacutem jednoho integrovaneacuteho obvodu Takovyacute

obvod je schopen zastoupit několik jednotlivyacutech analogovyacutech obvodů pro generovaacuteniacute

pouze jednoho tvaru signaacutelu Tato metoda je nazyacutevaacutena DDS - Direct Digital Synthesis

Jejiacute přednostiacute je stabilita přesnost a maximaacutelniacute dosažitelneacute kmitočty Jednoduchyacutem

ovlaacutedaacuteniacutem lze regulovat vyacutestupniacute kmitočet ve zlomciacutech 1 Hz při niacutezkeacutem zkresleniacute

Hlavniacutem zaacutestupcem na trhu je firma Analog Devices kteraacute se touto přiacutemou čiacuteslicovou

synteacutezou dlouhodobě zabyacutevaacute Využitiacute je napřiacuteklad v oborech využiacutevajiacuteciacutech laseroveacute

metody radioveacute obory v oborech měřeniacute v automobiloveacutem průmyslu a komunikačniacute

systeacutemy

11 Metoda DDS

Metoda využiacutevaacute faacutezoveacuteho akumulaacutetoru kteryacute přistupuje do paměti typu ROM ve ktereacute

jsou uloženy digitaacutelniacute vzorky funkce sinus Tuto čiacuteslicovou hodnotu naacutesledně převaacutediacute

DAC převodniacutek kteryacute jednotliveacute vzorky převaacutediacute na analogovyacute signaacutel funkce Tento

signaacutel je daacutele potřeba vyhladil od schodoviteacuteho průběhu kteryacute tento převodniacutek

generuje Tuto skutečnost je třeba ošetřit vyacutestupniacutem filtrem typu dolniacute propust

Obr 11 Blokoveacute scheacutema generovaacuteniacute signaacutelu [4]

3

Ve faacutezoveacutem akumulaacutetoru jsou uloženy informace o požadovaneacutem kmitočtu a faacutezoveacutem

posunu celeacute periody vyacutestupniacuteho signaacutelu Během taktu externiacuteho zdroje hodinovyacutech

impulzů se adresa vzorku v paměti ROM navyšuje o jedničku K vynulovaacuteniacute (přetečeniacute)

dochaacuteziacute při dosaženiacute hodnoty 228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

Maximaacutelniacute teoretickaacute vyacutestupniacute frekvence je polovina externiacuteho hodinoveacuteho signaacutelu

(11)

Laditelnost slova dostaneme podiacutelem kmitočtu externiacuteho zdroje hodinoveacuteho signaacutelu ku

228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

(12)

4

12 Dostupneacute generaacutetory

Předniacute zaacutestupce vyacuteroby DDS generaacutetorů funkciacute Analog Devices nabiacuteziacute širokou škaacutelu

integrovanyacutech obvodů nebo takeacute Texas Instruments Jaacute se zaměřil na obvody Analog

Devices protože meacute kladneacute dosavadniacute zkušenosti jsou praacutevě s touto firmu Jejich

maximaacutelniacute vyacutestupniacute kmitočet se pohybuje v rozmeziacute MHz až po GHz Pracovniacute napětiacute

je čistě na uživateli ktereacute ve svyacutech obvodech využiacutevaacute Napaacutejeniacute takovyacutech obvodů je

možneacute volit od 23 V do 55 V Takto niacutezkaacute napětiacute nepřesahujiacute vyacutekon 1 W protože

proudovyacute odběr se pohybuje v řaacutedech miliampeacuterů

Kladeneacute požadavky

Vyacutestupniacute kmitočet alespoň 1 GHz

Laditelnost alespoň 1 Hz

Způsob komunikace SPI

Dostupnost SAMPL vzorku ANO

MSOP pouzdro ANO

Nejmenšiacute počet pinů pouzdra ANO

Vyacuterobce nabiacuteziacute 36 různyacutech generaacutetorů [5] Maximaacutelniacute teoreticky dosažitelnyacute kmitočet

je 175 GHz Způsoby připojeniacute jsou paralelniacute či přes sběrnici SPI Vyacutekonoveacute kategorie

se pohybujiacute od 11 mW po 42 W Počet pinů pouzder je v rozmeziacute 10 až 100 pinů Při

vyacuteběru ze souhrnneacute tabulky vyraacuteběnyacutech DDS generaacutetorů všechny stanoveneacute požadavky

splňuje generaacutetor AD 9833

Vyacutestupniacute kmitočet je teoreticky možneacute realizovat do 125 MHz Laditelnost slova je

01 Hz Připojeniacute je realizovaacuteno sběrniciacute SPI Disponuje takeacute pouzdrem MSOP s 10

piny Splňuje tiacutem podmiacutenku nejmenšiacuteho dostupneacuteho počtu pinů pouzdra a tiacutem

zjednodušuje budouciacute naacutevrh DPS Vyacutekonovaacute spotřeba se pohybuje kolem 275 mW a

vyacutestupniacute proud je 3 mA

Kromě generovaacuteniacute sinusoveacuteho obdeacutelniacutekoveacuteho či piloveacuteho průběhu v širokeacutem spektru

kmitočtů stojiacute takeacute za zmiacutenku AD9830 AD9831 AD9832 AD9857 AD9858 Lze jimi

generovat signaacutely frekvenčně a faacutezově modulovaneacute Dajiacute se požiacutet i pro kliacutečovaacuteniacute

faacutezovyacutem posunem

5

13 Dostupneacute mikrokontrolery

Na trhu se nejčastěji vyskytujiacute tři zaacutestupci vyacuterobců mikrokontrolerů Jednaacute se o Intel

kteryacute vyraacutebiacute nejčastěji mikrokontrolery řady 8051 Konkurentem na trhu je firma

Microchip kteryacute zastupujiacute mikrokontrolery PIC Posledniacutem silnyacutem zaacutestupcem trhu je

firma Atmel s mikrokontrolery řad AVR

Diacuteky předchoziacutem zkušenostem s produkty firmy Microchip se můj vyacuteběr orientoval na

jejich produkty Nabiacuteziacute se širokaacute škaacutela 8 bitovyacute chipů z řad PIC 10 PIC 12 PIC 16 a

PIC 18 Orientace se zaměřila na posledniacute skupinu kteraacute maacute optimalizovanou

architekturu pro C kompilaacutetory

Požadavky ktereacute mikrokontroler musiacute splňovat

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů Viacutece jak 20 IO

Rychlost CPU Viacutece jak 10 MHz

Programovaacute paměť Viacutece jak 20 kB

Perifeacuterie SPI

Paměť RAM 37 kB

Typ pouzdra TQFP

Obr 12 Počet IO pinů a paměťovyacute prostor jednotlivyacutech řad rodiny PIC [14]

6

Tyto požadavky splňuje PIC18F46K22

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů 36 IO

Rychlost CPU Až 64 MHz

Programovaacute paměť Až 64 kB

Perifeacuterie 2x SPI

Paměť RAM 3896 kB

Typ pouzdra TQFP

Předchoziacute zkušenosti ANO

Obr 13 Porovnaacuteniacute 8 bitovyacutech architektur řad PIC

[14]

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

Obsah

Obsah

Uacutevod 1

1 Problematika generaacutetorů funkciacute 2

11 Metoda DDS 2

12 Dostupneacute generaacutetory 4

13 Dostupneacute mikrokontrolery 5

2 Použityacute generaacutetor AD 9833 7

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru 8

22 Popis pinů obvodu 9

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem 10

24 Seacuteriovyacute přenos 10

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru 11

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru 11

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce 12

28 Popis slova Control 13

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute mikrokontrolerem 14

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti 15

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti 16

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem 18

4 Programovaacute čaacutest 22

41 Inicializace mikrokontroleru 22

42 Funkce NastavFunkci() 24

43 Inicializace mikrokontroleru 25

44 Funkce ZvolteFunkci() 25

45 Funkce Prenasobeni() 26

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej 26

Odesli() 27 461

VypisCisel() 27 462

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu 28

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry 29

51 Sinusoveacute průběhy 29

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy 30

53 Piloveacute průběhy 32

54 Vyacutestupniacute filtr 33

Simulace filtru 33 541

Naměřeneacute hodnoty filtru 34 542

6 Zaacutevěr 36

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute 37

8 Přiacutelohy 40

81 Terminologickyacute slovniacutek 40

82 Seznam tabulek 41

83 Seznam rovnic 41

84 Seznam obraacutezků 42

85 Scheacutema zapojeniacute 44

86 Naacutevrhy desek plošnyacutech spojů 47

87 Osazovaciacute plaacuteny 50

88 Partlists 53

89 Obsah CD 55

1

Uacutevod

Každyacute elektrotechnik potřebuje k vyacutekonu sveacuteho povolaacuteniacute využiacutevat multimetr

osciloskop a v signaacutelovyacutech soustavaacutech doceniacute takeacute generaacutetor funkciacute pro jejich

diagnostiku a řiacutezeniacute Ciacutelem teacuteto bakalaacuteřskeacute praacutece je seznaacutemit se s principy a způsoby

realizace tvarovyacutech generaacutetorů Jeden takovyacute generaacutetor navrhnout zrealizovat a

navrženeacute vyacutestupniacute parametry ověřit v laboratoři Tento Digitaacutelniacute generaacutetor tvarovyacutech

funkciacute pro laboratorniacute použitiacute maacute uživateli daacutet možnost zvolit ze třiacute harmonickyacutech

průběhů Jednaacute se o sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel s možnostiacute laděniacute

kmitočtu do vyacuteše 1 GHz Vyacutestupniacute napětiacute maacute byacutet měnitelneacute a splňovat maximaacutelniacute

podmiacutenku 10 Vp-p Vnitřniacute impedance generaacutetoru je určena na 50 Ω Samotneacute ovlaacutedaacuteniacute

např volba funkce kmitočtu potvrzeniacute zadanyacutech hodnot připojeniacute aktivniacuteho vyacutestupu

na BNC konektor volba opakovaacuteniacute zadaacuteniacute tak to vše maacute byacutet realizovaacuten prostřednictviacutem

klaacutevesnice Informace o aktuaacutelniacutem stavu generaacutetoru a odezva na uživatele bude

znaacutezorněna na LCD displeji

V prvniacute čaacutesti se zabyacutevaacutem problematikou funkčniacutech generaacutetorů a to zejmeacutena digitaacutelniacutech

Ty spadajiacute do kategorie přiacutemeacute digitaacutelniacute synteacutezy kteraacute se v anglickyacutech textech vyskytuje

pod zkratkou DDS - Direct Digital Synthesis Tento způsob realizace je v dnešniacute době

nejhojněji využiacutevanyacute svojiacute kvalitou parametrů a jednoduchostiacute pro realizaci

V hlavniacute čaacutesti popisuji zvolenyacute naacutevrh a jednotliveacute diacutelčiacute čaacutesti naacutevrhu podrobněji popisuji

Věnuji se zvlaacutešť hardwaroveacute čaacutest (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka HW) a čaacutesti

softwaroveacute (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka SW) V HW čaacutest se sklaacutedaacute ze třiacute desek

plošnyacutech spojů Prvniacute je napaacutejeciacute deska kteraacute zajišťuje veškeraacute pracovniacute napětiacute

jednotlivyacutem obvodům zařiacutezeniacute Druhyacute plošnyacute spoj je řiacutediacuteciacute deska kteraacute obsahuje

mikrokontroler kteryacute obsluhuje komunikaci a nastaveniacute generaacutetoru a zajištuje

komunikaci uživatele s generaacutetorem prostřednictviacutem připojeneacute maticoveacute klaacutevesnice o

rozměrech 4x4 a informuje uživatel o stavu na LCD displeji Jsou zde připojeny dva

potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu Vlastniacute vyacutestup lze fyzicky

připojit na BNC vyacutestup prostřednictviacutem releacute ktereacute takeacute ovlaacutedaacute uživatel klaacutevesniciacute

prostřednictviacutem mikrokontroleru Třetiacute plošnyacute spoj obsahuje aktivniacute filtr kteryacute je

připojen na generaacutetor funkciacute Na teacuteto desce nachaacutezejiacute dvě releacute kteraacute zajišťujiacute připojeniacute a

odpojen vyacutestupu a při obdeacutelniacutekoveacutem průběhu přivaacutediacute vyacutestup z generaacutetoru přiacutemo na

vyacutestup

Samostatnou kapitolu tvořiacute SW čaacutest kteraacute je podrobněji popsaacutena jako celek tak

jednotliveacute čaacutesti pokud o nich neniacute psaacuteno jinde

Na zaacutevěr se věnuji zhodnoceniacute naměřenyacutech vyacutestupniacutech parametrů jak diacutelčiacutech čaacutestiacute tak i

zařiacutezeniacute jako takoveacutemu

2

1 Problematika generaacutetorů funkciacute

Generaacutetory funkciacute jsou znaacutemi několik desetiletiacute Umožnujiacute generovat zaacutekladniacute průběhy

potřebneacute v elektrotechnice Prvniacutemi způsoby tvorby signaacutelů byli kombinace pasivniacutech

prvků s tranzistory a prvniacutemi integrovanyacutemi obvody mezi ktereacute patřily operačniacute

zesilovače Tyto metody jsou dnes překonaacuteny čiacuteslicovou metodou kteraacute nabiacuteziacute košatějšiacute

možnosti realizace signaacutelu prostřednictviacutem jednoho integrovaneacuteho obvodu Takovyacute

obvod je schopen zastoupit několik jednotlivyacutech analogovyacutech obvodů pro generovaacuteniacute

pouze jednoho tvaru signaacutelu Tato metoda je nazyacutevaacutena DDS - Direct Digital Synthesis

Jejiacute přednostiacute je stabilita přesnost a maximaacutelniacute dosažitelneacute kmitočty Jednoduchyacutem

ovlaacutedaacuteniacutem lze regulovat vyacutestupniacute kmitočet ve zlomciacutech 1 Hz při niacutezkeacutem zkresleniacute

Hlavniacutem zaacutestupcem na trhu je firma Analog Devices kteraacute se touto přiacutemou čiacuteslicovou

synteacutezou dlouhodobě zabyacutevaacute Využitiacute je napřiacuteklad v oborech využiacutevajiacuteciacutech laseroveacute

metody radioveacute obory v oborech měřeniacute v automobiloveacutem průmyslu a komunikačniacute

systeacutemy

11 Metoda DDS

Metoda využiacutevaacute faacutezoveacuteho akumulaacutetoru kteryacute přistupuje do paměti typu ROM ve ktereacute

jsou uloženy digitaacutelniacute vzorky funkce sinus Tuto čiacuteslicovou hodnotu naacutesledně převaacutediacute

DAC převodniacutek kteryacute jednotliveacute vzorky převaacutediacute na analogovyacute signaacutel funkce Tento

signaacutel je daacutele potřeba vyhladil od schodoviteacuteho průběhu kteryacute tento převodniacutek

generuje Tuto skutečnost je třeba ošetřit vyacutestupniacutem filtrem typu dolniacute propust

Obr 11 Blokoveacute scheacutema generovaacuteniacute signaacutelu [4]

3

Ve faacutezoveacutem akumulaacutetoru jsou uloženy informace o požadovaneacutem kmitočtu a faacutezoveacutem

posunu celeacute periody vyacutestupniacuteho signaacutelu Během taktu externiacuteho zdroje hodinovyacutech

impulzů se adresa vzorku v paměti ROM navyšuje o jedničku K vynulovaacuteniacute (přetečeniacute)

dochaacuteziacute při dosaženiacute hodnoty 228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

Maximaacutelniacute teoretickaacute vyacutestupniacute frekvence je polovina externiacuteho hodinoveacuteho signaacutelu

(11)

Laditelnost slova dostaneme podiacutelem kmitočtu externiacuteho zdroje hodinoveacuteho signaacutelu ku

228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

(12)

4

12 Dostupneacute generaacutetory

Předniacute zaacutestupce vyacuteroby DDS generaacutetorů funkciacute Analog Devices nabiacuteziacute širokou škaacutelu

integrovanyacutech obvodů nebo takeacute Texas Instruments Jaacute se zaměřil na obvody Analog

Devices protože meacute kladneacute dosavadniacute zkušenosti jsou praacutevě s touto firmu Jejich

maximaacutelniacute vyacutestupniacute kmitočet se pohybuje v rozmeziacute MHz až po GHz Pracovniacute napětiacute

je čistě na uživateli ktereacute ve svyacutech obvodech využiacutevaacute Napaacutejeniacute takovyacutech obvodů je

možneacute volit od 23 V do 55 V Takto niacutezkaacute napětiacute nepřesahujiacute vyacutekon 1 W protože

proudovyacute odběr se pohybuje v řaacutedech miliampeacuterů

Kladeneacute požadavky

Vyacutestupniacute kmitočet alespoň 1 GHz

Laditelnost alespoň 1 Hz

Způsob komunikace SPI

Dostupnost SAMPL vzorku ANO

MSOP pouzdro ANO

Nejmenšiacute počet pinů pouzdra ANO

Vyacuterobce nabiacuteziacute 36 různyacutech generaacutetorů [5] Maximaacutelniacute teoreticky dosažitelnyacute kmitočet

je 175 GHz Způsoby připojeniacute jsou paralelniacute či přes sběrnici SPI Vyacutekonoveacute kategorie

se pohybujiacute od 11 mW po 42 W Počet pinů pouzder je v rozmeziacute 10 až 100 pinů Při

vyacuteběru ze souhrnneacute tabulky vyraacuteběnyacutech DDS generaacutetorů všechny stanoveneacute požadavky

splňuje generaacutetor AD 9833

Vyacutestupniacute kmitočet je teoreticky možneacute realizovat do 125 MHz Laditelnost slova je

01 Hz Připojeniacute je realizovaacuteno sběrniciacute SPI Disponuje takeacute pouzdrem MSOP s 10

piny Splňuje tiacutem podmiacutenku nejmenšiacuteho dostupneacuteho počtu pinů pouzdra a tiacutem

zjednodušuje budouciacute naacutevrh DPS Vyacutekonovaacute spotřeba se pohybuje kolem 275 mW a

vyacutestupniacute proud je 3 mA

Kromě generovaacuteniacute sinusoveacuteho obdeacutelniacutekoveacuteho či piloveacuteho průběhu v širokeacutem spektru

kmitočtů stojiacute takeacute za zmiacutenku AD9830 AD9831 AD9832 AD9857 AD9858 Lze jimi

generovat signaacutely frekvenčně a faacutezově modulovaneacute Dajiacute se požiacutet i pro kliacutečovaacuteniacute

faacutezovyacutem posunem

5

13 Dostupneacute mikrokontrolery

Na trhu se nejčastěji vyskytujiacute tři zaacutestupci vyacuterobců mikrokontrolerů Jednaacute se o Intel

kteryacute vyraacutebiacute nejčastěji mikrokontrolery řady 8051 Konkurentem na trhu je firma

Microchip kteryacute zastupujiacute mikrokontrolery PIC Posledniacutem silnyacutem zaacutestupcem trhu je

firma Atmel s mikrokontrolery řad AVR

Diacuteky předchoziacutem zkušenostem s produkty firmy Microchip se můj vyacuteběr orientoval na

jejich produkty Nabiacuteziacute se širokaacute škaacutela 8 bitovyacute chipů z řad PIC 10 PIC 12 PIC 16 a

PIC 18 Orientace se zaměřila na posledniacute skupinu kteraacute maacute optimalizovanou

architekturu pro C kompilaacutetory

Požadavky ktereacute mikrokontroler musiacute splňovat

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů Viacutece jak 20 IO

Rychlost CPU Viacutece jak 10 MHz

Programovaacute paměť Viacutece jak 20 kB

Perifeacuterie SPI

Paměť RAM 37 kB

Typ pouzdra TQFP

Obr 12 Počet IO pinů a paměťovyacute prostor jednotlivyacutech řad rodiny PIC [14]

6

Tyto požadavky splňuje PIC18F46K22

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů 36 IO

Rychlost CPU Až 64 MHz

Programovaacute paměť Až 64 kB

Perifeacuterie 2x SPI

Paměť RAM 3896 kB

Typ pouzdra TQFP

Předchoziacute zkušenosti ANO

Obr 13 Porovnaacuteniacute 8 bitovyacutech architektur řad PIC

[14]

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

51 Sinusoveacute průběhy 29

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy 30

53 Piloveacute průběhy 32

54 Vyacutestupniacute filtr 33

Simulace filtru 33 541

Naměřeneacute hodnoty filtru 34 542

6 Zaacutevěr 36

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute 37

8 Přiacutelohy 40

81 Terminologickyacute slovniacutek 40

82 Seznam tabulek 41

83 Seznam rovnic 41

84 Seznam obraacutezků 42

85 Scheacutema zapojeniacute 44

86 Naacutevrhy desek plošnyacutech spojů 47

87 Osazovaciacute plaacuteny 50

88 Partlists 53

89 Obsah CD 55

1

Uacutevod

Každyacute elektrotechnik potřebuje k vyacutekonu sveacuteho povolaacuteniacute využiacutevat multimetr

osciloskop a v signaacutelovyacutech soustavaacutech doceniacute takeacute generaacutetor funkciacute pro jejich

diagnostiku a řiacutezeniacute Ciacutelem teacuteto bakalaacuteřskeacute praacutece je seznaacutemit se s principy a způsoby

realizace tvarovyacutech generaacutetorů Jeden takovyacute generaacutetor navrhnout zrealizovat a

navrženeacute vyacutestupniacute parametry ověřit v laboratoři Tento Digitaacutelniacute generaacutetor tvarovyacutech

funkciacute pro laboratorniacute použitiacute maacute uživateli daacutet možnost zvolit ze třiacute harmonickyacutech

průběhů Jednaacute se o sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel s možnostiacute laděniacute

kmitočtu do vyacuteše 1 GHz Vyacutestupniacute napětiacute maacute byacutet měnitelneacute a splňovat maximaacutelniacute

podmiacutenku 10 Vp-p Vnitřniacute impedance generaacutetoru je určena na 50 Ω Samotneacute ovlaacutedaacuteniacute

např volba funkce kmitočtu potvrzeniacute zadanyacutech hodnot připojeniacute aktivniacuteho vyacutestupu

na BNC konektor volba opakovaacuteniacute zadaacuteniacute tak to vše maacute byacutet realizovaacuten prostřednictviacutem

klaacutevesnice Informace o aktuaacutelniacutem stavu generaacutetoru a odezva na uživatele bude

znaacutezorněna na LCD displeji

V prvniacute čaacutesti se zabyacutevaacutem problematikou funkčniacutech generaacutetorů a to zejmeacutena digitaacutelniacutech

Ty spadajiacute do kategorie přiacutemeacute digitaacutelniacute synteacutezy kteraacute se v anglickyacutech textech vyskytuje

pod zkratkou DDS - Direct Digital Synthesis Tento způsob realizace je v dnešniacute době

nejhojněji využiacutevanyacute svojiacute kvalitou parametrů a jednoduchostiacute pro realizaci

V hlavniacute čaacutesti popisuji zvolenyacute naacutevrh a jednotliveacute diacutelčiacute čaacutesti naacutevrhu podrobněji popisuji

Věnuji se zvlaacutešť hardwaroveacute čaacutest (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka HW) a čaacutesti

softwaroveacute (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka SW) V HW čaacutest se sklaacutedaacute ze třiacute desek

plošnyacutech spojů Prvniacute je napaacutejeciacute deska kteraacute zajišťuje veškeraacute pracovniacute napětiacute

jednotlivyacutem obvodům zařiacutezeniacute Druhyacute plošnyacute spoj je řiacutediacuteciacute deska kteraacute obsahuje

mikrokontroler kteryacute obsluhuje komunikaci a nastaveniacute generaacutetoru a zajištuje

komunikaci uživatele s generaacutetorem prostřednictviacutem připojeneacute maticoveacute klaacutevesnice o

rozměrech 4x4 a informuje uživatel o stavu na LCD displeji Jsou zde připojeny dva

potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu Vlastniacute vyacutestup lze fyzicky

připojit na BNC vyacutestup prostřednictviacutem releacute ktereacute takeacute ovlaacutedaacute uživatel klaacutevesniciacute

prostřednictviacutem mikrokontroleru Třetiacute plošnyacute spoj obsahuje aktivniacute filtr kteryacute je

připojen na generaacutetor funkciacute Na teacuteto desce nachaacutezejiacute dvě releacute kteraacute zajišťujiacute připojeniacute a

odpojen vyacutestupu a při obdeacutelniacutekoveacutem průběhu přivaacutediacute vyacutestup z generaacutetoru přiacutemo na

vyacutestup

Samostatnou kapitolu tvořiacute SW čaacutest kteraacute je podrobněji popsaacutena jako celek tak

jednotliveacute čaacutesti pokud o nich neniacute psaacuteno jinde

Na zaacutevěr se věnuji zhodnoceniacute naměřenyacutech vyacutestupniacutech parametrů jak diacutelčiacutech čaacutestiacute tak i

zařiacutezeniacute jako takoveacutemu

2

1 Problematika generaacutetorů funkciacute

Generaacutetory funkciacute jsou znaacutemi několik desetiletiacute Umožnujiacute generovat zaacutekladniacute průběhy

potřebneacute v elektrotechnice Prvniacutemi způsoby tvorby signaacutelů byli kombinace pasivniacutech

prvků s tranzistory a prvniacutemi integrovanyacutemi obvody mezi ktereacute patřily operačniacute

zesilovače Tyto metody jsou dnes překonaacuteny čiacuteslicovou metodou kteraacute nabiacuteziacute košatějšiacute

možnosti realizace signaacutelu prostřednictviacutem jednoho integrovaneacuteho obvodu Takovyacute

obvod je schopen zastoupit několik jednotlivyacutech analogovyacutech obvodů pro generovaacuteniacute

pouze jednoho tvaru signaacutelu Tato metoda je nazyacutevaacutena DDS - Direct Digital Synthesis

Jejiacute přednostiacute je stabilita přesnost a maximaacutelniacute dosažitelneacute kmitočty Jednoduchyacutem

ovlaacutedaacuteniacutem lze regulovat vyacutestupniacute kmitočet ve zlomciacutech 1 Hz při niacutezkeacutem zkresleniacute

Hlavniacutem zaacutestupcem na trhu je firma Analog Devices kteraacute se touto přiacutemou čiacuteslicovou

synteacutezou dlouhodobě zabyacutevaacute Využitiacute je napřiacuteklad v oborech využiacutevajiacuteciacutech laseroveacute

metody radioveacute obory v oborech měřeniacute v automobiloveacutem průmyslu a komunikačniacute

systeacutemy

11 Metoda DDS

Metoda využiacutevaacute faacutezoveacuteho akumulaacutetoru kteryacute přistupuje do paměti typu ROM ve ktereacute

jsou uloženy digitaacutelniacute vzorky funkce sinus Tuto čiacuteslicovou hodnotu naacutesledně převaacutediacute

DAC převodniacutek kteryacute jednotliveacute vzorky převaacutediacute na analogovyacute signaacutel funkce Tento

signaacutel je daacutele potřeba vyhladil od schodoviteacuteho průběhu kteryacute tento převodniacutek

generuje Tuto skutečnost je třeba ošetřit vyacutestupniacutem filtrem typu dolniacute propust

Obr 11 Blokoveacute scheacutema generovaacuteniacute signaacutelu [4]

3

Ve faacutezoveacutem akumulaacutetoru jsou uloženy informace o požadovaneacutem kmitočtu a faacutezoveacutem

posunu celeacute periody vyacutestupniacuteho signaacutelu Během taktu externiacuteho zdroje hodinovyacutech

impulzů se adresa vzorku v paměti ROM navyšuje o jedničku K vynulovaacuteniacute (přetečeniacute)

dochaacuteziacute při dosaženiacute hodnoty 228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

Maximaacutelniacute teoretickaacute vyacutestupniacute frekvence je polovina externiacuteho hodinoveacuteho signaacutelu

(11)

Laditelnost slova dostaneme podiacutelem kmitočtu externiacuteho zdroje hodinoveacuteho signaacutelu ku

228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

(12)

4

12 Dostupneacute generaacutetory

Předniacute zaacutestupce vyacuteroby DDS generaacutetorů funkciacute Analog Devices nabiacuteziacute širokou škaacutelu

integrovanyacutech obvodů nebo takeacute Texas Instruments Jaacute se zaměřil na obvody Analog

Devices protože meacute kladneacute dosavadniacute zkušenosti jsou praacutevě s touto firmu Jejich

maximaacutelniacute vyacutestupniacute kmitočet se pohybuje v rozmeziacute MHz až po GHz Pracovniacute napětiacute

je čistě na uživateli ktereacute ve svyacutech obvodech využiacutevaacute Napaacutejeniacute takovyacutech obvodů je

možneacute volit od 23 V do 55 V Takto niacutezkaacute napětiacute nepřesahujiacute vyacutekon 1 W protože

proudovyacute odběr se pohybuje v řaacutedech miliampeacuterů

Kladeneacute požadavky

Vyacutestupniacute kmitočet alespoň 1 GHz

Laditelnost alespoň 1 Hz

Způsob komunikace SPI

Dostupnost SAMPL vzorku ANO

MSOP pouzdro ANO

Nejmenšiacute počet pinů pouzdra ANO

Vyacuterobce nabiacuteziacute 36 různyacutech generaacutetorů [5] Maximaacutelniacute teoreticky dosažitelnyacute kmitočet

je 175 GHz Způsoby připojeniacute jsou paralelniacute či přes sběrnici SPI Vyacutekonoveacute kategorie

se pohybujiacute od 11 mW po 42 W Počet pinů pouzder je v rozmeziacute 10 až 100 pinů Při

vyacuteběru ze souhrnneacute tabulky vyraacuteběnyacutech DDS generaacutetorů všechny stanoveneacute požadavky

splňuje generaacutetor AD 9833

Vyacutestupniacute kmitočet je teoreticky možneacute realizovat do 125 MHz Laditelnost slova je

01 Hz Připojeniacute je realizovaacuteno sběrniciacute SPI Disponuje takeacute pouzdrem MSOP s 10

piny Splňuje tiacutem podmiacutenku nejmenšiacuteho dostupneacuteho počtu pinů pouzdra a tiacutem

zjednodušuje budouciacute naacutevrh DPS Vyacutekonovaacute spotřeba se pohybuje kolem 275 mW a

vyacutestupniacute proud je 3 mA

Kromě generovaacuteniacute sinusoveacuteho obdeacutelniacutekoveacuteho či piloveacuteho průběhu v širokeacutem spektru

kmitočtů stojiacute takeacute za zmiacutenku AD9830 AD9831 AD9832 AD9857 AD9858 Lze jimi

generovat signaacutely frekvenčně a faacutezově modulovaneacute Dajiacute se požiacutet i pro kliacutečovaacuteniacute

faacutezovyacutem posunem

5

13 Dostupneacute mikrokontrolery

Na trhu se nejčastěji vyskytujiacute tři zaacutestupci vyacuterobců mikrokontrolerů Jednaacute se o Intel

kteryacute vyraacutebiacute nejčastěji mikrokontrolery řady 8051 Konkurentem na trhu je firma

Microchip kteryacute zastupujiacute mikrokontrolery PIC Posledniacutem silnyacutem zaacutestupcem trhu je

firma Atmel s mikrokontrolery řad AVR

Diacuteky předchoziacutem zkušenostem s produkty firmy Microchip se můj vyacuteběr orientoval na

jejich produkty Nabiacuteziacute se širokaacute škaacutela 8 bitovyacute chipů z řad PIC 10 PIC 12 PIC 16 a

PIC 18 Orientace se zaměřila na posledniacute skupinu kteraacute maacute optimalizovanou

architekturu pro C kompilaacutetory

Požadavky ktereacute mikrokontroler musiacute splňovat

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů Viacutece jak 20 IO

Rychlost CPU Viacutece jak 10 MHz

Programovaacute paměť Viacutece jak 20 kB

Perifeacuterie SPI

Paměť RAM 37 kB

Typ pouzdra TQFP

Obr 12 Počet IO pinů a paměťovyacute prostor jednotlivyacutech řad rodiny PIC [14]

6

Tyto požadavky splňuje PIC18F46K22

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů 36 IO

Rychlost CPU Až 64 MHz

Programovaacute paměť Až 64 kB

Perifeacuterie 2x SPI

Paměť RAM 3896 kB

Typ pouzdra TQFP

Předchoziacute zkušenosti ANO

Obr 13 Porovnaacuteniacute 8 bitovyacutech architektur řad PIC

[14]

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

1

Uacutevod

Každyacute elektrotechnik potřebuje k vyacutekonu sveacuteho povolaacuteniacute využiacutevat multimetr

osciloskop a v signaacutelovyacutech soustavaacutech doceniacute takeacute generaacutetor funkciacute pro jejich

diagnostiku a řiacutezeniacute Ciacutelem teacuteto bakalaacuteřskeacute praacutece je seznaacutemit se s principy a způsoby

realizace tvarovyacutech generaacutetorů Jeden takovyacute generaacutetor navrhnout zrealizovat a

navrženeacute vyacutestupniacute parametry ověřit v laboratoři Tento Digitaacutelniacute generaacutetor tvarovyacutech

funkciacute pro laboratorniacute použitiacute maacute uživateli daacutet možnost zvolit ze třiacute harmonickyacutech

průběhů Jednaacute se o sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel s možnostiacute laděniacute

kmitočtu do vyacuteše 1 GHz Vyacutestupniacute napětiacute maacute byacutet měnitelneacute a splňovat maximaacutelniacute

podmiacutenku 10 Vp-p Vnitřniacute impedance generaacutetoru je určena na 50 Ω Samotneacute ovlaacutedaacuteniacute

např volba funkce kmitočtu potvrzeniacute zadanyacutech hodnot připojeniacute aktivniacuteho vyacutestupu

na BNC konektor volba opakovaacuteniacute zadaacuteniacute tak to vše maacute byacutet realizovaacuten prostřednictviacutem

klaacutevesnice Informace o aktuaacutelniacutem stavu generaacutetoru a odezva na uživatele bude

znaacutezorněna na LCD displeji

V prvniacute čaacutesti se zabyacutevaacutem problematikou funkčniacutech generaacutetorů a to zejmeacutena digitaacutelniacutech

Ty spadajiacute do kategorie přiacutemeacute digitaacutelniacute synteacutezy kteraacute se v anglickyacutech textech vyskytuje

pod zkratkou DDS - Direct Digital Synthesis Tento způsob realizace je v dnešniacute době

nejhojněji využiacutevanyacute svojiacute kvalitou parametrů a jednoduchostiacute pro realizaci

V hlavniacute čaacutesti popisuji zvolenyacute naacutevrh a jednotliveacute diacutelčiacute čaacutesti naacutevrhu podrobněji popisuji

Věnuji se zvlaacutešť hardwaroveacute čaacutest (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka HW) a čaacutesti

softwaroveacute (daacutele bude v textu uvaacuteděna zkratka SW) V HW čaacutest se sklaacutedaacute ze třiacute desek

plošnyacutech spojů Prvniacute je napaacutejeciacute deska kteraacute zajišťuje veškeraacute pracovniacute napětiacute

jednotlivyacutem obvodům zařiacutezeniacute Druhyacute plošnyacute spoj je řiacutediacuteciacute deska kteraacute obsahuje

mikrokontroler kteryacute obsluhuje komunikaci a nastaveniacute generaacutetoru a zajištuje

komunikaci uživatele s generaacutetorem prostřednictviacutem připojeneacute maticoveacute klaacutevesnice o

rozměrech 4x4 a informuje uživatel o stavu na LCD displeji Jsou zde připojeny dva

potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu Vlastniacute vyacutestup lze fyzicky

připojit na BNC vyacutestup prostřednictviacutem releacute ktereacute takeacute ovlaacutedaacute uživatel klaacutevesniciacute

prostřednictviacutem mikrokontroleru Třetiacute plošnyacute spoj obsahuje aktivniacute filtr kteryacute je

připojen na generaacutetor funkciacute Na teacuteto desce nachaacutezejiacute dvě releacute kteraacute zajišťujiacute připojeniacute a

odpojen vyacutestupu a při obdeacutelniacutekoveacutem průběhu přivaacutediacute vyacutestup z generaacutetoru přiacutemo na

vyacutestup

Samostatnou kapitolu tvořiacute SW čaacutest kteraacute je podrobněji popsaacutena jako celek tak

jednotliveacute čaacutesti pokud o nich neniacute psaacuteno jinde

Na zaacutevěr se věnuji zhodnoceniacute naměřenyacutech vyacutestupniacutech parametrů jak diacutelčiacutech čaacutestiacute tak i

zařiacutezeniacute jako takoveacutemu

2

1 Problematika generaacutetorů funkciacute

Generaacutetory funkciacute jsou znaacutemi několik desetiletiacute Umožnujiacute generovat zaacutekladniacute průběhy

potřebneacute v elektrotechnice Prvniacutemi způsoby tvorby signaacutelů byli kombinace pasivniacutech

prvků s tranzistory a prvniacutemi integrovanyacutemi obvody mezi ktereacute patřily operačniacute

zesilovače Tyto metody jsou dnes překonaacuteny čiacuteslicovou metodou kteraacute nabiacuteziacute košatějšiacute

možnosti realizace signaacutelu prostřednictviacutem jednoho integrovaneacuteho obvodu Takovyacute

obvod je schopen zastoupit několik jednotlivyacutech analogovyacutech obvodů pro generovaacuteniacute

pouze jednoho tvaru signaacutelu Tato metoda je nazyacutevaacutena DDS - Direct Digital Synthesis

Jejiacute přednostiacute je stabilita přesnost a maximaacutelniacute dosažitelneacute kmitočty Jednoduchyacutem

ovlaacutedaacuteniacutem lze regulovat vyacutestupniacute kmitočet ve zlomciacutech 1 Hz při niacutezkeacutem zkresleniacute

Hlavniacutem zaacutestupcem na trhu je firma Analog Devices kteraacute se touto přiacutemou čiacuteslicovou

synteacutezou dlouhodobě zabyacutevaacute Využitiacute je napřiacuteklad v oborech využiacutevajiacuteciacutech laseroveacute

metody radioveacute obory v oborech měřeniacute v automobiloveacutem průmyslu a komunikačniacute

systeacutemy

11 Metoda DDS

Metoda využiacutevaacute faacutezoveacuteho akumulaacutetoru kteryacute přistupuje do paměti typu ROM ve ktereacute

jsou uloženy digitaacutelniacute vzorky funkce sinus Tuto čiacuteslicovou hodnotu naacutesledně převaacutediacute

DAC převodniacutek kteryacute jednotliveacute vzorky převaacutediacute na analogovyacute signaacutel funkce Tento

signaacutel je daacutele potřeba vyhladil od schodoviteacuteho průběhu kteryacute tento převodniacutek

generuje Tuto skutečnost je třeba ošetřit vyacutestupniacutem filtrem typu dolniacute propust

Obr 11 Blokoveacute scheacutema generovaacuteniacute signaacutelu [4]

3

Ve faacutezoveacutem akumulaacutetoru jsou uloženy informace o požadovaneacutem kmitočtu a faacutezoveacutem

posunu celeacute periody vyacutestupniacuteho signaacutelu Během taktu externiacuteho zdroje hodinovyacutech

impulzů se adresa vzorku v paměti ROM navyšuje o jedničku K vynulovaacuteniacute (přetečeniacute)

dochaacuteziacute při dosaženiacute hodnoty 228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

Maximaacutelniacute teoretickaacute vyacutestupniacute frekvence je polovina externiacuteho hodinoveacuteho signaacutelu

(11)

Laditelnost slova dostaneme podiacutelem kmitočtu externiacuteho zdroje hodinoveacuteho signaacutelu ku

228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

(12)

4

12 Dostupneacute generaacutetory

Předniacute zaacutestupce vyacuteroby DDS generaacutetorů funkciacute Analog Devices nabiacuteziacute širokou škaacutelu

integrovanyacutech obvodů nebo takeacute Texas Instruments Jaacute se zaměřil na obvody Analog

Devices protože meacute kladneacute dosavadniacute zkušenosti jsou praacutevě s touto firmu Jejich

maximaacutelniacute vyacutestupniacute kmitočet se pohybuje v rozmeziacute MHz až po GHz Pracovniacute napětiacute

je čistě na uživateli ktereacute ve svyacutech obvodech využiacutevaacute Napaacutejeniacute takovyacutech obvodů je

možneacute volit od 23 V do 55 V Takto niacutezkaacute napětiacute nepřesahujiacute vyacutekon 1 W protože

proudovyacute odběr se pohybuje v řaacutedech miliampeacuterů

Kladeneacute požadavky

Vyacutestupniacute kmitočet alespoň 1 GHz

Laditelnost alespoň 1 Hz

Způsob komunikace SPI

Dostupnost SAMPL vzorku ANO

MSOP pouzdro ANO

Nejmenšiacute počet pinů pouzdra ANO

Vyacuterobce nabiacuteziacute 36 různyacutech generaacutetorů [5] Maximaacutelniacute teoreticky dosažitelnyacute kmitočet

je 175 GHz Způsoby připojeniacute jsou paralelniacute či přes sběrnici SPI Vyacutekonoveacute kategorie

se pohybujiacute od 11 mW po 42 W Počet pinů pouzder je v rozmeziacute 10 až 100 pinů Při

vyacuteběru ze souhrnneacute tabulky vyraacuteběnyacutech DDS generaacutetorů všechny stanoveneacute požadavky

splňuje generaacutetor AD 9833

Vyacutestupniacute kmitočet je teoreticky možneacute realizovat do 125 MHz Laditelnost slova je

01 Hz Připojeniacute je realizovaacuteno sběrniciacute SPI Disponuje takeacute pouzdrem MSOP s 10

piny Splňuje tiacutem podmiacutenku nejmenšiacuteho dostupneacuteho počtu pinů pouzdra a tiacutem

zjednodušuje budouciacute naacutevrh DPS Vyacutekonovaacute spotřeba se pohybuje kolem 275 mW a

vyacutestupniacute proud je 3 mA

Kromě generovaacuteniacute sinusoveacuteho obdeacutelniacutekoveacuteho či piloveacuteho průběhu v širokeacutem spektru

kmitočtů stojiacute takeacute za zmiacutenku AD9830 AD9831 AD9832 AD9857 AD9858 Lze jimi

generovat signaacutely frekvenčně a faacutezově modulovaneacute Dajiacute se požiacutet i pro kliacutečovaacuteniacute

faacutezovyacutem posunem

5

13 Dostupneacute mikrokontrolery

Na trhu se nejčastěji vyskytujiacute tři zaacutestupci vyacuterobců mikrokontrolerů Jednaacute se o Intel

kteryacute vyraacutebiacute nejčastěji mikrokontrolery řady 8051 Konkurentem na trhu je firma

Microchip kteryacute zastupujiacute mikrokontrolery PIC Posledniacutem silnyacutem zaacutestupcem trhu je

firma Atmel s mikrokontrolery řad AVR

Diacuteky předchoziacutem zkušenostem s produkty firmy Microchip se můj vyacuteběr orientoval na

jejich produkty Nabiacuteziacute se širokaacute škaacutela 8 bitovyacute chipů z řad PIC 10 PIC 12 PIC 16 a

PIC 18 Orientace se zaměřila na posledniacute skupinu kteraacute maacute optimalizovanou

architekturu pro C kompilaacutetory

Požadavky ktereacute mikrokontroler musiacute splňovat

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů Viacutece jak 20 IO

Rychlost CPU Viacutece jak 10 MHz

Programovaacute paměť Viacutece jak 20 kB

Perifeacuterie SPI

Paměť RAM 37 kB

Typ pouzdra TQFP

Obr 12 Počet IO pinů a paměťovyacute prostor jednotlivyacutech řad rodiny PIC [14]

6

Tyto požadavky splňuje PIC18F46K22

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů 36 IO

Rychlost CPU Až 64 MHz

Programovaacute paměť Až 64 kB

Perifeacuterie 2x SPI

Paměť RAM 3896 kB

Typ pouzdra TQFP

Předchoziacute zkušenosti ANO

Obr 13 Porovnaacuteniacute 8 bitovyacutech architektur řad PIC

[14]

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

2

1 Problematika generaacutetorů funkciacute

Generaacutetory funkciacute jsou znaacutemi několik desetiletiacute Umožnujiacute generovat zaacutekladniacute průběhy

potřebneacute v elektrotechnice Prvniacutemi způsoby tvorby signaacutelů byli kombinace pasivniacutech

prvků s tranzistory a prvniacutemi integrovanyacutemi obvody mezi ktereacute patřily operačniacute

zesilovače Tyto metody jsou dnes překonaacuteny čiacuteslicovou metodou kteraacute nabiacuteziacute košatějšiacute

možnosti realizace signaacutelu prostřednictviacutem jednoho integrovaneacuteho obvodu Takovyacute

obvod je schopen zastoupit několik jednotlivyacutech analogovyacutech obvodů pro generovaacuteniacute

pouze jednoho tvaru signaacutelu Tato metoda je nazyacutevaacutena DDS - Direct Digital Synthesis

Jejiacute přednostiacute je stabilita přesnost a maximaacutelniacute dosažitelneacute kmitočty Jednoduchyacutem

ovlaacutedaacuteniacutem lze regulovat vyacutestupniacute kmitočet ve zlomciacutech 1 Hz při niacutezkeacutem zkresleniacute

Hlavniacutem zaacutestupcem na trhu je firma Analog Devices kteraacute se touto přiacutemou čiacuteslicovou

synteacutezou dlouhodobě zabyacutevaacute Využitiacute je napřiacuteklad v oborech využiacutevajiacuteciacutech laseroveacute

metody radioveacute obory v oborech měřeniacute v automobiloveacutem průmyslu a komunikačniacute

systeacutemy

11 Metoda DDS

Metoda využiacutevaacute faacutezoveacuteho akumulaacutetoru kteryacute přistupuje do paměti typu ROM ve ktereacute

jsou uloženy digitaacutelniacute vzorky funkce sinus Tuto čiacuteslicovou hodnotu naacutesledně převaacutediacute

DAC převodniacutek kteryacute jednotliveacute vzorky převaacutediacute na analogovyacute signaacutel funkce Tento

signaacutel je daacutele potřeba vyhladil od schodoviteacuteho průběhu kteryacute tento převodniacutek

generuje Tuto skutečnost je třeba ošetřit vyacutestupniacutem filtrem typu dolniacute propust

Obr 11 Blokoveacute scheacutema generovaacuteniacute signaacutelu [4]

3

Ve faacutezoveacutem akumulaacutetoru jsou uloženy informace o požadovaneacutem kmitočtu a faacutezoveacutem

posunu celeacute periody vyacutestupniacuteho signaacutelu Během taktu externiacuteho zdroje hodinovyacutech

impulzů se adresa vzorku v paměti ROM navyšuje o jedničku K vynulovaacuteniacute (přetečeniacute)

dochaacuteziacute při dosaženiacute hodnoty 228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

Maximaacutelniacute teoretickaacute vyacutestupniacute frekvence je polovina externiacuteho hodinoveacuteho signaacutelu

(11)

Laditelnost slova dostaneme podiacutelem kmitočtu externiacuteho zdroje hodinoveacuteho signaacutelu ku

228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

(12)

4

12 Dostupneacute generaacutetory

Předniacute zaacutestupce vyacuteroby DDS generaacutetorů funkciacute Analog Devices nabiacuteziacute širokou škaacutelu

integrovanyacutech obvodů nebo takeacute Texas Instruments Jaacute se zaměřil na obvody Analog

Devices protože meacute kladneacute dosavadniacute zkušenosti jsou praacutevě s touto firmu Jejich

maximaacutelniacute vyacutestupniacute kmitočet se pohybuje v rozmeziacute MHz až po GHz Pracovniacute napětiacute

je čistě na uživateli ktereacute ve svyacutech obvodech využiacutevaacute Napaacutejeniacute takovyacutech obvodů je

možneacute volit od 23 V do 55 V Takto niacutezkaacute napětiacute nepřesahujiacute vyacutekon 1 W protože

proudovyacute odběr se pohybuje v řaacutedech miliampeacuterů

Kladeneacute požadavky

Vyacutestupniacute kmitočet alespoň 1 GHz

Laditelnost alespoň 1 Hz

Způsob komunikace SPI

Dostupnost SAMPL vzorku ANO

MSOP pouzdro ANO

Nejmenšiacute počet pinů pouzdra ANO

Vyacuterobce nabiacuteziacute 36 různyacutech generaacutetorů [5] Maximaacutelniacute teoreticky dosažitelnyacute kmitočet

je 175 GHz Způsoby připojeniacute jsou paralelniacute či přes sběrnici SPI Vyacutekonoveacute kategorie

se pohybujiacute od 11 mW po 42 W Počet pinů pouzder je v rozmeziacute 10 až 100 pinů Při

vyacuteběru ze souhrnneacute tabulky vyraacuteběnyacutech DDS generaacutetorů všechny stanoveneacute požadavky

splňuje generaacutetor AD 9833

Vyacutestupniacute kmitočet je teoreticky možneacute realizovat do 125 MHz Laditelnost slova je

01 Hz Připojeniacute je realizovaacuteno sběrniciacute SPI Disponuje takeacute pouzdrem MSOP s 10

piny Splňuje tiacutem podmiacutenku nejmenšiacuteho dostupneacuteho počtu pinů pouzdra a tiacutem

zjednodušuje budouciacute naacutevrh DPS Vyacutekonovaacute spotřeba se pohybuje kolem 275 mW a

vyacutestupniacute proud je 3 mA

Kromě generovaacuteniacute sinusoveacuteho obdeacutelniacutekoveacuteho či piloveacuteho průběhu v širokeacutem spektru

kmitočtů stojiacute takeacute za zmiacutenku AD9830 AD9831 AD9832 AD9857 AD9858 Lze jimi

generovat signaacutely frekvenčně a faacutezově modulovaneacute Dajiacute se požiacutet i pro kliacutečovaacuteniacute

faacutezovyacutem posunem

5

13 Dostupneacute mikrokontrolery

Na trhu se nejčastěji vyskytujiacute tři zaacutestupci vyacuterobců mikrokontrolerů Jednaacute se o Intel

kteryacute vyraacutebiacute nejčastěji mikrokontrolery řady 8051 Konkurentem na trhu je firma

Microchip kteryacute zastupujiacute mikrokontrolery PIC Posledniacutem silnyacutem zaacutestupcem trhu je

firma Atmel s mikrokontrolery řad AVR

Diacuteky předchoziacutem zkušenostem s produkty firmy Microchip se můj vyacuteběr orientoval na

jejich produkty Nabiacuteziacute se širokaacute škaacutela 8 bitovyacute chipů z řad PIC 10 PIC 12 PIC 16 a

PIC 18 Orientace se zaměřila na posledniacute skupinu kteraacute maacute optimalizovanou

architekturu pro C kompilaacutetory

Požadavky ktereacute mikrokontroler musiacute splňovat

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů Viacutece jak 20 IO

Rychlost CPU Viacutece jak 10 MHz

Programovaacute paměť Viacutece jak 20 kB

Perifeacuterie SPI

Paměť RAM 37 kB

Typ pouzdra TQFP

Obr 12 Počet IO pinů a paměťovyacute prostor jednotlivyacutech řad rodiny PIC [14]

6

Tyto požadavky splňuje PIC18F46K22

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů 36 IO

Rychlost CPU Až 64 MHz

Programovaacute paměť Až 64 kB

Perifeacuterie 2x SPI

Paměť RAM 3896 kB

Typ pouzdra TQFP

Předchoziacute zkušenosti ANO

Obr 13 Porovnaacuteniacute 8 bitovyacutech architektur řad PIC

[14]

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

3

Ve faacutezoveacutem akumulaacutetoru jsou uloženy informace o požadovaneacutem kmitočtu a faacutezoveacutem

posunu celeacute periody vyacutestupniacuteho signaacutelu Během taktu externiacuteho zdroje hodinovyacutech

impulzů se adresa vzorku v paměti ROM navyšuje o jedničku K vynulovaacuteniacute (přetečeniacute)

dochaacuteziacute při dosaženiacute hodnoty 228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

Maximaacutelniacute teoretickaacute vyacutestupniacute frekvence je polovina externiacuteho hodinoveacuteho signaacutelu

(11)

Laditelnost slova dostaneme podiacutelem kmitočtu externiacuteho zdroje hodinoveacuteho signaacutelu ku

228

(28 bitovyacute faacutezovyacute akumulaacutetor)

(12)

4

12 Dostupneacute generaacutetory

Předniacute zaacutestupce vyacuteroby DDS generaacutetorů funkciacute Analog Devices nabiacuteziacute širokou škaacutelu

integrovanyacutech obvodů nebo takeacute Texas Instruments Jaacute se zaměřil na obvody Analog

Devices protože meacute kladneacute dosavadniacute zkušenosti jsou praacutevě s touto firmu Jejich

maximaacutelniacute vyacutestupniacute kmitočet se pohybuje v rozmeziacute MHz až po GHz Pracovniacute napětiacute

je čistě na uživateli ktereacute ve svyacutech obvodech využiacutevaacute Napaacutejeniacute takovyacutech obvodů je

možneacute volit od 23 V do 55 V Takto niacutezkaacute napětiacute nepřesahujiacute vyacutekon 1 W protože

proudovyacute odběr se pohybuje v řaacutedech miliampeacuterů

Kladeneacute požadavky

Vyacutestupniacute kmitočet alespoň 1 GHz

Laditelnost alespoň 1 Hz

Způsob komunikace SPI

Dostupnost SAMPL vzorku ANO

MSOP pouzdro ANO

Nejmenšiacute počet pinů pouzdra ANO

Vyacuterobce nabiacuteziacute 36 různyacutech generaacutetorů [5] Maximaacutelniacute teoreticky dosažitelnyacute kmitočet

je 175 GHz Způsoby připojeniacute jsou paralelniacute či přes sběrnici SPI Vyacutekonoveacute kategorie

se pohybujiacute od 11 mW po 42 W Počet pinů pouzder je v rozmeziacute 10 až 100 pinů Při

vyacuteběru ze souhrnneacute tabulky vyraacuteběnyacutech DDS generaacutetorů všechny stanoveneacute požadavky

splňuje generaacutetor AD 9833

Vyacutestupniacute kmitočet je teoreticky možneacute realizovat do 125 MHz Laditelnost slova je

01 Hz Připojeniacute je realizovaacuteno sběrniciacute SPI Disponuje takeacute pouzdrem MSOP s 10

piny Splňuje tiacutem podmiacutenku nejmenšiacuteho dostupneacuteho počtu pinů pouzdra a tiacutem

zjednodušuje budouciacute naacutevrh DPS Vyacutekonovaacute spotřeba se pohybuje kolem 275 mW a

vyacutestupniacute proud je 3 mA

Kromě generovaacuteniacute sinusoveacuteho obdeacutelniacutekoveacuteho či piloveacuteho průběhu v širokeacutem spektru

kmitočtů stojiacute takeacute za zmiacutenku AD9830 AD9831 AD9832 AD9857 AD9858 Lze jimi

generovat signaacutely frekvenčně a faacutezově modulovaneacute Dajiacute se požiacutet i pro kliacutečovaacuteniacute

faacutezovyacutem posunem

5

13 Dostupneacute mikrokontrolery

Na trhu se nejčastěji vyskytujiacute tři zaacutestupci vyacuterobců mikrokontrolerů Jednaacute se o Intel

kteryacute vyraacutebiacute nejčastěji mikrokontrolery řady 8051 Konkurentem na trhu je firma

Microchip kteryacute zastupujiacute mikrokontrolery PIC Posledniacutem silnyacutem zaacutestupcem trhu je

firma Atmel s mikrokontrolery řad AVR

Diacuteky předchoziacutem zkušenostem s produkty firmy Microchip se můj vyacuteběr orientoval na

jejich produkty Nabiacuteziacute se širokaacute škaacutela 8 bitovyacute chipů z řad PIC 10 PIC 12 PIC 16 a

PIC 18 Orientace se zaměřila na posledniacute skupinu kteraacute maacute optimalizovanou

architekturu pro C kompilaacutetory

Požadavky ktereacute mikrokontroler musiacute splňovat

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů Viacutece jak 20 IO

Rychlost CPU Viacutece jak 10 MHz

Programovaacute paměť Viacutece jak 20 kB

Perifeacuterie SPI

Paměť RAM 37 kB

Typ pouzdra TQFP

Obr 12 Počet IO pinů a paměťovyacute prostor jednotlivyacutech řad rodiny PIC [14]

6

Tyto požadavky splňuje PIC18F46K22

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů 36 IO

Rychlost CPU Až 64 MHz

Programovaacute paměť Až 64 kB

Perifeacuterie 2x SPI

Paměť RAM 3896 kB

Typ pouzdra TQFP

Předchoziacute zkušenosti ANO

Obr 13 Porovnaacuteniacute 8 bitovyacutech architektur řad PIC

[14]

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

4

12 Dostupneacute generaacutetory

Předniacute zaacutestupce vyacuteroby DDS generaacutetorů funkciacute Analog Devices nabiacuteziacute širokou škaacutelu

integrovanyacutech obvodů nebo takeacute Texas Instruments Jaacute se zaměřil na obvody Analog

Devices protože meacute kladneacute dosavadniacute zkušenosti jsou praacutevě s touto firmu Jejich

maximaacutelniacute vyacutestupniacute kmitočet se pohybuje v rozmeziacute MHz až po GHz Pracovniacute napětiacute

je čistě na uživateli ktereacute ve svyacutech obvodech využiacutevaacute Napaacutejeniacute takovyacutech obvodů je

možneacute volit od 23 V do 55 V Takto niacutezkaacute napětiacute nepřesahujiacute vyacutekon 1 W protože

proudovyacute odběr se pohybuje v řaacutedech miliampeacuterů

Kladeneacute požadavky

Vyacutestupniacute kmitočet alespoň 1 GHz

Laditelnost alespoň 1 Hz

Způsob komunikace SPI

Dostupnost SAMPL vzorku ANO

MSOP pouzdro ANO

Nejmenšiacute počet pinů pouzdra ANO

Vyacuterobce nabiacuteziacute 36 různyacutech generaacutetorů [5] Maximaacutelniacute teoreticky dosažitelnyacute kmitočet

je 175 GHz Způsoby připojeniacute jsou paralelniacute či přes sběrnici SPI Vyacutekonoveacute kategorie

se pohybujiacute od 11 mW po 42 W Počet pinů pouzder je v rozmeziacute 10 až 100 pinů Při

vyacuteběru ze souhrnneacute tabulky vyraacuteběnyacutech DDS generaacutetorů všechny stanoveneacute požadavky

splňuje generaacutetor AD 9833

Vyacutestupniacute kmitočet je teoreticky možneacute realizovat do 125 MHz Laditelnost slova je

01 Hz Připojeniacute je realizovaacuteno sběrniciacute SPI Disponuje takeacute pouzdrem MSOP s 10

piny Splňuje tiacutem podmiacutenku nejmenšiacuteho dostupneacuteho počtu pinů pouzdra a tiacutem

zjednodušuje budouciacute naacutevrh DPS Vyacutekonovaacute spotřeba se pohybuje kolem 275 mW a

vyacutestupniacute proud je 3 mA

Kromě generovaacuteniacute sinusoveacuteho obdeacutelniacutekoveacuteho či piloveacuteho průběhu v širokeacutem spektru

kmitočtů stojiacute takeacute za zmiacutenku AD9830 AD9831 AD9832 AD9857 AD9858 Lze jimi

generovat signaacutely frekvenčně a faacutezově modulovaneacute Dajiacute se požiacutet i pro kliacutečovaacuteniacute

faacutezovyacutem posunem

5

13 Dostupneacute mikrokontrolery

Na trhu se nejčastěji vyskytujiacute tři zaacutestupci vyacuterobců mikrokontrolerů Jednaacute se o Intel

kteryacute vyraacutebiacute nejčastěji mikrokontrolery řady 8051 Konkurentem na trhu je firma

Microchip kteryacute zastupujiacute mikrokontrolery PIC Posledniacutem silnyacutem zaacutestupcem trhu je

firma Atmel s mikrokontrolery řad AVR

Diacuteky předchoziacutem zkušenostem s produkty firmy Microchip se můj vyacuteběr orientoval na

jejich produkty Nabiacuteziacute se širokaacute škaacutela 8 bitovyacute chipů z řad PIC 10 PIC 12 PIC 16 a

PIC 18 Orientace se zaměřila na posledniacute skupinu kteraacute maacute optimalizovanou

architekturu pro C kompilaacutetory

Požadavky ktereacute mikrokontroler musiacute splňovat

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů Viacutece jak 20 IO

Rychlost CPU Viacutece jak 10 MHz

Programovaacute paměť Viacutece jak 20 kB

Perifeacuterie SPI

Paměť RAM 37 kB

Typ pouzdra TQFP

Obr 12 Počet IO pinů a paměťovyacute prostor jednotlivyacutech řad rodiny PIC [14]

6

Tyto požadavky splňuje PIC18F46K22

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů 36 IO

Rychlost CPU Až 64 MHz

Programovaacute paměť Až 64 kB

Perifeacuterie 2x SPI

Paměť RAM 3896 kB

Typ pouzdra TQFP

Předchoziacute zkušenosti ANO

Obr 13 Porovnaacuteniacute 8 bitovyacutech architektur řad PIC

[14]

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

5

13 Dostupneacute mikrokontrolery

Na trhu se nejčastěji vyskytujiacute tři zaacutestupci vyacuterobců mikrokontrolerů Jednaacute se o Intel

kteryacute vyraacutebiacute nejčastěji mikrokontrolery řady 8051 Konkurentem na trhu je firma

Microchip kteryacute zastupujiacute mikrokontrolery PIC Posledniacutem silnyacutem zaacutestupcem trhu je

firma Atmel s mikrokontrolery řad AVR

Diacuteky předchoziacutem zkušenostem s produkty firmy Microchip se můj vyacuteběr orientoval na

jejich produkty Nabiacuteziacute se širokaacute škaacutela 8 bitovyacute chipů z řad PIC 10 PIC 12 PIC 16 a

PIC 18 Orientace se zaměřila na posledniacute skupinu kteraacute maacute optimalizovanou

architekturu pro C kompilaacutetory

Požadavky ktereacute mikrokontroler musiacute splňovat

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů Viacutece jak 20 IO

Rychlost CPU Viacutece jak 10 MHz

Programovaacute paměť Viacutece jak 20 kB

Perifeacuterie SPI

Paměť RAM 37 kB

Typ pouzdra TQFP

Obr 12 Počet IO pinů a paměťovyacute prostor jednotlivyacutech řad rodiny PIC [14]

6

Tyto požadavky splňuje PIC18F46K22

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů 36 IO

Rychlost CPU Až 64 MHz

Programovaacute paměť Až 64 kB

Perifeacuterie 2x SPI

Paměť RAM 3896 kB

Typ pouzdra TQFP

Předchoziacute zkušenosti ANO

Obr 13 Porovnaacuteniacute 8 bitovyacutech architektur řad PIC

[14]

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

6

Tyto požadavky splňuje PIC18F46K22

Dostatečnyacute počet vyacutestupniacutech pinů 36 IO

Rychlost CPU Až 64 MHz

Programovaacute paměť Až 64 kB

Perifeacuterie 2x SPI

Paměť RAM 3896 kB

Typ pouzdra TQFP

Předchoziacute zkušenosti ANO

Obr 13 Porovnaacuteniacute 8 bitovyacutech architektur řad PIC

[14]

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

7

2 Použityacute generaacutetor AD 9833

Tento programovatelnyacute generaacutetor disponuje 28 bitovyacutemi frekvenčniacutemi registry

Maximaacutelniacute kmitočet taktovaciacuteho obvodu kteryacute lze připojit je 25 MHz Při tomto

kmitočtu je minimaacutelniacute možnyacute krok laděniacute frekvence je 01 Hz Při použitiacute vnějšiacuteho

zdroje taktovaciacuteho kmitočtu 1 MHz lze dosaacutehnout kroku laděniacute 0004 Hz

Zapisovaacuteniacute instrukciacute probiacutehaacute po sběrnici SPI kterou lze dosaacutehnout přenosoveacute rychlosti

až 40 MHz při použitiacute kompatibilniacuteho mikrokontroleru Pracovniacute napaacutejeniacute se pohybuje

v rozmeziacute 23 V po 55 V Obvod disponuje funkciacute SLEEP Ta umožnuje sniacuteživ

vyacutekonovou spotřebu v okamžiku kdy nejsou určiteacute perifeacuterie obvodu potřeba využiacutevat

Vypiacutenat lze i DAC převodniacutek v přiacutepadě pokud je z generaacutetoru odebiacuteraacuten hodinovyacute

signaacutel jako zdroj přesneacuteho kmitočtu Vyacutestupniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 380 až

650 mV Vyacutekonovaacute spotřeba nepřesaacutehne 20 mW

Obvod pracuje saacutem bez potřeby připojeniacute dalšiacute vnějšiacutech součaacutestek krom zdroje

hodinoveacuteho kmitočtu Od daneacuteho kmitočtu se odviacutejiacute jeho vlastniacute kmitočtoveacute vlastnosti a

schopnost přesnosti laditelnosti

Obr 21 Generaacutetor AD 9833 [29]

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

8

21 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

Na obraacutezku kteryacute popisuje funkčniacute zapojeniacute je vidět jednotliveacute bloky a jejich

vzaacutejemnou operačniacute naacutevaznost

FREQ0 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FREQ1 REG 28 bitovyacute frekvenčniacute registr

FSYNC prvek SPI komunikace

SCLK prvek SPI komunikace

SDATA prvek SPI komunikace

CONTROL REGISTR 16 bitovyacute Control registr

SIN ROM paměť se vzorky průběhu Sinus

FHASE0 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

FHASE1 REG 12 bitovyacute faacutezovyacute registr

DIVIDE BY 2 dělička 2

10 ndash bit DAC Digital to Analog převodniacutek

Obr 22 Funkčniacute blokovyacute diagram [10]

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

9

Čiacuteslo pinu Naacutezev pinu Popis funkce

1 COMP Blokovaacuteniacute napaacutejeniacute DAC převodniacuteku

2 VDD Kladneacute digitaacutelniacute napaacutejeniacute obvodu

3 CAP25V

Pin pro vnějšiacute připojeniacute blokovaciacuteho kondenzaacutetoru k

referenčniacutemu napětiacute 27 V Při menšiacutem napaacutejeniacute jak 2 7 V

je napaacutejeciacute napaacutejeniacute připojeno přiacutemo

4 DGND Zem digitaacutelniacuteho napaacutejeniacute

5 MCLK Vstup pro vnějšiacute taktovaciacute signaacutel

6 SDATA Vstup pro seacuteriovaacute řiacutediacuteciacute slova

7 SCLK Vstup pro SPI hodinovyacute signaacutel

8 FSYNC Vstup pro indikaci zaacutepisu řiacutediacuteciacuteho slova

9 AGND Zem analogoveacuteho napaacutejeniacute

10 VOUT

Vyacutestupniacute pin jak pro sinusovyacute obdeacutelniacutekovyacute a pilovyacute

signaacutel Zaacutetěžovyacute rezistor neniacute potřeba Generaacutetor

disponuje vnitřniacutem zaacutetěžovyacutem rezistorem 200 Ω

22 Popis pinů obvodu

Jednaacute se o pouzdro MSOP s deseti vyacutevody V zapojeniacute jsou využity všechny piny

Pokud se použije napaacutejeniacute menšiacute jak 27 V lze použiacutet 9 pinů V naacutevrhu je nutneacute oddělit

zem pro analogovou a digitaacutelniacute čaacutest proto maacute pouzdro separaacutetniacute vyacutevody pro tyto země

Takeacute je nutneacute dodržet galvanickeacute odděleniacute těchto zemiacute v napaacutejeciacute čaacutesti a konečneacute

propojeniacute realizovat až pod pouzdrem obvodu generaacutetoru Podrobnějšiacute informace jsou

uvedeny v manuaacutelu obvodu od vyacuterobce Velikost samotneacuteho pouzdra je 3 x 3 mm

Celkovyacute rozměr i s piny je 3 x 49 mm

Obr 23 Horniacute pohled na pouzdro [10]

Obr 24 Popis jednotlivyacutech pinů

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

10

Piny generaacutetoru Piny mikrokontroleru

SDATA lt-gt SDO

SCLK lt-gt CLK

FSYNC lt-gt SDI

23 Způsob komunikace s mikrokontrolerem

24 Seacuteriovyacute přenos

Komunikace probiacutehaacute třiacute vodičově přes SPI Obvod maacute tyto piny popsaacuteny jako SDATA

SCLK FSYNC Mikrokontroler maacute tyto piny v manuaacutelu popsaacuteny SDO SDI CLK

Vazbu mezi jednotlivyacutemi piny popisuje tabulka niacuteže

SDATA sloužiacute jako vstup pro seacuterovaacute data

SCLK sloužiacute jako vstup pro synchronizačniacute hodinovyacute signaacutel

FSYNC sloužiacute k indikaci začaacutetku a konce přenosu 16 bitoveacuteho slova

Přenos dat začiacutenaacute při změně signaacutelu FSYNC z vysokeacute uacuterovně do niacutezkeacute Takto setrvaacute

během seacuterioveacuteho přenosu veškeryacutech data a až naacutesledneacute se vraacutetiacute do vysokeacute uacuterovně

V tomto intervalu probiacutehaacute odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova Control na vodiči SDATA Toto

slovo definuje do ktereacuteho FREG a PHASE registru se bude zapisovat Aby se tak

mohlo staacutet je nutneacute nastavit RESET bit do vysokeacute uacuterovně aby se registry vynulovaly

Naacutesleduje odeslaacuteniacute 32 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 28 bitoveacute slovo požadovanou

hodnotou kmitočtu Zaacutepis je rozdělen do dvou 16 bitovyacutech bloků Přenos jednotlivyacutech

bloků je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Tab 21 Vazby mezi piny

Obr 25 Časovaacuteniacute SPI komunikace [10]

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

11

Dalšiacutem krokem je odeslaacuteniacute 16 bitoveacuteho slova ktereacute obsahuje 12 bitů s požadovanyacutem

faacutezovyacute posunem I tento přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Na zaacutevěr se odešle 16 bitoveacute slovo s požadovanyacutem tvarem signaacutelu pro vyacutestup I tento

přenos je ohraničen již popsanou změnou signaacutelu FSYNC

Jednotliveacute bity jsou během komunikace zapsaacuteny do registrů při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu

25 Zaacutepis do frekvenčniacuteho registru

Naacutesledujiacuteciacute tabulka znaacutezorňuje že volba a zaacutepis do jednotlivyacutech frekvenčniacutech registrů

je realizovaacutena kombinaciacute 16 a 15 bitu v 16 bitoveacutem slově kteryacutemi se určuje zda se

bude probiacutehat zaacutepis do FREQ0 či FREQ1 Pro zaacutepis všech 28 bitů do zvoleneacuteho registru

je nutneacute odeslat dva 16 bitoveacute bloky Jako prvniacute 16 bitovyacute blok se zapisuje 14 nižšiacutech

bitů (LSB) pak naacutesleduje 14 vyššiacutech bitů (MSB) binaacuterniacute podoby požadovaneacuteho

kmitočtu Tabulka pod textem znaacutezorňuje tento zaacutepis

26 Zaacutepis do faacutezoveacuteho registru

Zde probiacutehaacute zaacutepis obdobnyacutem způsobem Vyacuteběr mezi registry se voliacute 16 15 a 14 bitem

Na stavu 13 bitu nezaacuteležiacute Rozdiacutelnaacute je deacutelka slova faacuteze ktereacute se musiacute do generaacutetoru

zapsat Faacutezovyacute registr tvořiacute 12 bitů Naacutesledujiacuteciacute tabulka situaci znaacutezorňuje

Obr 26 Způsob zaacutepisu do frekvenčniacutech registrů [10]

Obr 27 Způsob zaacutepisu do faacutezoveacuteho registru [10]

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

12

27 Volba vyacutesledneacuteho tvaru funkce

Vyacuteběr požadovaneacuteho průběhu se voliacute kombinaciacute bitů 6 4 a 2 v 16 bitoveacutem slově

Control Volba signaacutelu se v koacutedu provaacutediacute jako posledniacute Zde je nutneacute nastavit RESET

bit do niacutezkeacute uacuterovně Naacutesledujiacuteciacute tabulka popisuje kombinace bitů pro funkce Sinus Pila

Obdeacutelniacutek dělen 2 a nedělenyacute kmitočet Obdeacutelniacuteku Stavy popsaacuteny X1 definujiacute že na

stavu tohoto bitu nezaacuteležiacute Situace Reserved popisuje zakaacutezanyacute stav

Obr 28 Kombinace bitů pro zvoleniacute průběhu[10]

Obr 29 Blokoveacute scheacutema zaacutepisu do generaacutetoru

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

13

D13 B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenaacutešiacute pouze polovina slova o frekvenci pokud je

druhaacute polovina slova praacutezdnaacute Přinaacutešiacute to časovou uacutesporu při přenosu

Při vysokeacute uacuterovni se přenaacutešiacute 28 bitoveacute slovo ve dvou krociacutech Nejprve LSB

a naacutesledneacute MSB

D12 HLB

Tento bit koresponduje s bitem B28

Při niacutezkeacute uacuterovni se přenese LSB

Při vysokeacute uacuterovni se přenese MSB

D11 FSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr FREQ1

D10 PSELECTPři niacutezkeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE0

Při vysokeacute uacuterovni je využiacutevaacuten registr PHASE1

D9 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D8 Reset Při vysokeacute uacuterovni nuluje vnitřniacute registry

D7 SLEEP1 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute vnitřniacute hodinovyacute signaacutel

D6 SLEEP12 Při vysokeacute uacuterovni vypiacutenaacute DAC převodniacutek

D5 OPBITEN

Při vysokeacute uacuterovni je DAC převodniacutek odpojen a na vyacutestup je přiveden

hodinovyacute signaacutel kteryacute vychaacuteziacute z MSB nebo za požitiacute děličky dvěma -

MSB2

Jinak je DAC převodniacutek připojen přiacutemo na vyacutestup a lze zvolit signal Sinus

či Pila

D4 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D3 DIV2 Při vysokeacute uacuterovni je aktivniacute dělička 2

D2 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

D1 MODE

Při niacutezkeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek sinusovyacute signaacutel

Při vysokeacute uacuterovni generuje ADC převodniacutek pilovyacute signaacutel

D0 Rezervovaacuten Tento bit musiacute byacutet nastaven v niacutezkeacute uacuterovni

28 Popis slova Control

Naacutesledujiacuteciacute obraacutezek popisuje rozloženiacute jednotlivyacute bitů v řiacutediacuteciacutem slově Control Toto

slovo se zapisuje do generaacutetoru jako prvniacute Bity 16 a 15 musejiacute byacutet nastaveny do niacutezkeacute

uacuterovně aby byl generaacutetor informovaacuten o začiacutenajiacuteciacute sekvenci zaacutepisů

Obr 210 Rozmiacutestěniacute jednotlivyacutech vyacuteznamů bit ve slově Control [10]

Obr 211 Vyacuteznamy jednotlivyacutech bitů [10]

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

14

3 Naacutevrh generaacutetoru funkciacute řiacutezenyacute

mikrokontrolerem

Naacutevrh se sklaacutedaacute z DDS generaacutetoru funkciacute AD 9833 kteryacute svyacutemi parametry splňuje

zadaacuteniacute praacutece Komunikaci a řiacutezeniacute generaacutetoru zajišťuje mikrokontroler PIC18F46K22

od firmy Microchip kteryacute jsme využiacutevali při vyacuteuce programovaacuteniacute mikrokontrolerů

Tento mikrokontroler takeacute obsluhuje komunikaci uživatele s generaacutetorem funkciacute

prostřednictviacutem maticoveacute klaacutevesnice kterou si uživatel voliacute požadovanyacute kmitočet a

funkci Na vyacuteběr jsou funkce sinus obdeacutelniacutek s TTL parametry a trojuacutehelniacutek Zaacuteroveň

jsou k dispozici dva potenciometry pro regulaci vyacutestupniacuteho zesiacuteleniacute a nastaveniacute offsetu

O napaacutejeniacute celeacuteho zařiacutezeniacute se staraacute jeden transformaacutetor s dvěma vyacutestupniacutemi vinutiacutem

transformaacutetoru Jedno zajišťuje napaacutejeniacute analogovyacutech prvků obvodu druheacute je určeneacute

pro digitaacutelniacute prvky

Obr 31 Blokoveacute scheacutema generaacutetoru

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

15

31 Naacutevrh napaacutejeciacute čaacutesti

Jaacutedrem zapojeniacute je transformaacutetor se dvěma galvanicky oddělenyacutemi sekundaacuterniacutemi

vinutiacutemi Každeacute z nich dodaacutevaacute 12 V až 417 mA Celkovyacute zdaacutenlivyacute vyacutekon

transformaacutetoru je 10 VA

Analogovaacute čaacutest je napaacutejena ze symetrickeacuteho napaacutejeniacute zapojeneacuteho jako zdvojovač napětiacute

pro operačniacute zesilovače s umělou nulou Jednotliveacute větve zdvojovače jsou jednosměrně

usměrněny ve spraacutevneacute polaritě Vyhlazeniacute takto ziacuteskanyacutech napětiacute je zajištěno

elektrolytickyacutemi kondenzaacutetory s kapacitou 2 200 microF

Na kladnou větev navazuje kladnyacute stabilizaacutetor napětiacute na 5 V Toto napaacutejeniacute je přivedeno

na pin napaacutejeniacute analogoveacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Digitaacutelniacute čaacutest usměrňuje Graetzův můstek Vyhlazeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute je řešeno

stejnyacutem způsobem jako v analogoveacute čaacutesti Na takto usměrněneacute napětiacute jsou připojeny

dva samostatneacute kladneacute stabilizaacutetory napětiacute na 5 V Prvniacute je určen pro napaacutejeniacute

mikrokontroleru a spiacutenaciacutech releacute Každeacute releacute maacute zapojeniacute s ochranou diodou proti

napěťovyacutem špičkaacutem aby ochraacutenily ovlaacutedaciacute transistor typu MOSFET Druhyacute regulaacutetor

je určenyacute pro napaacutejeniacute digitaacutelniacute čaacutesti generaacutetoru AD 9833

Jednotlivaacute sekundaacuterniacute napětiacute jsou za usměrňovaciacute čaacutestiacute vybaveny indukčniacutemi led

diodami pro indikaci stavu napaacutejeniacute Zaacuteroveň je každyacute spotřebič v obvodu opatřen

blokovaciacutemi kondenzaacutetory

Obr 32 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

16

32 Naacutevrh řiacutediacuteciacute čaacutesti

Srdcem zapojeniacute je mikrokontroler PIC18F46K22 kteryacute dostatečně hardwarově pokryacutevaacute

naacuteroky na potřebnyacute počet IO pinů Vyacutepočetniacute rychlost CPU je 16 MIPS Lze zvolit ze 4

variant interniacutech oscilaacutetorů a tiacutem se vyhnout potřeby vnějšiacuteho oscilaacutetoru Jednaacute se o

kmitočty 2 4 8 a 16 MHz Maximaacutelniacuteho kmitočtu 64 MHz lze dosaacutehnout zapnutiacutem

interniacute naacutesobičky 4x Programovaacute flash paměť maacute velikost 64 KB Obsahuje dvě

hardwaroveacute sběrnice SPI kterou je nutneacute použiacutet po komunikaci s generaacutetorem funkciacute

Pracovniacute napětiacute se pohybuje v rozmeziacute 18 V po 55 V Ve sleep modu je proudovyacute

odběr typicky 100 nA V zapojeniacute je využito pouzdro TQFP 44 - pinů ktereacute aktivně

využiacutevaacute 40 pinů V meacutem zapojeniacute je využito 24 pinů

SPI 3 piny

Displej 6 pinů

Klaacutevesnice 8 pinů

Napaacutejeniacute 4 piny

Releacute 2 piny

Programaacutetor 1 pin a 4 sdiacuteliacute

Obr 33 Pin diagram TQFF - 44 pin [24]

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

17

Na scheacutema zapojeniacute je patrneacute že tato řiacutediacuteciacute DPS je velice jednoduchaacute obsahuje vlastniacute

mikrokontroler zde využiacutevaneacute IO piny ktereacute pracujiacute v režimu output jsou přivedeny na

patice jednotlivyacutech periferiiacute Důvodem je jednoduchaacute instalace manipulovaniacute a

oživovaacuteniacute při vyacuterobě celeacuteho generaacutetoru Na desce se nachaacutezejiacute dva tranzistoru

MOSFET ktereacute jsou spiacutenaacuteny logickou jedničkou na pinech na ktereacute jsou připojeneacute

Daacutele jsou zde dva rezistory R 330 Ω upravuje napaacutejeciacute napětiacute displeje Nulovyacute rezistor

je v tomto zapojeniacute požit pro přemostěniacute vodiveacute cesty na jednostranneacute DPS Trimrem

10 kΩ se reguluje jas použiteacuteho displeje Obě dvě releacute jsou napaacutejena z větve 5

V digitaacutelniacute čaacutesti Důvodem je snaha vyhnout se šiacuteřeniacute nežaacutedouciacutem zaacutekmitům při

spiacutenaacuteniacute

Obr 34 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

18

33 Naacutevrh filtru s generaacutetorem

DPS je koncipovaacutena tak že je zde samostatně oddělena Analogovaacute čaacutest od teacute Digitaacutelniacute

Země obou čaacutestiacute se spojujiacute pod obvodem AD 9833 Analogovou čaacutest tvořiacute jak generaacutetor

samotnyacute tak vyacutestupniacute filtr Filtr (AD 8022 AD 8066) typu dolniacute propust pracuje čistě

s analogovyacutem signaacutelem a je napojen na vyacutestupniacute pin generaacutetoru Na jeho vyacutestup je

připojen prvniacute stupeň operačniacuteho zesilovače (AD8066) zapojenyacute jako neinvertujiacuteciacute

zesilovač Poteacute naacutesleduje druhyacute stupeň neinvertujiacuteciacuteho zesilovače (AD8065) kteryacute je

opatřen sledovačem napětiacute za použitiacute operačniacuteho zesilovače NE 5534

Hodnoty součaacutestek filtru a vyacuteběr operačniacutech zesilovačů byl realizovaacuten za použitiacute

weboveacuteho naacutestroje od firmy Analog Devices

Zesiacuteleniacute zesilovačů bylo stanoveno na A celkoveacute = 16

(13)

Prvniacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A1 = 3

(14)

Druhyacute stupeň maacute zesiacuteleniacute A2 = 6

(15)

Vyacutesledneacute zesiacuteleniacute je kvůli přiacutejemnějšiacute volbě součaacutestek určeno na A celkoveacute = 18pro

celkoveacute zesiacuteleniacute U out = 10 Vp-p

Obr 35 Scheacutema zapojeniacute filtru s generaacutetorem

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

19

V přiacutepadě offsetoveacute složky je určen offset

Hodnota rezistoru R16 je totožnaacute s rezistorem R17 = 7 000 Ω

(16)

Odchylka použiteacuteho oscilaacutetoru 25 MHz se odviacutejiacute od jeho přesnosti kterou vyacuterobce

udaacutevaacute 100pp [21]

(17)

Pro ilustraci uvaacutediacutem naacutehled do naacutevrhoveacuteho naacutestroje vyacuterobce

Obr 36 Uacutevodniacute strana [1]

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

20

Obr 38 Zvoleniacute parametrů filtru [1]

Obr 37 Ručniacute volba vlastnostiacute použityacutech op zesilovačů [1]

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

21

Obr 310 Volba tolerance počiacutetanyacutech komponent [1]

Obr 39 Sumaacuteř vyacutesledků a jejich zobrazeniacute [1]

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

22

4 Programovaacute čaacutest

Obslužnyacute program je jaacutedrem celeacuteho zařiacutezeniacute Maacute za uacutekol realizovat chod celeacuteho

zařiacutezeniacute Vlastniacute program je nahraacuten do mikrokontroleru PIC18F46K22 prostřednictviacute

programaacutetoru PICkit 3 In-Circuit Debugger od firmy Microchip k tomu určenyacute Je psaacuten

v jazyce ANSI C ve vyacutevojoveacutem prostřediacute mikroC PRO pro PIC [17] od teacuteže firmy

Součaacutestiacute tohoto prostřediacute je Debugger pro odladěniacute programu Jsou zde obsaženy jak

hardwaroveacute tak i softveacuteroveacute knihovny ktereacute jsou ve vlastniacutem koacutedu použity Využiteacute

knihovny jsou napřiacuteklad obsluha tlačiacutetek maticoveacute klaacutevesnice obsluha LCD displeje a

SPI komunikace kteraacute je posleacuteze přesněji nastavena než je knihovna defaultniacute podoba

teacuteto knihovny

Program se děliacute do několika čaacutestiacute Jsou to inicializace DDS obvodu obsluha zadaacuteniacute

uživatele převodu zadanyacutech hodnot uživatelem do 32 bitoveacuteho slova ktereacute se děliacute na

MSB a LSB 16 bitovyacutech slov kteraacute určujiacute kmitočet a faacutezovyacute posun Nejdůležitějšiacute čaacutest

je komunikace pomociacute 3 vodičoveacute seacuterioveacute sběrnice SPI

41 Inicializace mikrokontroleru

Po přivedeniacute napaacutejeciacuteho napětiacute se nastaviacute interniacute zdroj hodinoveacuteho signaacutelu 8 MHz a

zapnutiacute naacutesobičky 4x od ktereacuteho se odviacutejiacute jak rychlost zpracovaacuteniacute instrukciacute tak i

přenosovaacute rychlost sběrnice SPI kteraacute disponuje maximaacutelniacute přenosovou rychlostiacute až 40

MHz V tomto přiacutepadě je přenosovaacute rychlost nastavena na 8 MHz Vzorkovaacuteniacute dat

probiacutehaacute v polovině hodinoveacuteho signaacutelu Přenos dat začiacutenaacute při sestupneacute hraně

hodinoveacuteho signaacutelu Jmenovanyacute mikrokontroler maacute 2 hardwaroveacute SPI moduly zde je

využiacutevaacutem modul SPI1 na pinech C3 ndash SCK (hodinovyacute signaacutel) C4 ndash SDI (vstupniacute

seacuteriovaacute data) pracovně pojmenovaacuten EN C5 - SDO (vyacutestupniacute seacuteriovaacute data) SPI režim

pracuje v Master modu tudiacutež funkce SDI je nevyužita V programu je tento pin řiacutezen

ručně jelikož při přechodu z vysokeacute uacuterovně je modulu DDS indikovaacuten začiacutenajiacuteciacute přenos

16 bitoveacuteho slova Přenos je ukončen naacutevratem do vysokeacute uacuterovně

Pin C7 sloužiacute k ovlaacutedaacuteniacute vyacutestupniacuteho releacute ktereacute zajišťuje fyzickeacute odpojeniacute či připojeniacute

vyacutestupniacuteho signaacutelu přes releacute č 1 na BNC konektor kteryacute se nachaacuteziacute na čelniacutem panelu

Pokud se jednaacute o signaacutel sinus či pila je přiveden přes vyacutestupniacute filtr Při volbě

obdeacutelniacutekoveacuteho signaacutelu je filtr přemostěn prostřednictviacutem releacute č 2 na vyacutestup Ovlaacutedaacuteniacute

tohoto releacute je zajištěno změnami stavů pinu C1

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

23

Klaacutevesa funkce

RESET volby

ULOŽENIacute zadanyacutech hodnot

A funkce Sinus

B funkce Obdeacutelniacutek

C funkce Pila

D připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu BNC

Funkce portu A je nastavena jako vyacutestup procujiacuteciacute v digitaacutelniacutem režimu Na tento port je

připojen displej kteryacute je naacutesledně inicializovaacuten integrovanou knihovnou Tato knihovna

přinaacutešiacute jednoduchou možnost vypisovaacuteniacute dat na displej a jinak s niacutem pracovat Jednaacute se

o alfanumerickyacute LCD displej 2x16 znaků z ASCII tabulky s řadičem HD44780

Stejnyacutem mechanizmem je na portu B nastaven digitaacutelniacute režim pro komunikaci

s maticovou klaacutevesniciacute 4x4 Čtyři z osmi bitů klaacutevesnice jsou připojeny přes PULL-

DOWN rezistory a jsou v trvaleacute niacutezkeacute uacuterovni Prostřednictviacutem přepiacutenače switch

v nekonečneacute smyčce vraciacute stisknutou hodnotu na klaacutevesnici ve tvaru znaku char

z ASCII tabulky pro přiacutemyacute vyacutepis na displej

16 12 8 4

15 11 7 3

14 10 6 2

13 9 5 1

Obr 43 Použitaacute klaacutevesnice [16] Obr 42 Čiacuteselnaacute hodnota jednotlivyacutech klaacuteves

Tab 41 Funkce symbolů a znaků klaacutevesnice

Obr 41 Použityacute displej [15]

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

24

Posledniacute čaacutestiacute inicializace je nastaveniacute generaacutetoru AD 9833 defaultniacute funkciacute sinus o

kmitočtu 1 kHz Tyto parametry jsou naplněny do definovanyacutech proměnnyacutech pro

kmitočet a funkci Jednaacute se o proměnneacute pulka1MSB pulka1 pulka2MSB pulka2 pro

kmitočet a proměnnaacute slovofunkce pro funkci

unsigned long pulka1MSB =0x69 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

reqReg0 dolniacutech 16 bitů

unsigned long pulka1 =0x69F1 proměnnaacute s default hodnotou LSB slova

FreqReg0

unsigned long pulka2MSB =0x40 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0 horniacutech 16 bitů

unsigned long pulka2 =0x4000 proměnnaacute s default hodnotou MSB slova

FreqReg0

unsigned long slovofunkce=0x00 Defaultně je zvolen Sinus o f= 1 000 Hz

42 Funkce NastavFunkci()

NastavFunkci() odeslaacuteniacute Kmitočtu a Funkce

TRISCB4 =0 pin C4 nastaven jako vyacutestup

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x21) odeslaacuteniacute slova Control MSB

SPI1_Write(0x00) odeslaacuteniacute slova Control LSB

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka1MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - dolniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka1) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(pulka2MSB) odeslaacuteniacute MSB slova FreqReg0 - horniacutech 16 bitů

SPI1_Write(pulka2) odeslaacuteniacute LSB slova FreqReg0

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0xC0) faacutezovyacute posun 0deg

SPI1_Write(0x00) faacutezovyacute posun 0deg

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

EN=0 inicializace zaacutepisu 16ti bitů

SPI1_Write(0x20) unreset generaacutetoru

SPI1_Write(slovofunkce) odeslaacuteniacute požadovaneacute funkce

EN=1 ukončeniacute zaacutepisu

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

25

43 Inicializace mikrokontroleru

OSCCON =0b11100110 interniacute oscilaacutetor 8 MHz

OSCCON2=0b10000000 systeacutemovyacute kmitočet přichaacuteziacute z naacutesobičky 4x

OSCTUNE=0b11000000 zapnutiacute naacutesobičky 4x

TRISA =0b00000000 nastaveniacute funkce pinů jako vyacutestup pro Displej

ANSELA=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů Displeje

ANSELB=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů KLAacuteVESNICE

ANSELC=0b00000000 digitaacutelniacute funkce pinů SPI a ovlaacutedaacuteniacute releacute

SPI1_Init() inicializace modulu SPI1 - MASTER MODE

(knihovna SPIx_Init [20])

SSP1STAT=0b01000000 vzorkovaacuteniacute dat v polovině hodin

přenos začiacutenaacute při změně z aktivniacuteho stavu do klidoveacuteho

SSP1CON1=0b00110000 povoleniacute seacuterioveacuteho portu SPI1 - SDO SDI SCK

nastaveniacute hodin v klidovou na log 1

Keypad_Init() inicializace klaacutevesnice (knihovna Keypad4x4 [18])

Lcd_Init() inicializace LCD (knihovna LCD [19])

Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF) mazaacuteniacute obsahu displeje (knihovna LCD)

TRISCB7=0 nastaveniacute odpojeneacuteho vyacutestupu BNC

TRISCB1=0 připojeniacute filtru na vyacutestup

44 Funkce ZvolteFunkci()

Tato funkce zajišťuje obsluhu jednotlivyacutech tlačiacutetek cyklem do kteryacute běžiacute ve smyčce do

okamžiku stisku tlačiacutetka Poteacute přechaacuteziacute do přepiacutenače switch kde vyberou jednotliveacute

přiacutekazy určeneacute stisknuteacutemu tlačiacutetku Tento přiacuteklad ilustruje rozsaacutehlejšiacute podobu koacutedu

pro obsluhu tlačiacutetek v přiacutepadě zadaacutevaacuteniacute čiacuteselnyacutech hodnot volby RESTART (znak )

volby připojeniacuteodpojeniacute vyacutestupu (klaacutevesa D) a volba ULOŽIT (znak ) Celaacute podoba

koacutedu je přiložena na CD

ZvolteFunkci() obsluha Volby na klaacutevesnici - Funkce

do

kp = 0 reset proměnneacute

do start cyklu

kp = Keypad_Key_Click() uloženiacute stisknuteacute hodnoty (funkce knihovny Keypad4x4)

while (kp) smyčka se opustiacute jakmile nastane změna

switch (kp) přepiacutenač pro volbu funkce

case 2

Lcd_Out(1 1 Pila )

slovofunkce=0x02x=1 naplněniacute proměnneacute - pila

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

26

break klaacutevesa C

case 3

Lcd_Out(1 1 Obdelnik )

slovofunkce=0x28x=1 naplněniacute proměnneacute - obdeacutelniacutek

TRISCB1=1 přemostěniacute filtru - obdeacutelniacutek je na vyacutestupu

break klaacutevesa B

case 4

Lcd_Out(1 1 Sinus )

slovofunkce=0x00x=1 naplněniacute proměnneacute - Sinus

TRISCB1=0 připojeniacute filtru před vyacutestup

break klaacutevesa A

while (x==0) do změny proměnneacute x ndash konec smyčky

45 Funkce Prenasobeni()

Tato funkce zajišťuje transformaci požadovaneacute frekvence v desiacutetkoveacute soustavě na

jednotlivaacute 16 bitovaacute slova o kmitočtu do šestnaacutectkoveacute soustavy Tento tvar je

srozumitelnyacute generaacutetoru a splňuje podmiacutenky tvaru slova FreqRe0

Prenasobeni() naplněniacute proměnnyacutech o požadovaneacute Frekvenci

funkce pro naplněniacute 32 bitoveacuteho slova pro

FreqReg0 registr

Prenasobeno=cislo 1073741824 převod zadaneacute frekvence pro generaacutetor

pulka1=Prenasobenoamp0x3FFF nulovaacuteniacute 15teacuteho a 16teacuteho bitu

pulka1=pulka1+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 15tyacute bit (1 až 8 bit)

pulka1MSB=pulka1gtgt8 zaacutepis horniacutech 8mi bitů (9 až 16 bit)

pulka2=Prenasobenogtgt14 14ti bitovyacute posun do prava - dolniacutech 8 bitů

pulka2=pulka2+0x4000 zapsaacuteniacute log 1 na 31niacute bit (17 až 24 bit)

pulka2MSB=pulka2gtgt8 zarovnaacuteniacute horniacutech 8 bitů (32 až 25 bit)

46 Vyacutepis zadaneacute hodnoty na displej

Vyacutepis probiacutehaacute v naacutevaznosti na stisk čiacuteselneacute hodnoty Koacuted ošetřuje že prvniacute čiacuteslice je

nenulovaacute Čiacuteslo je vypisovaacuteno s mezerami mezi třetiacutem a čtvrtyacutem řaacutedem ale takeacute mezi

šestyacutem a sedmyacutem řaacutedem Jednaacute se o tvar 1 000 000 Hz Maximum je ošetřeno sedmyacutem

stiskem čiacutesla V tomto přiacutepadě se automaticky vypiacuteše a zvoliacute kmitočet 1MHz Do teacute

doby se plniacute proměnnaacute cislo ve tvaru integer kdežto vypisovaneacute čiacuteslo na displej se

uklaacutedaacute do pole hodnota[] ve tvaru char Niacuteže jsou uvedeny funkce ktereacute tyto situace

řešiacute Funkci Odesli() obsahuje každaacute čiacuteselnaacute klaacutevesa v přepiacutenači switch Jejiacutem uacutekolem

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

27

je plnit pole znaků hodnota[] na prvniacute řaacuted čiacutesla a proměnnou cislo určenou pro vyacutepočet

šestnaacutectkoveacuteho tvaru slova FreqRe0 Plněniacute vyššiacutech řaacutedů ošetřuje funkce VypisCisel()

Odesli() 461

Odesli() uklaacutedaacuteniacute stisknuteacute hodnoty

if ((kpgt47)ampamp(kplt58))

i++ inkrementace počtu stisků

if(ilt7) hodnota[8]=kp uklaacutedaacuteniacute čiacuteslice do proměnneacute

if(i==1) cislo=(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

else cislo=cislo10+(hodnota[8]-48) uklaacutedaacuteniacute čiacutesla do integeru

VypisCisel() 462

VypisCisel() vyacutepis aktuaacutelniacute hodnoty na displej

Lcd_Out(2 1 ) mazaacuteniacute řaacutedku hodnoty

if (i=0 ) vyacutepis pro prvniacute 3 řaacutedy

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+5] = hodnota[x+6]

if (i=0 ampamp igt2) mezera mezi 3 a 4 řaacutedem

for (x = 1 x lt 2 x++)

hodnota[x+3] = hodnota[x+5]

if (i=0 ampamp igt3) vyacutepis 4teacuteho až 6teacuteho řaacutedu

for (x = 1 x lt 3 x++)

hodnota[x+1] = hodnota[x+2]

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

28

47 Vyacutevojovyacute diagram koacutedu

Program je uložen na přiloženeacutem CD kde je každyacute řaacutedek opatřen komentaacuteři

Obr 44 Vyacutevojovyacute diagram programu

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

29

5 Naměřeneacute vyacutestupniacute parametry

51 Sinusoveacute průběhy

Zaacuteznam z osciloskopu znaacutezorňuje

funkci na vyacutestupu filtru při nastaveniacute

1Hz s vyacutestupniacutem napětiacutem 10 Vp-p Je

zde patrnaacute odchylka od zadaneacuteho

kmitočtu Ta je způsobena metodou

přepočtu požadovaneacute frekvence na

šestnaacutectkovyacute tvar čiacutesla Zde se

projeviacute nepřesnost převodu na tvar

hexa Při převodu dojde ke ztraacutetě

hodnoty za desetinnou čaacuterkou Při

zpětneacutem převodu dostaacutevaacuteme

naměřenou hodnotu 9313 mHz

Tato odchylka se projeviacute při každeacute

požadovaneacute frekvenci Lze ji

eliminovat při volbě nebližšiacute

převodniacute celočiacuteselneacute konstanty

Na tomto zaacuteznamu je naviacutec zobrazen

vstupniacute signaacutel do filtru

Obr 51 Sinus 1 Hz

Obr 52 Sinus 10 kHz

Obr 53 Sinus 1 MHz

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

30

52 Obdeacutelniacutekoveacute průběhy

U obdeacutelniacutekovyacutech průběhů ktereacute

nabyacutevajiacute TTL hladin 5V je patrnyacute

vliv přechodovyacute jevů

Obdeacutelniacutekovyacute signaacutel je na vyacutestup

přiveden přiacutemo Neprochaacuteziacute filtrem

zesilovačem ani offsetem

V celeacutem rozsahu kmitočtů maacute

průběh shodneacute parametry

Obr 54 Obdeacutelniacutek 1 kHz

Obr 55 Obdeacutelniacutek 10 kHz

Obr 56 Obdeacutelniacutek 1 MHz

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

31

Trvaacuteniacute naacuteběžneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 44 ns

Trvaacuteniacute sestupneacute hrany je v celeacutem

rozsahu stejneacute Nabyacutevaacute časovyacutech

hodnot 39 ns

Obr 57 Naacuteběžnaacute hrana obdeacutelniacuteku

Obr 58 Sestupnaacute hrana obdeacutelniacuteku

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

32

53 Piloveacute průběhy

Pilovyacute průběh při 1 kHz takeacute splňuje

vyacutestupniacute parametry na vyacutestupu z

filtru

Zde je průběh na vyacutestupu doplněn

vstupniacutem signaacutelem Na 10 kHz se

začiacutenaacute projevovat omezeniacute filtru

vyššiacutech harmonickyacutech složek To

maacute za naacutesledek zaobleniacute vrcholů

trojuacutehelniacuteku signaacutelu

Tento zaacuteznam znaacutezorňuje zaobleniacute

vrcholů trojuacutehelniacuteku signaacutelu na

vstupu a vliv vyacutestupniacuteho filtru

kteryacute potlačil většinu vyššiacutech

harmonickyacutech složek Na vyacutestupu

dostaacutevaacuteme sinusovyacute průběh

Obr 59 Pila 1 kHz

Obr 510 Pila 10 kHz

Obr 511 Pila 100 kHz

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

33

54 Vyacutestupniacute filtr

Simulace filtru 541

Simulace byla realizovaacutena v programu MicCap10 kteryacute umožnuje veškereacute měřeniacute

ktereacute lze realizovat v praxi aniž by hrozilo fyzickeacute zničeniacute součaacutestek nespraacutevnyacutemi

naacutevrhy obvodů

Obr 512 Frekvenčniacute a faacutezovaacute charakteristika

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

34

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

zesiacuteleniacute [dB] -35 -46 -54 -65 -80 -94 -107 -120 -132 -144 -155 -166 -176 -186 -196 -205 -214 -222 -230 -237 -243 -395 -498

Naměřeneacute hodnoty filtru 542

Tab 51 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 513 Frekvenčniacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

35

f [kHz] 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 2 000 3 000

faacuteze [deg] -205 -253 -301 -374 -447 -498 -567 -616 -681 -745 -801 -872 -936 -995 -1054 -1123 -1198 -1264 -1328 -1372 -1429 -3515 -5159

Tab 52 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

Obr 514 Faacutezovaacute charakteristika vyacutestupniacuteho filtru

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

36

6 Zaacutevěr

Zadaacuteniacutem bylo realizovat generaacutetor přiacutemeacute čiacuteslicoveacute synteacutezy řiacutezenyacute mikrokontrolerem do

kmitočtu 1 MHz Maximaacutelniacute špičkoveacute napětiacute 10 V a vnitřniacute impedance 50 Ω

Uživatelskyacutem rozhraniacutem byla určena klaacutevesnice a displej

Zadaacuteniacute se povedlo realizovat na funkčniacutem vzorku kteryacute splňuje zadaneacute parametry

Navrženyacute vyacutestupniacute filtr nesplnil předpoklady nabiteacute z realizovaneacute simulace Důvodem

mohou byacutet maleacute hodnoty vypočiacutetanyacutech kondenzaacutetorů filtru ktereacute se bliacutežiacute parazitniacutem

kapacitaacutem a indukčnostem samotnyacutech vodivyacutech drah plošneacuteho spoje Filtr dolniacute

propusti byl navrhovaacuten s mezniacutem kmitočtem 2 GHz Z naměřenyacutech hodnot lze o filtru

řiacuteci že jeho frekvenčniacute paacutesmo je do 150 kHz od referenčniacuteho kmitočtu 1 kHz

s uacutetlumem 3 dB Parametry vyacutestupniacuteho zesilovače tento vysokyacute uacutetlum kompenzujiacute

protože celkoveacute zesiacuteleniacute bylo upraveno na A = 50 Proto se podařilo zadaacuteniacute vyacutestupniacuteho

napětiacute splnit

Při přiacuteštiacute realizaci je vhodneacute volit konzervativnějšiacute a mnohokraacutet osvědčenyacute naacutevrh

vyacutestupniacuteho filtru pomociacute pasivniacutech prvků

Funkce Sinus je realizovatelnaacute pro celeacute frekvenčniacute paacutesmo bez zkresleniacute

Funkce Pila je realizovatelnaacute s nepatrnyacutem zaobleniacutem vrcholů trojuacutehelniacuteků do kmitočtu

10 kHz Při vyššiacutech kmitočtech je už znatelneacute omezeniacute vyššiacutech harmonickyacutech složek

signaacutelu To maacute za naacutesledek přeměnu piloveacuteho signaacutelu v sinusovyacute průběh Sinusovaacute

podoba je markantnějšiacute s rostouciacutem kmitočtem

Funkce obdeacutelniacutek je vedena přiacutemo na vyacutestup V tomto přiacutepadě by vyacutestupniacute filtr

deformoval požadovanyacute signaacutel už od niacutezkyacutech kmitočtů

Přiacuteštiacute naacutevrh je vhodneacute vybavit digitaacutelniacutem měřeniacute vyacutestupniacuteho napětiacute digitaacutelniacute regulaci

vyacutestupniacuteho napětiacute a offsetu aby uživatel nebyl nucen pro použitiacute generaacutetoru použiacutet

osciloskop

Během teacuteto praacutece jsem si prohloubil znalosti jak nejaktuaacutelnějšiacuteho způsobu generovaacuteniacute

funkciacute ale takeacute problematiku programovaacuteniacute mikrokontrolerů Praktickyacutem přiacutenosem pro

tvorbu DPS je osvojeniacute si metody do domaacuteciacutech podmiacutenek tvorby motivů fotocestou

Osvojeniacute si praacutece s osciloskopem je nedocenitelnou zkušenostiacute pro přiacuteštiacute realizaci

obvodů

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

37

7 Seznam použiteacute literatury a zdrojů informaciacute

[1] ANALOG DEVICES Analog Filter Wizard [online] copy 1995 -

2015 Analog Devices 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsenfilterwizardtype

[2] UacuteSTŘEDNIacute KNIHOVNA ČVUT Formaacutelniacute uacuteprava VŠKP

[online] Copyright copy 2010 UacuteK ČVUT Praha 2010 [cit 2015-

05-21] Dostupneacute z httpknihovnacvutczstudiumjak-psat-

vskpdoporuceniformalni-uprava-vskppiacutesmo

[3] ANALOG DEVICES AD9833 [online] copy 1995 - 2015 Analog

Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-overview

[4] ANALOG DEVICES Design Tools ADIsimDDS [online] copy

1995 - 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomdesigntoolsensimddsdtDDSMainaspx

[5] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis [online] copy 1995

- 2015 Analog Devices [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwanalogcomparametricsearchen10068mtuid=20b7

4dd38c504ead97d68b90437d132d10068d=sel|0|-

1|4666|90|69|4734|4735|4478|4638|7|4458|170|2835|2836|3970|4

179|-3

[6] ANALOG DEVICES APPLICATION NOTE AN 1070 [online] Rev 0 2010

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationapplication-notesAN-1070pdf

[7] ANALOG DEVICES AD8065AD8066 datasheet [online] Rev J 2010 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-

documentationdata-sheetsAD8065_8066pdf

[8] ANALOG DEVICES AD8022 datasheet [online] Rev C 2011 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD8022pdf

[9] ANALOG DEVICES AD9833 specification [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-microwavedirect-digital-

synthesis-modulatorsad9833htmlproduct-samplebuy

[10] ANALOG DEVICES AD9833 datasheet [online] Rev E 2012 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z httpwwwanalogcommediaentechnical-documentationdata-

sheetsAD9833pdf

38

[11] ANALOG DEVICES Direct Digital Synthesis amp Modulators [online] 2015 [cit

2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwanalogcomenproductsrf-

microwavedirect-digital-synthesis-modulatorshtml

[12] NEUROSCIENCE AND ROBOTICS LABORATORY (NXR) Waveform

Generation with AD9833 [online] 2008 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httphadesmechnorthwesterneduindexphpWaveform_Generation_with_AD9

833

[13] MLAB Domaacuteciacute vyacuteroba plošnyacutech spojů fotocestou [online] 2014 [cit 2015-05-

21] Dostupneacute z

httpwwwmlabczArticlesHowToHow_to_make_PCBDOCHTMLHow_to_

make_PCBcshtml

[14] MICROCHIP TECHNOLOGY INC 8-bit Resources Architecture [online] 2014

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwmicrochipcompagehandleren-

usfamily8bit

[15] ATOMSINDUSTRIESCOM 16x2 White Character Blue Backlight LCD

HD44780 Based Display [online] 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwatomsindustriescomASD1098

[16] GM ELECTRONIC F-KV16KEY BLACK [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwgmeczf-kv16key-black-p637-091

[17] MIKROELEKTRONIKA MikroC PRO for PIC [online] 2015 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpwwwmikroecommikrocpic

[18] MIKROELEKTRONIKA Keypad Library [software] 2012 [přiacutestup 17102011]

Dostupneacute z

httpwwwmikroecomdownloadengdocumentscompilersmikrocpropichelp

keypad_libraryhtm

[19] MIKROELEKTRONIKA Lcd Library [software] 2012 [přiacutestup 17102011]

Dostupneacute z

httpwwwmikroecomdownloadengdocumentscompilersmikrocpropichelp

lcd_libraryhtm

[20] MIKROELEKTRONIKA SPI Library [software] 2012 [přiacutestup 17102011]

Dostupneacute z

httpwwwmikroecomdownloadengdocumentscompilersmikrocpropichelp

spi_libraryhtm

[21] FARNELL 12-Series General Oscillator Specifications datasheet [online] 2015

[cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwfarnellcomdatasheets95535pdf

[22] TAIWAN SEMICONDUCTOR TS7900 Series datasheet [online] Ver E12

2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z httpwwwfarnellcomdatasheets95535pdf

39

[23] TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATEDNE 5534 datasheet [online]

2004 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httpwwwgmeczimgcachedoc926012ne5534d-smd-datasheet-2pdf

[24] MICROCHIP PIC18(L)F2X4XK22 datasheet [online] 2012 [cit 2015-05-21]

Dostupneacute z httpww1microchipcomdownloadsenDeviceDoc41412Fpdf

[25] ZAacuteHLAVA Viacutet Naacutevrh a konstrukce desek plošnyacutech spojů

principy a pravidla praktickeacuteho naacutevrhu Vyd 1 Praha BEN

2010 123 s ISBN 978-80-7300-266-4

[26] DAVIacuteDEK Vratislav Miloš LAIPERT a Miroslav VLČEK

Analogoveacute a čiacuteslicoveacute filtry Vyd 2 Praha Vydavatelstviacute

ČVUT 2004 345 s ISBN 80-01-03026-1

[27] SKALICKYacute Petr Čiacuteslicoveacute systeacutemy v radiotechnice Vyd 1

Praha Vydavatelstviacute ČVUT copy2004 201 s ISBN 80-01-02854-

2

[28] VEDRAL Josef a Jan FISCHER Elektronickeacute obvody pro

měřiciacute techniku Vyd 2 Praha Vydavatelstviacute ČVUT 2004 340

s ISBN 80-01-02966-2

[29] ELECTRICPARTSampMCU DEVELOPMENT AD9833BRMZ

MSOP-10 [online] 2015 [cit 2015-05-21] Dostupneacute z

httporzpartscomindexphpmain_page=product_infoampcPath=

28ampproducts_id=993ampzenid=iarajq8asrb47484v36uhrf180

40

8 Přiacutelohy

81 Terminologickyacute slovniacutek

DDS Direct Digital Synthesis

DPS Deska Plošnyacutech Spojů

BNC Bayonet Neill Concelman connector

LSB Low Significant Bit

MSB Most Significant Bit

LCD Liquid crystal display

ROM Read-Only Memory

SMD Surface-Mount Device

SPI Serial Peripheral Interface

ASCII American Standard Code for Information Interchange

Vp-p Napětiacute špička - špička

TTL Transistor-Transistor-Logic

SCK Serial Clock

SDI Serial Data In

SDO Serial Data Out

DAC Analog-to-Digital Converter

TQFP Thin Quad Flat Pack

MIPS Million Instruction Per Second

CPU Central Processing Unit

IO InputOutput

MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

MSOP Micro Small Outline Package

41

82 Seznam tabulek

TAB 21 VAZBY MEZI PINY 10

TAB 41 FUNKCE SYMBOLŮ A ZNAKŮ KLAacuteVESNICE 23

TAB 51 FREKVENČNIacute CHARAKTERISTIKA VYacuteSTUPNIacuteHO FILTRU 34

TAB 52 FAacuteZOVAacute CHARAKTERISTIKA VYacuteSTUPNIacuteHO FILTRU 35

TAB 81 POUŽITEacute SOUČAacuteSTKY - NAPAacuteJENIacute 53

TAB 82 POUŽITEacute SOUČAacuteSTKY - ŘIacuteZENIacute 53

TAB 83 POUŽITEacute SOUČAacuteSTKY - FILTR S GENERAacuteTOREM 54

83 Seznam rovnic

(11) fmaxhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3

(12) ∆fhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3

(13) A celkoveacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 18

(14) A 1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 18

(15) A 2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 18

(16) U offsethelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 19

(17) ∆f oscilaacutetoruhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 19

41

82 Seznam tabulek

TAB 21 VAZBY MEZI PINY 10

TAB 41 FUNKCE SYMBOLŮ A ZNAKŮ KLAacuteVESNICE 23

TAB 51 FREKVENČNIacute CHARAKTERISTIKA VYacuteSTUPNIacuteHO FILTRU 34

TAB 52 FAacuteZOVAacute CHARAKTERISTIKA VYacuteSTUPNIacuteHO FILTRU 35

TAB 81 POUŽITEacute SOUČAacuteSTKY - NAPAacuteJENIacute 53

TAB 82 POUŽITEacute SOUČAacuteSTKY - ŘIacuteZENIacute 53

TAB 83 POUŽITEacute SOUČAacuteSTKY - FILTR S GENERAacuteTOREM 54

83 Seznam rovnic

(11) fmaxhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3

(12) ∆fhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3

(13) A celkoveacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 18

(14) A 1helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 18

(15) A 2helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 18

(16) U offsethelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 19

(17) ∆f oscilaacutetoruhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 19

42

84 Seznam obraacutezků

OBR 11 BLOKOVEacute SCHEacuteMA GENEROVAacuteNIacute SIGNAacuteLU [4] 2

OBR 12 POČET IO PINŮ A PAMĚŤOVYacute PROSTOR JEDNOTLIVYacuteCH ŘAD RODINY PIC [14] 5

OBR 13 POROVNAacuteNIacute 8 BITOVYacuteCH ARCHITEKTUR ŘAD PIC [14] 6

OBR 21 GENERAacuteTOR AD 9833 [29] 7

OBR 22 FUNKČNIacute BLOKOVYacute DIAGRAM [10] 8

OBR 23 HORNIacute POHLED NA POUZDRO [10] 9

OBR 24 POPIS JEDNOTLIVYacuteCH PINŮ 9

OBR 25 ČASOVAacuteNIacute SPI KOMUNIKACE [10] 10

OBR 26 ZPŮSOB ZAacutePISU DO FREKVENČNIacuteCH REGISTRŮ [10] 11

OBR 27 ZPŮSOB ZAacutePISU DO FAacuteZOVEacuteHO REGISTRU [10] 11

OBR 28 KOMBINACE BITŮ PRO ZVOLENIacute PRŮBĚHU[10] 12

OBR 29 BLOKOVEacute SCHEacuteMA ZAacutePISU DO GENERAacuteTORU 12

OBR 210 ROZMIacuteSTĚNIacute JEDNOTLIVYacuteCH VYacuteZNAMŮ BIT VE SLOVĚ CONTROL [10] 13

OBR 211 VYacuteZNAMY JEDNOTLIVYacuteCH BITŮ [10] 13

OBR 31 BLOKOVEacute SCHEacuteMA GENERAacuteTORU 14

OBR 32 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute NAPAacuteJECIacute ČAacuteSTI 15

OBR 33 PIN DIAGRAM TQFF - 44 PIN [24] 16

OBR 34 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute ŘIacuteDIacuteCIacute ČAacuteSTI 17

OBR 35 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute FILTRU S GENERAacuteTOREM 18

OBR 36 UacuteVODNIacute STRANA [1] 19

OBR 37 RUČNIacute VOLBA VLASTNOSTIacute POUŽITYacuteCH OP ZESILOVAČŮ [1] 20

OBR 38 ZVOLENIacute PARAMETRŮ FILTRU [1] 20

OBR 39 SUMAacuteŘ VYacuteSLEDKŮ A JEJICH ZOBRAZENIacute [1] 21

OBR 310 VOLBA TOLERANCE POČIacuteTANYacuteCH KOMPONENT [1] 21

OBR 41 POUŽITYacute DISPLEJ [15] 23

OBR 42 ČIacuteSELNAacute HODNOTA JEDNOTLIVYacuteCH KLAacuteVES 23

OBR 43 POUŽITAacute KLAacuteVESNICE [16] 23

OBR 44 VYacuteVOJOVYacute DIAGRAM PROGRAMU 28

OBR 51 SINUS 1 HZ 29

OBR 52 SINUS 10 KHZ 29

OBR 53 SINUS 1 MHZ 29

OBR 54 OBDEacuteLNIacuteK 1 KHZ 30

OBR 55 OBDEacuteLNIacuteK 10 KHZ 30

OBR 56 OBDEacuteLNIacuteK 1 MHZ 30

OBR 57 NAacuteBĚŽNAacute HRANA OBDEacuteLNIacuteKU 31

OBR 58 SESTUPNAacute HRANA OBDEacuteLNIacuteKU 31

OBR 59 PILA 1 KHZ 32

OBR 510 PILA 10 KHZ 32

OBR 511 PILA 100 KHZ 32

OBR 512 FREKVENČNIacute A FAacuteZOVAacute CHARAKTERISTIKA 33

OBR 513 FREKVENČNIacute CHARAKTERISTIKA VYacuteSTUPNIacuteHO FILTRU 34

OBR 514 FAacuteZOVAacute CHARAKTERISTIKA VYacuteSTUPNIacuteHO FILTRU 35

OBR 81 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute NAPAacuteJECIacute ČAacuteSTI 44

OBR 82 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute ŘIacuteDIacuteCIacute ČAacuteSTI 45

OBR 83 SCHEacuteMA ZAPOJENIacute ČAacuteSTI GENERAacuteTORU S FILTREM 46

OBR 84 DPS NAPAacuteJECIacute ČAacuteSTI 47

OBR 85 DPS NAPAacuteJECIacute ČAacuteSTI 48

43

OBR 86 DPS GENERAacuteTORU S FILTREM 49

OBR 87 OSAZOVACIacute PLAacuteN NAPAacuteJECIacute ČAacuteSTI 50

OBR 88 OSAZOVACIacute PLAacuteN ŘIacuteDIacuteCIacute ČAacuteSTI 51

OBR 89 OSAZOVACIacute PLAacuteN GENERAacuteTORU S FILTREM 52

44

85 Scheacutema zapojeniacute

Obr 81 Scheacutema zapojeniacute napaacutejeciacute čaacutesti

45

Obr 82 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

46

Obr 83 Scheacutema zapojeniacute čaacutesti generaacutetoru s filtrem

47

86 Naacutevrhy desek plošnyacutech spojů

Obr 84 DPS napaacutejeciacute čaacutesti

Rozměr desky 90 x 70 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

48

Rozměr desky 68 x 56 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

Obr 85 DPS napaacutejeciacute čaacutesti

49

Rozměr desky 95 x 75 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

Obr 86 DPS generaacutetoru s filtrem

50

87 Osazovaciacute plaacuteny

Obr 87 Osazovaciacute plaacuten napaacutejeciacute čaacutesti

51

Obr 88 Osazovaciacute plaacuten řiacutediacuteciacute čaacutesti

52

Obr 89 Osazovaciacute plaacuten generaacutetoru s filtrem

53

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

B1 - G můstek DF10S DFS

C1 C2 C3 3 2200microF C050-075X075

C4 C5 C6 C7 C8 5 330nF C050-025X075

C9 C10 C11 C12 C13 5 100nF C050-025X075

D1 D2 2 1N4007 DO41-10

IC1 1 7812 TO252

IC2 IC3 IC4 3 7805 TO252

IO1 1 7912 TO-220S

JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 5 řada pinů 1X03

JP6 JP7 JP8 JP9 JP10 JP11 6 řada pinů 1X02

LED_1 LED_2 2 red LED5MM

PAD1 PAD2 2 řada pinů 25411

R1 R2 2 499R 020710

R3 1 0R 020710

TR1 1 transformaacutetor EI48-2B

Součaacutestky DPS - Napaacutejeniacute

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R6 1 0R R1206

C1 C3 C9 C10 4 100nF C1206

R3 R5 R16 3 100R R1206

R2

R4 - trimr

RN1 - rezistorovaacute siacuteť

3 10K R1206

D1 D2 2 1N4007 MELF

R1 1 330R R1206

Q1 Q2 2 BS170 SOT54ES

K1 - rele

K2 - rele2

Output

FilterBNCFRS1B

IC1 1 PIC18F46K22 TQFP44

S1 1 RESET DTSM-3

JP6 - IN 1 řada pinů 1X01

JP3 - NAPAJENI

JP5 - FilterBNC

JP4 - OUTPUT

3 řada pinů 1X02

JP2 - SPI 1 řada pinů 1X03

JP7 - PROGRAM 1 řada pinů 1X05

JP6 - KLAVESNICE 1 řada pinů 1X08

JP1 - LCD 1 řada pinů 1X13

Součaacutestky DPS - Řiacutezeniacute

88 Partlists

Tab 82 Použiteacute součaacutestky - řiacutezeniacute

Tab 81 Použiteacute

součaacutestky - napaacutejeniacute

54

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R19 R21 2 0R R2512

C2 C6 2 10microF C3216

R16 R17 2 7K M1206

R14 1 5K M1206

C1 C3 C4 C7 C8 C19 C20

C21 C22 C23 C24 C25 C26

C27 C28

15 100nF C1206

C10 C11 C12 C13 4 100pF C0805

R13 - potenciometr

R18 - potenciometr2 10K P091N

C5 1 10nF C1206

C14 C15 C16 C17 C18 5 10pF C0805

R4 1 12K M1206

R20 1 1K M1206

R5 1 1K2 M1206

R6 1 22K M1206

R8 1 27K M1206

R3 1 2K M1206

R1 R2 2 2K4 M1206

R10 1 30K M1206

C9 1 390pF C0805

R11 1 4K M1206

R15 1 50R 02077

R9 1 820R M1206

R12 1 8K M1206

R7 1 910R M1206

IC2 IC3 2 AD8022 SO8

IC5 1 AD8065 SO8

IC4 1 AD8066 SO8

IC1 1 AD9833 MSOP10

OSC_25_MHZ 1 AEL AEL

IC6 1 NE5534 SO08

VYSTUP_SONDA

TESTPIN22 řada pinů 1X01

A_5V D_5V

JP1 - FilterBNC VYSTUP4 řada pinů 1X02

JP2 JP3 JP4 JP5 SPI 5 řada pinů 1X03

Součaacutestky DPS - Filtr

Tab 83 Použiteacute součaacutestky - filtr s generaacutetorem

55

89 Obsah CD

BP

elektronickaacute verze bakalaacuteřskeacute praacutece

DPS

soubory scheacutemat a desek plošneacuteho pro prostřediacute EAGLE

program

zdrojoveacute koacutedy

datasheets

technickaacute dokumentace použityacutech součaacutestek

prubehy

průběhy naměřenyacutech hodnot

simulace

simulace vyacutestupniacuteho filtru

45

Obr 82 Scheacutema zapojeniacute řiacutediacuteciacute čaacutesti

46

Obr 83 Scheacutema zapojeniacute čaacutesti generaacutetoru s filtrem

47

86 Naacutevrhy desek plošnyacutech spojů

Obr 84 DPS napaacutejeciacute čaacutesti

Rozměr desky 90 x 70 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

48

Rozměr desky 68 x 56 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

Obr 85 DPS napaacutejeciacute čaacutesti

49

Rozměr desky 95 x 75 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

Obr 86 DPS generaacutetoru s filtrem

50

87 Osazovaciacute plaacuteny

Obr 87 Osazovaciacute plaacuten napaacutejeciacute čaacutesti

51

Obr 88 Osazovaciacute plaacuten řiacutediacuteciacute čaacutesti

52

Obr 89 Osazovaciacute plaacuten generaacutetoru s filtrem

53

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

B1 - G můstek DF10S DFS

C1 C2 C3 3 2200microF C050-075X075

C4 C5 C6 C7 C8 5 330nF C050-025X075

C9 C10 C11 C12 C13 5 100nF C050-025X075

D1 D2 2 1N4007 DO41-10

IC1 1 7812 TO252

IC2 IC3 IC4 3 7805 TO252

IO1 1 7912 TO-220S

JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 5 řada pinů 1X03

JP6 JP7 JP8 JP9 JP10 JP11 6 řada pinů 1X02

LED_1 LED_2 2 red LED5MM

PAD1 PAD2 2 řada pinů 25411

R1 R2 2 499R 020710

R3 1 0R 020710

TR1 1 transformaacutetor EI48-2B

Součaacutestky DPS - Napaacutejeniacute

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R6 1 0R R1206

C1 C3 C9 C10 4 100nF C1206

R3 R5 R16 3 100R R1206

R2

R4 - trimr

RN1 - rezistorovaacute siacuteť

3 10K R1206

D1 D2 2 1N4007 MELF

R1 1 330R R1206

Q1 Q2 2 BS170 SOT54ES

K1 - rele

K2 - rele2

Output

FilterBNCFRS1B

IC1 1 PIC18F46K22 TQFP44

S1 1 RESET DTSM-3

JP6 - IN 1 řada pinů 1X01

JP3 - NAPAJENI

JP5 - FilterBNC

JP4 - OUTPUT

3 řada pinů 1X02

JP2 - SPI 1 řada pinů 1X03

JP7 - PROGRAM 1 řada pinů 1X05

JP6 - KLAVESNICE 1 řada pinů 1X08

JP1 - LCD 1 řada pinů 1X13

Součaacutestky DPS - Řiacutezeniacute

88 Partlists

Tab 82 Použiteacute součaacutestky - řiacutezeniacute

Tab 81 Použiteacute

součaacutestky - napaacutejeniacute

54

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R19 R21 2 0R R2512

C2 C6 2 10microF C3216

R16 R17 2 7K M1206

R14 1 5K M1206

C1 C3 C4 C7 C8 C19 C20

C21 C22 C23 C24 C25 C26

C27 C28

15 100nF C1206

C10 C11 C12 C13 4 100pF C0805

R13 - potenciometr

R18 - potenciometr2 10K P091N

C5 1 10nF C1206

C14 C15 C16 C17 C18 5 10pF C0805

R4 1 12K M1206

R20 1 1K M1206

R5 1 1K2 M1206

R6 1 22K M1206

R8 1 27K M1206

R3 1 2K M1206

R1 R2 2 2K4 M1206

R10 1 30K M1206

C9 1 390pF C0805

R11 1 4K M1206

R15 1 50R 02077

R9 1 820R M1206

R12 1 8K M1206

R7 1 910R M1206

IC2 IC3 2 AD8022 SO8

IC5 1 AD8065 SO8

IC4 1 AD8066 SO8

IC1 1 AD9833 MSOP10

OSC_25_MHZ 1 AEL AEL

IC6 1 NE5534 SO08

VYSTUP_SONDA

TESTPIN22 řada pinů 1X01

A_5V D_5V

JP1 - FilterBNC VYSTUP4 řada pinů 1X02

JP2 JP3 JP4 JP5 SPI 5 řada pinů 1X03

Součaacutestky DPS - Filtr

Tab 83 Použiteacute součaacutestky - filtr s generaacutetorem

55

89 Obsah CD

BP

elektronickaacute verze bakalaacuteřskeacute praacutece

DPS

soubory scheacutemat a desek plošneacuteho pro prostřediacute EAGLE

program

zdrojoveacute koacutedy

datasheets

technickaacute dokumentace použityacutech součaacutestek

prubehy

průběhy naměřenyacutech hodnot

simulace

simulace vyacutestupniacuteho filtru

46

Obr 83 Scheacutema zapojeniacute čaacutesti generaacutetoru s filtrem

47

86 Naacutevrhy desek plošnyacutech spojů

Obr 84 DPS napaacutejeciacute čaacutesti

Rozměr desky 90 x 70 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

48

Rozměr desky 68 x 56 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

Obr 85 DPS napaacutejeciacute čaacutesti

49

Rozměr desky 95 x 75 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

Obr 86 DPS generaacutetoru s filtrem

50

87 Osazovaciacute plaacuteny

Obr 87 Osazovaciacute plaacuten napaacutejeciacute čaacutesti

51

Obr 88 Osazovaciacute plaacuten řiacutediacuteciacute čaacutesti

52

Obr 89 Osazovaciacute plaacuten generaacutetoru s filtrem

53

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

B1 - G můstek DF10S DFS

C1 C2 C3 3 2200microF C050-075X075

C4 C5 C6 C7 C8 5 330nF C050-025X075

C9 C10 C11 C12 C13 5 100nF C050-025X075

D1 D2 2 1N4007 DO41-10

IC1 1 7812 TO252

IC2 IC3 IC4 3 7805 TO252

IO1 1 7912 TO-220S

JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 5 řada pinů 1X03

JP6 JP7 JP8 JP9 JP10 JP11 6 řada pinů 1X02

LED_1 LED_2 2 red LED5MM

PAD1 PAD2 2 řada pinů 25411

R1 R2 2 499R 020710

R3 1 0R 020710

TR1 1 transformaacutetor EI48-2B

Součaacutestky DPS - Napaacutejeniacute

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R6 1 0R R1206

C1 C3 C9 C10 4 100nF C1206

R3 R5 R16 3 100R R1206

R2

R4 - trimr

RN1 - rezistorovaacute siacuteť

3 10K R1206

D1 D2 2 1N4007 MELF

R1 1 330R R1206

Q1 Q2 2 BS170 SOT54ES

K1 - rele

K2 - rele2

Output

FilterBNCFRS1B

IC1 1 PIC18F46K22 TQFP44

S1 1 RESET DTSM-3

JP6 - IN 1 řada pinů 1X01

JP3 - NAPAJENI

JP5 - FilterBNC

JP4 - OUTPUT

3 řada pinů 1X02

JP2 - SPI 1 řada pinů 1X03

JP7 - PROGRAM 1 řada pinů 1X05

JP6 - KLAVESNICE 1 řada pinů 1X08

JP1 - LCD 1 řada pinů 1X13

Součaacutestky DPS - Řiacutezeniacute

88 Partlists

Tab 82 Použiteacute součaacutestky - řiacutezeniacute

Tab 81 Použiteacute

součaacutestky - napaacutejeniacute

54

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R19 R21 2 0R R2512

C2 C6 2 10microF C3216

R16 R17 2 7K M1206

R14 1 5K M1206

C1 C3 C4 C7 C8 C19 C20

C21 C22 C23 C24 C25 C26

C27 C28

15 100nF C1206

C10 C11 C12 C13 4 100pF C0805

R13 - potenciometr

R18 - potenciometr2 10K P091N

C5 1 10nF C1206

C14 C15 C16 C17 C18 5 10pF C0805

R4 1 12K M1206

R20 1 1K M1206

R5 1 1K2 M1206

R6 1 22K M1206

R8 1 27K M1206

R3 1 2K M1206

R1 R2 2 2K4 M1206

R10 1 30K M1206

C9 1 390pF C0805

R11 1 4K M1206

R15 1 50R 02077

R9 1 820R M1206

R12 1 8K M1206

R7 1 910R M1206

IC2 IC3 2 AD8022 SO8

IC5 1 AD8065 SO8

IC4 1 AD8066 SO8

IC1 1 AD9833 MSOP10

OSC_25_MHZ 1 AEL AEL

IC6 1 NE5534 SO08

VYSTUP_SONDA

TESTPIN22 řada pinů 1X01

A_5V D_5V

JP1 - FilterBNC VYSTUP4 řada pinů 1X02

JP2 JP3 JP4 JP5 SPI 5 řada pinů 1X03

Součaacutestky DPS - Filtr

Tab 83 Použiteacute součaacutestky - filtr s generaacutetorem

55

89 Obsah CD

BP

elektronickaacute verze bakalaacuteřskeacute praacutece

DPS

soubory scheacutemat a desek plošneacuteho pro prostřediacute EAGLE

program

zdrojoveacute koacutedy

datasheets

technickaacute dokumentace použityacutech součaacutestek

prubehy

průběhy naměřenyacutech hodnot

simulace

simulace vyacutestupniacuteho filtru

47

86 Naacutevrhy desek plošnyacutech spojů

Obr 84 DPS napaacutejeciacute čaacutesti

Rozměr desky 90 x 70 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

48

Rozměr desky 68 x 56 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

Obr 85 DPS napaacutejeciacute čaacutesti

49

Rozměr desky 95 x 75 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

Obr 86 DPS generaacutetoru s filtrem

50

87 Osazovaciacute plaacuteny

Obr 87 Osazovaciacute plaacuten napaacutejeciacute čaacutesti

51

Obr 88 Osazovaciacute plaacuten řiacutediacuteciacute čaacutesti

52

Obr 89 Osazovaciacute plaacuten generaacutetoru s filtrem

53

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

B1 - G můstek DF10S DFS

C1 C2 C3 3 2200microF C050-075X075

C4 C5 C6 C7 C8 5 330nF C050-025X075

C9 C10 C11 C12 C13 5 100nF C050-025X075

D1 D2 2 1N4007 DO41-10

IC1 1 7812 TO252

IC2 IC3 IC4 3 7805 TO252

IO1 1 7912 TO-220S

JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 5 řada pinů 1X03

JP6 JP7 JP8 JP9 JP10 JP11 6 řada pinů 1X02

LED_1 LED_2 2 red LED5MM

PAD1 PAD2 2 řada pinů 25411

R1 R2 2 499R 020710

R3 1 0R 020710

TR1 1 transformaacutetor EI48-2B

Součaacutestky DPS - Napaacutejeniacute

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R6 1 0R R1206

C1 C3 C9 C10 4 100nF C1206

R3 R5 R16 3 100R R1206

R2

R4 - trimr

RN1 - rezistorovaacute siacuteť

3 10K R1206

D1 D2 2 1N4007 MELF

R1 1 330R R1206

Q1 Q2 2 BS170 SOT54ES

K1 - rele

K2 - rele2

Output

FilterBNCFRS1B

IC1 1 PIC18F46K22 TQFP44

S1 1 RESET DTSM-3

JP6 - IN 1 řada pinů 1X01

JP3 - NAPAJENI

JP5 - FilterBNC

JP4 - OUTPUT

3 řada pinů 1X02

JP2 - SPI 1 řada pinů 1X03

JP7 - PROGRAM 1 řada pinů 1X05

JP6 - KLAVESNICE 1 řada pinů 1X08

JP1 - LCD 1 řada pinů 1X13

Součaacutestky DPS - Řiacutezeniacute

88 Partlists

Tab 82 Použiteacute součaacutestky - řiacutezeniacute

Tab 81 Použiteacute

součaacutestky - napaacutejeniacute

54

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R19 R21 2 0R R2512

C2 C6 2 10microF C3216

R16 R17 2 7K M1206

R14 1 5K M1206

C1 C3 C4 C7 C8 C19 C20

C21 C22 C23 C24 C25 C26

C27 C28

15 100nF C1206

C10 C11 C12 C13 4 100pF C0805

R13 - potenciometr

R18 - potenciometr2 10K P091N

C5 1 10nF C1206

C14 C15 C16 C17 C18 5 10pF C0805

R4 1 12K M1206

R20 1 1K M1206

R5 1 1K2 M1206

R6 1 22K M1206

R8 1 27K M1206

R3 1 2K M1206

R1 R2 2 2K4 M1206

R10 1 30K M1206

C9 1 390pF C0805

R11 1 4K M1206

R15 1 50R 02077

R9 1 820R M1206

R12 1 8K M1206

R7 1 910R M1206

IC2 IC3 2 AD8022 SO8

IC5 1 AD8065 SO8

IC4 1 AD8066 SO8

IC1 1 AD9833 MSOP10

OSC_25_MHZ 1 AEL AEL

IC6 1 NE5534 SO08

VYSTUP_SONDA

TESTPIN22 řada pinů 1X01

A_5V D_5V

JP1 - FilterBNC VYSTUP4 řada pinů 1X02

JP2 JP3 JP4 JP5 SPI 5 řada pinů 1X03

Součaacutestky DPS - Filtr

Tab 83 Použiteacute součaacutestky - filtr s generaacutetorem

55

89 Obsah CD

BP

elektronickaacute verze bakalaacuteřskeacute praacutece

DPS

soubory scheacutemat a desek plošneacuteho pro prostřediacute EAGLE

program

zdrojoveacute koacutedy

datasheets

technickaacute dokumentace použityacutech součaacutestek

prubehy

průběhy naměřenyacutech hodnot

simulace

simulace vyacutestupniacuteho filtru

48

Rozměr desky 68 x 56 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

Obr 85 DPS napaacutejeciacute čaacutesti

49

Rozměr desky 95 x 75 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

Obr 86 DPS generaacutetoru s filtrem

50

87 Osazovaciacute plaacuteny

Obr 87 Osazovaciacute plaacuten napaacutejeciacute čaacutesti

51

Obr 88 Osazovaciacute plaacuten řiacutediacuteciacute čaacutesti

52

Obr 89 Osazovaciacute plaacuten generaacutetoru s filtrem

53

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

B1 - G můstek DF10S DFS

C1 C2 C3 3 2200microF C050-075X075

C4 C5 C6 C7 C8 5 330nF C050-025X075

C9 C10 C11 C12 C13 5 100nF C050-025X075

D1 D2 2 1N4007 DO41-10

IC1 1 7812 TO252

IC2 IC3 IC4 3 7805 TO252

IO1 1 7912 TO-220S

JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 5 řada pinů 1X03

JP6 JP7 JP8 JP9 JP10 JP11 6 řada pinů 1X02

LED_1 LED_2 2 red LED5MM

PAD1 PAD2 2 řada pinů 25411

R1 R2 2 499R 020710

R3 1 0R 020710

TR1 1 transformaacutetor EI48-2B

Součaacutestky DPS - Napaacutejeniacute

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R6 1 0R R1206

C1 C3 C9 C10 4 100nF C1206

R3 R5 R16 3 100R R1206

R2

R4 - trimr

RN1 - rezistorovaacute siacuteť

3 10K R1206

D1 D2 2 1N4007 MELF

R1 1 330R R1206

Q1 Q2 2 BS170 SOT54ES

K1 - rele

K2 - rele2

Output

FilterBNCFRS1B

IC1 1 PIC18F46K22 TQFP44

S1 1 RESET DTSM-3

JP6 - IN 1 řada pinů 1X01

JP3 - NAPAJENI

JP5 - FilterBNC

JP4 - OUTPUT

3 řada pinů 1X02

JP2 - SPI 1 řada pinů 1X03

JP7 - PROGRAM 1 řada pinů 1X05

JP6 - KLAVESNICE 1 řada pinů 1X08

JP1 - LCD 1 řada pinů 1X13

Součaacutestky DPS - Řiacutezeniacute

88 Partlists

Tab 82 Použiteacute součaacutestky - řiacutezeniacute

Tab 81 Použiteacute

součaacutestky - napaacutejeniacute

54

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R19 R21 2 0R R2512

C2 C6 2 10microF C3216

R16 R17 2 7K M1206

R14 1 5K M1206

C1 C3 C4 C7 C8 C19 C20

C21 C22 C23 C24 C25 C26

C27 C28

15 100nF C1206

C10 C11 C12 C13 4 100pF C0805

R13 - potenciometr

R18 - potenciometr2 10K P091N

C5 1 10nF C1206

C14 C15 C16 C17 C18 5 10pF C0805

R4 1 12K M1206

R20 1 1K M1206

R5 1 1K2 M1206

R6 1 22K M1206

R8 1 27K M1206

R3 1 2K M1206

R1 R2 2 2K4 M1206

R10 1 30K M1206

C9 1 390pF C0805

R11 1 4K M1206

R15 1 50R 02077

R9 1 820R M1206

R12 1 8K M1206

R7 1 910R M1206

IC2 IC3 2 AD8022 SO8

IC5 1 AD8065 SO8

IC4 1 AD8066 SO8

IC1 1 AD9833 MSOP10

OSC_25_MHZ 1 AEL AEL

IC6 1 NE5534 SO08

VYSTUP_SONDA

TESTPIN22 řada pinů 1X01

A_5V D_5V

JP1 - FilterBNC VYSTUP4 řada pinů 1X02

JP2 JP3 JP4 JP5 SPI 5 řada pinů 1X03

Součaacutestky DPS - Filtr

Tab 83 Použiteacute součaacutestky - filtr s generaacutetorem

55

89 Obsah CD

BP

elektronickaacute verze bakalaacuteřskeacute praacutece

DPS

soubory scheacutemat a desek plošneacuteho pro prostřediacute EAGLE

program

zdrojoveacute koacutedy

datasheets

technickaacute dokumentace použityacutech součaacutestek

prubehy

průběhy naměřenyacutech hodnot

simulace

simulace vyacutestupniacuteho filtru

49

Rozměr desky 95 x 75 [mm] měřiacutetko 11 je k dispozici na přiloženeacutem CD

Obr 86 DPS generaacutetoru s filtrem

50

87 Osazovaciacute plaacuteny

Obr 87 Osazovaciacute plaacuten napaacutejeciacute čaacutesti

51

Obr 88 Osazovaciacute plaacuten řiacutediacuteciacute čaacutesti

52

Obr 89 Osazovaciacute plaacuten generaacutetoru s filtrem

53

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

B1 - G můstek DF10S DFS

C1 C2 C3 3 2200microF C050-075X075

C4 C5 C6 C7 C8 5 330nF C050-025X075

C9 C10 C11 C12 C13 5 100nF C050-025X075

D1 D2 2 1N4007 DO41-10

IC1 1 7812 TO252

IC2 IC3 IC4 3 7805 TO252

IO1 1 7912 TO-220S

JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 5 řada pinů 1X03

JP6 JP7 JP8 JP9 JP10 JP11 6 řada pinů 1X02

LED_1 LED_2 2 red LED5MM

PAD1 PAD2 2 řada pinů 25411

R1 R2 2 499R 020710

R3 1 0R 020710

TR1 1 transformaacutetor EI48-2B

Součaacutestky DPS - Napaacutejeniacute

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R6 1 0R R1206

C1 C3 C9 C10 4 100nF C1206

R3 R5 R16 3 100R R1206

R2

R4 - trimr

RN1 - rezistorovaacute siacuteť

3 10K R1206

D1 D2 2 1N4007 MELF

R1 1 330R R1206

Q1 Q2 2 BS170 SOT54ES

K1 - rele

K2 - rele2

Output

FilterBNCFRS1B

IC1 1 PIC18F46K22 TQFP44

S1 1 RESET DTSM-3

JP6 - IN 1 řada pinů 1X01

JP3 - NAPAJENI

JP5 - FilterBNC

JP4 - OUTPUT

3 řada pinů 1X02

JP2 - SPI 1 řada pinů 1X03

JP7 - PROGRAM 1 řada pinů 1X05

JP6 - KLAVESNICE 1 řada pinů 1X08

JP1 - LCD 1 řada pinů 1X13

Součaacutestky DPS - Řiacutezeniacute

88 Partlists

Tab 82 Použiteacute součaacutestky - řiacutezeniacute

Tab 81 Použiteacute

součaacutestky - napaacutejeniacute

54

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R19 R21 2 0R R2512

C2 C6 2 10microF C3216

R16 R17 2 7K M1206

R14 1 5K M1206

C1 C3 C4 C7 C8 C19 C20

C21 C22 C23 C24 C25 C26

C27 C28

15 100nF C1206

C10 C11 C12 C13 4 100pF C0805

R13 - potenciometr

R18 - potenciometr2 10K P091N

C5 1 10nF C1206

C14 C15 C16 C17 C18 5 10pF C0805

R4 1 12K M1206

R20 1 1K M1206

R5 1 1K2 M1206

R6 1 22K M1206

R8 1 27K M1206

R3 1 2K M1206

R1 R2 2 2K4 M1206

R10 1 30K M1206

C9 1 390pF C0805

R11 1 4K M1206

R15 1 50R 02077

R9 1 820R M1206

R12 1 8K M1206

R7 1 910R M1206

IC2 IC3 2 AD8022 SO8

IC5 1 AD8065 SO8

IC4 1 AD8066 SO8

IC1 1 AD9833 MSOP10

OSC_25_MHZ 1 AEL AEL

IC6 1 NE5534 SO08

VYSTUP_SONDA

TESTPIN22 řada pinů 1X01

A_5V D_5V

JP1 - FilterBNC VYSTUP4 řada pinů 1X02

JP2 JP3 JP4 JP5 SPI 5 řada pinů 1X03

Součaacutestky DPS - Filtr

Tab 83 Použiteacute součaacutestky - filtr s generaacutetorem

55

89 Obsah CD

BP

elektronickaacute verze bakalaacuteřskeacute praacutece

DPS

soubory scheacutemat a desek plošneacuteho pro prostřediacute EAGLE

program

zdrojoveacute koacutedy

datasheets

technickaacute dokumentace použityacutech součaacutestek

prubehy

průběhy naměřenyacutech hodnot

simulace

simulace vyacutestupniacuteho filtru

50

87 Osazovaciacute plaacuteny

Obr 87 Osazovaciacute plaacuten napaacutejeciacute čaacutesti

51

Obr 88 Osazovaciacute plaacuten řiacutediacuteciacute čaacutesti

52

Obr 89 Osazovaciacute plaacuten generaacutetoru s filtrem

53

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

B1 - G můstek DF10S DFS

C1 C2 C3 3 2200microF C050-075X075

C4 C5 C6 C7 C8 5 330nF C050-025X075

C9 C10 C11 C12 C13 5 100nF C050-025X075

D1 D2 2 1N4007 DO41-10

IC1 1 7812 TO252

IC2 IC3 IC4 3 7805 TO252

IO1 1 7912 TO-220S

JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 5 řada pinů 1X03

JP6 JP7 JP8 JP9 JP10 JP11 6 řada pinů 1X02

LED_1 LED_2 2 red LED5MM

PAD1 PAD2 2 řada pinů 25411

R1 R2 2 499R 020710

R3 1 0R 020710

TR1 1 transformaacutetor EI48-2B

Součaacutestky DPS - Napaacutejeniacute

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R6 1 0R R1206

C1 C3 C9 C10 4 100nF C1206

R3 R5 R16 3 100R R1206

R2

R4 - trimr

RN1 - rezistorovaacute siacuteť

3 10K R1206

D1 D2 2 1N4007 MELF

R1 1 330R R1206

Q1 Q2 2 BS170 SOT54ES

K1 - rele

K2 - rele2

Output

FilterBNCFRS1B

IC1 1 PIC18F46K22 TQFP44

S1 1 RESET DTSM-3

JP6 - IN 1 řada pinů 1X01

JP3 - NAPAJENI

JP5 - FilterBNC

JP4 - OUTPUT

3 řada pinů 1X02

JP2 - SPI 1 řada pinů 1X03

JP7 - PROGRAM 1 řada pinů 1X05

JP6 - KLAVESNICE 1 řada pinů 1X08

JP1 - LCD 1 řada pinů 1X13

Součaacutestky DPS - Řiacutezeniacute

88 Partlists

Tab 82 Použiteacute součaacutestky - řiacutezeniacute

Tab 81 Použiteacute

součaacutestky - napaacutejeniacute

54

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R19 R21 2 0R R2512

C2 C6 2 10microF C3216

R16 R17 2 7K M1206

R14 1 5K M1206

C1 C3 C4 C7 C8 C19 C20

C21 C22 C23 C24 C25 C26

C27 C28

15 100nF C1206

C10 C11 C12 C13 4 100pF C0805

R13 - potenciometr

R18 - potenciometr2 10K P091N

C5 1 10nF C1206

C14 C15 C16 C17 C18 5 10pF C0805

R4 1 12K M1206

R20 1 1K M1206

R5 1 1K2 M1206

R6 1 22K M1206

R8 1 27K M1206

R3 1 2K M1206

R1 R2 2 2K4 M1206

R10 1 30K M1206

C9 1 390pF C0805

R11 1 4K M1206

R15 1 50R 02077

R9 1 820R M1206

R12 1 8K M1206

R7 1 910R M1206

IC2 IC3 2 AD8022 SO8

IC5 1 AD8065 SO8

IC4 1 AD8066 SO8

IC1 1 AD9833 MSOP10

OSC_25_MHZ 1 AEL AEL

IC6 1 NE5534 SO08

VYSTUP_SONDA

TESTPIN22 řada pinů 1X01

A_5V D_5V

JP1 - FilterBNC VYSTUP4 řada pinů 1X02

JP2 JP3 JP4 JP5 SPI 5 řada pinů 1X03

Součaacutestky DPS - Filtr

Tab 83 Použiteacute součaacutestky - filtr s generaacutetorem

55

89 Obsah CD

BP

elektronickaacute verze bakalaacuteřskeacute praacutece

DPS

soubory scheacutemat a desek plošneacuteho pro prostřediacute EAGLE

program

zdrojoveacute koacutedy

datasheets

technickaacute dokumentace použityacutech součaacutestek

prubehy

průběhy naměřenyacutech hodnot

simulace

simulace vyacutestupniacuteho filtru

51

Obr 88 Osazovaciacute plaacuten řiacutediacuteciacute čaacutesti

52

Obr 89 Osazovaciacute plaacuten generaacutetoru s filtrem

53

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

B1 - G můstek DF10S DFS

C1 C2 C3 3 2200microF C050-075X075

C4 C5 C6 C7 C8 5 330nF C050-025X075

C9 C10 C11 C12 C13 5 100nF C050-025X075

D1 D2 2 1N4007 DO41-10

IC1 1 7812 TO252

IC2 IC3 IC4 3 7805 TO252

IO1 1 7912 TO-220S

JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 5 řada pinů 1X03

JP6 JP7 JP8 JP9 JP10 JP11 6 řada pinů 1X02

LED_1 LED_2 2 red LED5MM

PAD1 PAD2 2 řada pinů 25411

R1 R2 2 499R 020710

R3 1 0R 020710

TR1 1 transformaacutetor EI48-2B

Součaacutestky DPS - Napaacutejeniacute

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R6 1 0R R1206

C1 C3 C9 C10 4 100nF C1206

R3 R5 R16 3 100R R1206

R2

R4 - trimr

RN1 - rezistorovaacute siacuteť

3 10K R1206

D1 D2 2 1N4007 MELF

R1 1 330R R1206

Q1 Q2 2 BS170 SOT54ES

K1 - rele

K2 - rele2

Output

FilterBNCFRS1B

IC1 1 PIC18F46K22 TQFP44

S1 1 RESET DTSM-3

JP6 - IN 1 řada pinů 1X01

JP3 - NAPAJENI

JP5 - FilterBNC

JP4 - OUTPUT

3 řada pinů 1X02

JP2 - SPI 1 řada pinů 1X03

JP7 - PROGRAM 1 řada pinů 1X05

JP6 - KLAVESNICE 1 řada pinů 1X08

JP1 - LCD 1 řada pinů 1X13

Součaacutestky DPS - Řiacutezeniacute

88 Partlists

Tab 82 Použiteacute součaacutestky - řiacutezeniacute

Tab 81 Použiteacute

součaacutestky - napaacutejeniacute

54

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R19 R21 2 0R R2512

C2 C6 2 10microF C3216

R16 R17 2 7K M1206

R14 1 5K M1206

C1 C3 C4 C7 C8 C19 C20

C21 C22 C23 C24 C25 C26

C27 C28

15 100nF C1206

C10 C11 C12 C13 4 100pF C0805

R13 - potenciometr

R18 - potenciometr2 10K P091N

C5 1 10nF C1206

C14 C15 C16 C17 C18 5 10pF C0805

R4 1 12K M1206

R20 1 1K M1206

R5 1 1K2 M1206

R6 1 22K M1206

R8 1 27K M1206

R3 1 2K M1206

R1 R2 2 2K4 M1206

R10 1 30K M1206

C9 1 390pF C0805

R11 1 4K M1206

R15 1 50R 02077

R9 1 820R M1206

R12 1 8K M1206

R7 1 910R M1206

IC2 IC3 2 AD8022 SO8

IC5 1 AD8065 SO8

IC4 1 AD8066 SO8

IC1 1 AD9833 MSOP10

OSC_25_MHZ 1 AEL AEL

IC6 1 NE5534 SO08

VYSTUP_SONDA

TESTPIN22 řada pinů 1X01

A_5V D_5V

JP1 - FilterBNC VYSTUP4 řada pinů 1X02

JP2 JP3 JP4 JP5 SPI 5 řada pinů 1X03

Součaacutestky DPS - Filtr

Tab 83 Použiteacute součaacutestky - filtr s generaacutetorem

55

89 Obsah CD

BP

elektronickaacute verze bakalaacuteřskeacute praacutece

DPS

soubory scheacutemat a desek plošneacuteho pro prostřediacute EAGLE

program

zdrojoveacute koacutedy

datasheets

technickaacute dokumentace použityacutech součaacutestek

prubehy

průběhy naměřenyacutech hodnot

simulace

simulace vyacutestupniacuteho filtru

52

Obr 89 Osazovaciacute plaacuten generaacutetoru s filtrem

53

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

B1 - G můstek DF10S DFS

C1 C2 C3 3 2200microF C050-075X075

C4 C5 C6 C7 C8 5 330nF C050-025X075

C9 C10 C11 C12 C13 5 100nF C050-025X075

D1 D2 2 1N4007 DO41-10

IC1 1 7812 TO252

IC2 IC3 IC4 3 7805 TO252

IO1 1 7912 TO-220S

JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 5 řada pinů 1X03

JP6 JP7 JP8 JP9 JP10 JP11 6 řada pinů 1X02

LED_1 LED_2 2 red LED5MM

PAD1 PAD2 2 řada pinů 25411

R1 R2 2 499R 020710

R3 1 0R 020710

TR1 1 transformaacutetor EI48-2B

Součaacutestky DPS - Napaacutejeniacute

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R6 1 0R R1206

C1 C3 C9 C10 4 100nF C1206

R3 R5 R16 3 100R R1206

R2

R4 - trimr

RN1 - rezistorovaacute siacuteť

3 10K R1206

D1 D2 2 1N4007 MELF

R1 1 330R R1206

Q1 Q2 2 BS170 SOT54ES

K1 - rele

K2 - rele2

Output

FilterBNCFRS1B

IC1 1 PIC18F46K22 TQFP44

S1 1 RESET DTSM-3

JP6 - IN 1 řada pinů 1X01

JP3 - NAPAJENI

JP5 - FilterBNC

JP4 - OUTPUT

3 řada pinů 1X02

JP2 - SPI 1 řada pinů 1X03

JP7 - PROGRAM 1 řada pinů 1X05

JP6 - KLAVESNICE 1 řada pinů 1X08

JP1 - LCD 1 řada pinů 1X13

Součaacutestky DPS - Řiacutezeniacute

88 Partlists

Tab 82 Použiteacute součaacutestky - řiacutezeniacute

Tab 81 Použiteacute

součaacutestky - napaacutejeniacute

54

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R19 R21 2 0R R2512

C2 C6 2 10microF C3216

R16 R17 2 7K M1206

R14 1 5K M1206

C1 C3 C4 C7 C8 C19 C20

C21 C22 C23 C24 C25 C26

C27 C28

15 100nF C1206

C10 C11 C12 C13 4 100pF C0805

R13 - potenciometr

R18 - potenciometr2 10K P091N

C5 1 10nF C1206

C14 C15 C16 C17 C18 5 10pF C0805

R4 1 12K M1206

R20 1 1K M1206

R5 1 1K2 M1206

R6 1 22K M1206

R8 1 27K M1206

R3 1 2K M1206

R1 R2 2 2K4 M1206

R10 1 30K M1206

C9 1 390pF C0805

R11 1 4K M1206

R15 1 50R 02077

R9 1 820R M1206

R12 1 8K M1206

R7 1 910R M1206

IC2 IC3 2 AD8022 SO8

IC5 1 AD8065 SO8

IC4 1 AD8066 SO8

IC1 1 AD9833 MSOP10

OSC_25_MHZ 1 AEL AEL

IC6 1 NE5534 SO08

VYSTUP_SONDA

TESTPIN22 řada pinů 1X01

A_5V D_5V

JP1 - FilterBNC VYSTUP4 řada pinů 1X02

JP2 JP3 JP4 JP5 SPI 5 řada pinů 1X03

Součaacutestky DPS - Filtr

Tab 83 Použiteacute součaacutestky - filtr s generaacutetorem

55

89 Obsah CD

BP

elektronickaacute verze bakalaacuteřskeacute praacutece

DPS

soubory scheacutemat a desek plošneacuteho pro prostřediacute EAGLE

program

zdrojoveacute koacutedy

datasheets

technickaacute dokumentace použityacutech součaacutestek

prubehy

průběhy naměřenyacutech hodnot

simulace

simulace vyacutestupniacuteho filtru

53

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

B1 - G můstek DF10S DFS

C1 C2 C3 3 2200microF C050-075X075

C4 C5 C6 C7 C8 5 330nF C050-025X075

C9 C10 C11 C12 C13 5 100nF C050-025X075

D1 D2 2 1N4007 DO41-10

IC1 1 7812 TO252

IC2 IC3 IC4 3 7805 TO252

IO1 1 7912 TO-220S

JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 5 řada pinů 1X03

JP6 JP7 JP8 JP9 JP10 JP11 6 řada pinů 1X02

LED_1 LED_2 2 red LED5MM

PAD1 PAD2 2 řada pinů 25411

R1 R2 2 499R 020710

R3 1 0R 020710

TR1 1 transformaacutetor EI48-2B

Součaacutestky DPS - Napaacutejeniacute

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R6 1 0R R1206

C1 C3 C9 C10 4 100nF C1206

R3 R5 R16 3 100R R1206

R2

R4 - trimr

RN1 - rezistorovaacute siacuteť

3 10K R1206

D1 D2 2 1N4007 MELF

R1 1 330R R1206

Q1 Q2 2 BS170 SOT54ES

K1 - rele

K2 - rele2

Output

FilterBNCFRS1B

IC1 1 PIC18F46K22 TQFP44

S1 1 RESET DTSM-3

JP6 - IN 1 řada pinů 1X01

JP3 - NAPAJENI

JP5 - FilterBNC

JP4 - OUTPUT

3 řada pinů 1X02

JP2 - SPI 1 řada pinů 1X03

JP7 - PROGRAM 1 řada pinů 1X05

JP6 - KLAVESNICE 1 řada pinů 1X08

JP1 - LCD 1 řada pinů 1X13

Součaacutestky DPS - Řiacutezeniacute

88 Partlists

Tab 82 Použiteacute součaacutestky - řiacutezeniacute

Tab 81 Použiteacute

součaacutestky - napaacutejeniacute

54

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R19 R21 2 0R R2512

C2 C6 2 10microF C3216

R16 R17 2 7K M1206

R14 1 5K M1206

C1 C3 C4 C7 C8 C19 C20

C21 C22 C23 C24 C25 C26

C27 C28

15 100nF C1206

C10 C11 C12 C13 4 100pF C0805

R13 - potenciometr

R18 - potenciometr2 10K P091N

C5 1 10nF C1206

C14 C15 C16 C17 C18 5 10pF C0805

R4 1 12K M1206

R20 1 1K M1206

R5 1 1K2 M1206

R6 1 22K M1206

R8 1 27K M1206

R3 1 2K M1206

R1 R2 2 2K4 M1206

R10 1 30K M1206

C9 1 390pF C0805

R11 1 4K M1206

R15 1 50R 02077

R9 1 820R M1206

R12 1 8K M1206

R7 1 910R M1206

IC2 IC3 2 AD8022 SO8

IC5 1 AD8065 SO8

IC4 1 AD8066 SO8

IC1 1 AD9833 MSOP10

OSC_25_MHZ 1 AEL AEL

IC6 1 NE5534 SO08

VYSTUP_SONDA

TESTPIN22 řada pinů 1X01

A_5V D_5V

JP1 - FilterBNC VYSTUP4 řada pinů 1X02

JP2 JP3 JP4 JP5 SPI 5 řada pinů 1X03

Součaacutestky DPS - Filtr

Tab 83 Použiteacute součaacutestky - filtr s generaacutetorem

55

89 Obsah CD

BP

elektronickaacute verze bakalaacuteřskeacute praacutece

DPS

soubory scheacutemat a desek plošneacuteho pro prostřediacute EAGLE

program

zdrojoveacute koacutedy

datasheets

technickaacute dokumentace použityacutech součaacutestek

prubehy

průběhy naměřenyacutech hodnot

simulace

simulace vyacutestupniacuteho filtru

54

Součaacutestka Kusů Hodnota Pozdro

R19 R21 2 0R R2512

C2 C6 2 10microF C3216

R16 R17 2 7K M1206

R14 1 5K M1206

C1 C3 C4 C7 C8 C19 C20

C21 C22 C23 C24 C25 C26

C27 C28

15 100nF C1206

C10 C11 C12 C13 4 100pF C0805

R13 - potenciometr

R18 - potenciometr2 10K P091N

C5 1 10nF C1206

C14 C15 C16 C17 C18 5 10pF C0805

R4 1 12K M1206

R20 1 1K M1206

R5 1 1K2 M1206

R6 1 22K M1206

R8 1 27K M1206

R3 1 2K M1206

R1 R2 2 2K4 M1206

R10 1 30K M1206

C9 1 390pF C0805

R11 1 4K M1206

R15 1 50R 02077

R9 1 820R M1206

R12 1 8K M1206

R7 1 910R M1206

IC2 IC3 2 AD8022 SO8

IC5 1 AD8065 SO8

IC4 1 AD8066 SO8

IC1 1 AD9833 MSOP10

OSC_25_MHZ 1 AEL AEL

IC6 1 NE5534 SO08

VYSTUP_SONDA

TESTPIN22 řada pinů 1X01

A_5V D_5V

JP1 - FilterBNC VYSTUP4 řada pinů 1X02

JP2 JP3 JP4 JP5 SPI 5 řada pinů 1X03

Součaacutestky DPS - Filtr

Tab 83 Použiteacute součaacutestky - filtr s generaacutetorem

55

89 Obsah CD

BP

elektronickaacute verze bakalaacuteřskeacute praacutece

DPS

soubory scheacutemat a desek plošneacuteho pro prostřediacute EAGLE

program

zdrojoveacute koacutedy

datasheets

technickaacute dokumentace použityacutech součaacutestek

prubehy

průběhy naměřenyacutech hodnot

simulace

simulace vyacutestupniacuteho filtru

55

89 Obsah CD

BP

elektronickaacute verze bakalaacuteřskeacute praacutece

DPS

soubory scheacutemat a desek plošneacuteho pro prostřediacute EAGLE

program

zdrojoveacute koacutedy

datasheets

technickaacute dokumentace použityacutech součaacutestek

prubehy

průběhy naměřenyacutech hodnot

simulace

simulace vyacutestupniacuteho filtru