Générateur de fonction programmable 1/13 ENSIEG-INPG Générateur de fonction programmable Préparation et dimensionnement Principe On souhaite générer une forme quelconque de signal périodique (tabulé dans une mémoire), évoluant entre 0 et -5V et dont la fréquence est réglable entre 100Hz et 1.5kHz, par pas de 100Hz. Horloge Multiplicateur de fréquence Générateur d’adresses Mémoire Conversion numérique- analogique H H0 Données adresses Vs forme (de Vs) N Œ [1 ; 15] (F0) (N*F0) 74HC4060 74HC193 74HC4046 74HC4040 28C64A TLC7524CD TL081 Horloge Multiplicateur de fréquence Générateur d’adresses Mémoire Conversion numérique- analogique H H0 Données adresses Vs forme (de Vs) N Œ [1 ; 15] (F0) (N*F0) 74HC4060 74HC193 74HC4046 74HC4040 28C64A TLC7524CD TL081 1/ Horloge Fréquence de l'horloge de référence F0 Il s'agit de créer un signal de fréquence 100Hz à partir de 256 échantillons par période d'où 25.6kHz = = F0 256 100 * Obtention de F0 à partir d’un quartz Si Fquartz = 3.2768MHz, division par 128. Si Fquartz = 6.5536MHz, division par 256. Utilisation du 74HC4060 Dans le cas de l’application d’un quartz à 6.5536MHz (cas retenu), il faut utiliser la sortie QH. Version du 19 mai 2003
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Générateur de fonction programmable Préparation et ...ensieg.dox.free.fr/1A_ENSIEG/tronik/be tronik/BE15_Gene_fonction... · V2 V3 i1 i2 i3 Le courant i1 vaut!: R Vref i 2 1= Le
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Générateur de fonction programmable 1/13 ENSIEG-INPG
Générateur de fonction programmable
Préparation et dimensionnement
Principe
On souhaite générer une forme quelconque de signal périodique (tabulé dans une mémoire), évoluantentre 0 et -5V et dont la fréquence est réglable entre 100Hz et 1.5kHz, par pas de 100Hz.
HorlogeMultiplicateur
de fréquence
Générateur d’adresses
MémoireConversion numérique-analogique
HH0
Données
adresses
Vs forme (de Vs)
N Œ [1 ; 15]
(F0) (N*F0)
74HC4060 74HC193 74HC4046
74HC4040
28C64A
TLC7524CD TL081
HorlogeMultiplicateur
de fréquence
Générateur d’adresses
MémoireConversion numérique-analogique
HH0
Données
adresses
Vs forme (de Vs)
N Œ [1 ; 15]
(F0) (N*F0)
74HC4060 74HC193 74HC4046
74HC4040
28C64A
TLC7524CD TL081
1/ Horloge
Fréquence de l'horloge de référence F0Il s'agit de créer un signal de fréquence 100Hz à partir de 256 échantillons par période d'où
25.6kHz==F0 256100*
Obtention de F0 à partir d’un quartzSi Fquartz = 3.2768MHz, division par 128.Si Fquartz = 6.5536MHz, division par 256.
Utilisation du 74HC4060Dans le cas de l’application d’un quartz à 6.5536MHz (cas retenu), il faut utiliser la sortie QH.
Version du 19 mai 2003
Générateur de fonction programmable 2/13 ENSIEG-INPG
2828
Le schéma de câblage du composant est alors le suivant.
GND
QH
CLKI
VCC
10
11
+5V
1674HC4060
8
100k
100pF
14Signal divisé par 256
CLR12
CLK0
100pF
1.5k
GND
QH
CLKI
VCC
10
11
+5V
1674HC4060
8
100k
100pF
14Signal divisé par 256
CLR12
CLK0
100pF
1.5k
2/ Génération du signal
Cette partie comporte les différents blocs permettant de créer les adresses, récupérer les donnéesmises en mémoire à cette adresse et fournir la tension de sortie.
2.1/ Bloc générateur d'adresse (Utilisation du compteur asynchrone 12 bits 74HC4040)Ce bloc permet de décrire les adresses pour obtenir les données stockées dans la mémoire.
Générateur de fonction programmable 3/13 ENSIEG-INPG
Il faut relier les huit premières sorties (Qa à Qh) à la mémoire. CLKNOTE!: Il n’est pas nécessaire de provoquer le reset du compteur quand on arrive en bout du comptagesur 8bits. CLR est donc relié à la masse.
Chronogramme détaillé du passage de 7E$ à 81$ (soit de 01111110 à 10000001)
CLK
QA 0
QB 1
1
1
QE 1
QF 1
QG 1
QD
QC
QH 0
tt
tpd
CLK
QA 0
QB 1
1
1
QE 1
QF 1
QG 1
QD
QC
QH 0
tt
tpd
Détermination du temps de propagationLes données du composant sont les suivantes!: tpd=16ns typ (30ns max)!; tt=8ns typ (15ns max)
Générateur de fonction programmable 4/13 ENSIEG-INPG
Le temps de propagation lié à l’obtention des adresses le plus long est donc!:• Valeur typique!: 16+8*7=72ns• Valeur max!: 30+8*15=135ns
Schéma de câblage du 74HC4040
+5V
horloge
+5V
horloge
+5V
horloge
2.2/ Bloc mémoire 28C64A
Ce bloc mémoire doit être en mode lecture (Read) afin de fournir les données stockées aux adressesfournies par le 74HC4040.
Schéma de liaison entre le générateur d’adresse et le bloc mémoire
Générateur de fonction programmable 5/13 ENSIEG-INPG
Le signal «!forme!» permettant de sélectionner la forme du signal (4 motifs sont disponibles) doit doncêtre codé sur 2bits et intervenir sur les pattes A8 (25) et A9 (24).
L’amplificateur opérationnel est supposé parfait!: quelles que soient les positions des interrupteurs, lesrésistances 2R sont toujours reliées à la masse. On a donc le schéma équivalent suivant.
2R 2R 2R 2R
R R
Vref
V2 V3
i1 i2 i3
2R 2R 2R 2R
R R
Vref
V2 V3
i1 i2 i3
Le courant i1 vaut!:
RVref
i2
1 =
Le pont diviseur permet d’exprimer les tensions V2 et V3!: 22
3V
V = et 2
2Vref
V =
Générateur de fonction programmable 6/13 ENSIEG-INPG
Le courant i2 s’exprime alors de la façon suivante!: R
VrefR
Vi
422
2 ==
Le courant i3 vaut alors!: R
VrefR
Vi
823
3 ==
La tension de sortie Vs vaut alors!: VrefiiiRVs87
)321( -=++-=
Quel signal doit-on appliquer sur WR pour que le circuit fonctionne!?WR correspond à l’impulsion (créneau à l’état bas) qui permet le fonctionnement de la mémoire(transfert des données stockées à une certaine adresse par exemple). La documentation précise quetw(WR ) doit au moins durer 40ns.
Chronogramme complet
CLK
Adresse
Données
135ns
150nstAAC
25ns10ns
tSU(D) th(D)
WR
CLK
Adresse
Données
135ns
150nstAAC
25ns10ns
tSU(D) th(D)
WR
Détermination de la fréquence maximale de l’horlogeDéterminons les durées maximales pour chacun des éléments de la partie génération du signal.
compteur 74HC4040!: 135ns (cf calcul du temps de propagation établi auparavant)
mémoire 28C64A!: 150ns
Générateur de fonction programmable 7/13 ENSIEG-INPG
convertisseur TLC7524CD!: 25ns
Le temps maximum de chargement des données est donc!:135+150+25 = 310ns (durée correspondante pour l’état bas de l’horloge)
La période correspondante du signal est donc 620ns. Ceci correspond à une fréquence maximale del’horloge de 1.612MHz.
Schéma de câblage de la partie génération du signal
CLK
CLR
GND
QA
QB
QC
QD
QE
QF
QG
QH
VCC
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A7
9
7
6
5
3
2
4
13
10
9
8
7
6
5
4
3
A8
A9forme
VSS A10 A11 A12
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
11
12
13
15
16
17
18
19
11
10
9
8
7
6
5
4
DB0
DB1
DB2
DB3
DB4
DB5
DB6
DB7
GND CS
WR VDD
REF
RFB
OUT1
OUT2
VCCOEWECE
15 +5V
+5V
1413
CLK
1
2
2
36
16
Vs
7
4
+15V
-15V
123
TL081
2232114
TLC 7524 CD
+5V
28
+5V
27 2220
28C64A
10
11
8
+5V
16
74HC4040
3/ Le multiplicateur de fréquence
Le principe de cette multiplication de fréquence est représenté dans la figure suivante. Nous avons iciun circuit bouclé avec, à l'entrée, la fréquence de référence F0, une chaîne directe (composée d'uncomparateur de phase, d'un filtre et d'un VCO) et d'une chaîne de retour dont le gain est variableselon la valeur de N.
Générateur de fonction programmable 8/13 ENSIEG-INPG
Courant dans le condensateur (montage avec le 74HC4046)
r
R
Vc
V
C
Va
Vcc
r
R
Vc
V
C
Va
Vcc
H0
H/N
Va
irRVcVcc
+
-
rRVc+
-
t
t
t
t
H0
H/N
Va
irRVcVcc
+
-
rRVc+
-
t
t
t
t
Si __ est positif, pj
2D
+-
=rRVcVcc
Ic
Si __ est négatif, pj
2D
+-
=rR
VcIc
Simplification de l’expression pour Vc = Vcc/2
p
j
2)(2
D
+=
rRVcc
Ic
Expression de la tension V
74HC4046
74HC193
Générateur de fonction programmable 9/13 ENSIEG-INPG
pj
2)(21
)(D
+
+=
rRVcc
CprCp
pV
Schéma bloc complet de l’asservissement
Fo p1
CprRrCpVcc
)(1
4 +
+
p 2
10Vcc
Fo
p
1
N
1
FV
Äöö
o
F/N
-+Fo p1
CprRrCpVcc
)(1
4 +
+
p 2
10Vcc
Fo
p
1
N
1
FV
Äöö
o
F/N
-+
Note!: la présence d’un intégrateur dans la boucle ouverte assure que l’on ait une erreur statique nulle.
Expression du gain de boucle
2)(
12
10210)(
14 CprR
rCpFoNpNVcc
FoCprR
rCpVcc
+
+=
+
+
pp
Diagrammes de Bode
Application numérique r=1kΩ!; R = 100kΩ et C=10µF
-50
0
50
100Gm=-393.61 dB (at 0 rad/sec), Pm=53.074 deg. (at 133.06rad/sec)
100 101 102 103-180
-160
-140
-120
-100
-80
Pour N= 1
Frequency (rad/sec)
Bode Diagrams
Générateur de fonction programmable 10/13 ENSIEG-INPG
-40
-20
0
20
40
60
80Gm=-381.66 dB (at 0 rad/sec), Pm=29.01 deg. (at 55.454rad/sec)
100 101 102 103-180
-160
-140
-120
-100
-80
Pour N= 15
Frequency (rad/sec)
Bode Diagrams
Etude de la stabilité!: le cas le plus défavorable est obtenu pour N=15. Quand le gain est nul, on a undéphasage plus grand que -180°. Le montage est donc toujours stable.
Diviseur de fréquence 74HC193
Roue codeuse
Décomptage
Comptage
Chargement desdonnées
Fin décomptage
Fin comptage
Clear
Roue codeuse
Décomptage
Comptage
Chargement desdonnées
Fin décomptage
Fin comptage
Clear
Quels sont les potentiels à appliquer pour assurer le fonctionnement du montage!?CPu à +5V pour pouvoir décompter.MR à 0V pour éviter les remises à zéro.PL est connecté à TCD pour enchaîner les cycles de décomptages.
Générateur de fonction programmable 11/13 ENSIEG-INPG
D’où le schéma de câblage proposé
15
1
10
9
D0
D1
D2
D3
GND
VCC
CPD
CPU
4 CLK
+5V
16
11
16
8
74HC193
MR
14
+5V
TCD
PL
13
Fo
15
1
10
9
D0
D1
D2
D3
GND
VCC
CPD
CPU
4 CLK
+5V
16
11
16
8
74HC193
MR
14
+5V
TCD
PL
13
Fo
Chronogramme complet pour N=3
CPD
Q0
Q1
TCD
action sur PL
CPD
Q0
Q1
TCD
action sur PL
Choix des composants R1 et C1La fréquence maximale est de 512kHz (20*25.6). On fonctionne avec le VCO sans offset (c’est-à-direR2 est infinie). La fréquence centrale est de 256kHz.
Générateur de fonction programmable 12/13 ENSIEG-INPG
Pour une résistance de 10kΩ, la capacité C1 est de l’ordre de 690pF.
Câblage de la partie multiplication de fréquence.
15
1
10
9
D0
D1
D2
D3
GND
VCC
CPD
CPU
4
CLK vers CLK du 74HC4040et WR du 28C64A+5V
16
11
16
8
74HC193
MR
14
+5V
TCD
PL
13Fo
SIGN IN
CIA
VSS
CompII
VCO in
VCO out
VDD
13
9
4
14
6
+5V
1674HC4046
COMP IN
CIB
RI
3
7
11
8
INHIBIT
5
100k
10k
1k
10µF470pF
QH
15
1
10
9
D0
D1
D2
D3
GND
VCC
CPD
CPU
4
CLK vers CLK du 74HC4040et WR du 28C64A+5V
16
11
16
8
74HC193
MR
14
+5V
TCD
PL
13Fo
SIGN IN
CIA
VSS
CompII
VCO in
VCO out
VDD
13
9
4
14
6
+5V
1674HC4046
COMP IN
CIB
RI
3
7
11
8
INHIBIT
5
100k
10k
1k
10µF470pF
QH
Générateur de fonction programmable 13/13 ENSIEG-INPG