1. Repository at ChSTU
  2. Випускні кваліфікаційні роботи
  3. Бакалавр
  4. 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6385
Title: Імпульсний генератор з цифровим керуванням
Authors: Чичужко, Марина Володимирівна
Полєвщіков, Василь Володимирович
Issue Date: Jun-2024
Abstract: Кваліфікаційна робота бакалавра складається із вступу, трьох розділів, висновків та списку використаних джерел. В даній кваліфікаційній роботі бакалавра проведено дослідження імпульсних генераторів з цифровим керуванням та спроектовано пристрій, який дозволяє програмним шляхом регулювати частоту вихідних імпульсів в межах від 30Гц до 2МГц, їх амплітуду від 0В до 6,8В, а також здійснювати зсув отриманої імпульсної послідовності щодо 0В на величину напруги зсуву в межах від 0В до + 3,3В. Використання аналогових елементів в даній роботі виправдано невисокими вимогами до точності і доступністю використовуваних в пристрої елементів.
URI: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6385
Appears in Collections:174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Б_174_2024_Полевщиков.pdf
  Restricted Access		1.95 MBAdobe PDFView/Open Request a copy
Show full item record


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Extracted text 
 
ЗМІСТ 
       
ВСТУП ..................................................................................................................... 5 
1  ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ АНАЛОГІВ ГЕНЕРАТОРА .......................................... 6 
1.1. Класифікація вимірювальних генераторів .................................................... 7 
1.1.1. Аналогові НЧ-генератори .......................................................................... 10 
1.1.2. Імпульсні генератори .................................................................................. 12 
1.1.3. Генератори сигналів спеціальної форми .................................................. 15 
1.2. Аналіз аналогів імпульсних генераторів ..................................................... 18 
1.2.1. Двохчастотний імпульсний генератор ...................................................... 18 
1.2.2. Імпульсний генератор інфранизьких частоти .......................................... 19 
1.2.3. Число-імпульсний генератор ..................................................................... 20 
1.2.4. Двотональний генератор ............................................................................ 22 
2 ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ, РОЗРОБКА ТА АНАЛІЗ 
СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ...................................................................................... 25 
2.1. Обгрунтування технічного завдання. ........................................................... 25 
2.2. Розробка структурної схеми виробу. ........................................................... 26 
3 РОЗРОБКА СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ ............................... 29 
3.1. Розробка мікроконтроллера. ......................................................................... 29 
3.2. Розробка дешифратора адреси. ..................................................................... 30 
3.3. Розробка програмованого генератора. ......................................................... 32 
3.4. Розробка двохрівневого компаратора. ......................................................... 38 
3.5. Розробка програмованого підсилювача. ...................................................... 41 
 
 
 
 
 
 ЧДТУ. 242 266.001 ПЗ 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 Роз роб. Полєвщіков Імпульсний генератор з цифро.0виюм0 01 ПЗЛ іт. Арк. Аркушів 
 Перевір.  Чичужко  керуванням 3  
 Реценз.   
  Пояснювальна записка 
 Н. Контр.  ЧДТУ, АКІТС-2299 
 Затверд. Лукашенко  
 
 
3.6. Розробка програмованого джерела постійної напруги .............................. 46 
3.7. Розробка блоку керування імпульсного генератора з цифровим 
керуванням. ............................................................................................................ 50 
3.8. Розробка блоку індикації ............................................................................... 51 
3.9. Розробка блоку живлення. ............................................................................. 52 
3.10. Розрахунок надійності ................................................................................. 61 
3.11. Конструкторсько-технологічна частина .................................................... 65 
ВИСНОВКИ ........................................................................................................... 71 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ............................................................. 72 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 4 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
Вступ 
Імпульсні генератори з цифровим керуванням – це пристрої, які 
генерують електричні імпульси різної форми, амплітуди та частоти, керовані 
за допомогою цифрових сигналів. Вони широко використовуються в різних 
областях, таких як електроніка, телекомунікації, автоматика та обробка 
сигналів. 
Цифрове керування імпульсними генераторами здійснюється за 
допомогою різних компонентів, включаючи мікроконтролери, які 
використовуються для програмного керування генерацією імпульсів. 
Зазвичай включають таймери та лічильники для точного контролю часу 
імпульсів. Пристрої на мікроконтролерах в даний час застосовуються 
практично у всіх сферах сучасної людини і оточуючих його пристроях. 
Простота використання і широкі функціональні можливості програмування 
мікроконтролера дозволяє вирішувати практично всі завдання, пов'язані з 
радіотехнічними приладами. 
Вимірювання – це процес знаходження фізичних величин, параметрів, 
характеристики дослідним шляхом за допомогою засобу вимірювання. 
Знайдене значення називають - результатом вимірювання. Вимірювання за 
коштами вимірювального пристрою полягає в порівнянні вимірювальної 
величини з її однорідної фізичної величиною прийнятої за одиницю виміру. 
Результат виражається числом. Вимірювання проводиться двома методами. 
Метод безпосередньої оцінки. Метод вимірювання, при якому значення 
вимірюваної величини визначає безпосередньо по звітному влаштуванню 
вимірювального приладу попереднього проградуйованого в міру. Тобто при 
вимірюванні використання приладу безпосередньої оцінки міри участі не 
приймає, а передається через попередньо проградуювати оцінку. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 5 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Метод порівняння з мірою. Метод вимірювання, при якому 
порівнюються з однорідною величиною відтворюється мірою, розмір якої 
відомий і який визначає результат вимірювання. 
Технічні засоби вимірювання, що мають нормовані метрологічні 
характеристики, що роблять певний вплив на результати і похибки 
вимірювань - називають засобом вимірювання. Залежно від призначення 
засіб вимірювання ділиться на 3 види: 
• міра - засіб вимірювання призначена для відтворення фізичної 
величини даного виду; 
• вимірювальний прилад - засіб вимірювання виробляє сигнал 
вимірювальної інформації у формі доступній для сприйняття; 
• вимірювальний перетворювач - засіб вимірювання виробляє сигнал 
вимірювальної інформації у формі зручній для передачі подальшого 
перетворення обробки по неподаною безпосередньому сприйняттю. 
 До них відносяться: підсилювачі, вхідні і вихідні дільники, вимірювальні 
трансформатори. Як правило за своїм устроєм представляє сукупність 
вимірювальних перетворювачів званими вимірювальної ланцюгом і 
допоміжними засобами вимірювання (джерело живлення і т.д.). 
Вимірювальні перетворювачі, здійснюють перетворення електричних 
величин в механічне переміщення - електромеханічні, а вимірювальні 
прилади побудовані на них - електромеханічні вимірювальні прилади. 
Прикладом вимірювання сигналів є - вимірювальні генератори. 
Невід'ємною частиною майже будь-якого електронного пристрою є 
генератор будь-яких коливань. Крім очевидних випадків автономних 
генераторів (а саме генератори синусоїдальних сигналів, імпульсні 
генератори) джерело регулярних коливань необхідний в будь-якому 
періодично діючому вимірювальному приладі, в пристроях, що імітують 
вимірювання або технологічні процеси, і взагалі в будь-якому приладі, 
робота якого пов'язана з періодичними станами або періодичними 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 6 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
коливаннями. Вони присутні практично скрізь. Так, наприклад, генератори 
коливань спеціальної форми використовуються в цифровий мультиметр, 
осцилографах, радіоприймачах, комп’ютерах (накопичувачі на магнітних 
дисках, пристрій друку), майже в будь-якому цифровому пристрої 
(лічильники, таймери) і в безлічі інших пристроїв. Більшість пристроїв, як 
правило, мають свої генератори, або призначені для підключення до 
пристроїв, що містить їх. Без перебільшення можна сказати, то генератори є 
такими ж важливими пристроями в електроніці, як і джерело живлення. 
Метою квалифікаційної роботи бакалавра є аналіз існуючих моделей 
імпульсних генераторів та розробка генератора імпульсів з цифровим 
керуванням, за допомогою якого можна задавати тривалість імпульсів, їх 
період, амплітуду і полярність. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 7 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
1 ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ АНАЛОГІВ ГЕНЕРАТОРА 
 
1.1 . Класифікація вимірювальних генераторів 
 
Розрізняють вимірювальні генератори сигналів: НЧ; ВЧ; імпульсних 
сигналів прямокутної форми; сигналів спеціальної форми (трикутної, 
прямокутної і т.п.); коливальної частоти (свип-генератори) – джерела 
гармонічних сигналів, частота яких автоматично змінюється в межах 
встановленої смуги частот. 
Вимірювальні генератори синусоїдальних не модульованих і 
модульованих коливань (сигналів) класифікують за трьома основними 
ознаками: 
• в залежності від діапазону частот генератори діляться на 
інфранизькочастотні, НЧ, ВЧ (30кГц – 30 МГц) і НВЧ 
• відповідно виду модуляції розрізняють генератори з 
амплітудною, синусоїдною, комбінованою модуляцією (двох і більше видів); 
з частотною, фазовою та інш. 
За основною похибкою основних параметрів генератори діляться на 
класи. При цьому вимірювальні генератори характеризують межами 
допустимої похибки установки частоти, значення вихідної напруги чи 
потужності, коефіцієнта амплітудної модуляції, девіації частоти в режимі 
частотної модуляції, тривалості імпульсу при імпульсній модуляції. 
Вимірювальні генератори імпульсів ділять на генератори одиночних 
імпульсів, безперервної послідовності, парних імпульсів, кодових груп 
імпульсів. Відповідно розрізняють одно канальні та багатоканальні 
генератори. 
Задаючий генератор – основний блок ВГ, визначає ряд важливих 
характеристик вихідного сигналу (форма, частота). Найчастіше це 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 8 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
автогенератор синусоїдальної напруги чи періодично повторюваних 
імпульсів. 
Перетворювач служить для підвищення енергетичного рівня сигналу 
або задання йому визначеної форми. Підсилювач напруги, потужності, 
модулятор, формувач імпульсів.  
 
 
Рисунок 1.1 - Узагальнена структурна схема вимірювального 
генератора сигналів 
 
Вихідний блок – призначений для регулювання рівня вихідного 
сигналу і зміни вихідного опору приладу. Входять: атенюатор, 
узгоджувальний трансформатор, емітерний повторювач. 
Засоби вимірювання, що використовуються для встановлення або 
контролю параметрів вихідного сигналу: вольтметр, вимірювач потужності, 
вимірювач коефіцієнта модуляції, частотомір. 
Блок живлення – джерело напруги живлення для всіх вузлів приладу. 
Випрямляч змінної напруги в постійну напругу стабілізовану. 
Умова генерації сигналів. У загальному випадку генератором - 
називається ел. схема формує змінну напругу необхідної форми.  
Найпростішим методом формування гармонійних коливань є метод 
компенсації втрат в LC контурі . Якщо в моменті « струмів » замикати ключ 
тобто додавати ( компенсувати втрати енергії ) , то виникнуть затухаючі 
сигнали з частотою власного резонансного контуру : 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 9 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
1
f =  LC  
2
Момент замикання повинен збігатися з «струмом» , збігатися по фазі , 
цю компенсацію можна здійснювати подаючи в певний момент на контур 
через деяку схему вихідна напруга , яке знімається з контура ( замкнути 
зворотним зв'язком ) . Основна блок схема генератора: Підсилювач підсилює 
вхідний сигнал U1 в «а» - раз , при чому між U1 і U виникає фазовий зсув . 
Умова генерації замкнутої схеми є рівністю вихідної напруги схеми 
зворотного зв'язку і вхідного напруги підсилювача, тобто 
U1=U3=KAU1=KA=1=g  
Як вказувалося вище повинна збігатися і фаза сигналів, тобто 
зворотний зв'язок повинен бути позитивна: 
 +  = 2 n  
Умова балансу амплітуд полягає, в тому що схема генератора буде 
порушуватися лише тоді , коли підсилювач компенсує втрати у схемі 
зворотного зв'язку. 
Умова балансу фаз полягає в тому, що коливання в замкнутій системі 
виникнуть тільки тоді, коли фаза вихідної напруги , схема зворотного зв'язку 
і фаза вхідної напруги підсилювача збігаються , тобто зворотний зв'язок 
позитивна. 
Класифікація вимірювальних приладів. 
• генератори низькочастотні ГЗ : діапазон 20Гц- 200кГц , бувають 
10Гц – 1мГц ; 
• генератори високочастотні ГЧ : діапазон 30кГц – 300мГц .  
Вони мають коаксіальний вихід і діапазон вище 10ГГц з хвилеводним 
виходом. НЧ генератори як правило є джерело не модульованих гармонійних 
коливань. ВЧ генератори є джерелами що не модульованих так і 
модульованих за амплітудою ( АМ ) та / або за частотою (ЧМ) гармонійних 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 10 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
коливань . Існують також спеціальні генератори з фазною , імпульсної та 
частотної модуляцією ; 
 
•  генератори імпульсів Г5 є джерелом одиночних і / або 
періодичних імпульсів прямокутної форми; 
•  генератори спеціальної форми Г6 ; 
• генератори частоти Г8 ( свип-генератори ) . Джерела гармонійних 
сигналів частота яких автоматично змінюється в межах встановленої смуги 
частот; 
• генератори шуму Г2 основними параметрами зміни генераторів 
служить межа допущення основної похибки : 
- установки частоти; 
- установки рівня вихідної напруги ; 
- установки коефіцієнта модуляції; 
- установки тривалості імпульсу і установка шпаруватості  
імпульсної послідовності . 
Позначення класу вимірювання генератора складається з умовного 
позначення і точності по них : 
 
P =1%;U  = 5%; AM =10%;  
P1U5AM10  
 
1.1.1. Аналогові НЧ-генератори 
За допомогою цих генераторів здійснюють дослідження і 
налагоджування підсилювачів і інших НЧ -вузлів РЕА, модуляцію сигналів 
ВЧ вимірювальних генераторів і передавачів, градуювання електронних 
вольтметрів, вимірювання частоти, живлення різних схем змінною напругою 
і т.п. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 11 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Вимірювальні НЧ-генератори генерують в усьому діапазоні робочих 
частот сигнали синусоїдної форми, стабільної частоти, постійного рівня. 
Мають невеликий вихідний опір, який можна регулювати вихідною 
напругою (потужністю) в широких межах – повільно чи сходинками. 
 
 
 
Рисунок 1.2 - Структурна схема НЧ вимірювального генератора 
 
Переваги: плавність пере налагоджування частоти, можливість тонкого 
розлаштування, широкий діапазон частот, постійність вихідної потужності 
при зміні частоти, стабільність на порядок вище інших генераторів. 
Основний недолік – складність схеми. 
Тактові генератори. Частота f2 змінюється в таких межах, щоб 
різницева частота на виході змішувача потрапила в діапазон НЧ можливість 
плавного перебудови тобто не вимагається перемикання діапазонів. Це при 
автоматичній перебудови дозволяє автоматизувати зняття амплітудної 
характеристики. За такою схемою зроблені генератори Г3- 104, Г3- 18,  Г3- 5. 
RC -генератор будуватися за раніше описаною схемою, в якій в 
ланцюзі ПОС між резонансного контуру встановлюється пасивний смуговий 
RC- фільтр , представлений на рисунку : 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 12 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
 
Рисунок 1.3 - Пасивний смуговий RC- фільтр 
 
1 1
f =  R1R2C1C2;R1= R2 = R;C1=C2 =C; f = RC.  
2 2
Тому для виконання умови балансу амплітуд необхідно , щоб А = 3 . 
для виконання балансу фаз необхідно , щоб фазовий зсув підсилювача 
дорівнював α = 2π , т.к. фазовий зсув β = 0 . Це забезпечується 
двохкаскадним підсилювачем. На практиці застосовують підсилювачі з 
коефіцієнтом посилення більше 3 , але вводять ООС , яка знімає коефіцієнт 
посилення до 3. Схема підсилювача представлена на рисунку:  
 
Рисунок 1.4. - Схема підсилювача 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 13 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Для налаштування за частотою встановлюють декілька паралельних 
резисторів і перемикач. Чим забезпечують перекриття по всьому НЧ 
діапазону шляхом розбиття його на піддіапазони . Схема представлена на 
рисунку: Зазвичай пару резисторів підбирають так , щоб частота змінювалася 
в 10 разів , а в межах кожного піддіапазону головним перебудова частоти 
забезпечувалася змінним конденсатором. Слід зазначити , що ланцюг ООС 
виконує й іншу функцію - автоматично підтримує рівень вихідної напруги 
генератора, що задає , незмінно , тобто автоматично підтримує баланс 
амплітуд . 
 
1.1.2. Імпульсні генератори 
Вимірювальні генератори імпульсних сигналів прямокутної форми 
використовуються при дослідженні, регулюванні та налагодженні 
імпульсних електричних схем, РА, блоків ЕОМ, дослідженні мікросхем. Ці 
генератори виконують роль задаючих генераторів, імпульсних модуляторів, 
джерел керуючих імпульсів в різних комутуючих пристроях електричних  
схем. 
 
Рисунок 1.5. - Структурна схема генератора імпульсних сигналів 
 
Імпульсні генератори – складають частину дуже багатьох електронних 
приладів, причому  домінуюче місце вони займають в цифрових системах 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 14 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
оброблення сигналів. Імпульсні генератори будуються на різних елементах. 
Основним вузлом генератора являється час задаючий ланцюгом на елементах 
L, R, C.  Пасивні елементи застосовуються в сполученні з активними. 
Враховуючи паразитне розподілення опорів, індуктивності і ємностей і 
розділення параметрів електричних пристроїв, можна уявити собі всю 
складність обрахунку імпульсних генераторів для використання в широкому 
діапазоні частот. 
Для спрощення інженерних розрахунків параметрів генераторів можна 
використовувати приближений метод представлений опором реактивних 
елементів. Залежність струм І, протікаючого  через ємність С, від 
dU dt dU
прикладеної напруги U визначається вираженим  I =C або = .  
dt С I
dt
Позначимо dU=IdRC, де RC – деякі еквівалентні опори ємності. Тоді  = dR .   C
С
Інтегруючи одержимо RC = t . Аналогічні перетворення проведемо до 
C
dl dt dl
індуктивності, виходячи із формули U = L або = . Позначимо dl=UdqL, 
dt l U
де qL – деякий еквівалентний провідник  індуктивності. Тоді 
dt t L
= dq або q = , або R = .  В результаті реактивні елементи зводяться до 
L L L
L L t
деякого активного аналогу. Тепер для розрахунку параметрів складного 
ланцюга, складаючогося  із великої кількості елементів L і C, можна 
використовувати закон постійного струму, а вони, як відомо, більш доступні 
і прості. 
Для очевидності проведених перетворень розглянемо прості і широко 
розповсюджені приклади. Почнемо з підключення джерела постійної напруги 
де RС ланцюги (Рис.1,а).  
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 15 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
б) 
Рисунок.1.6. - Підключення джерела постійної напруги 
 
При заміні ємності еквівалентним опором одержимо формулу для 
струму 
U
I = 1  
(R1+RC1)
і для напруги  
U
U = 1
C1 .  
(1+ R1 RC1)
Якщо врахувати, що  
t
RC1 = , 
C1
то одержимо 
U
UC1 =
1 ; 
(1+ R1 C1 t)
при C = R1C1  маємо  
U
U = 1
C1 . 
(1+C t)
Тут при t = 0, UC1 = 0  і при t = UC1 = E . Напруга на конденсаторі 
змінюється по закону, близькому до експоненціальному. 
Тепер розглянемо підключений до джерела напруги RL ланцюга. 
Напруга на індуктивності буде виражатися формулою 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 16 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
U
U = 1
L , 
(1+ t  L )
 де  L = L R . Якщо t = 0 , то U L = E , а при  t = 0, U L = 0 . Закон зміни цієї 
напруги близький до експоненціального: 
1
exp(−t  )  . 
(1+ t  )
Визначимо різницю між цими формулами 
1
A1 = − exp(− ) . 
(1+ )
Графік залежності А1 від  показаний на мал.1,б. Як видно з графіка, 
максимум значення А1 досягається призначення =2...3. Значення похибки 
А1 можна зменшити, якщо ввести деякий емпіричний коефіцієнт. На тому ж  
малюнку проведені ламані для функції. 
1 1
A2 = − exp(−), A3 = − exp(−).  
(1+ 2) (1+3)
 Враховуючи ці функції, можна значно підвищити точність інженерних 
розрахунків. 
 
 
1.1.3. Генератори сигналів спеціальної форми 
Генератори знаходять застосування у вимірювальній техніці, в 
моделюючих і вирішальних пристроях , в системах кодування і декодування 
сигналів. За допомогою цих сигналів здійснюються настройка і корекція 
вузлів приймальних пристроїв . Зокрема , вони можуть служити для 
управління частотою гетеродинов. 
Застосовуються вони і в якості опорних сигналів при виділенні 
корисного сигналу з шумів .  
Сигнали спеціальної форми можна формувати двома способами: 
дискретним і аналоговим . Дискретний спосіб формування заснований на 
імпульсних схемах , які формують вагові струми або напруги. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 17 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Підсумовування вагових величин в певній послідовності дозволяє отримати 
сигнали будь-якого виду. Аналоговий спосіб формування різних сигналів 
значно простіше дискретного, але його можливості значно обмежені. Цей 
спосіб застосовується в основному при формуванні сигналів трикутного і 
трапецеїдального виду. Наявність різноманітних електричних схем викликає 
необхідність отримання досліджуваних сигналів не тільки синусоїдальної 
форми, але і інших форм: меандра, трикутної, пилкоподібної та інш. 
Генератори таких сигналів називаються генераторами сигналів спеціальної 
форми. 
 
Рисунок 1.7 - Структурна схема аналогового вимірювального 
генератора 
 
Інтегратор та компаратор утворюють кільцевий автоколивальний 
пристрій. 
Робота схеми заключається в наступному: 
При подачі негативного перепаду напруги на вхід інтегратора на його 
виході формується лінійно-зростаюча напруга (інтегратор вгору). В 
визначений момент часу полярність вхідної напруги стрибком змінює свою 
полярність. На виході інтегратора формується лінійно-спадаюча напруга 
(інтегратор вниз), до чергового перепаду напруги на вході. Тобто вихідна 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 18 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
напруга інтегратора – сигнал трикутної форми, період визначається 
моментами переключення вхідної напруги. Напруга трикутної форми 
подається на вхід компаратора з виходу інтегратора. Коли ця напруга 
дорівнюватиме напрузі порогового рівня, компаратор змінює свій стан і т.д. 
На виході компаратора формується меандр, який і буде теж вихідним 
сигналом вимірювального генератора. Частоту регулюють пороговим 
значенням. 
Напруга синусоїдальної форми формується із напруги трикутної форми 
за допомогою функціонального перетворювача. 
Сутність перетворення: Розклад в ряд Фур’є трикутної напруги 
представляє собою суму непарних гармонік, де амплітуда k-ї гармоніки в K2 
раз менша першої гармоніки. Для виділення першої гармоніки послаблюють 
вищі гармоніки (фільтр). Коефіцієнт гармонік після формувача  0,5% . Для 
отримання пилкоподібної напруги ставиться спеціальний формувач, який 
формує пилкоподібний сигнал із напруги трикутної форми і меандру. 
Потрібну форму вихідного сигналу вимірювального генератора 
вибирають за допомогою перемикача, який ставиться перед вихідним 
блоком, який призначений для зміни напруги вихідного сигналу і створення 
необхідного вихідного опору генератора. 
Працюють такі генератори в діапазоні від 0,001 Гц до 1 МГц. 
 
1.2. Аналіз аналогів імпульсних генераторів  
Аналіз схемотехнічних рішень та елементної бази генераторів . Розгляд 
аналогів пристрою, що проектується дає можливість врахувати всі недоліки 
попередніх пристроїв і  конструювати новий пристрій такого ж типу без 
недоліків попередніх конструкцій, з урахуванням необхідних параметрів та 
характеристик. Схеми та опис аналогів генераторів.  
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 19 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
1.2.1. Двохчастотний імпульсний генератор 
Задаючий каскад двухчастотного генератора з системи ДЦ «Нева», 
використовуваного для модуляції сигналів ТС (рис. 1), виконаний на 
транзисторі VT1, транзистор VT2 служить для включення генератора, 
транзистор VT3 забезпечує перемикання генератора з однієї частоти на іншу, 
вихідний сигнал формується каскадом на транзисторі VT4. 
 
 
Рисунок 1.8 - Схема двохчастотного імпульсного генератора 
 
При наявності потенціалу сигналу 0 на вході Вх1 транзистор VT2 
відкритий, діоди VD2 і VD3 зміщені його колекторним струмом в прямому 
напрямку і тим самим обмотка Wi навантажена на малий опір відкритих 
діодів. У цих умовах незгасаючі коливання в контурі w1-С1 виникнути не 
можуть, і генератор не працює. Сигнал 1, поданий на вхід Bxl, включає 
генератор, так як VT2 закривається і зникає шунтуючі дію на контур діодів 
VD2 і VD3. Це призводить до порушення блокинг-генератора і появі частоти 
в каналі зв'язку. 
Значення частоти, вироблюваної генератором, залежить від стану 
транзистора VT3. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 20 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Якщо він закритий, то вихідний транзистор VT4 управляється 
частотою, обумовленою основним контуром w1-Cl. 
При подачі на вхід Вх2 потенціалу сигналу 1 транзистор VT3 
відкривається і відбувається підключення додаткового контуру W3-С2, що 
призводить до зменшення частоти, виробленої генератором. У закритому 
стані транзистора VT3 опір діода VD1 велика і обмотка w не навантажена. 
При зміщенні VD1 колекторним струмом VT3 обмотка w2 навантажена на 
конденсатор С2. З цього моменту період коливань блокинг-генератора 
визначається сумарним значенням ємностей і індуктивностей основного 
контуру {wi-01} і додаткового (ws-С2). 
Напруга, що знімається з вихідною обмотки w6, управляє вихідним 
транзистором VT4 через смуговий фільтр ПФ на елементах L1, СЗ, С4, L2, 
С6, що виключає перешкоди в лінії зв'язку під час перехідних процесів в 
генераторі при перемиканнях. 
Недоліком пристрою, є труднощі роздільного регулювання їх 
параметрів (частоти і тривалості імпульсів, тимчасової затримки, амплітуди, 
незручність управління, рівень нелінійних спотворень, паразитні коливання 
амплітуди сигналу генератора) 
1.2.2. Імпульсний генератор інфранизьких частоти 
Робота генератора заснована на зарядці конденсатора імпульсним 
сигналом (рис.8.15). Цей сигнал формує мультивибратор на ОУ DA1. Частота 
прямокутних імпульсів визначається номіналами елементів R2 і С1. 
Прямокутні імпульси, пройшовши через діод VD1, заряджають конденсатор 
С2. У міру накопичення заряду на конденсаторі С2 закривається польовий 
транзистор VT1. Зміна напруги на джерелі транзистора призводить до 
перемикання компаратора на ОП DA2. Сигнал на виході ОП DA2 міняє 
полярність з негативною на позитивну, тому відкривається транзистор VT2 і 
спрацьовує реле К1. Контакти реле К1.1 замикаються і починається процес 
розрядки конденсатора С2 через резистор R5. Час розрядки залежить від 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 21 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
номіналів резистора R5 і конденсатора С2. Коли напруга на конденсаторі С2 
зменшиться настільки, що відкриється транзистор VT1, компаратор 
повертається в початковий стан і знову починається процес зарядки. 
 
Рисунок 1.9 - Імпульсний генератор інфранизької частоти 
 При зміні опору резистора R1 від 10 до 200 кОм період змінюється від 
5 до 60 с. Для збільшення періоду доцільно замінити резистор R4 на інший, 
більшого опору. Нестабільність спрацьовування складає + -10%. 
Недоліком пристрою, є труднощі роздільного регулювання їх параметрів 
(частоти і тривалості імпульсів, амплітуди, незручність управління, рівень 
нелінійних спотворень, паразитні коливання амплітуди сигналу генератора) 
1.2.3. Число-імпульсний генератор 
Пристрій складається з генератора імпульсів, лічильника і 
дешифратора. Генератор виробляє прямокутні імпульси з частотою 
проходження 10Гц. З виходу генератора імпульси надходять на двійковій-
десятковий лічильник (D2), а з лічильника на дешифратор на мікросхемі D3. 
При подачі напруги живлення на виводі 9 D1.3 буде напруга низького 
рівня і імпульси з виходу генератора на вхід лічильника не надійдуть. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 22 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
Рисунок 1.10 - Схема електрична принципова число-імпульсного генератора 
При натисканні на одну з кнопок S1-S15 С3 миттєво зарядиться через 
V1 до напруги високого рівня, а на висновках 2 і 3 D2 в цей час з'явиться 
напруга низького рівня, що встановлює лічильник в стан рахунку. Одночасно 
через замкнутий контакт натиснутою кнопки напруга високого рівня надійде 
на вхід D1.1 і імпульси подаються на лічильник. При роботі лічильника на 
виходах дешифратора послідовно з'являються напруги низького рівня. Як 
тільки сигнал низького рівня з'явиться в місці з'єднання натиснутою кнопки, 
подача імпульсів на вхід лічильника припиниться. З виведення 11 D1.4 буде 
знято число імпульсів відповідає номеру натиснутої кнопки. Якщо 
продовжувати утримувати кнопку, то через деякий час С3 розрядиться через 
R2, D2 встановиться в нульовий стан і генератор видасть нову серію 
імпульсів.Формувач імпульсів D1.1 D1.2 являє собою чекає мультивибратор 
який запобігає проникненню імпульсів створюються тримтінням контактів 
кнопок. 
Налаштування приладу полягає в підборі R1 і С2 для встановлення 
необхідної частоти проходження імпульсів генератора від одиниць герц до 
десятків кілогерц. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 23 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Недоліком даної схеми є те, що при підключенні до виходу (тобто до 
ємності С) опору навантаження спотворюється лінійність вихідної напруги, 
незручність управління, рівень нелінійних спотворень, малий діапазон 
частот, незручність управління. 
 
1.2.4. Двотональний генератор 
 Цей генератор володіє високою стабільністю генерування частот, 
малими нелінійними спотвореннями і низькою споживаною потужністю. Ось 
його основні технічні характеристики: 
• Частоти в режимі двотонального генератора, Гц ........... 1700, 2400 
• Частота в режимі однотональний генератора, Гц .................... 1700 
• Максимальна вихідна напруга, мВ ........................................ 10; 100 
• Нелінійні спотворення% ................................................................... 1 
• Напруга живлення, В .................................................................. 5 ... 7 
• Струм, мА ..................................................................................... 3 ... 5 
Основою електричної принципової схеми є генератор DTMF (Dual-
Tone-Multi-Frequency) сигналів на мікросхемі ВТ91531 (вітчизняний аналог 
КР1008ВЖ19). 
Для отримання режиму безперервної генерації двотонального і 
однотональний сигналів без застосування мікроконтролера необхідні сигнали 
управління та режимів у схемі формуються мікросхемою DD1 і кнопками 
SВ1 "1 тон" і SВ2 "2 тони". З виведення 4 мікросхеми DD1 на вхід 2  
мікросхеми DD2 подається імпульс на зчитування чотирирозрядний коду,  
встановленого на інформаційних входах D0 ... D3 і Т / Р. Лічені код 
надходить на цифровий синтезатор перетворює частоту кварцового 
генератора в пару низькочастотних синусоїдальних сигналів які і являють 
собою двотональний сигнал. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 24 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Для отримання необхідних частот двотонального сигналу зручних для 
налаштування, у пристрої застосований кварцовий резонатор з частотою 6,5 
МГц. У цьому випадку пристроєм генерується частоти 1,7 кГц (нижня) і 2,4 
кГц (верхня), а для їх отримання на інформаційних входах D0 ... D3 
мікросхеми DD2 встановлено низький рівень, шляхом з'єднання її висновків 
5 - 8 із загальним проводом. 
 
Рисунок.1.11 - Схема електрична принципова двотонального генератора 
Частота кварцового резонатора в пристрої не критична і може лежати в 
межах 6 ... 6,5 МГц. Так, при частоті кварцового резонатора 6 МГц, нижня 
частота синусоїдального сигналу буде дорівнює 1,6 кГц, а верхня - 2,2 кГц. 
При необхідності плавного перебудови двотонального генератора в діапазоні 
частот можна подати на вхід OSC1 мікросхеми DD2 (вив. 11) сигнал від 
зовнішнього генератора через розділовий конденсатор 0,1 мкФ. 
Сформований двотональний сигнал з виходу мікросхеми DD2 (вив.15) 
через конденсатор С5, фільтр R5С6 і дільник R6R9 надходить на вихідний 
роз'єм Х1. Перемикач SW1 дозволяє отримати два діапазони вихідних 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 25 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
напруг: 0 ... 10 мВ і 0 ... 100 мВ. Плавне регулювання вихідної напруги 
виконують змінним резистором R9. 
Для отримання однотональний сигналу нижньої частоти треба подати 
на висновок 3 мікросхеми DD2 сигнал низького логічного рівня (натиснути 
кнопку SВ1). Для повернення в режим генерації двотонального сигналу 
необхідно натиснути на кнопку SВ2, тобто відключити і знову включити 
живлення мікросхеми і тим самим встановити мікросхему в початковий стан. 
Індикацію включення режиму однотональний генерації виконує світлодіод 
HL1, з'єднаний через струмообмежувальні резистор R8 з виведенням 9 
мікросхемми DD2, на якому в однотональний режимі присутній імпульсний 
сигнал прямокутної форми. 
Недоліком даної схеми є малий діапазон частот, незручність 
управління. Також при підключенні до виходу опору навантаження 
спотворюється лінійність вихідної напруги. Його недолік - низька амплітуда 
вихідного сигналу, яка може бути збільшена шляхом застосування 
додаткового каскаду підсилення, але це призведе до суттєвого зменшення 
смуги пропускання. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 26 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
2 ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ, РОЗРОБКА ТА 
АНАЛІЗ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ 
 
Існує велике число варіантів побудови генераторів, які задовольняють 
різним вимогам і мають ті чи інші переваги і недоліки, що були розглянуті в 
попередньому розділі, також визначили область їх застосування. Основні 
недоліки аналогів (складність ремонту, незручність управління, рівень 
нелінійних спотворень синусоїдального сигналу і обмежений частотний 
діапазон в області ультразвукових частот, кількість піддіапазонів, паразитні 
коливання амплітуди сигналу генератора, деталі стабілізації амплітуди 
ускладнюють генератор, залежність амплітуди вихідного сигналу від напруги 
живлення, та нестабільність температурного режиму мікросхеми і т.д.). 
Спроектуємо пристрій, який усуває ряд недоліків розглянутих в 
аналогах. 
 
2.1 Обгрунтування технічного завдання 
В кваліфікаційній роботі бакалавра спроектовано генератор імпульсний 
з цифровим управлінням. Генератор імпульсний з цифровим управлінням 
являє собою імпульсний генератор, що надає можливість регулювати частоту 
вихідних імпульсів, їх тривалість, амплітуду, а також виробляти зсув 
отриманої імпульсної послідовності щодо нуля. 
Технічні характеристики генератора:  
 Напруга живлення, В                                    +5, ±12 
 Струм споживання, А,    не більше0,25 
Шина даних(ліній)      16 
Шина адреси(ліній)                                                 4 
Частота вихідних імпульсів               30Гц – 2МГц 
Максимальна амплітуда імпульсів   ±12В 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 27 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 Вихідна напруга, В           ±6,8 
Пристрій використовує десять ліній даних D0-D9 і п'ять адресних ліній 
A0-A4, а також сигнал управління IOW низького рівня і линиї живлення на        
± 12В і + 5В: 
2.2 Розробка структурної схеми виробу 
Структурно імпульсний генератор складається з наступних вузлів: 
• блок керування 
• блок індикації 
• блок живлення 
• мікроконтроллер 
• дешифратор адреси; 
• програмований генератор; 
• дворівневий компаратор; 
• програмований підсилювач; 
• програмоване джерело постійної напруги; 
• сумматор напруг; 
Блок керування призначений для регулювання частоти вихідних   
імпульсів, їх тривалість, амплітуду, а також виробляти зсув отриманої 
імпульсної послідовності щодо нуля. 
Блок живлення  реалізований на 3-х мікросхемах LM7812, LM7912, 
LM7805, який в свою чергу забезпечують стабілізацію напруги +5V,-12V, 
+12V. 
Блок індикації представляє собою рідкокристалічний індикатор 16х2, який 
в реальному часі відображає інформацію задану на клавіатурі. 
Дешифратор адреси призначений для вибору блоку генератора 
(імпульсного) з усього адресного простору мікроконтроллера Atmega16. На 
дешифратор адреси подається чотирьохрозрядний код з інтерфейсу 
установки. Дешифратор адреси генератора імпульсів з цифровим 
управлінням повинен виділити запис даних в один з вузлів: програмований 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 28 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
генератор, програмований підсилювач або програмоване джерело постійної 
напруги. 
Програмований генератор є основою всього модуля. Він виробляє 
послідовність однополярних імпульсних сигналів з регульованою частотою і 
тривалістю імпульсів. 
Завданням дворівневого компаратора є перетворення однополярної 
імпульсної послідовності, що надходить на його вхід з програмованого 
генератора, в двополярний сигнал на виході. 
З дворівневого компаратора сигнал надходить на програмований 
підсилювач, за допомогою якого задається його амплітуда. 
Програмоване джерело постійної напруги виробляє постійну напругу, 
регульовану по амплітуді, яка є напругою зміщення. 
Далі, потрапивши на суматор напруг, імпульсний сигнал, що надходить 
з програмованого підсилювача, складається з постійною напругою зсуву. На 
виході суматора присутній імпульсний сигнал, зміщений відносно нуля на 
величину напруги зсуву. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 29 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 30 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
Рисунок 2.1 - Структурна схема імпульсного генератора з цифровим керуванням 
 
3 РОЗРОБКА СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ 
 
3.1. Розробка мікроконтроллера 
 
Після розробки та аналізу структурної схеми, переходимо розробки 
схеми електричної принципової, яка буде відповідати структурній схемі та 
технічному завданню. 
Найголовніший блок структурної схеми це мікроконтроллер, тому при 
розробці схеми електричної принципової потрібно відштовхуватись від 
нього. 
Розглянувши аналоги та документацію на різніх типах генераторів та 
мікросхем вибираємо мікросхему Atmega16A, яка повністю підходить для 
розробки даного приладу. Залишається розробити схемо-технічне рішення 
цієї мікросхеми, щоб забезпечити керування мікросхемою, та забезпечити 
вихідну напругу згідно технічного завдання. 
Мікроконтроллер (Atmega 16А) це малопотужний КМОП 8 розрядний 
мікроконтролер на розширеній основі Atmel AVR. Виконуючи одну 
повноцінну інструкцію за один такт, ATmega 16А досягає продуктивності 1 
MIPS на МГц, дозволяючи розробникам систем оптимізувати 
енергоспоживання в порівнянні з швидкістю обробки. 
Ядро AVR поєднує багатий набір інструкцій з 32 працюючих регістрів 
загального призначення. Усі 32 регістра безпосередньо підключені до 
арифметико-логічного пристрою (АЛП), що дає двом незалежним регістрам  
в одній інструкції виконуватися в одному циклі. В результаті архітектура є 
більш ефективною при досягненні продуктивності до десяти разів швидше, 
ніж звичайні CISC мікроконтролери. 
Основні параметри мікросхеми: 
• Робочі напруги: 4,5 — 5,5 В 
• Температурний діапазон: - Від -40 °C до 85 °C 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 31 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
• Оцінка швидкості: - 0 - 4 МГц @ 1,8 - 5,5, 0 - 10 МГц @ 2.7V - 5.5V 
• Робоча частота 0 — 16 МГц 
 
 
Рисунок 3.1 - Схема електричної принципової Atmega16A 
 
3.2. Розробка дешифратора адреси 
Розглянувши аналоги для побудови дешифратора адреси імпульсного 
генератора виберемо мікросхему КР1533ИД4, яка повністю підходить для 
розробки даного приладу. 
Дешифратор адреси призначений для вибору блоку генератора 
(імпульсного) з усього адресного простору мікроконтроллера. На 
дешифратор адреси подається чотирьохрозрядний код з інтерфейсу 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 32 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
установки. Дешифратор адреси повинен виділити запис даних в 
програмований генератор. Мікросхема має два адресних входу А0 і А1  
(виводи 3, 13). Вони служать для одночасного управління вихідними станами  
обох дешифраторів DCА і DCВ. У кожному дешифраторі є окремий 
стробуючий вхід ЕА і ЕВ (1-й і 2-й вивід), а також по одному інформаційного 
входу ЕА і ЕВ (14-й і 15-й виводи). 
 
Рисунок. 3.2 - Електрична принципова дешифратора адреси 
Сигнали адреси А0-А4 з системної магістралі мікроконтроллера 
(Athmega16) надходять на дешифратор адреси, який призначений для вибірки 
генератора імпульсного з цифровим управлінням з адресного простору 
установки і для стробувания запису даних в один з вузлів: програмований 
генератор (ПГ), програмований підсилювач (ПП) або в програмований 
джерело постійної напруги (ПДПН). Основою дешифратора адреси є 
мікросхема (DD3). У схему дешифратора адреси включемо мікросхеми 
КР1533ЛЕ1 (DD4) і КР1533ЛА3 (DD5), для того щоб забезпечити 
стробування запису даних. 
Мікросхеми КР1533ЛЕ1 (DD4) і КР1533ЛА3 (DD5) призначені 
забезпечити стробування запису даних за наступними адресами: 0Х308 - 
0Х30А - в програмований генератор імпульсів, 0Х30В (0Х30D) - в 
програмований підсилювач, 0Х30Е (0Х30F) - в програмований джерело 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 33 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
постійної напруги. Дані в програмований генератор КР580ВИ53 (DD6) 
подаються з магістралі даних через буферний підсилювач DD2 (мікросхема 
КР1533ИР23). 
 
 
Рисунок. 3.3 - Електрична принципова мікросхем І-НІ та АБО-НІ 
 
Таким чином забезпечується передача даних від мікроконтроллера до 
програмованого таймера. 
Розраховуємо споживану потужність Pn, мВт, для кожної цифрової 
мікросхеми за формулою 
Pn=Iпот iUпит i,                                                   (1) 
де n- позиційне позначення мікросхеми; 
Iпот i –  струм, споживаний i-ой мікросхемою, мА. 
Uпит i – напруга живлення i-ой мікросхеми, В. 
PDD2=75=35 мВт                                              (1) 
 
3.3. Розробка програмованого генератора 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 34 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Розглянувши аналоги для побудови програмованого генератора 
вибераємо мікросхему КР580ВИ53, яка повністю підходить для розробки 
даного приладу. 
Мікросхема КР580ВИ53 – трьохканальний програмований пристрій, 
призначений для організації роботи мікропроцесорних систем в режимі 
реального часу. Мікросхема формує сигнали з різними часовими 
параметрами. Мікросхема виконана за n - технологію в 24 – вивідному 
корпусі і має єдине джерело живлення +5В. Даний таймер призначений для 
організації роботи мікропроцесорних систем в режимі реального часу і 
дозволяє формувати сигнали з різними тимчасовими характеристиками. До 
складу входять три 16-розрядних віднімається лічильника з частотою 
рахунку по входу CLK до 2МГц. Кожен з лічильників може працювати 
незалежно від інших в одному з 6-ти програмно заданих режимів: в режимі   
0 – програмована затримка; в режимі 1 – програмуований ждущий 
мультивибратор; в режимі 2 – програмований гениратор тактових сигналів; в 
режимі 3 – генератор прямокутних сигналів; в режимі 4 програмно-
керований строб; в режимі 5 апаратно-керований строб. Управління 
режимами здійснюється за допомогою керуючих слів CW, які окрім режиму 
роботи визначають код лічильника (двійковий або 2/10) і формат обміну 
даними з МП при операціях з лічильниками: тільки старшим байтом, тільки 
молодшим байтом або всім словом (поле RL) 
Основні параметри мікросхеми: 
• Напруга живлення логічного нуля U=0,4 В. 
• Напруга живлення логічної одиниці U=2,4 В. 
• Струм споживання I=115 мA 
• Вхідний струм I= 10 мA 
• Струм витоку на виходах I= -1,5…1,5 мA 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 35 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
Рисунок 3.4 - Схема електрична принципова мікросхеми КР580ВИ53 
 
Таблиця 3.1 - Технологічні характеристики мікросхеми КР580ВИ53 
 
Позначення Номер Призначення вивода 
вивода контакта 
D(7-0) 1;2;3;4;5;6;7;8 Канал даних 
RD 22 Сигнал "читання" 
WR 23 Сигнал "запис" 
А0,А1 19; 20 Адресні входи, вибираючі один з 
каналов ПТ або управляючий 
регістр 
CS 21 Вибір микросхеми 
CLK0-CLK2 9; 15; 18 Входи синхронизації лічильників 
CATE0- 11; 14; 16 Входи управлінння лічильників 
CATE2 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 36 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
OUT0-OUT2 10; 13; 17 Вихідні сигнали лічильників 
Uсс 24 Напруга живлення (+5 В) 
GND 12 Напруга живлення (0 В) 
 
Структурна схема програмованого генератора представлена на рис. 3.4. 
Блок логіки читання-запису управляє обміном даними між трьома 
лічильниками і шиною даних. Регістр управління дозволяє програмно 
налаштувати будь-який з трьох лічильників на бажаний режим роботи. 
До складу ПТ входить буфер каналу даних, логіка читання / запису, що 
визначає, до якого каналу звертається процесор, і трьох незалежних каналів. 
Кожен канал включає в себе 16-розрядний лічильник, регістр режиму, схему 
управління і схему синхронізації. 
До складу лічильника входять регістр зберігання, буферний регістр і 
власне лічильник. Регістр зберігання містить значення константи рахунку. На 
початку циклу роботи каналу константа рахунки з регістра зберігання 
переписується в лічильник, і потім по тактових імпульсах на вході CLK 
відбувається декремент вмісту лічильника. Вміст лічильника в будь-який 
момент часу може бути переписано в буферний регістр і прочитано 
процесором. У регістр режиму записується керуюче слово, яке визначає 
режим роботи каналу. Схема управління синхронізує роботу окремих схем 
відповідно до запрограмованого режимом роботи і роботу каналу з роботою 
процесора. Схема синхронізації формує серію внутрішніх імпульсів з 
тривалістю, визначеною внутрішніми часозадаючим ланцюгами, і періодом, 
рівним періоду зовнішніх тактових імпульсів.  
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 37 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
Рисунок.3.5 - Структурна схема програмованого генератора 
 
Для того щоб дані подавалися в програмований генератор з магістралі 
даних мікроконтроллера використаємо буферний підсилювач і тому 
вибираємо мікросхему КР1533ИР23, яка повністю підходить для розробки 
даного приладу. 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 38 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
Рисунок 3.6 - Електрична принципова буферного підсилювача 
Ця мікросхема містить вісім двонапрямлених шинних підсилювачів з 
трьома станами виходів. Вона має 2 входи управління: ЕАВ (1-й вивід) - вхід 
керування напрямком передачі і Е0 (19-й вивід) - перемикання виходів у 
третє високоомне положеня. На 1-й вивід мікросхеми подається сигнал 
логічної одиниці через резистор R5 до джерела живлення + 5В для 
фіксування напрямку передачі даних. 
Розраховуємо споживану потужність Pn, мВт, для кожної цифрової 
мікросхеми за формулою: 
Pn=Iпот iUпит i,                                  (3.1) 
де n- позиційне позначення мікросхеми; 
Iпот i –  струм, споживаний i-ой мікросхемою, мА. 
Uпит i – напруга живлення i-ой мікросхеми, В. 
PDD2=905=450 мВт                                             (3.2) 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 39 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Мікросхема DD6 являє собою програмований інтервальний таймер 
(ПІТ) КР580ВИ53, що є основою всього генератора імпульсного з цифровим 
управлінням. Його зв'язок з ЕОМ здійснюється через 8-розрядну 
двонаправленную шину даних D0-D7 під управлінням п'яти сигналів A0, A1, 
CS і WR. Всі керуючі сигнали крім CS подаються з системної магістралі, а 
останній - з дешифратора адреси (6-го виводу мікросхеми DD4.2). 
Лічильник СТ0 в даному випадку не задіяний, а СТ1 включений таким 
чином, що його вихід OUT1 з'єднаний зі входом GATE лічильника СТ2. На 
вхід GATE лічильників Ст0 і СТ1 (виводи 11 і 14 відповідно мікросхеми 
DD5) подається сигнал логічної одиниці через резистор R6 з джерела 
живлення + 5В. 
Лічильник СТ1 програмується на другий режим роботи 
(програмований генератор тактових сигналів) шляхом запису даних 7С за 
адресою 0х30В за допомогою вищеописаних програм. В даному режимі 
лічильник СТ1 генерує сигнал L-рівня з частотою в N разів менше частоти 
тактових імпульсів CLK, що подаються на вхід синхронізації лічильника СТ1 
(вивід 15 мікросхеми DD6). Коефіцієнт розподілу - N  задається шляхом 
запису даних за адресою 0х309. При цьому запис даних необхідно 
здійснювати таким чином: спочатку записується молодший байт даних, а 
наступним циклом запису даних за тією ж адресою необхідно здійснити 
запис старшого байта даних. 
Лічильник СТ2 програмується на перший режим роботи 
(програмований мультивибратор). На його вхід GATE (вивід 16) подається 
імпульсна послідовність з виходу СТ1 (вивід 13), а на вхід CLK1 (вивід 18) 
подаються імпульси синхронізації з системної магістралі частотою 2МГц. У 
даному режимі при Н-рівні сигналу GATE на виході OUT формується 
негативний імпульс тривалістю N періодів синхроімпульсів CLK. Таким 
чином, за допомогою програмування лічильника СТ1, змінюється частота 
проходження вироблюваних імпульсів, а при програмуванні лічильника СТ2 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 40 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
здійснюється зміна тривалості імпульсів. В результаті, на виході 
програмованого генератора (вивід 17 мікросхеми DD6) буде присутній 
однополярний імпульсний сигнал з програмно-регульованою тривалістю і 
частотою проходження імпульсів. 
Розраховуємо споживану потужність Pn, мВт, для кожної цифрової 
мікросхеми DD5 за формулою: 
Pn=Iпот iUпит i, 
де n- позиційне позначення мікросхеми; 
Iпот i –  струм, споживаний i-ой мікросхемою, мА. 
Uпит i – напруга живлення i-ой мікросхеми, В. 
PDD6=505=250 мВт                                             (3.3) 
 
3.4. Розробка двохрівневого компаратора 
При розробці двохрівневого компаратора застосуємо операційний 
підсилювач, так як він має великий вхідний опір і має підвищену швидкодю в 
порівнянні з мікросхемами 140-ї серії . Компаратор побудований на 
мікросхемі К544УД2 (DA1), яка є широкосмуговим операційним 
диференціальним підсилювачем. Завданням двохрівневого компаратора є 
перетворення однополярного сигналу на вході в біполярний сигнал на виході. 
З виходу програмованого інтервального генератора імпульсна 
послідовність надходить на дворівневий компаратор. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 41 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
Рисунок.3.7 - Схема електрична принципова двохрівневого компаратора. 
Для аналогових мікросхем споживану потужність PDAi, мВт, беремо з 
довідника. 
PDА1= =260 мВт                                          (3.4) 
Для стабілітрона VD1 розраховуємо споживану потужність PVD1, мВт, за 
формулою: 
РVD1=Iст·Uст.ном., 
де Iст  - струм стабілізації стабілітрона, мА; 
Uст.ном - номінальна напруга стабілізації, В. 
РVD19=50·3,3=16,5 мВт                                       (3.5) 
 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 42 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 43 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
Рисунок 3.8 - Схема електрична принципова вхідних кіл імпульсного генератора з цифровим 
керуванням 
 
 
 
3.5. Розробка програмованого підсилювача 
Розглянувши аналоги для побудови у модулі використовуємо цифро-
аналоговий перетворювач К572ПА1, який є 10-розряднимим помножуючим 
ЦАП, і призначений для перетворення прямого паралельного коду на 
цифрових входах в струм на аналоговому виході. Програмований підсилювач 
реалізований на цифро-аналоговому перетворювачі К572ПА1 (DA7). 
ЦАП - це пристрій, що перетворює цифровий код у струм на виході. 
Він містить резисторну матрицю, ключі струму і пристрій керування.  
 
Рисунок 3.9 – Схема електрична принципова програмованого підсилювача 
 
Для узгодження рівня логічного нуля і одиниці ТТЛ до входів ЦАП 
підключаються резистори R11...R20, підключені до джерела живлення +5 В. 
Вихідний сигнал у ЦАП пропорційна величині опорного напруги і бінарного 
коду, що подається на вхід. Таким чином, за допомогою подачі на входи 
даних двійкового коду з буферного регістра, а на вхід опорної напруги (вивід 
15) імпульсного сигналу з дворівневого компаратора, забезпечується 
регулювання вихідного сигналу по амплітуді. Для перетворення струму на 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 44 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
виході ЦАП в напругу на його аналоговий вихід підключається операційний 
підсилювач К555УД2 (DA7). На виході отримуємо імпульсний біполярний 
сигнал з регульованою амплітудою. 
 
Рисунок 3.10 - Операційний підсилювач DA8 
 
Дані на програмований підсилювач надходять з регістра даних, 
призначений для остаточного задання амплітуди імпульсної послідовності, 
яка надходить з дворівневого компаратора. 
        Для аналогових мікросхем споживану потужність PDAi, мВт, беремо з 
довідника. 
PDA7=30 мВт 
PDА8==260 мВт                                                 (3.6) 
 
Розглянувши аналоги для побудови регістра даних програмованого 
підсилювача вибераємо мікросхеми КР1533ИР37 (DD9) і КР1533ТМ2 
(DD10.1-2)., які повністю підходить для розробки даного приладу. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 45 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
Рисунок 3.11 - Регістр даних програмованого підсилювача 
 
DD9 - це восьмирозрядний регістр, має динамічний вхід синхронізації 
С і вхід управління третім високоомним станом (z - станом). На вхід 
подається постійна напруга низького рівня, щоб не допустити перехід 
виходів регістра в третьому високоомному стан. Для цього підключаємо 1-й 
вивід через резистор R1 на землю. На вхід С (11-й вивід) надходить сигнал з 
дешифратора адреси (1-го виводу мікросхеми DD5.1) стробуючий запис 
молодших бітів даних D0-D7, що надходять з інтерфейсу мікроконтроллера, 
в регістр. Старші біти даних D8 і D9 надходять на входи D мікросхем DD10.1 
і DD10.2 (на виводи 1 і 13 відповідно), яка являє собою два незалежних D-
тригера, що мають загальну ланцюг живлення. На вхід З подається 
стробуючий сигнал з того ж виходу дешифратора адреси, що і на регістр 
DD8. 
Розраховуємо споживану потужність Pn, мВт, для кожної цифрової 
мікросхеми за формулою 
Pn=Iпот iUпит i, 
PDD9=315=155 мВт                                              (3.7) 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 46 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
Рисунок 3.12 - Електрична принципова мікросхем DD10 
 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 47 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
 
 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 48 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
Рисунок 3.13. - Схема електрична принципова вихідних кіл імпульсного генератора з цифровим 
керуванням 
 
 
 
3.6. Розробка програмованого джерела постійної напруги 
 
Розглянувши аналоги для побудови у модулі використовуємо цифро-
аналоговий перетворювач К572ПА1, який є 10-розряднимим помножуючим 
ЦАП, і призначений для перетворення прямого паралельного коду на 
цифрових входах в струм на аналоговому виході. Програмоване джерело 
постійної напруги реалізуємо на цифро-аналоговому перетворювачі 
К572ПА1 (DA6). 
 
Рисунок 3.13. - Схема електрична регістра даних 
 
Програмований джерело постійної напруги призначений для 
вироблення постійної напруги з можливістю його програмного регулювання. 
Вироблена постійна напруга надалі буде використовуватися в якості напруги 
зсуву для імпульсного сигналу. 
  Структура джерела постійної напруги аналогічна структурі 
програмованого підсилювача. Регістр даних програмованого джерела 
постійної напруги побудований на мікросхемах DA6 і DD7 аналогічно 
регістру даних для ПП з тією лише різницею, що на входи запису даних 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 49 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
подається стробуючий сигнал з іншого виходу дешифратора адреси (4-го 
виводу мікросхеми DD5.2). З виходу регістра дані подаються на ЦАП (DA6). 
 
 
Рисунок 3.14. - Схема електрична принципова ПДПН 
 
  На його вхід опорної напруги (15-й вивід) подається опорна напруга 
амплітудою 3,3В зі стабілітрона КС133 (VD20), підключеного до джерела 
живлення + 12В через обмежувальний резистор R21. Для перетворення 
струму на його виводах 1 і 2 до них підключемо операційний підсилювач 
К544УД2 (мікросхема DA10). 
 На виході буде присутня постійна напруга, амплітуда якого 
пропорційна бінарного коду, що подається на входи даних цифроаналогового 
перетворювача. Дана напруга повинна змінюватися в межах від 0В при даних 
000 на вході ЦАП до величини опорного напруги (3,3В) при записі в ЦАП 
даних FFF. 
Далі імпульсний сигнал з програмованого підсилювача і постійний 
сигнал з програмованого джерела постійної напруги надходять на суматор 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 50 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
напруг. Даний суматор побудований на мікросхемі К544УД2 (мікросхема 
DA9), включеної за схемою підсумовування вхідних напруг.  
 
Рисунок.3.15. - Електрична принципова сумматора 
 
Для цього вхідні сигнали подаються на операційний підсилювач через 
резистори R23 і R24. Таким чином, на виході суматора буде отриманий 
імпульсний сигнал, що надходить з DA5, зміщений відносно нуля на рівень 
напруги, що надходить з програмованого джерела постійної напруги. 
Розраховуємо споживану потужність Pn, мВт, для кожної цифрової 
мікросхеми за формулою 
Pn=Iпот iUпит i, 
де n- позиційне позначення мікросхеми; 
Iпот i –  струм, споживаний i-ой мікросхемою, мА. 
Uпит i – напруга живлення i-ой мікросхеми, В. 
PDD7=PDD9=315=155 мВт                                      (3.8) 
         Для аналогових мікросхем споживану потужність PDAi, мВт, беремо з 
довідника: 
PDА9=260 мВт                                               (3.9) 
PDА6 =30 мВт                                               (3.10) 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 51 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 52 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
Рисунок 3.16. - Схема електрична принципова вихідних кіkімпульсного генератора з цифровим 
керуванням 
 
 
Розрахунок коефіцієнта передачі операційного підсилювача DA6. 
Коефіцієнт підсилення операційного підсилювача KUоп можна 
розрахувати за формулою 
R
K = ос ,  
Uоп
Rвх
де RОС– опір резистора включеного в ланцюг зворотного зв'язку, Ом; 
      RВХ– опір резистора на вході операційного підсилювача, Ом. 
       Для сумматора напруг, побудованого на операційному підсилювачі DA9, 
необхідний коефіцієнт посилення дорівнює одиниці. Тому Rос і Rвх повинні 
бути однакові, а значить R23 = R24 = R26. Вибираємо стандартні резистори з 
опором 10 кОм. 
        Розрахунок обмежувального резистора. 
        Виконаємо розрахунок обмежувального резистора для стабілітрона 
КС133А (VD20). Струм стабілізації даного стабілітрона лежить в межах від 3 
до 81 мА. Выбираемо середнє значеня струму стабілізації 50 мА при напрузі 
джерела живлення (U) + 5В. розрахунок опору R обмежувального резистора 
здійснюється за формулою: 
U
R = , 
Iст
де IСТ – струм стабілізації стабілітрона. 
5
R = =100
−6   Ом                                       (3.11) 
50 10
Вибираємо стандартний резистор R20=100 Ом. 
 
3.7. Розробка блоку керування імпульсного генератора з цифровим 
керуванням 
 
Так як даний тип мікросхеми не має змоги працювати без додаткової 
елементної бази, тому враховуючи всі частотні та паразитні зв’язки які 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 53 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
можуть буди в даній схемі розробляю блок керування який приведений на 
рис 3.17 
Перш за все для дискретного перемикання частоти використовую 
галетний перемикач SA1 який має три положення. Що в свою чергу дає 
можливість регулювати частоту вихідних імпульсів, їх тривалість, амплітуду, 
а також виробляти зсув отриманої імпульсної послідовності щодо нуля. 
 
Рисунок 3.17. - Схема електрична принципова блоку керування 
 
Вхідний опір мікроконтроллера дуже велике, порядком декілька МОм 
тому використаємо підтягуюючі резистори запропоновані виробником(згідно 
Datasheet)  
 
3.8. Розробка блоку індикації 
Блок індикації представляє собою рідкокристалічний індикатор 16х2, 
який в реальному часі відображає інформацію задану на клавіатурі. 
Розглянувши аналоги та документацію різніх типів моніторів 
вибираємо LCD 16x2, яка повністю підходить для розробки даного приладу. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 54 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Характеристики монітора: 
• Формат 16x2 символів 
• Технологія STN, Parallel Interface 
• Контролер SPLC780D1 
• Інтерфейс 8-біт паралельний інтерфейс 
• Колір Чорний текст на зеленому фоні 
• підсвічування світлодіодне 
• Кут огляду 180 
• Напруга живлення 5 В 
• Робоча температура -20 ~ 70 
• Температура зберігання -30 ~ 80 
 
Рисунок 3.18. - Схема електрична принципова блоку індикації 
 
3.9. Розробка блоку живлення 
Для нормальної роботи генератора потрібно розробити блок живлення, 
який повністю буде сприяти нормальній роботі генератора потрібно, щоб в 
нього був запас по потужності, малий коефієнт пульсацій, великий 
коефіцієнт стабілізації. 
Схема яка розробляєсться приведена на рисунку 3.19 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 55 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
Рисунок 3.19. - Схема електрична принципова блока живлення 
 
Для розрахунку трансформатора маємо такі дані: 
• Напруга мережі U1=220 В. 
• Частота мережі f=50 Гц. 
• Напруги на вторинних обмотках U2=U3=U4 =12В. 
• Сила струму на вторинних обмотках І2=І3=I4=0,5 А. 
Розрахунок трансформатора проводиться по літературі [7 ] 
1. Розраховуємо сумарну потужність вторинних обмоток 
трансформатора: 
S = S + S = 6+6+6 =18  Вт    (3.12) 
тр 2 3
S = S = 0,518=9 Вт.      
2 3
В відповідності з приведеною таблицьою 1.1в [7] , вибираємо магніто 
провід, марку сталі, товщину пластин з урахуванням частоти. 
• Обираємо марку сталі- Э41 
• Товщина якої- 0,5 мм. 
• σ-питомі втрати 2 (Вт/кг), 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 56 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
2. Знаходимо основні розрахункові параметри трансформатора з 
виразу: 
2
1+ Sтр 10 1+ 0,6 18 102
Q Q =  =  = 6,825  см2
c в . (3.13) 
 4,44  fc Bm  j Rc Rm 0,6 4,44 50 1,14 0,9 0,3
Де Q  і Q - площа поперечного перерізу стержню магнітопроводу і 
c в
площа вікна, см2; η- ККД трансформатора; Sтр – потужність трансформатора, 
Вт; 
fc -частота мережі, Гц; Bm - амплітуда магнітної індукції, Тл; j- щільність 
струму в обмотці, А/мм2; Rm  і Rc  - коефіцієнти заповнення міддю вікна 
осердя і сталлю площі поперечного перетину стержня магнітопроводу. 
3. Визначає амплітуду магнітної індукції Bm , ККД 
трансформатора  η щільність струму в обмотках j. З цією ціллю 
використовуємо графіки, приведені на малюнку 1.5 [7], які виражають 
залежність указаних параметрів від потужності трансформатора Sтр. 
B =1,1Тл; 
m
 = 0,6;       
j = 4  А/мм2; 
4. Знаходимо коефіцієнт заповнення міддю вікна осердя Rm . Цей 
коефіцієнт залежить від діаметра проводу обмоток і потужності 
трансформатора (табл. 1.10, 1.11)[7]. 
Rm = 0,3 ; 
5. Значення коефіцієнта заповнення сталлю  перетину осердя 
визначаємо в залежності від товщини стальних листів (табл. 1.12)[7]. 
Rc = 0,9  
6. Використовуючи оптимальні відношення розмірів для 
трансформаторів (табл. 1,9) [7], визначаємо ширину стержня 
магнітопроводу: 
Q Q 6,825
a = c в
4 = 4 =1,285см .     (3.14) 
x  y  z 112.5
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 57 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Де: 
х=c/a=16/16=1; y=b/a=16/16=1; z=h/a=40/16=2,5 (табл. 1.9) [7]. 
Використовуючи значення QcQв , по табл.1.5 [7] вибираємо магніто 
провід і виписуємо із таблиці всі довідникові дані, які необхідні для 
подальшого розрахунку (геометричних розмірів магнітопроводу, його 
перетин, вагу, середню довжину магнітної силової лінії і т.д). 
• Позначення магніто проводу Ш16х16; 
• Габаритні розміри (мм): 
а=16, b=16,h-40, c-16, C-64, H-56; 
• Активна площа перетину середнього стержня: Qc = 2,33 см2 . 
• Середня довжина магнітної силової лінії lср=13,7см; 
• Активний об’єм магнітопроводу Vст=32 см3; 
• Вага магніто проводу Gст=260 г; 
• Перетин сталі х перетин вікна Qc Q =16,6 см2 
в
7. Визначаємо втрати в сталі Рст=σGст , де σ-питомі втрати(Вт/кг), 
які залежать від марки сталі, товщини пластин, магнітної індукції і частоти 
мережі; Gст- вага сталі магнітопроводу. 
Рст =Gст =50,26 =1,3 .    (3.15) 
8. Визначаємо струм холостого ходу. Для цього нам необхідно: 
а) Визначити активну складову струму холостого ходу, яку споживає 
трансформатор за рахунок втрат в сталі: 
Р 1,3
іа.хол =
ст 100 = 100 =10,83% .   (3.16) 
Sтр 12
б) Визначаємо реактивну складову струму холостого ходу, виражену в 
відсотках від номінального струму: 
qстGст 40 0,26
ір.хол = 100 = 100 = 86,6 .   (3.17) 
Sтр 12
Де q - питома намагнічуюча потужність(Вт/кг), яка залежить від 
ст
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 58 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
марки сталі,частоти, конструкції магнітопроводу і магнітної індукції (рис. 
1.7)[7]; 
в) Знаходимо струм холостого ходу, виражений в відсотках від 
номінального; 
і = і2 + і2 = 10,832 +86,62 = 87,27 .  (3.18) 
хол а.хол р.хол
9. Визначаємо значення струму первинної обмотки: 
Sтр 18
I1 = = = 0,135А.    (3.19) 
U1 cos1 220 0,6 cos0,9
Де cos - коефіцієнт потужності при частоті 50Гц cos = 0,85...0,95 ; 
Абсолютне значення струму холостого ходу дорівнює: 
і 87,27
Іхол =
хол  І1 = 0,135 = 0,117А.    (3.20) 
100 100
10. Струми в обмотках: 
І1=0,146А ; І2 = І3=0,5А       
11. Поперечний перетин проводів обмоток (мм2); 
q = I / j        
q1=0.146/4=0.037 мм2;       (3.21) 
q2,3=0.5/4=0.125 мм2; 
По табл. 1.4 [7] визначаємо найближче до розрахункових значень 
стандартні перетини проводів для всіх обмоток і уточняємо марку проводу: 
• Вибираємо на первинну обмотку провід ПЕЛ з номінальним 
діаметром d ' = 0,2  мм максимальним діаметром d1 =0,225мм, вага 1м. 
1
g1=0,279 г. 
• Для вторинної обмотки вибираємо провід ПЕЛ з номінальним 
діаметром d ' = 0,38мм, максимальним діаметром d2 =0,42мм, вага 1м. g2 1
=1,01 г. 
12. Знаходимо амплітуду магнітного потоку в магнітопроводі 
трансформатора: 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 59 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
13.  
Ф= ВQc.а =1,12,33= 2,563Вб  ;    (3.22) 
14. Визначаємо кількість витків кожної обмотки визначаємо за 
формулою: 
E 104
Wi =
i ;     (3.23) 
4.44  fc Ф
219,12 104
W1 = = 3851витків. 
4.44 50 2,563
11,16 104
W2 = =196  
4.44 50 2,563
і- номер обмотки, Ei -ЕРС відповідної обмотки; 
u
Ei =Ui (1−
i ) ;     (3.24) 
100
12
E1 = 220  (1− ) = 219,12  В.      
100
16
E1 =12  (1− ) =11,16  В.       
100
u1 =12%  
u =16%  
2
U i - напруга на відповідній обмотці. 
15. Визначаємо число витків в одному слої кожної обмотки  N: 
h
Ni = −1  ;      (3.25) 
Ry di
40
N1 = −1=160 витків; 
1,10,225
40
N2 = −1= 85  витків; 
1,10,42
R - коефіцієнт розбухання обмоток за рахунок нещільного прилягання 
y
слоїв (1,1-1,15). 
16. Визначаємо число слоїв обмоток: 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 60 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
W
M i =
i  ;      (3.26) 
Ni
3851
M1 = = 24 ; 
160
196
M1 = = 2,4 ; 
85
17. Визначаємо радіальний розмір кожної обмотки : 
bi =1.2M idi  ;      (3.27) 
b1 =1.2240,225= 6,48; 
b2 =1.22,40,42=1,21; 
b0 = (0,2...0,3) ; 
18. Визначаємо радіальний розмір обмоток: 
Потрібно щоб виконувалась умова с ≥ b  
р
bр = b1 +b2 +b3 + (n−1)b ;    (3.28) 
0
bр = 6,48+1,21+1,21+ (3−1) 0,2 = 9,3 ; 
Таким чином b не перевищує ширину вікна вибраного магнітопроводу, 
р
яка дорівнює 16 мм. 
Так як з трансформатора виходить змінний струм, то його необхідно 
випрямити, це можна зробити за допомогою діодного моста схему діодного 
моста вибираємо мостову схему включення діодів, тому що ця схема має 
найменший коефіцієнт пульсацій. Тому після вибору схеми ввімкненя діодів 
проведемо розрахунок діодного моста: 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 61 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
Рисунок 3.20. - Схема діодного моста в мостовому включені 
Для розрахунку діодного моста схема якого приведена на рис. 3.1-маємо 
такі дані: 
вихідна напруга -U0=12B. 
вихідний струм- I0=0.5A 
Визначаю зворотну напругу на діодах. 
Uзв =1,5*U0    (3.29) 
Uзв =1,5*12=18 В 
Розраховую середній струм який проходить через діод: 
Іс =I0/2     (3.30) 
Іс =0.5/2 = 0,25 А 
Розраховую амплітуду сили стум: 
Ім = 3,3*I0     (3.31) 
Ім = 3,3*0,5=1,75 А 
Вибираємо діоди типу КД258А. 
Іпр = 1500 мА. 
Uзв мах = 200 В 
Uпр = 1,6 В 
Визначаю опір навантаження випрямляча: 
Rн = Uо/I0     (3.32) 
Rн =12/0,5=6 Ом. 
Визначаю опір обмоток трансформатора: 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 62 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
rтр  = 0,08* Rн      (3.33) 
rтр = 0,08*6 = 0,48 Ом 
Визначаю прямий опір діода: 
rпр = Uпр /3 Іс     (3.34) 
rпр =1,6 /3*0,25=2,1 Ом 
Визначаю активний опір фази випрямлення: 
r =  rтр+2rпр     (3.35) 
r = 0,48+2*2.1=4,68  
Розраховую коефіцієнт А: 
А = 1,6* r/ Rн     (3.36) 
А = 1,6*4,68/6 = 1,2  
Із графіків приведених на рисунку VIII.2 i VIII.3 в [7] 540-541 ст. 
знаходжу: B=1;  D=2,1;  F=5.5;H=470 
 
Розраховую значення напруги на вторинній обмотці трансформатора в 
режимі холостого ходу: 
U2x = B*U0     (3.37) 
U2x = 1*12 = 12 В 
Розраховую напругу яка протікає через діод в зворотному напрямку: 
Uзв = 1.4* U2x     (3.38) 
Uзв = 1.4*12=16,8 В. 
Розраховую амплітуду сили стум: 
Ім = 0,5*F* Іo     (3.39) 
Ім = 0,5*5.5*0.5=1.37 A. 
Отже діоди ми вибрали вірно. 
Після розрахунку випрямляча переходимо до вибору стабілізатора 
напруги. Най вигідніше використовувати інтегральні стабілізатори напруги 
котрі займають небагато місця і повністю задовольняють всі параметри. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 63 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Для стабілізації напруги живлення +12В. обираємо мікросхему L7812 
це інтегральний стабілізатор напруги 12В. який використовується в 
побутовій радіо апаратурі. 
Параметри мікросхеми L7812: 
• U-вихідна, (В)   12 
• I max-вихідний, (A)   2.2 
• U max-вхідна напруга, (В)   30 
• Т- Робоча температура, (*С)  -200  +1500 
Для стабілізації напруги живлення -5 В. обираємо мікросхему L7905, 
це інтегральний стабілізатор напруги -5 В., який використовується в 
побутовій радіо апаратурі. 
Параметри мікросхеми L7912: 
• U-вихідна, (В)   -12                             
• I max-вихідний, (A)   -2.2 
• U max-вхідна напруга, (В)   -30 
• Т- Робоча температура, (*С)  -200  +1500 
Підчас вимкнення пристрою можлива така ситуація коли конденсатори 
почнуть розряджатися через стабілізатори напруги,  це може призвести до 
виходу з ладу інтегральних стабілізаторів, тому потрібно поставити діоди 
VD7-VD10. Розроблена схема блоку живлення приведена на рисунку 3.4. 
Конденсатори С1-С6 призначені для згладжування пульсацій напруги. 
 
3.10. Розрахунок надійності 
Надійність - це властивість виробу виконувати задані функціі-, 
зберігати свої властивості й експлуатаційні показники в заданийних межах 
протягом необхідного проміжку часу. 
Для блоку генератора імпульсного з цифровим керуванням одним з 
найважливіших показників надійності є імовірність безвідмовної роботи. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 64 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Таблица 3.2 - Таблиця даних 
Кількість Інтенсивність Експлуатацій Добуто
№ Найменування і елементів відмов ний к 
Групи тип елементів у групі mi, елементаi10- коефіцієнт ai. miiai 
шт. 6, 1/час  
1 Діоди кремн. 2 0,2 0,315 0,126 
2 Конденсатори 
3 0,25 1,44 1,08 
електролітичні 
3 Конденсатори 
9 0,05 0,126 0,057 
керамічні 
4 Стабілітрони 
3 0,9 0,144 0,388 
кремнієві 
5 Резистори МЛТ-
36 0,05 1,62 2,916 
0,125 
Гнізда контактні 1(46) 0,3 0,936 12,917 
6 
 1(2) 0,3 0,936 0,562 
7 Мікросхеми 
9 0,4 3,15 11,34 
напівпровідникові 
8 Мікросхеми 6 0,45 3,15 8,505 
аналогові 
9 Плата друкованого 1 0,75 1,8 1,350 
монтажу 
10 Різьбові з'єднання 6 0,004 10 0,24 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 65 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
11 Місця пайки 348 0,004 10 13,92 
 n  
 =m j  j a j  
j=1 53,410-6 
У даному генераторі імпульсному можна виділити N-груп елементів, 
інтенсивність відмов яких , визначається за формулою: 
n
 =mi i a i ,
i=1  
де  n  –  число груп элементів, шт, mi – кількість елементів j-ой групи, 
шт, i – інтенсивність відмов елементів j-ой групи, 1/час; 
ai – коефіцієнт, що враховує експлуатаційні фактори (температуру, 
вологість і т.д.). 
Визначаємо ймовірність безвідмовної роботи Р (т) при т = 1000-5000 
годин, при температурі навколишнього середовища t=20-40С, при вологості 
60-80%, вплив висоти h(0-1)км, пристрій не герметизирован і не 
амортизований, Р (т) замовника дорівнює 0,8. 
Для напівпровідникових приладів, резисторів, конденсаторів, 
інтегральних мікросхем і друкованої плати експлуатаційний коефіцієнт а 
розраховується за формулою 
а=b1·b2·b3·b4·b5, 
де b1,b2,b3,b4,b5 – коефіцієнти, що враховують вплив механічних 
впливів, вплив висоти і вологості. 
Для місць пайки і різьбових з'єднань експлуатаційний коефіцієнт 
визначається за формулою 
а=b6·b7·b8, 
де b6,b7,b8 – коефіцієнти, що враховують вплив механічних впливів і 
висоти. 
Для діодів кремнієвих 
а=1,5·1,2·1·1·0,175=0,315                                                                   (3.40) 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 66 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Для конденсаторів електролітичних 
а=1,5·1,2·1·1·0,8=1,44        (3.41) 
Для конденсаторів керамічних 
а=1,5·1,2·1·1·0,07=0,126       (3.42) 
Для стабілітронів кремнієвих 
а=1,5·1,2·1·1·0,08=0,144       (3.43) 
Для резисторів постійних 
а=1,5·1,2·1·1·0,9=1,62        (3.44) 
Для гнізд контактних 
а=1,5·1,2·1·1·0,57=1,026       (3.45) 
Для мікросхем 
а=1,5·1,2·1·1·1,75=3,15        (3.46) 
 
Для плати друкованого монтажу 
а=1,5·1,2·1·1=1,8         (3.47) 
Для різьбових з'єднань 
а=1,5·1,2·1·1=1,8         (3.48) 
Для місць пайки 
а=5·2·1=10          (3.49) 
Імовірність безвідмовної роботи Р (т) приладу протягом заданого 
проміжку часу (т) визначається формулою 
P(t) = e−t ,  
де е – основа натурального логарифма; 
  - інтенсивність відмов пристрою, 1 / год; 
 t – заданий проміжок часу, год. 
За формулою 8 розраховуємо ймовірність безвідмовної роботи 
протягом 1000, 2000, 3000,4000 і 5000 годин 
−6
Р(1000) = е−53,410 1000 = 0,95
        (3.50) 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 67 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Р(2000) = е−53,410
−62000
 = 0,9       (3.51) 
−6
Р(3000) = е−53,410 3000
 = 0,85       (3.52) 
Р(4000) = е−53,410
−64000
 = 0,81       (3.53) 
−53,410−6
 Р(5000) = е 5000 = 0,77      (3.54) 
Згідно з розрахунками будуємо графік залежності ймовірності: 
 
Рисунок 3.21. - Графік залежності ймовірності безвідмовної роботи від часу 
Висновок: При заданій ймовірності безвідмовної роботи 0,8 
напрацювання на відмову складає 4200 годин. 
 
 3.11 Конструкторсько-технологічне виконання 
Друкована плата являє собою діелектричне підставу з нанесеними на 
ньому металевими провідниками. Друкована плата є основою, на якій 
кріпляться радіоелементи, а за допомогою друкованих провідників 
здійснюється їх з'єднання. 
Друковані плати бувають одне, двох сторонні і багатошарові. У 
одношарових друкованих плат друковані провідники розташовуються з 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 68 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
одного боку діелектричного підстави, а радіоелементи  з іншого. Такі 
друковані плати дозволяють розмістити невелике ко-личество електричних 
зв'язків на одиниці площі поверхні. 
Двосторонні друковані плати (ДП) на відміну від односторонніх плат 
містять перехідні та контактні металізовані отвори, а друковані провідники 
розташовуються з обох сторін. Ці плати дозволяють розмістити більшу 
кількість провідників на одиниці площі в порівнянні з односторонніми 
друкованими платами. Даний тип ДП найбільш поширений при виготовленні 
електронних пристроїв, що мають відносно велику кількість видів ЕРЕ і 
зв'язків між ними. 
Багатошарові друковані плати мають кілька шарів (3 і більше), в 
кожному з яких є друковані провідники. Даний тип плат дозволяє 
розташувати на собі максимальну кількість ЕРЕ і електричних зв'язків. Такі 
друковані плати мають складну технологію виготовлення та ремонту, а 
відповідно і найвищу вартість. Вони застосовуються для виготовлення 
пристроїв, для яких критичним параметром є геометричні розміри. 
Розводка друкованої плати для монтажу генератора імпульсного 
здійснювалася за допомогою системи автоматизованого проектування 
DipTrace 2.3. 
Як матеріал для виготовлення друкованої плати для монтажу 
генератора імпульсів використовується двосторонній фольгований 
склотекстоліт СФ1 – 38 – 1,5 ГОС –10316–78. 
Розміри діаметра монтажного отвору вибираются із умови 
dо = (dв +(0,2 - 0,4)), 
де dо – діаметр монтажного отвору, мм; 
 dв – діаметр вивода ЕРЕ, мм. 
Для мікросхем (dв=0,5 мм) 
dо=0,5+0,2=0,7 мм.                                       (3.55) 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 69 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
Для інших радіоелементів діаметр виводів не перевищує 0,7 мм, тому 
dо = 0,7+0,2=0,9 мм. 
Діаметр контактної площадки (dк) для мікросхем та інших елементів 
вибираєм в два раза більше діаметра отвору. Таким чином, для мікросхем 
dк=1,4 мм, а для інших радіоелементів dк=1,8 мм. 
Конструктивно блок генератора імпульсів з цифровим управлінням 
представляє друковану плату в зборі (БПДП.021225.100СБ) з габаритними 
розмірами 142,5 * 127,5 * 1,5. Друкована плата (БПДП.021225.102) має розміри  
142,5 * 127,5 і виготовлена з фольгного склотекстоліти марки СФ1 -38- 1,5 
ГОСТ 10316-78.  
Установку ЕРЕ робимо відповідно ГОСТ 29137-91. 
Так як для даного приладу обрана стратегія ремонту за технічним 
станом, то ремонт слід проводити тільки після виходу генератора 
імпульсного з цифровим керуванням з ладу. За розрахунками надійності 
видно, що його середнє напрацювання на відмову складає близько 4200 
годин при ймовірності безвідмовної роботи 0,8. Тобто з імовірністю 80% 
можна сказати, що до напрацювання 4200 годин не відбудеться відмов і не 
виникне необхідності проводити ремонт. Ремонт модуля буде полягати в 
заміні несправного елемента новим. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 70 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
ВИСНОВКИ 
 
Завданням для кваліфікаційної роботи бакалавра було проектування та 
розробка імпульсного генератора з цифровим керуванням. Виявлені в процесі 
літературно-патентного пошуку аналоги мають схожі до розроблюваного 
пристрою схемотехнічне рішення, близькі технічні характеристики, однак, 
основні недоліки аналогів (складність ремонту, незручність управління, 
рівень нелінійних спотворень синусоїдального сигналу і обмежений 
частотний діапазон в області ультразвукових частот, кількість піддіапазонів, 
паразитні коливання амплітуди сигналу генератора, деталі стабілізації 
амплітуди ускладнюють генератор, залежність амплітуди вихідного сигналу 
від напруги живлення, та нестабільність температурного режиму мікросхеми 
і т.д.).Тому було розроблено пристрій, який призначений для вироблення 
імпульсного сигналу з програмно - регульованими тимчасовими 
характеристиками, амплітудою і постійною складової. Даний генератор 
імпульсний дозволяє програмним шляхом регулювати частоту вихідних 
імпульсів в межах від 30Гц до 2МГц, їх амплітуду від 0В до 6,8В, а також 
здійснювати зсув отриманої імпульсної послідовності щодо 0В на величину 
напруги зсуву в межах від 0В до + 3,3В. Використання аналогових елементів 
в даній роботі виправдано невисокими вимогами до точності і доступністю 
використовуваних в пристрої елементів. Майже усі елементи пристрою 
розташовані на друкованій платі, тому в конструкторсько-технологічному 
розділі розрахована плата і розроблена технологія її виготовлення, 
розроблено технологічний процес складання та монтажу виробу. 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 71 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 
1. Ian Hickman. Digital Storage Oscilloscopes. – Boston: Elsevier Science 
Publishing, 1997. – 160 p., eng. 
2. Методичні рекомендації до лабораторних робіт з дисципліни 
«Компʼютерне моделювання технологічних процесів 
мікроелектроніки» для для здобувачів освітнього ступеня 
бакалавра зі спеціальності 123  «Комп`ютерна інженерія» денної 
форми навчання [Електронний ресурс] / [Укл.: Лукашенко В.М., 
Чичужко М.В., Крошко Л.Ф.. – М-во освіти і науки України, 
Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: ЧДТУ, 2019. –  48 с. 
3. Методичні рекомендації до практичних робіт з дисципліни 
«Методи створення високоефективних компонентів 
мікропроцесорних систем керування автоматизованих пристроїв» 
для здобувачів освітньо-наукового ступеня «доктор філософії» з 
спеціальності 151 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані 
технології, освітньо-наукової програми «Автоматизація та 
комп’ютерно-інтегровані технології» всіх форм 
навчання[Електронний ресурс] / [Укл.: Лукашенко В.М., Чичужко 
М.В.,– М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. – 
Черкаси: ЧДТУ, 2019. –  48 с 
4. Конструктивно-технологічна побудова компонентів 
спеціалізованих комп’ютерних та робототехнічних систем/ 
В.М.Лукашенко К.В., Колесніков К.С., Рудаков, М.В.Чичужко/  
Навчальний посібник М-во освіти і науки України, – Черкаси : 
ЧДТУ ; 2017. – 201 с. 
5. Вступ до фаху з електроніки та комп’ютерної інженерії / А.А. Зорі, 
В.М. Лукашенко, В.М. Співак, О.В. Вовна // Навчальний посібник 
Покровськ : ДВНЗ «Дон НТУ», 2016. – 312 с 
6. http://www.kosmodrom.com.ua/el.php?name=STM32F103VCT6 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 72 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 
 
 
 
 
 
 
 
Арк. 
ЧДТУ. 242266.001 ПЗ 73 
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата