Делители частоты с дробным коэффициентом деления

Журнал "Радио", номер 7, 1999г.
Автор: С. Бирюков, г. Москва

    В ряде случаев для получения требуемой частоты при использовании имеющегося кварцевого резонатора необходим делитель с нецелым (кратным 0,5) коэффициентом деления. Об одном из вариантов такого делителя и о практической конструкции с его использованием и рассказывает автор.

    В литературе описан способ снижения коэффициента деления счетчика на единицу с помощью элемента "Исключающее ИЛИ". Оказалось, что этот способ можно применить и для получения дробного коэффициента деления. В качестве примера рассмотрим схему на рис. 1.

    Коэффициент деления счетчика DD2 по выходу 4 равен восьми. Если на его вход подключить элемент DD1.1, каждое изменение сигнала на выходе счетчика приведет к инвертированию сигнала на входе СР микросхемы DD2 (рис. 2) и, как следствие, более раннему (на 1/2 периода входного сигнала) очередному изменению состояния счетчика.

    В результате частота импульсов на выходе 4 микросхемы DD2 будет в семь раз меньше входной, а на выходе 2 - в 3,5 раза. Здесь важно отметить: если скважность импульсов на выходе счетчика без элемента "Исключающее ИЛИ" равна двум и на вход делителя также подают сигнал "меандр", на выходе получают сигнал такой же формы. При этих условиях сигнал на предпоследнем выходе 2 сохраняет свою периодичность, но его скважность уже не равна двум, а сигнал на выходе 1, хотя и имеет среднюю частоту, в 1,75 раза меньшую выходной, непериодичен (точнее, в нем периодичны пары импульсов).

    Таким образом, для получения делителя с коэффициентом деления, оканчивающимся на 0,5, следует округлить необходимый коэффициент в сторону увеличения и удвоить результат. В качестве основы необходимого делителя взять счетчик с получившимся коэффициентом пересчета, охватить его обратной связью через элемент "Исключающее ИЛИ" и снять выходной сигнал с предпоследнего каскада.

    Рассмотрим практический пример использования такого способа. Для получения частоты 440 Гц (электронный камертон) из частоты резонатора электронных часов (32 768 Гц) необходим делитель с коэффициентом 74,5.

    Для его получения используется делитель частоты на 150, коэффициент пересчета которого уменьшен до 149 подключением элемента "Исключающее ИЛИ", а выходной сигнал взят с предпоследнего его выхода.

    Схема устройства приведена на рис. 3. Задающий генератор собран на элементе DD1.1. Следует отметить, что из-за несимметрии входов логических элементов "Исключающее ИЛИ" такой генератор работает лишь при подключении к плюсу питания входов 2, 5, 9 или 12 [1]. Счетчик-делитель частоты на 149 собран на микросхемах DD2-DD4 и элементе DD1.2. Коэффициент деления каждого счетчика DD2 и DD3 равен пяти. Их выходной сигнал взят с выходов 2 исключительно из-за удобства разводки печатной платы; можно было использовать любые выходы от 0 до 4. Деление частоты выходного сигнала счетчика DD3 на шесть (150=5x5x6) осуществляет микросхема DD4 - К176ИЕ3.

    Основное назначение этой микросхемы - работа в электронных часах. Для применения в этом устройстве она интересна тем, что по выходам b, c, e, f, g, 2 и p делит частоту на шесть, по выходам a, d - на три, причем на всех выходах сигнал периодичен, в том числе на a и d, а на выходе f его скважность равна двум.

    Поэтому если на нижний по схеме вход элемента DD1.2 подают сигнал с выхода f ("меандр"), на выходе a или d получают периодический сигнал с частотой в 74,5 раза меньше исходной.

    Временные диаграммы на рис. 4 иллюстрируют, что сигнал, управляющий элементом "Исключающее ИЛИ", не обязательно должен иметь скважность, равную двум. В описываемом устройстве использован сигнал с выхода 2 микросхемы DD4. Его скважность - 1,5. Несмотря на это, периодичность импульсов на выходе a сохраняется. Это происходит потому, что каждое изменение сигнала, управляющего элементом DD1.2, приходится или на начало импульса по выходу а, или на его середину. В результате длительность импульсов по этому выходу сокращается на половину периода входной частоты, а длительности пауз остаются неизменными (на рис. 4 длительности импульсов и пауз между ними показаны в периодах частоты 32 768 Гц).

    Таким образом, на выходе a микросхемы DD4 формируется сигнал с частотой 440 Гц и скважностью, близкой к 1,5. Его подают на входы буферных элементов DD1.3 и DD1.4. Первый из них инвертирует входной сигнал, второй его повторяет. На пьезоэлектрический звукоизлучатель, включенный между выходами этих элементов, подается сигнал с размахом (от пика до пика), равным удвоенному напряжению питания, что повышает громкость звучания, которую регулируют резистором R4. Ток, потребляемый от батареи питания, не превышает 5 мА.

    Дифференцирующая цепь С3R3 предназначена для правильной установки триггеров микросхемы DD4 в исходное состояние. Дело в том, что счетчики микросхем К176ИЕ3, К176ИЕ4, К561ИЕ9, К561ИЕ8, К176ИЕ8 выполнены на основе сдвиговых регистров c перекрестными связями, и их триггеры при включении могут установиться в произвольное состояние. Для последних трех типов микросхем это не имеет значения, поскольку они содержат цепи автоматической коррекции неправильного исходного состояния и после подачи на них нескольких тактовых импульсов переходят в разрешенное [2].

    Микросхемы К176ИЕ3 и К176ИЕ4 таких цепей не содержат, поэтому без начальной установки триггеров в нужное состояние могут работать неправильно.

Литература

1. Бирюков С. Генераторы и формирователи импульсов на микросхемах КМОП. - Радио,1995, # 7, с. 36, 37; # 9, с. 54, 55.

2. Алексеев С. Применение микросхем серии К561. - Радио, 1986, # 11, с. 33-36; # 12, с. 42-46; 1987, # 1, с. 43-45.







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.