Генератор тональной частоты схема. Тональные генераторы для прозвонки кабелей: характеристики и выбор

Какие параметры важны при выборе тонального генератора для прозвонки кабелей. Какую выходную мощность и частоту сигнала должен иметь генератор. Какие формы выходного сигнала бывают и для чего они используются. Какие дополнительные функции могут быть полезны.

Основные характеристики тональных генераторов для прозвонки кабелей

При выборе тонального генератора для прозвонки кабелей важно учитывать несколько ключевых параметров:

• Выходная мощность сигнала
• Частота генерируемого сигнала
• Форма выходного сигнала
• Дополнительные функции

Рассмотрим подробнее каждую из этих характеристик и их влияние на возможности прибора.

Выходная мощность и частота сигнала тонального генератора

Выходная мощность тонального генератора обычно измеряется в дБм или милливаттах. Чем выше мощность, тем большей длины кабель можно прозвонить. Например:

• Генератор с мощностью +10 дБм позволит прозвонить кабель длиной до 5 км
• Генератор с мощностью +3 дБм подойдет только для коротких линий

Частота сигнала также влияет на дальность прозвонки — чем она ниже, тем меньше затухание сигнала в кабеле. Оптимальный диапазон частот — 800-1000 Гц.

Формы выходного сигнала тональных генераторов

Существует три основных формы выходного сигнала тональных генераторов:

1. Аналоговый прямоугольный сигнал
2. Аналоговый синусоидальный сигнал
3. Цифровой сигнал

Каждый тип сигнала имеет свои особенности применения:

Аналоговый прямоугольный сигнал

Это наиболее распространенный тип сигнала. Его преимущества:

• Хорошо определяется на дальнем конце кабеля
• Позволяет легко идентифицировать нужную пару

Недостаток — создает небольшие наводки на соседние пары.

Аналоговый синусоидальный сигнал

Особенности синусоидального сигнала:

• Минимальные перекрестные помехи
• Подходит для работы с цифровыми системами передачи (ADSL)
• Позволяет трассировать кабель в пучке или под штукатуркой

Цифровой сигнал

Применяется в генераторах с функциями кабельных тестеров. Его особенности:

• Сильные наводки на соседние пары
• Удобен для трассировки кабеля под штукатуркой
• Позволяет проверять правильность обжима коннекторов

Полезные дополнительные функции тональных генераторов

Помимо основной функции прозвонки, многие генераторы имеют дополнительные возможности:

• Определение полярности телефонных линий
• Тестирование целостности проводки
• Организация канала служебной связи
• Индикация портов коммутаторов
• Оценка параметров линии (сопротивление, емкость)

Наличие таких функций расширяет сферу применения прибора.

Как выбрать оптимальный тональный генератор

При выборе тонального генератора следует учитывать несколько факторов:

1. Длина прозваниваемых кабелей — от этого зависит требуемая мощность
2. Тип обслуживаемых линий (аналоговые/цифровые) — влияет на выбор формы сигнала
3. Необходимость дополнительных функций
4. Совместимость с имеющимся индуктивным щупом

Оптимальным выбором для большинства задач будет генератор со следующими параметрами:

• Мощность не менее +7 дБм
• Частота сигнала 800-1000 Гц
• Возможность генерации как аналогового, так и цифрового сигнала
• Наличие функций тестирования целостности и определения полярности

Популярные модели тональных генераторов и их характеристики

Рассмотрим характеристики нескольких популярных моделей тональных генераторов:

Модель	Мощность	Частота	Тип сигнала	Дополнительные функции
Fluke Networks 26200900	+8 дБм	1000/1500 Гц	Аналоговый прямоугольный	Определение полярности, тест целостности
Greenlee 77HP-G	+10 дБм	890/960 Гц	Аналоговый прямоугольный	Определение полярности, разговорное напряжение
Tempo Communications 600J	+13 дБм	1 кГц	Аналоговый синусоидальный	Совместимость с ADSL, оценка параметров линии

Заключение: на что обратить внимание при выборе тонального генератора

При выборе тонального генератора для прозвонки кабелей важно учитывать следующие моменты:

• Мощность сигнала должна соответствовать максимальной длине прозваниваемых кабелей
• Форма сигнала влияет на возможность работы с цифровыми линиями и трассировки кабелей
• Дополнительные функции расширяют сферу применения прибора
• Необходимо убедиться в совместимости генератора с имеющимся индуктивным щупом

Правильно подобранный тональный генератор значительно упростит задачи по монтажу и обслуживанию кабельных систем различного назначения.

Генератор — тональная частота — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Генератор — тональная частота

Cтраница 1

Генератор тональной частоты выполнен на микросхеме МС6 и предназначен для тональной модуляции амплитудно-манипулиро-ванного сигнала при ближнем поиске, когда пеленгация лисы с помощью второго гетеродина затруднена. При напряжении 0 3 В генератор начинает генерировать импульсы с частотой 5 — 20 Гц, поступающие на базу транзистора оконечного каскада усилителя НЧ и прослушиваемые оператором.  [1]

В генераторе тональной частоты ( рис. 53) применено пять транзисторов, позволяющих осуществить питание генератора непосредственно от аккумуляторной батареи.  [3]

Общлм Для дах является наличие

генераторов тональной частоты, громкоговорителя В А, кнопок Посылка вызова, Прием-передача, Выключение экономайзера.  [4]

Для подачи различных акустических сигналов в схеме применяется генератор тональной частоты ( зуммер) 450 гц.  [5]

При нажатии вызывной кнопки ВК дополнительное устройство работает как генератор тональной частоты и модулирует передатчик радиостанции. Продолжительность вызывного сигнала принята 4 сек.  [6]

Для передачи перечисленных управляющих сигналов на исходящей станции предусматривается генератор тональной частоты 2100 или 1600 гц, а на входящей станции — приемник той же частоты.  [8]

Реле P-I контактами 14 — 15 и 54 — 55 подключает к передающей части разговорного тракта

генератор тональной частоты, и в канал посылается импульс занятия частотой / 21600 гц.  [9]

Кодовые комбинации в системе избирательной связи с тональным вызовом образуются при помощи кодирующего устройства, основой которого является генератор тональных частот, настраиваемый на любую из семи вызывных частот. Перестройка генератора осуществляется контактами кодирующих реле, входящих в состав устройства коммутации. Возбуждение тех или иных кодирующих реле осуществляется нажатием вызывных кнопок на кнопочном пульте. При нажатии вызывной кнопки кодовые реле, образующие данную комбинацию, срабатывают в такой последовательности, что вначале настраивают генератор на частоту первой посылки и фиксируют время ее передачи. Затем срабатывают реле, настраивающие генератор на частоту второй посылки. По окончании передачи второй посылки схема приходит в исходное состояние. Направляемые в линию вызывные тональные частоты усиливаются усилителем.  [10]

Принцип передачи управляющих сигналов током тональной частоты показан на рис. 11.3. На передающем конце в качестве источника тока применяется генератор тональной частоты ГТЧ. На приемном конце передаваемые импульсы тока принимаются приемником тональных импульсов ПТИ. На выходе ПТИ включено через выпрямитель В реле Я, которое при срабатывании транслирует импульсы в сторону АТС.  [11]

При периодических проверках состояния оборудования дальней автоматической связи в основном производят: один раз в месяц — проверку, чистку и регулировку на рабочих местах искателей и связанных с ними комплектов реле, а также генераторов тональной частоты и плат сигнализации; один раз в год — проверку номеронабирателей абонентских пунктов; один раз в месяц-проверку номеронабирателей коммутаторов и передаточных столов.  [12]

Тракт передачи состоит из блока передатчика Пер и ключевого управляемого генератора тональной частоты ГТЧ, практически выполняющего роль экономичного выходного усилителя мощности. В передатчике имеются маломощный по частоте генератор тональной частоты 1003 Гц, узлы формирователя импульсов управления и узел манипуляции, управляемый сигналами, приходящими с устройства телемеханики ТРС-1. В зависимости от знака первичного сигнала ТРС-1 с выхода Пер на ГТЧ либо поступают, либо не поступают управляющие импульсы. При наличии управляющих сигналов ГТЧ выдает тональный сигнал частотой 1003 Гц. Прекращение управляющих сигналов с Пер вызывает прекращение сигнала, поступающего с выхода ГТЧ. Таким образом, информация передается в виде кодовых комбинаций двоичных сигналов тональной частоты.  [13]

Принцип работы прибора заключается в обнаружении переменного электромагнитного поля тональной частоты, создаваемого вокруг газопровода. Прибор состоит из двух частей:

генератора тональной частоты и приемника.  [15]

Страницы:      1    2

Генераторы прерывистого тонального сигнала (LM555)

Выполнить генератор прерывистого тонального сигнала можно по схеме на рис. 5.3. Он позволяет управлять началом работы схемы подачей питающего напряжения на вход DA1/4. Но в тех случаях, когда для работы устройства необходимо использовать два таймера, удобнее взять микросхему, уже имеющую их в одном корпусе (см. табл. 4.2).

Рис. 5.3. Выполненный на двух таймерах генератор прерывистого сигнала

Варианты генераторов, выполненных на сдвоенном таймере, показаны на рис. 5.4 и 5.5. Включение таймера в режиме генератора симметричных импульсов (рис. 5.4, б) позволяет сократить число необходимых элементов. Эти схемы являются универсальными — имеется возможность регулировать частоту звука и интервал повторения в широком диапазоне.

На рис. 5.5 приведена схема генератора, вырабатывающего сигнал для работы звонка тёлефонного вызова с интервалами в 10 с. Для этого использован низкочастотный повышающий напряжение трансформаторе 12 до 70…100 В.

Самый простой формирователь прерывистого звукового сигнала можно выполнить и на одиночном таймере, если воспользоваться любым мигающим светодиодом. Например, светодиоды L-36B, L-56B, L-456B и некоторые другие уже имеют внутри прерыватель (они выпускаются с разным цветом свечения).

Рис. 5.4. Схемы генераторов прерывистого тонального сигнала: а — вариант 1,6 — вариант 2

Включать светодиод надо так, как это показано на рис. 5.6. В этом случае частота чередования пачек полностью зависит от параметров примененного светодиода. Обычно их период мигания находится в Интервале 0,5…1 с. Для устройств сигнализации этого вполне достаточно. Частота заполнения пачек (звуковым сигналом) зависит от номиналов элементов C1-R1.

Рис. 5.5. Схема генератора прерывистого сигнала для работы телефонного звонка

 

Рис. 5.6. Формирователь прерывистых пачек импульсов

 

Рис. 5.7. Формирователь прерывистых импульсов без использования мязадающего конденсатора

 

Рис. 5.10. Схема генератора НЧ сигнала с уменьшающейся частотой

Литература: Радиолюбителям: полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.

Основные характеристики тон генераторов для прозвонки кабелей

Какой тоновый генератор лучше выбрать для прозвонки кабеля? Такой вопрос часто задают специалисты, занимающиеся монтажом СКС, сигнализации, видеонаблюдения, кабельного телевидения, абонентских линий связи и др. При этом зачастую под «тон генератором» они подразумевают тестовый набор, состоящий из собственно тонального генератора и индуктивного щупа. В этом случае лучше быть осторожнее, чтобы в результате не купить только тон-генератор, который без щупа-приемника окажется бесполезен при прозвонке.

Отдельно тоновые генераторы приобретаются в основном для замены вышедшего из строя или утерянного прибора. И в этом случае можно приобрести аналогичный утерянному прибор, или выбрать лучший по характеристикам. Рассмотрим, какие параметры при выборе наиболее важны.

Выходная мощность и частота сигнала тон-генератора

В связи с тем, что основной функцией тоновых генераторов является генерация тонального сигнала, то основной характеристикой можно назвать мощность и частоту этого сигнала.

Мощность чаще всего выражается в дБм или милливаттах, реже указывается пиковая мощность в вольтах. Вместе с тем, наиболее удобно для понимания использовать дБм. Так как, используя их, легче перейти к затуханию и протяженности кабеля, который можно прозванивать при помощи такого генератора.

Пример. Возьмем мощность генератора +10 дБм (что видно в таблице 1 ниже). Попробуем определить, какой будет мощность сигнала на выходе линии, протяженностью 5 км.

Используя формулу определения затухания кабеля: А [дБ] = P вх [дБм] — P вых [дБм], определим выходное затухание:

P вых [дБм] = P вх [дБм] — А [дБ]

где:

• P вых [дБм] – мощность сигнала на выходе линии;
• P вх [дБм] – мощность сигнала на входе линии = мощность генератора;
• А [дБ] – затухание линии.

Известно, что коэффициент затухания витой пары связевого кабеля ТПП диаметром 0,5 мм на частоте 1 кГц = 1,5 дБ / км

 

Таблица 1. Параметры генераторов

Модель / характеристика	26200900	77M-G	77HP-G	77HP-G/6A
Производитель	Fluke Networks	Greenlee	Greenlee	Greenlee
Подача сигнала для идентификации жил в многопарном кабеле	•	•	•	•
Определение полярности телефонной линии	•	•	•	•
Тестирование целостности проводки	•	•	•	•
Подача разговорного напряжения, определение состояния линии	нет	•	•	•
Частота выходного сигнала (аналогового), Гц	1000/1500 Гц	890/960 Гц	890/960 Гц	890/960 Гц
Выходная мощность / импеданс	+8 дБм / 600 Ом	+10 дБм / 600 Ом	+10 дБм / 600 Ом	+10 дБм / 600 Ом
Визуальная индикация короткого замыкания жил	•
Звуковая индикация короткого замыкания жил	нет	нет
Определение полярности	•	•	•	•
Подача питающего напряжения для микрофона тестовой трубки	нет	4,6 В	4,6 В	4,6 В
Защита входа по постоянному напряжению (импеданс 600 Ом)	60 В	52 В	52 В	52 В
Подключение к линии	крокодилы, RJ11	крокодилы, RJ11	крокодилы, RJ11, RJ45	крокодилы, RJ11, RJ45
Крокодилы с игольчатой площадкой				•

 

Соответственно, затухание линии на частоте 1 кГц (а тестовые наборы в основном используют частоты близкие к этому значению), протяженностью 5 км равно:

А [дБ]  _5км = 1,5 дБ / км * 5 км = 7,5 дБ

затухание сигнала частотой 1 кГц в медной паре диаметром 0,5 мм и протяженностью 5 км.

Теперь определим уровень мощности сигнала на выходе линии:

P вых [дБм] = P вх [дБм] — А [дБ] = +10 дБм — 7,5 = 2,5 дБм.

Как видим, на выходе линии будет вполне приличный уровень сигнала. Кстати говоря, многие бюджетные тестовые наборы родом из ближнего востока имеют в своем составе тон генераторы с мощностью выходного сигнала 3 дБм или даже меньше.

Погонное затухание этой же линии на частоте 800 Гц будет не более 1.262 дБ. Соответственно, чем больше частота генерируемого сигнала, тем больше будет затухать сигнал и тем кабели меньшей протяженности можно им прозвонить.

Форма выходного сигнала (аналоговый прямоугольный, аналоговый синусоидальный, цифровой)

Форма выходного сигнала тоже во многом определяет характеристики его распространения и функциональные возможности тон генератора.

Большинство тестовых наборов используют аналоговый прямоугольный сигнал. Он образует небольшие перекрестные наводки на соседние пары кабеля, в результате чего сигнал будет слышен и на соседних портах кросса. Причем чем выше частота генератора, тем больше будут перекрестные наводки. Вместе с тем, самый мощный сигнал на обратном конце кабеля будет исходить из пары, в которую был подан сигнал, что позволяет легко идентифицировать эту пару. Такой тип сигнала используется и в генераторах, представленных в таблице 1.

Половина тоновых генераторов, представленных в таблице 2 используют аналоговый синусоидальный сигнал. Наведение этого сигнала на другие пары компенсирует само себя, что дает совершенно незначительные перекрестные помехи. Сигнал такого типа чаще всего используется в случаях, когда нужно исключить влияние тестового оборудования на работу цифровых систем передачи информации (ADSL). Используя емкостной приемник и индуктивный щуп, можно не только отобрать нужную пару на обратном конце, но и выбрать «свой» кабель из пучка в кабельной канализации, трассировать кабель под штукатуркой, за подвесным потолком и даже в грунте.

 

Таблица 2. Параметры генераторов. Часть 2.

Модель / характеристика	77GX	600LS	DataMate (ADSL)	600J
Подача сигнала для идентификации жил в многопарном кабеле	•	•	•	•
Подача сигнала для отбора кабеля из пучка			•	•
Определение полярности телефонной линии	•	•	•	•
Тестирование целостности проводки	•	•	•	•
Оценка величины сопротивления шлейфа, емкости и постоянного напряжения		•		Сопротивление шлейфа и изоляции
Подача разговорного напряжения	•	•	•	•
Подключение через разделительный конденсатор / (Совместимость с ADSL)			•	•
Форма выходного сигнала	прямоугольный	прямоугольный	синусоидальный	синусоидальный
Частота выходного сигнала (аналогового), Гц	577/984 Гц	890/960 Гц	877 / 982 Гц	3 Гц; 5 Гц; 8,5 Гц; 11,5 Гц; 1 кГц
Выходная мощность / импеданс	+8 дБм / 600 Ом	+7 дБм / 600 Ом	+9 дБм / 600 Ом	+13 дБм / 600 Ом
Визуальная индикация короткого замыкания жил		нет		•
Звуковая индикация короткого замыкания жил		•	нет	нет
Определение полярности	•	•	•	нет
Подача питающего напряжения для микрофона тестовой трубки	5,5 В	9,8 В	7 В	нет
Защита входа по постоянному напряжению (импеданс 600 Ом)	60 В	60 В	52 В	200 В
Подключение к линии	крокодилы, RJ11	крокодилы, RJ11	крокодилы, RJ11, RJ45	крокодилы

Некоторые тестовые наборы включают в себя функциональные возможности простейших кабельных тестеров. Тон генераторы таких наборов используют цифровой сигнал и вместе с сигналом трассировки отправляют цифровую картографическую карту для определения правильности установки коннектора. Цифровой сигнал способствует появлению значительных переходных помех на соседние пары и даже кабели. Это позволяет с легкостью трассировать кабель под штукатуркой, в полых стенах и за подвесным потолком, а также идентифицировать его на обратном конце. Однако из-за сильных наводок на соседние пары и кабели, отобрать нужную пару будет практически невозможно. Поэтому такие генераторы зачастую позволяют генерировать цифровой сигнал (для трассировки, отбора кабелей и проверки правильности установки коннектора) наряду с аналоговым сигналом (для отбора кабельных пар). Генераторы такого типа представлены в таблице 3.

 

 Таблица 3. Тоновые генераторы с функцией кабельных тестеров

Модель / характеристика	256711D	IT200	AdapToner AT8	LANToner 2
Подача сигнала для идентификации жил в многопарном кабеле	•	•	•	•
Подача сигнала для отбора кабеля из пучка	•	•		•
Определение полярности телефонной линии	•		•	•
Тестирование целостности проводки	•	•	•	•
Пожильная разводка тестируемого кабеля на встроенную в прибор клеммную колодку			•	•
Отображение схемы проводов	•	•
Подача разговорного напряжения			6,5 В	4,2 В
Функция индикации / отображения портов HUB (зажигает светодиод)				•
Определение наличия подключенного оборудования				•
Определение наличия в линии Ethernet		•		•
Форма выходного сигнала	Аналоговый прямоугольный / цифровой	Аналоговый прямоугольный / цифровой	Аналоговый прямоугольный	Аналоговый прямоугольный
Частота выходного сигнала (аналогового), Гц	1 кГц	1 кГц
Выходная мощность / импеданс	+10 дБм (5 В)	+10 дБм (5 В)	+7 дБм	+15 дБм
Защита входа по постоянному напряжению (импеданс 600 Ом)	100 В	60 В	60 В	60 В
Подключение к линии	крокодилы, RJ45	крокодилы, RJ11, RJ45	крокодилы, RJ11, RJ45	крокодилы, RJ11, RJ45

Определение полярности телефонных линий

Эта функция наиболее полезна при обслуживании абонентских линий с использованием блокираторов. В приведенных таблицах отмечены генераторы, имеющие данную функцию. Причем некоторые из них позволяют определить полярность одной линии (при подключении крокодилами), другие способны определить полярность одновременно двух пар (при подключении через RJ11).

Тестирование целостности проводки

Это простая и очень полезная функция. Она позволяет обнаружить короткое замыкание в линии. В зависимости от типа прибора, обнаруженное замыкание между жилами отображается при помощи светодиодной или звуковой индикации.

Пожильная разводка тестируемого кабеля на встроенную в прибор клеммную колодку

Функция позволяет подавать тональный сигнал в нужную пару, не разбирая абонентскую розетку. Она реализована в генераторах AdapToner AT8 и LANToner 2

Для реализации этой функции, при использовании других тональных генераторов, можно использовать модульные адаптеры GT-PA1902.

Организация канала служебной связи

Функция подачи разговорного напряжения позволяет организовать канал служебной связи между монтажниками по отключенной медной паре. Протяженность линии, по которой может быть организована связь, зависит от величины питающего напряжения. В разных генераторах оно равно от 4,6 В до 9,8 В.

Функция индикации / отображения портов HUB (зажигает светодиод)

В данном режиме генератор тестового набора посылает специальные тональные сигналы каждые 4,5 секунды. Эти сигналы приводят к мерцанию индикатора порта коммутатора, что позволяет его легко идентифицировать. Аналогично можно идентифицировать и компьютер.

Функция определения наличия подключенного оборудования.

В этом режиме генератор определяет, подключено ли на удаленном конце кабеля какое-либо активное оборудование. Если с удаленной стороны подключено оборудование, и оно находится в рабочем состоянии, на генераторе загорается светодиод «Found» — найдено.

Отображение схемы проводов

Приборы, обладающие таким функционалом, позволяют определить наличие и тип повреждения витой пары (правильность обжимки): перепутанные пары, обрыв, короткое замыкание. Т. е. совмещают функциональные возможности тестового набора и простейшего кабельного тестера.

Генераторы, имеющие такую функцию, совместимы только со «своими» индуктивными щупами.

Оценка сопротивления шлейфа/изоляции, ёмкости, напряжения

Такая функция присутствует только в одном из тональных генераторов, представленных в таблице 2 — 600LS. Результат оценки выдается звуковыми сигналами. Причем большая частота сигналов соответствует большему значению оцениваемого параметра.

Тестирование охранной и пожарной сигнализации

Генератор с такими функциями – Greenlee 620K позволяет выполнить тестирование:

• тестирование нормально разомкнутого контакта;
• тестирование нормально замкнутого контакта.

Это упростит инсталляцию и проверку работоспособности охранной, пожарной и др. сигнализации.

Выводы

Итак, ещё раз. Если вы решаете задачу прозвонки кабеля, то вам нужен именно тестовый набор. Одними из самых популярных наборов в России являются, например, наборы 701k-G, 701K-G/6A. Если же вы выбираете отдельный тоновый генератор, то выбор нужно делать исходя из функциональных возможностей и характеристик этих устройств.

См. также:

функциональный генератор своими руками Как сделать тональный кварцевый генератор

Лучше не объяснять, а сразу всё увидеть:

Забавная игрушка, не правда ли? Но увидеть – одно, а сделать своими руками – другое, так что приступим!

Схема девайса:

При изменении сопротивления между точками PENCIL1 и PENCIL2 синтезатор выдаёт мелодию различной тональности. Детали, обозначенные *, можно не устанавливать. Вместо транзистора Т1 подойдёт КТ817; BC337, вместо Q1 — КТ816; BC327. Обратите внимание, что цоколёвка транзисторов оригинала и аналогов различна. Скачать готовую печатную плату можно на сайте автора .

Буду собирать схему очень компактно (что новичкам делать не советую) на макетной плате, так что привожу свой вариант разводки схемы:

С обратной стороны всё выглядит менее аккуратно:

В качестве корпуса буду использовать кнопку от сетевого фильтра:

В корпусе:

На термоклей закрепил динамик и контактную колодку кроны:

Устройство в сборе:

Ещё мне попадалась упрощённая схема:

В принципе, всё то же самое, только пищать будет тише.

Выводы:

1) Лучше использовать карандаш 2М (двойной мягкости), рисунок будет более токопроводным.

2) Игрушка интересная, но надоела через 10 минут.

3) Раз игрушка надоела, то можно использовать её не по назначению — прозванивать цепь, определять приблизительное сопротивление на слух.

И напоследок ещё один интересный видеоролик:

Генераторы низкой частоты (ГНЧ) используют для получения незатухающих периодических колебаний электрического тока в диапазоне частот от долей Гц до десятков кГц. Такие генераторы, как правило, представляют собой усилители, охваченные положительной обратной связью (рис. 11.7,11.8) через фазосдви-гающие цепочки. Для осуществления этой связи и для возбуждения генератора необходимы следующие условия: сигнал с выхода усилителя должен поступать на вход со сдвигом по фазе 360 градусов (или кратном ему, т.е. О, 720, 1080 и т.д. градусов), а сам усилитель должен иметь некоторый запас коэффициента усиления, KycMIN. Поскольку условие оптимального сдвига фаз для возникновения генерации может выполняться только на одной частоте, именно на этой частоте и возбуждается усилитель с положительной обратной связью.

Для сдвига сигнала по фазе используют RC- и LC-цепи, кроме того, сам усилитель вносит в сигнал фазовый сдвиг. Для получения положительной обратной связи в генераторах (рис. 11.1, 11.7, 11.9) использован двойной Т-образный RC-мост; в генераторах (рис. 11.2, 11.8, 11.10) — мост Вина; в генераторах (рис. 11.3 — 11.6, 11.11 — 11.15) — фазосдвигающие RC-це-почки. В генераторах с RC-цепочками число звеньев может быть достаточно большим. На практике же для упрощения схемы число не превышает двух, трех.

Расчетные формулы и соотношения для определения основных характеристик RC-генераторов сигналов синусоидальной формы приведены в таблице 11.1. Для простоты расчета и упрощения подбора деталей использованы элементы с одинаковыми номиналами. Для вычисления частоты генерации (в Гц) в формулы подставляют значения сопротивлений, выраженные в Омах, емкостей — в Фарадах. Для примера, определим частоту генерации RC-генератора с использованием трехзвенной RC-це-пи положительной обратной связи (рис. 11.5). При R=8,2 кОм; С=5100 пФ (5,1х1СГ9 Ф) рабочая частота генератора будет равна 9326 Гц.

Таблица 11.1

Для того чтобы соотношение резистивно-емкостных элементов генераторов соответствовало расчетным значениям, крайне желательно, чтобы входные и выходные цепи усилителя, охваченного петлей положительной обратной связи, не шунтировали эти элементы, не влияли на их величину. В этой связи для построения генераторных схем целесообразно использовать каскады усиления, имеющие высокое входное и низкое выходное сопротивления.

На рис. 11.7, 11.9 приведены «теоретическая» и несложная практическая схемы генераторов с использованием двойного Т-моста в цепи положительной обратной связи.

Генераторы с мостом Вина показаны на рис. 11.8, 11.10 [Р 1/88-34]. В качестве УНЧ использован двухкаскадный усилитель. Амплитуду выходного сигнала можно регулировать потенциометром R6. Если требуется создать генератор с мостом Вина, перестраиваемый по частоте, последовательно с резисторами R1, R2 (рис. 11.2, 11.8) включают сдвоенный потенциометр. Частотой такого генератора можно также управлять, заменив конденсаторы С1 и С2 (рис. 11.2, 11.8) на сдвоенный конденсатор переменной емкости. Поскольку максимальная емкость такого конденсатора редко превышает 500 пФ, удается перестраивать частоту генерации только в области достаточно высоких частот (десятки, сотни кГц). Стабильность частоты генерации в этом диапазоне невысока.

На практике для изменения частоты генерации подобных устройств часто используют переключаемые наборы конденсаторов или резисторов, а во входных цепях применяют полевые транзисторы. Во всех приводимых схемах отсутствуют элементы стабилизации выходного напряжения (для упрощения), хотя для генераторов, работающих на одной частоте или в узком диапазоне ее перестройки, их использование не обязательно.

Схемы генераторов синусоидальных сигналов с использованием трехзвенных фазосдвигающих RC-цепочек (рис. 11.3)

показаны на рис. 11.11, 11.12. Генератор (рис. 11.11) работает на частоте 400 Гц [Р 4/80-43]. Каждый из элементов трехзвен-ной фазосдвигающей RC-цепочки вносит фазовый сдвиг на 60 градусов, при четырехзвенной — 45 градусов. Однокаскадный усилитель (рис. 11.12), выполненный по схеме с общим эмиттером, вносит необходимый для возникновения генерации фазовый сдвиг на 180 градусов. Заметим, что генератор по схеме на рис. 11.12 работоспособен при использовании транзистора с высоким коэффициентом передачи по току (обычно свыше 45…60). При значительном снижении напряжения питания и неоптимальном выборе элементов для задания режима транзистора по постоянному току генерация сорвется.

Звуковые генераторы (рис. 11.13 — 11.15) близки по построению к генераторам с фазосдвигающими RC-цепочками [Рл 10/96-27]. Однако за счет использования индуктивности (телефонный капсюль ТК-67 или ТМ-2В) вместо одного из ре-зистивных элементов фазосдвигающей цепочки, они работают с меньшим числом элементов и в большем диапазоне изменения напряжения питания.

Так, звуковой генератор (рис. 11.13) работоспособен при изменении напряжения питания в пределах 1…15 В (потребляемый ток 2…60 мА). При этом частота генерации изменяется от 1 кГц (ипит=1,5 В) до 1,3 кГц при 15 В.

Звуковой индикатор с внешним управлением (рис. 11.14) также работает при 1)пит=1…15 В; включение/выключение генератора производится подачей на его вход логических уровней единицы/нуля, которые также должны быть в пределах 1…15 В.

Звуковой генератор может быть выполнен и по другой схеме (рис. 11.15). Частота его генерации меняется от 740 Гц (ток потребления 1,2 мА, напряжение питания 1,5 В) до 3,3 кГц (6,2 мА и 15 В). Более стабильна частота генерации при изменении напряжения питания в пределах 3…11 В — она составляет 1,7 кГц± 1%. Фактически этот генератор выполнен уже не на RC-, а на LC-эле-ментах, причем, в качестве индуктивности используется обмотка телефонного капсюля.

Низкочастотный генератор синусоидальных колебаний (рис. 11.16) собран по характерной для LC-генераторов схеме «емкостной трехточки». Отличие заключается в том, что в качестве индуктивности использована катушка телефонного капсюля, а резонансная частота находится в диапазоне звуковых колебаний за счет подбора емкостных элементов схемы.

Другой низкочастотный LC-генератор, выполненный по каскодной схеме, показан на рис. 11.17 [Р 1/88-51]. В качестве индуктивности можно воспользоваться универсальной или стирающей головками от магнитофонов, обмотками дросселей или трансформаторов.

RC-генератор (рис. 11.18) реализован на полевых транзисторах [Рл 10/96-27]. Подобная схема используется обычно при построении высокостабильных LC-генераторов. Генерация возникает уже при напряжении питания, превышающем 1 В. При изменении напряжения с 2 до 10 6 частота генерации понижается с 1,1 кГц до 660 Гц, а потребляемый ток увеличивается, соответственно, с 4 до 11 мА. Импульсы частотой от единиц Гц до 70 кГц и выше могут быть получены изменением емкости конденсатора С1 (от 150 пФ до 10 мкФ) и сопротивления резистора R2.

Представленные выше звуковые генераторы могут быть использованы в качестве экономичных индикаторов состояния (включено/выключено) узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры, в частности, светоизлучающих диодов, для замены или дублирования световой индикации, для аварийной и тревожной индикации и т.д.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

В данной статье описывается простой генератор звуковых частот, проще говоря — пищалка. Схема простая и состоит всего из 5 элементов, если не считать батарейку и кнопку.

Описание схемы:
R1 задает смещение на базу VT1. А с помощью C1 осуществляется обратная связь. Динамик является нагрузкой VT2.

Сборка:
Итак, нам понадобится:
1) Комплементарная пара из 2х транзисторов, то есть один NPN и один PNP. Подойдут практически любые маломощные, например КТ315 и КТ361 . Я использовал то, что было под рукой — BC33740 и BC32740.
2) Конденсатор 10-100нФ, я использовал 47нФ (маркировка 473).
3) Подстроечный резистор около 100-200 кОм
4) Любой маломощный динамик. Можно использовать наушники.
5) Батарейка. Можно практически любую. Пальчиковую, или крону, разница будет только в частоте генерации и мощности.
6) Небольшой кусок фольгированного стеклотекстолита, если планируется делать все на плате.
7) Кнопка или тумблер. Мной была использована кнопка из китайской лазерной указки.

Итак. Все детали собраны. Приступаем к изготовлению платы. Я сделал простенькую плату поверхностного монтажа механическим путем (то есть при помощи резака).

Итак, все готово к сборке.

Сначала монтируем основные компоненты.

Потом впаиваем провода питания, батарейку с кнопкой и динамик.

На видео показана работа схемы от 1.5В батарейки. Подстроечный резистор меняет частоту генерации

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
VT1	Биполярный транзистор	КТ315Б	1			В блокнот
VT2	Биполярный транзистор	КТ361Б	1			В блокнот
C1	Конденсатор	10-100нФ	1			В блокнот
R1	Резистор	1-200 кОм	1

Э. КУЗНЕЦОВ, г. Москва
Радио, 2002 год, № 5

Тональные импульсы можно использовать для проверки динамических параметров измерителей и авторегуляторов уровня, а также устройств шумоподавления. Стенд с генератором тональных импульсов будет полезен также и при исследовании усилительной и акустической аппаратуры.

Линейность частотной характеристики и точность показаний измерителей уровня нетрудно проверить с помощью обычного генератора звуковых сигналов, но для проверки их динамических параметров необходим генератор тональных импульсов (ГТИ). Подобные генераторы, предлагаемые радиолюбителями, зачастую не соответствуют нормам, где для проверки измерителей уровня (ИУ) частота синусоидального сигнала в импульсах принята 5 кГц, а начало и конец импульсов совпадают с переходами сигнала через «нуль».

Похожие проблемы возникают и при настройке авторегуляторов уровня звуковых сигналов. Время восстановления 0,3…2 с легко увидеть на экране осциллографа, но время срабатывания ограничителя (лимитера) или компрессора может быть менее 1 мс. Для измерения и наблюдения переходных процессов в аудиоаппаратуре удобно использовать ГТИ. В этом случае частоту заполнения импульсов желательно изменять, используя внешний перестраиваемый генератор. Например, при частоте заполнения 10 кГц длительность одного периода равна 0,1 мс, и при наблюдении процесса срабатывания определение времени срабатывания не представляет сложности. Звуковые импульсы с выхода ГТИ должны иметь перепад уровней 10 дБ.

В зарубежной литературе обычно предлагают проводить измерение времени срабатывания при скачкообразном увеличении уровня сигнала на 6 дБ выше нормированного значения, но реальные сигналы имеют существенно больший перепад уровней. Применением такой методики зачастую и объясняется «щелканье» импортных авторегуляторов уровня. Кроме того, почти в любом звуковом генераторе можно скачком изменить уровень на 10 дБ, использовать такой перепад уровней удобно для наблюдения. Поэтому в отечественной практике принято проводить измерения динамических параметров авторегуляторов при изменении, уровней на 10 дБ.

К сожалению, переключатели уровня сигнала многих генераторов в момент переключения дают кратковременный выброс напряжения, и для измерения времени срабатывания использовать их не удается, поскольку авторегулятор «затыкается». В этом случае ГТИ может оказаться очень полезным.

Большинству радиолюбителей проводить подобные измерения приходится нечасто, и такой прибор целесообразно включить в состав измерительного стенда с более широкими возможностями. На его передней панели размещены коммутационные элементы, очень удобные для подключения измерительных приборов и настраиваемой аппаратуры. На рис. 1 показано примерное расположение соединителей (клемм или гнезд) и переключателей. На схеме стенда (рис. 2 ) показаны эти коммутационные цепи.

Схема прибора

Для увеличения кликните по изображению (откроется в новом окне)

Входные гнезда Х1 («ВХ.1») и Х2 («ВХ.2») предназначены для подсоединения входов настраиваемой аппаратуры. Тумблеры SA1 и SA2 позволяют подключить входы к соединителям Х2 и ХЗ или замкнуть их на общий провод при измерениях уровня интегральной помехи. В сравнении с кнопками тумблеры дают более наглядное представление о подключении входов. В центральные гнезда Х2 и ХЗ подключают генератор звуковой частоты и вольтметр для контроля входного напряжения. Соединители Х5 и Х8 предназначены для подключения выходов настраиваемой аппаратуры. Один из выходов может быть подключен тумблером SA3 к соединителям Х6 и Х7 для измерительных приборов. При настройке звуковой аппаратуры удобно использовать измеритель нелинейных искажений и осциллограф.

Для коммутационных цепей не нужно никаких источников питания, поэтому с такой коммутацией очень удобно проверять различную аппаратуру.

Если сдвоенный тумблер SA4 (рис. 1) стоит в положении «ПОСТ», сигнал с постоянным уровнем, подаваемый на Х2, ХЗ, поступает, в зависимости от положения тумблеров SA1 или SA2, на соединители Х1, Х4 к входам испытуемой аппаратуры. Если перевести SA4 в верхнее положение, то сигнал с генератора пойдет на входы 1 и 2 через цепи ГТИ. В этом случае стенд должен быть подключен к сети переменного тока 220 В.

Тумблер включения питания SA5 расположен на задней панели, а на переднюю выведены только светодиоды HL1, HL2 (индикация «+» и «-«), сигнализирующие о наличии двуполярного напряжения питания ╠15 В.

Для формирования тональных импульсов используется электронный переключатель DA4. На выводах 16 и 4 значение напряжения сигнала изменяется от нормированного значения до нуля, а на выводах 6, 9 перепад уровня при налаживании устанавливают переменным резистором R15. Выбор режима производят тумблером SA9.

Тональный сигнал заполнения импульсов приходит с генератора на электронный переключатель через буферный ОУ DA1.1. Второй ОУ DA1.2 используется в качестве компаратора, выдавая сигнал синхронизации начала импульса при переходе сигнала заполнения через «нуль». Импульсы с компаратора подаются на тактовый вход D-триггера DD2. На вход D (вывод 9) приходит импульс с одновибратора, собранного на втором триггере DD2.

Длительность импульса изменяется с помощью переключателя SA8.2, изменяющего сопротивление в цепи зарядки С15, подключенного к входу R (вывод 4) одновибратора. Для установки длительности импульсов вполне достаточно обычного осциллографа. Одновибратор запускается сигналами, поступающими с генератора прямоугольных импульсов на инверторах DD1.1 ≈ DD1.3, или в ручном режиме кнопкой SA6 «ПУСК». Если тумблер SA7 переведен в положение «АВТ.», скважность (период) импульсов устанавливают с помощью переменного резистора R11 «СКВ.».

Очень трудно наблюдать переходные процессы на экране осциллографа при длительности тонального импульса 3 мс и большой скважности. Задача упрощается для осциллографов, имеющих внешний запуск при ждущей развертке. Для их синхронизации на задней панели стенда выведено гнездо Х9 «СИНХР.». Запускающий импульс подается на электронный ключ с некоторой задержкой относительно синхронизирующего, определяемой выбором параметров R13, С13.

Высокий уровень, при котором электронный переключатель DA4 пропускает тональный сигнал, появляется с положительным перепадом напряжения от компаратора после появления импульса от одновибратора и заканчивается после окончания этого импульса (при очередном перепаде сигнала с компаратора). Так достигается совпадение начала тонального импульса с переходом сигнала заполнения через «нуль» и удовлетворяется требование генерации целого числа периодов. При положении переключателя SA8 «U Вых » напряжение на управляющем входе DA4 равно нулю и можно выставить выходное напряжение генератора, соответствующее номинальному входному уровню. В положении переключателя SA8 «ТАКТ.» микросхема DA4 управляется напряжением, поступающим непосредственно с тактового генератора. Его частоту переключения устанавливают переменным резистором R11.

После электронного переключателя через повторитель DA1.3 и тумблеры SA1 и SA2 тональные импульсы поступают на входы настраиваемой аппаратуры. В устройстве есть еще инвертор DA1.4 и переключатель SA10, который может быть использован для изменения фазы сигнала на одном из входов по отношению к другому. Такой инвертор нужен, например, при проверке синфазности сигналов в стереофонических системах, в АС, но, возможно, вместо него полезнее собрать на этом ОУ встроенный генератор тонального сигнала по схеме, приведенной на рис. 3 . В таком генераторе легко получить Кг менее 0,2% и для многих испытаний обойтись без применения внешнего для стенда генератора.

Для проверки измерителей уровня нужно подключить входы двух каналов (для измерителей стереосигнала) к соответствующим входным соединителям. Затем в положении «U Bыx » переключателя SA8 установить на выходе генератора нормированное значение уровня сигнала с F = 5 кГц и проконтролировать показания обоих каналов измерителя. К примеру, в измерителе уровня светодиоды, соответствующие значению «О дБ», должны зажигаться одновременно, а погрешность шкалы здесь не должна превышать 0,3 дБ. Тумблер SA9 устанавливают в положение «-80 дБ». Затем переводят поочередно переключатель SA8 в положения «10 мс», «5 мс» и «3 мс» и проверяют соответствие нормам показаний ИУ. Положение «200 мс» SA8 используют при проверке измерителей средних значений уровня, которые, к сожалению, преобладают в бытовой аппаратуре.

Чтобы точно проконтролировать величину времени возврата, переменным резистором R11 («СКВ.») устанавливают частоту сигналов генератора прямоугольных импульсов, при которой сразу после гашения светодиода, соответствующего значению -20 дБ на шкале ИУ, следовал бы следующий импульс. Определить затем период сигналов с помощью осциллографа не составляет труда. Погасание светодиодов в обоих каналах должно происходить синхронно.

При проверке динамических параметров авторегуляторов уровня сигнала используют положение «-10 дБ» переключателя SA9. Входы и выходы подключают к соответствующим соединителям. Выходы каналов контролируют поочередно, хотя при двухка-нальном осциллографе ничто не мешает контролировать одновременно оба выхода. На выходе генератора звуковой частоты при положении «U Bыx » переключателя SA8 выставляют сигнал с уровнем на 10 дБ выше нормированного значения. Затем переводят SA8 на импульсы любой длительности, а переключатель SA7 ≈ в положение «РУЧН.». Ключ остается выключенным и позволяет проконтролировать напряжение на соединителях Х1 и Х2, которое должно соответствовать нормированному значению. Затем переключателем SA7 переводят ГТИ в автоматический режим работы и, выбрав нужную длительность импульсов и скважность, наблюдают переходные процессы на выходе авторегулятора. Если осциллограф работает в ждущем режиме с запуском от синхронизирующих импульсов, легко определить время срабатывания и наличие помех срабатывания или перерегулирование.

В ГТИ использованы четыре микросхемы, и потребление тока очень мало. Это позволяет вместо интегральных стабилизаторов воспользоваться простыми параметрическими стабилизаторами напряжения на стабилитронах. С другой стороны, установив более мощные интегральные стабилизаторы DA2, DA3 серий дА7815 и дА7915, их можно использовать для питания макетов настраиваемых устройств, разместив дополнительный разъем на задней панели (на схеме не показан). В микросхемах предусмотрена защита от короткого замыкания, нередкого при экспериментах.

Передняя панель стенда имеет размеры 195×65 мм. Корпус стенда выполняют из стали.

Для подключения проверяемой аппаратуры удобны гнезда-клеммы типа ЗМП. Помимо них на панели стенда можно установить, в зависимости от проверяемой аппаратуры, соединители соответствующей конструкции, например, гнезда «тюльпан», «джек», ОНЦ-ВГ или иные.

Сдвоенный тумблер SA4 ≈ ПТ8-7, П2Т-1-1 или аналогичный. Переключатель SA2 ≈ галетный ПГ2-8-6П2НТК. Кнопка SA6 «ПУСК» может быть любого типа без фиксации, например, КМ1-1.

Микросхему DA2 К590КН7 можно заменить аналогичной по функциональному назначению. В качестве DA1 можно использовать микросхему с четырьмя ОУ типов LF444, TL084, TL074 или К1401УД4.

Монтаж платы устройства ≈ печатный или навесной на макетной плате.

Стенд с ГТИ можно использовать при испытаниях компандерных систем шумоподавления, динамических фильтров и другой звукотехнической аппаратуры.

ЛИТЕРАТУРА
1. Кузнецов Э. Измерители уровня звуковых сигналов. — Радио, 2001, № 2, с. 16, 17.
2. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Справочник. — М.: Радио и связь, 1989.
3. Turuta J. Операционные усилители. Справочник. — М.: Патриот, 1996.

Радио 1987, №5

Многоголосные ЭМИ с одним тональным генератором уже зарекомендовали себя как надёжные и практичные устройства. Однако зачастую их возможности реализуются далеко не полностью из-за особенностей используемых в них генераторов. Как правило, тональный генератор строят на основе высокостабильного кварцевого резонатора или RC-цепей. В этом случае электронное управление частотой либо исключено, либо крайне затруднено .

Описанное ниже устройство — тональный генератор, управляемый напряжением. Управляющий сигнал снимают с различных формирователей и органов управления ЭМИ. Это могут быть генераторы частотного вибрато, огибающей (для автоматического изменения строя), регуляторы глиссандо (скольжения строя) с ручным или ножным (педальным) управлением.

К особенностям генератора следует отнести высокую рабочую частоту. Использование цифровой микросхемы позволило реализовать сравнительно простой и дешёвый ГУН с рабочей частотой вплоть до 7,5…8 МГц (рис. 1). Для большинства цифровых генераторов тона с равномерно-темперированной музыкальной шкалой, состоящих обычно из 12 идентичных счётчиков с различными интервальными коэффициентами пересчёта, необходима тактовая (ведущая) частота в пределах 1…4 МГц. Поэтому характеристики генератора должны быть такими, чтобы обеспечить необходимую линейность в этих частотных пределах.

Принцип работы генератора основан на формировании регулируемых по длительности импульсов двумя замкнутыми в кольцо одинаковыми формирователями, управляемыми напряжением. Таким образом, спад импульса на выходе одного формирователя вызывает появление фронта следующего импульса на выходе другого и т. д. Работу устройства иллюстрируют временные диаграммы, показанные на рис. 2. До момента t 0 управляющее напряжение равно нулю. Это значит, что в точках А и Б установился сигнал с уровнем логического 0, поскольку вытекающий входной ток элементов DD1.1 и DD1.2 (он не превышает примерно 1,6 мА) замыкается на общий провод через резисторы R1 и R2 и малое выходное сопротивление источника управляющего напряжения. На выходе инверторов DD1.1 и DD1.2 в это время действует уровень 1, поэтому RS-триггер на элементах DD1.3 и DD1.4 установится произвольно в одно из устойчивых состояний. Предположим для определённости, что на прямом (верхнем по схеме) выходе установился сигнал 1, а на инверсном — 0.

При появлении в момент t 0 на управляющем входе некоторого положительного напряжения через резисторы R1 и R2 потечёт ток. При этом в точке А напряжение останется близким к нулю, так как ток через резистор R1 протекает на общий провод через малое сопротивление диода VD1 и выходной цепи элемента DD1.4. В точке Б напряжение будет повышаться, поскольку диод VD2 закрыт высоким уровнем с выхода элемента DD1.3. Ток через резистор R2 будет заряжать конденсатор С2 до 1,1… 1,4 В за время, зависящее от его ёмкости, сопротивления резистора R2 и значения управляющего напряжения. При увеличении U ynp увеличивается скорость зарядки конденсатора, и он заряжается до того же уровня за меньшее время.

Как только напряжение в точке Б достигнет порога переключения элемента DD1.2, на его выходе установится уровень 0, который переключит RS-триггер. Теперь на прямом выходе будет уровень 0, а на инверсном — 1. Это приведёт к быстрой разрядке конденсатора С2 и уменьшению напряжения, а конденсатор С1 начнёт заряжаться. В результате триггер снова переключится и весь цикл повторится.

Увеличение управляющего напряжения (период времени t 1 …t 2 , рис. 2) приводит к увеличению зарядного тока конденсаторов и уменьшению периода колебаний. Так происходит управление частотой колебаний генератора. Вытекающий входной ток элементов ТТЛ складывается с током источника управляющего напряжения, что позволяет расширить пределы управляющего сигнала, так как при большом сопротивлении резисторов R1 и R2 генерация может сохраняться даже при U ynp =0. Однако этому току свойственна температурная нестабильность, что сказывается на стабильности частоты генерации. В какой-то мере повысить температурную стабильность генератора можно путём использования конденсаторов С1 и С2 с положительным ТКЕ, что будет компенсировать увеличение неуправляемого вытекающего входного тока элементов DD1.1 и DD1.2 при изменении температуры.

Период колебаний зависит не только от сопротивления резисторов R1 и R2 и ёмкости конденсаторов С1 и С2, но и от многих других факторов, поэтому точная оценка периода затруднена. Если пренебречь временными задержками сигналов в элементах DD1.1-DD1.4 и принять значение их напряжения логического 0, а также порогового напряжения диодов VD1 и VD2 равными нулю, то работу генератора можно описать выражением: T 0 =2t 0 =2RC*ln((I э R+U упр)/(I э R+U упр -U сп)), полученным на основе решения дифференциального уравнения:

dUc/dt = I э /C + (U упр -Uс)/(RC),

где R и С — номиналы времязадающих цепей; Uc — напряжение на конденсаторе С; Uсп — максимальное (пороговое) значение напряжения Uc; U ynp — управляющее напряжение; I э — среднее значение входного вытекающего тока элемента ТТЛ; t 0 — длительность импульса; Т 0 — период колебаний. Расчёты показывают, что первая из указанных формул весьма точно согласуется с экспериментальными данными при Uynp>=Uсп, при этом были выбраны средние значения: I э =1,4 мА; Uсп = 1,2 В. Кроме того, на основе анализа того же дифференциального уравнения можно прийти к выводу, что

(I э R+U упр)/(I э R+U упр -Uсп)>0,

т. е., если I э R/(I э R-Uсп)>0, то устройство работоспособно при Uynp≥0; этот вывод подтверждает и экспериментальная проверка устройства. Тем не менее наибольшая стабильность и точность работы ГУН могут быть достигнуты при Uупр ≥ Uсп = 1,2..1,4 В, т. е. в частотных пределах 0,7…4 МГц.

Практическая схема тонального генератора для полифонического ЭМИ или ЭМС показана на рис. 3. Пределы рабочей частоты (при U упр ≥ 0,55…8 В) — 0,3…4,8 МГц. Нелинейность характеристики управления (на частоте в пределах 0,3…4 МГц) не превышает 5 %.

На вход 1 подают сигнал с генератора огибающей для автоматического управления скольжением частоты звука. При незначительной глубине модуляции (5…30 % тона) достигается имитация оттенков звучания бас-гитары, а также других щипковых и ударных инструментов, у которых высота интонирования звуков в момент их извлечения немного отклоняется от нормы (обычно скачком повышается во время атаки звука и далее быстро уменьшается до своего нормального значения).

На вход 2 подают постоянное управляющее напряжение с ручного или педального регулятора глиссандо. Этот вход как раз и служит для подстройки или изменения (транспонирования) тональности в пределах двух октав, а также для скольжения по высоте аккордов или тональных звуков, имитирующих, например, тембр кларнета, тромбона или голоса.

На вход 3 подают от генератора вибрато сигнал синусоидальной, треугольной или пилообразной формы. Переменным резистором R4 регулируют уровень вибрато в пределах 0…+-0,5 тона, а также уровень девиации частоты до +-1 октавы и более при замыкании выключателя SA1. При большой частоте модуляции (5…11) Гц) и глубине +-0,5…1,5 октавы тональные звуки теряют свои музыкальные качества и приобретают характер шумового сигнала, напоминающего глухой рокот или шелест лопастей вентилятора. При малой частоте (0,1…1 Гц) и той же глубине достигается очень красочный и выразительный эффект, подобный «плавающему» звучанию гавайской гитары.

Сигнал с выхода тонального генератора надо подавать на вход цифрового формирователя сигналов равномерно-темперированного музыкального строя.

На операционном усилителе DA1 собран активный сумматор управляющих сигналов. Сигнал с выхода сумматора поступает на вход ГУН, который выполнен на логических элементах DD1.1-DD1.4. Кроме ГУН, устройство содержит образцовый кварцованный генератор, собранный на элементах DD2.1, DD2.2, а также цепь из двух октавных делителей частоты на триггерах микросхемы DD3. тактируемых этим генератором. Генератор и триггеры формируют три образцовых сигнала с частотой 500 кГц, 1 и 2 МГц. Эти три сигнала и сигнал с выхода ГУН поступают на вход электронных ключей, собранных на элементах DD4.1-DD4.4 с открытым коллектором.

Эти коммутаторы, управляемые переключателями SA2-SA5, имеют общую нагрузку — резистор R13. Выходные цепи элементов образуют устройство с логической функцией ИЛИ. Когда один из ключей пропускает на выход свой тактовый сигнал, остальные закрыты низким уровнем с переключателей. Высокий уровень для подачи на R-входы D-триггеров DD3.1 и DD3.2 и на контакты переключателей SA2-SA5 снимают с выхода элемента DD2.4.

Кварцованный генератор с делителями частоты играют вспомогательную роль и служат в основном для оперативной подстройки ГУН или «ведут» инструмент в режиме «Орган», при этом переключатели SA3, SA4, SA5 («4″», «8″», «16″») позволяют смещать строй ЭМИ соответственно от самого низкого регистра на одну и на две октавы вверх. При этом, разумеется, никакой подстройки или изменения высоты звуков быть не может.

К недостаткам генератора следует отнести сравнительно низкую температурную стабильность, которая в данном случае не имеет большого значения , и значительную нелинейность управляющей характеристики ГУН на краях диапазона, особенно в области нижних частот рабочего диапазона генератора.

На рис. 4 показана экспериментально снятая зависимость частоты генерации от управляющего напряжения: 1 — для генератора по схеме рис. 1, 2 — рис. 3.

Устройство собрано на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

Микросхемы серии К155 можно заменить на аналогичные из серий K130 и К133; К553УД1А — на К553УД1В, К553УД2, К153УД1А, К153УД1В, К153УД2. Вместо Д9Б можно использовать диоды этой серии с любым буквенным индексом, а также Д2В, Д18, Д311, ГД511А. Конденсаторы С4 и С5 лучше выбрать с положительным ТКЕ, например. КТ-П210. КПМ-П120, КПМ-П33, КС- П33, КМ- П33, К10-17-П33, К21У-2-П210, К21У-3-П33. Конденсаторы С7, C10, C11 — К50-6.

Особое внимание следует уделить тщательной экранировке устройства. Выходные проводники нужно свить в шнур с шагом 10..30 мм.

Правильно смонтированный тональный генератор в налаживании не нуждается и начинает работать сразу после подключения питания. Управляющее напряжение на входе ГУН не должно превышать 8…8,2 В. На стабильность частоты генератора отрицательно влияют изменения питающего напряжения 5 В, поэтому питать его необходимо от источника с высоким коэффициентом стабилизации.

И. БАСКОВ, д. Полоска Калининской обл.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. Беспалов. Делитель частоты для многоголосного ЭМИ. — Радио, 1980, № 9.
2. Л. А. Кузнецов. Основы теории, конструирования, производства и ремонта ЭМИ. — М.: Лёгкая и пищевая промышленность. 1981.

Радиосхемы. — Генератор тональных импульсов

Генератор тональных импульсов

категория

Измерительные приборы

материалы в категории

Э. КУЗНЕЦОВ, г. Москва
Радио, 2002 год, № 5

Тональные импульсы можно использовать для проверки динамических параметров измерителей и авторегуляторов уровня, а также устройств шумоподавления. Стенд с генератором тональных импульсов будет полезен также и при исследовании усилительной и акустической аппаратуры.

Линейность частотной характеристики и точность показаний измерителей уровня нетрудно проверить с помощью обычного генератора звуковых сигналов, но для проверки их динамических параметров необходим генератор тональных импульсов (ГТИ). Подобные генераторы, предлагаемые радиолюбителями, зачастую не соответствуют нормам, где для проверки измерителей уровня (ИУ) частота синусоидального сигнала в импульсах принята 5 кГц, а начало и конец импульсов совпадают с переходами сигнала через «нуль».

Похожие проблемы возникают и при настройке авторегуляторов уровня звуковых сигналов. Время восстановления 0,3…2 с легко увидеть на экране осциллографа, но время срабатывания ограничителя (лимитера) или компрессора может быть менее 1 мс. Для измерения и наблюдения переходных процессов в аудиоаппаратуре удобно использовать ГТИ. В этом случае частоту заполнения импульсов желательно изменять, используя внешний перестраиваемый генератор. Например, при частоте заполнения 10 кГц длительность одного периода равна 0,1 мс, и при наблюдении процесса срабатывания определение времени срабатывания не представляет сложности. Звуковые импульсы с выхода ГТИ должны иметь перепад уровней 10 дБ.

В зарубежной литературе обычно предлагают проводить измерение времени срабатывания при скачкообразном увеличении уровня сигнала на 6 дБ выше нормированного значения, но реальные сигналы имеют существенно больший перепад уровней. Применением такой методики зачастую и объясняется «щелканье» импортных авторегуляторов уровня. Кроме того, почти в любом звуковом генераторе можно скачком изменить уровень на 10 дБ, использовать такой перепад уровней удобно для наблюдения. Поэтому в отечественной практике принято проводить измерения динамических параметров авторегуляторов при изменении, уровней на 10 дБ.

К сожалению, переключатели уровня сигнала многих генераторов в момент переключения дают кратковременный выброс напряжения, и для измерения времени срабатывания использовать их не удается, поскольку авторегулятор «затыкается». В этом случае ГТИ может оказаться очень полезным.

Большинству радиолюбителей проводить подобные измерения приходится нечасто, и такой прибор целесообразно включить в состав измерительного стенда с более широкими возможностями. На его передней панели размещены коммутационные элементы, очень удобные для подключения измерительных приборов и настраиваемой аппаратуры. На рис. 1 показано примерное расположение соединителей (клемм или гнезд) и переключателей. На схеме стенда (рис. 2) показаны эти коммутационные цепи.

Схема прибора

 

Для увеличения кликните по изображению (откроется в новом окне)

Входные гнезда Х1 («ВХ.1») и Х2 («ВХ.2») предназначены для подсоединения входов настраиваемой аппаратуры. Тумблеры SA1 и SA2 позволяют подключить входы к соединителям Х2 и ХЗ или замкнуть их на общий провод при измерениях уровня интегральной помехи. В сравнении с кнопками тумблеры дают более наглядное представление о подключении входов. В центральные гнезда Х2 и ХЗ подключают генератор звуковой частоты и вольтметр для контроля входного напряжения. Соединители Х5 и Х8 предназначены для подключения выходов настраиваемой аппаратуры. Один из выходов может быть подключен тумблером SA3 к соединителям Х6 и Х7 для измерительных приборов. При настройке звуковой аппаратуры удобно использовать измеритель нелинейных искажений и осциллограф.

Для коммутационных цепей не нужно никаких источников питания, поэтому с такой коммутацией очень удобно проверять различную аппаратуру.

Если сдвоенный тумблер SA4 (рис. 1) стоит в положении «ПОСТ», сигнал с постоянным уровнем, подаваемый на Х2, ХЗ, поступает, в зависимости от положения тумблеров SA1 или SA2, на соединители Х1, Х4 к входам испытуемой аппаратуры. Если перевести SA4 в верхнее положение, то сигнал с генератора пойдет на входы 1 и 2 через цепи ГТИ. В этом случае стенд должен быть подключен к сети переменного тока 220 В.

Тумблер включения питания SA5 расположен на задней панели, а на переднюю выведены только светодиоды HL1, HL2 (индикация «+» и «-«), сигнализирующие о наличии двуполярного напряжения питания ╠15 В.

Для формирования тональных импульсов используется электронный переключатель DA4. На выводах 16 и 4 значение напряжения сигнала изменяется от нормированного значения до нуля, а на выводах 6, 9 перепад уровня при налаживании устанавливают переменным резистором R15. Выбор режима производят тумблером SA9.

Тональный сигнал заполнения импульсов приходит с генератора на электронный переключатель через буферный ОУ DA1.1. Второй ОУ DA1.2 используется в качестве компаратора, выдавая сигнал синхронизации начала импульса при переходе сигнала заполнения через «нуль». Импульсы с компаратора подаются на тактовый вход D-триггера DD2. На вход D (вывод 9) приходит импульс с одновибратора, собранного на втором триггере DD2.

Длительность импульса изменяется с помощью переключателя SA8.2, изменяющего сопротивление в цепи зарядки С15, подключенного к входу R (вывод 4) одновибратора. Для установки длительности импульсов вполне достаточно обычного осциллографа. Одновибратор запускается сигналами, поступающими с генератора прямоугольных импульсов на инверторах DD1.1 ≈ DD1.3, или в ручном режиме кнопкой SA6 «ПУСК». Если тумблер SA7 переведен в положение «АВТ.», скважность (период) импульсов устанавливают с помощью переменного резистора R11 «СКВ.».

Очень трудно наблюдать переходные процессы на экране осциллографа при длительности тонального импульса 3 мс и большой скважности. Задача упрощается для осциллографов, имеющих внешний запуск при ждущей развертке. Для их синхронизации на задней панели стенда выведено гнездо Х9 «СИНХР.». Запускающий импульс подается на электронный ключ с некоторой задержкой относительно синхронизирующего, определяемой выбором параметров R13, С13.

Высокий уровень, при котором электронный переключатель DA4 пропускает тональный сигнал, появляется с положительным перепадом напряжения от компаратора после появления импульса от одновибратора и заканчивается после окончания этого импульса (при очередном перепаде сигнала с компаратора). Так достигается совпадение начала тонального импульса с переходом сигнала заполнения через «нуль» и удовлетворяется требование генерации целого числа периодов. При положении переключателя SA8 «U_Вых» напряжение на управляющем входе DA4 равно нулю и можно выставить выходное напряжение генератора, соответствующее номинальному входному уровню. В положении переключателя SA8 «ТАКТ.» микросхема DA4 управляется напряжением, поступающим непосредственно с тактового генератора. Его частоту переключения устанавливают переменным резистором R11.

После электронного переключателя через повторитель DA1.3 и тумблеры SA1 и SA2 тональные импульсы поступают на входы настраиваемой аппаратуры. В устройстве есть еще инвертор DA1.4 и переключатель SA10, который может быть использован для изменения фазы сигнала на одном из входов по отношению к другому. Такой инвертор нужен, например, при проверке синфазности сигналов в стереофонических системах, в АС, но, возможно, вместо него полезнее собрать на этом ОУ встроенный генератор тонального сигнала по схеме, приведенной на рис. 3. В таком генераторе легко получить Кг менее 0,2% и для многих испытаний обойтись без применения внешнего для стенда генератора.

Для проверки измерителей уровня нужно подключить входы двух каналов (для измерителей стереосигнала) к соответствующим входным соединителям. Затем в положении «U_Bыx» переключателя SA8 установить на выходе генератора нормированное значение уровня сигнала с F = 5 кГц и проконтролировать показания обоих каналов измерителя. К примеру, в измерителе уровня [1] светодиоды, соответствующие значению «О дБ», должны зажигаться одновременно, а погрешность шкалы здесь не должна превышать 0,3 дБ. Тумблер SA9 устанавливают в положение «-80 дБ». Затем переводят поочередно переключатель SA8 в положения «10 мс», «5 мс» и «3 мс» и проверяют соответствие нормам показаний ИУ. Положение «200 мс» SA8 используют при проверке измерителей средних значений уровня, которые, к сожалению, преобладают в бытовой аппаратуре.

Чтобы точно проконтролировать величину времени возврата, переменным резистором R11 («СКВ.») устанавливают частоту сигналов генератора прямоугольных импульсов, при которой сразу после гашения светодиода, соответствующего значению -20 дБ на шкале ИУ, следовал бы следующий импульс. Определить затем период сигналов с помощью осциллографа не составляет труда. Погасание светодиодов в обоих каналах должно происходить синхронно.

При проверке динамических параметров авторегуляторов уровня сигнала используют положение «-10 дБ» переключателя SA9. Входы и выходы подключают к соответствующим соединителям. Выходы каналов контролируют поочередно, хотя при двухка-нальном осциллографе ничто не мешает контролировать одновременно оба выхода. На выходе генератора звуковой частоты при положении «U_Bыx» переключателя SA8 выставляют сигнал с уровнем на 10 дБ выше нормированного значения. Затем переводят SA8 на импульсы любой длительности, а переключатель SA7 ≈ в положение «РУЧН.». Ключ остается выключенным и позволяет проконтролировать напряжение на соединителях Х1 и Х2, которое должно соответствовать нормированному значению. Затем переключателем SA7 переводят ГТИ в автоматический режим работы и, выбрав нужную длительность импульсов и скважность, наблюдают переходные процессы на выходе авторегулятора. Если осциллограф работает в ждущем режиме с запуском от синхронизирующих импульсов, легко определить время срабатывания и наличие помех срабатывания или перерегулирование.

В ГТИ использованы четыре микросхемы, и потребление тока очень мало. Это позволяет вместо интегральных стабилизаторов воспользоваться простыми параметрическими стабилизаторами напряжения на стабилитронах. С другой стороны, установив более мощные интегральные стабилизаторы DA2, DA3 серий дА7815 и дА7915, их можно использовать для питания макетов настраиваемых устройств, разместив дополнительный разъем на задней панели (на схеме не показан). В микросхемах предусмотрена защита от короткого замыкания, нередкого при экспериментах.

Передняя панель стенда имеет размеры 195×65 мм. Корпус стенда выполняют из стали.

Для подключения проверяемой аппаратуры удобны гнезда-клеммы типа ЗМП. Помимо них на панели стенда можно установить, в зависимости от проверяемой аппаратуры, соединители соответствующей конструкции, например, гнезда «тюльпан», «джек», ОНЦ-ВГ или иные.

Сдвоенный тумблер SA4 ≈ ПТ8-7, П2Т-1-1 или аналогичный. Переключатель SA2 ≈ галетный ПГ2-8-6П2НТК. Кнопка SA6 «ПУСК» может быть любого типа без фиксации, например, КМ1-1.

Микросхему DA2 К590КН7 [2] можно заменить аналогичной по функциональному назначению. В качестве DA1 можно использовать микросхему с четырьмя ОУ типов LF444, TL084, TL074 [3] или К1401УД4.

Монтаж платы устройства ≈ печатный или навесной на макетной плате.

Стенд с ГТИ можно использовать при испытаниях компандерных систем шумоподавления, динамических фильтров и другой звукотехнической аппаратуры.

ЛИТЕРАТУРА
1. Кузнецов Э. Измерители уровня звуковых сигналов. — Радио, 2001, № 2, с. 16, 17.
2. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. Справочник. — М.: Радио и связь, 1989.
3. Turuta J. Операционные усилители. Справочник. — М.: Патриот, 1996.

21 Тональные рельсовые цепи — СтудИзба

2.15 КОНСПЕКТ

для проведения технических занятий по теме «Тональные рельсовые цепи»

    Схема рельсовой цепи тональной частоты (ТРЦ) представляет собой классическую схему бесстыковой РЦ, в которой от одного источника сигнального тока (генератора) осуществляется питание двух смежных РЦ. В ТРЦ использован частотный амплитудно-модулированный сигнал. В зависимости от используемой частоты рабочего сигнала различают две разновидности ТРЦ: ТРЦ3 и ТРЦ4.

    В ТРЦ3 (аппаратура третьего поколения) несущими частотами являются частоты 420,480,580,720 и 780 Гц. Частотами модуляции являются частоты 8 или 12 Гц. В высокочастотных ТРЦ4 несущими являются частоты: 4500,5000,5500 Гц;частотами модуляции-8 или 12 Гц.

   Бесстыковые рельсовые цепи не имеют четко выраженной точки шунтирования, и рельсовые цепи в диапазоне 420-780 Гц имеют плавающую в завимости от состояния сопротивления балласта точку шунтирования в пределах около 10% от длины рельсовой цепи (зона дополнительного шунтирования). С целью уменьшения зоны дополнительного шунтирования и для исключения перекрытия светофора перед движущимся поездом у каждой сигнальной установки устраиваются две короткие (длиной до 300 м)разделительные высокочастотные рельсовые цепи в диапазоне 4,5; 5 или 5,5 кГц и с частотой модуляции 8 или 12 Гц, которые имеют зону дополнительного шунтирования не более 15 м. В дополнение к этому проходной светофор относится на 20 м навстречу движения поезда от точки подключения питающего конца высокочастотной рельсовой цепи.

Рекомендуемые файлы

В состав основной аппаратуры ТРЦ3 входят:

—          путевой генератор ГП3,

—          путевой фильтр ФПМ,

—          путевой приемник ПП,

—          уравнивающий трансформатор УТ3.

Блок путевого генератора имеет две разновидности: ГП3 8,9,11 и ГП3 11,14,15. Аналогичные разновидности имеет блок путевого фильтра (ФПМ 8,9,11 и ФПМ 11,14,15). Номера 8,9,11,14,15 в обозначении генераторов и фильтров соответствуют несущим частотам 420,480,580,720,780 Гц.

Таким образом, первая разновидность генераторов предназначена для формирования и передачи сигналов с несущими частотами 420,480,580 Гц, а вторая –с частотами 580,720 и 780 Гц.

Генераторы имеют светодиодную индикацию. Ровное свечение одного светодиода свидетельствует о наличии питания на выходном каскаде. Мигающее свечение другого светодиода указывает на нормальную работу задающих генераторов и предварительного усилителя блока ГП3.

Блок путевого приемника имеет 10 разновидностей, отличающихся приемом сигналов с различной несущей частотой и частотой модуляции. Он может иметь следующие обозначения: ПП-8/8,ПП-8/12,ПП-9/8,ПП-9/12,ПП-11/8,ПП-11/12,ПП-14/8,ПП-14/12,ПП-15/8,ПП-15/12. Первая цифра в обозначении приемников указывает номер принимаемой несущей частоты, а вторая – частоту модуляции (8 или 12 Гц).

Приемники имеют светодиодную индикацию. Светящееся состояние одного из диодов указывает на наличие электропитания, мигающий режим обоих светодиодов соответствует приему рабочего сигнала. Нагрузкой приемников является реле АНШ2-1230 с параллельно включенными обмотками. Основанием конструкции приемника ПП является плата реле ДСШ. Аппаратура рассчитана для установки как в постовых условиях, так и в шкафах автоблокировки. Генератор ГП3 и фильтр ФПМ представляет собой конструкцию, собранную на базе реле НШ с использованием его колодки в качестве несущей части блока. Рабочий диапазон температур окружающей среды для аппаратуры ТРЦ3 находится в пределах от –40 Град.С до +65 Град.С.

Уравнивающий трансформатор УТ3 устанавливается в более короткой ТРЦ, когда длины смежных ТРЦ, питаемых от одного генератора, отличаются на 20% и более.

В состав основной аппаратуры тональных рельсовых цепей ТРЦ4 входят:

-путевой генератор ГП4,

—          путевой фильтр ФРЦ4Л,

—          путевой приемник ПРЦ4Л.

Блоки ГП4 и ФРЦ4Л имеют одну разновидность. Каждый из блоков с помощью внешних перемычек может быть настроен для работы на одной из трех несущих частот: 4,5; 5 или 5,5 кГц.

Блок путевого приемника ПРЦ4Л имеет шесть разновидностей, отличающихся несущей частотой и частотой модуляции принимаемого рабочего сигнала. Он может иметь следующие обозначения: ПРЦ4Л-4/8; ПРЦ4Л-4/12; ПРЦ4Л-5/8; ПРЦ4Л-5/12; ПРЦ4Л-6/8, ПРЦ4Л-6/12. Первая цифра в обозначении разновидностей указывает частоту несущей в кГц, а вторая-частоту модуляции в Гц. Аппаратура ТРЦ4 рассчитана на установку как в постовых условиях, так и шкафах автоблокировки. Она выполнена на базе типовых конструкций. Генератор ГП4 представляет собой конструкцию, собранную на базе реле НШ. Основанием конструкции блока ПРЦ4Л является плата реле ДСШ. Фильтр ФРЦ4Л конструктивно размещен в корпусе реле НМШ.

Передающая аппаратура ТРЦ3 состоит из:

—          генератора ГП3;

—          путевого фильтра ФПМ.

Генератор ГП3 предназначен для формирования и усиления амплитудно-модулированного сигнала для работы ТРЦ.

Путевой фильтр ФПМ обеспечивает защиту выходных цепей генератора ГП3 от влияния токов локомотивной сигнализации, тягового тока и атмосферных помех. Фильтр ФПМ формирует  по условиям работы рельсовой цепи обратное входное сопротивление питающего конца. Путевой фильтр служит для гальванического разделения выходной цепи генератора от кабеля и получения на нем требуемых напряжений при относительно низких выходных напряжениях генератора.

Последовательно с выходом путевого фильтра установлен конденсатор Срц, являющийся согласующим элементом передающих устройств АЛС.

Амплитудно-модулированный сигнал поступает в кабельную линию, а затем на первичную обмотку путевого трансформатора ПТ. Со вторичной обмотки ПТ он поступает в рельсовую линию, а пройдя ее, на ПТ  релейного (приемного конца).

Для обеспечения требуемого сопротивления питающего и приемного концов и для защиты от воздействия тягового тока на них могут быть установлены защитные резисторы (R3) последовательно со вторичной обмоткой ПТ. Для защиты аппаратуры рельсовой цепи от перенапряжений на питающем и приемном концах устанавливаются автоматические выключатели АВМ-2, 15А и разрядники РКН-600 или выравниватели ВОЦН-220 (или ВОЦН-380).

Сигнал из рельсовой линии поступает в путевой приемник ПП, который служит для приема амплитудно-модулированного (АМ) сигнала и возбуждения путевого реле П при свободном состоянии рельсовой цепи и напряжении АМ-сигнала на его входе выше определенного порогового значения.

Электропитание аппаратуры ТРЦ осуществляется от источников однофазного переменного тока частотой 50 Гц через трансформаторы ПОБС-5МП:

На питающем конце ТРЦ4 используют блоки ГП4, ФРЦ4Л, а на приемном блок ПРЦ4Л. В остальном схема ТРЦ4 аналогична схеме ТРЦ3.

Генератор ГП4 предназначен для формирования и усиления амплитудно-модулированных сигналов для работы ТРЦ4.

Основное назначение фильтра ФРЦ4Л-защита генератора ГП4 от токов АЛС в диапазоне 25-325 Гц. Кроме этого фильтр обеспечивает по условиям выполнения основных режимов работы рельсовой цепи сопротивление аппаратуры питающего конца. При этом выходное сопротивление его с учетом внутреннего сопротивления генератора составляет 120-160 Ом.

Особенности поиска неисправностей заключается в том, что питание смежных РЦ, как правило, осуществляется от одного общего питающего конца, а приемники смежных РЦ включают последовательно в одну общую сигнальную пару. Это в большинстве случаев позволяет по реакции приемных устройств на повреждение выявить его характер и возможное место. Например при ложной занятости ТРЦ:

·       Если путевые реле обесточены в смежных рельсовых цепях с общим питающим концом  то неисправность следует искать в цепи  питающего конца от генератора до рельсовых нитей.

·       Если на приемном конце смежных РЦ с разными питающими концами обесточены оба путевых реле то неисправность следует искать в цепи приемного конца этих рельсовый цепей от рельсовых нитей до входа  приемников. Если напряжение на входе приемников соответствует данным регулировочной таблицы, то следует проверить наличие напряжения питания приемников на выводах 21-22.

·       Если обесточено путевое реле в одной из смежных рельсовых цепей с общим питающим концом, то следует проверить исправность приемника. Считается приемник неисправным, если на путевом реле напряжение постоянного тока ниже нормативного предела.Если приемник исправен (напряжение на путевом реле находится в пределах 4,0-8,0 В), то повреждение необходимо искать  в рельсовой линии.

·       Если путевое реле обесточено в рельсовой цепи с питающим концом у изолирующего стыка, то следует проверить исправность приемника. Если он исправен, то следует проверить цепи питающего конца. Если они  исправны, то повреждение следует искать в рельсовой линии.

Бесплатная лекция: «Вопросы населения» также доступна.

Рис. СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ПРИБОРОВ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ ТОНАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ НА ПЕРЕГОНЕ ПРИ ЭЛЕКТРОТЯГЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Микросхема генератор тональных dtmf сигналов. Изучение приемника и передатчика dtmf сигналов. Формирование сигнала dtmf

Тему несложных устройств, решил собрать генератор DTMF сигнала на все той же ATtiny2313. Кто не знает, DTMF (англ.Dual-Tone Multi-Frequency) – это двухтональный многочастотный аналоговый сигнал, используемый для набора телефонного номера. Читать Википедию .

Решение собрать такое устройство продиктовано желанием попробовать реализовать сложные аналоговые сигналы при помощи микроконтроллера. Никакого практического применения для данного устройства не планировалось, но может кому пригодится такое устройство? Пользуйтесь!

Исходник DTMF генератора

Теперь посмотрим, что у нас получилось.

Сигнал формируется при помощи ШИМ и для того чтобы придать ему нужную форму применяется RC-цепочка. В итоге, после RC-цепочки, получаем вот такой сигнал (нажата кнопка 6):

По всей кривой полезного сигнала мы наблюдаем гребенку высокой частоты (частота выше слышимой, так что шума она не будет создавать) – это работа RC-цепочки. Можно линию сделать более плавной, увеличив емкость конденсатора или сопротивление резистора, но в этом случае значительно уменьшиться размах полезного сигнала.

Смотрим спектр сигнала и убеждаемся в наличии двух отдельных частот (частота ШИМ ушла за пределы области отображения), значит все нормально – устройство работает как нужно.

Готовые решения

Для задач генерирования и декодирования DTMF-сигнала существуют готовые решения. Вот пару даташитов на эти микросхемы.

DTMF генератор
— DTMF декодер

P.S. Жалко нет в ATtiny2313 АЦП — можно было еще и декодер DTMF забабахать! Но ничего, буду повторять на меге обязательно приделаю.

(Visited 6 868 times, 1 visits today)

Изобретение относится к области генерации цифровыми методами двухтональных частотных (DTMF) сигналов, предназначенных для передачи данных, например, в области телефонии. Достигаемый технический результат — уменьшение количества избыточных схемных элементов, повышение экономической эффективности. Генератор DTMF сигналов, реализующий Способ генерации DTMF сигналов, содержит два накопительных сумматора, два фиксирующих регистра, два запоминающих устройства, итоговый сумматор, цифроаналоговый преобразователь, преобразователь кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел, делитель задающей частоты генератора DTMF сигналов с регулируемым коэффициентом деления, преобразователь кодов DTMF сигналов в код коэффициента деления. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам генерации цифровыми методами DTMF (двухтональных частотных) сигналов, предназначенным для передачи данных, например, в области телефонии при тонально-частотном наборе номера.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ генерации DTMF сигналов, представленный в патенте США № 5034977 от 04.04.89 г., опубл. 23.07.91 г., М.кл. 5 Н 04 М 1/00.Известный способ генерации DTMF сигналов включает выбор первого и второго кодов углов дискретизации, соответствующих первой и второй частоте составляющих DTMF сигнала, накопительное суммирование отдельно первого и второго кодов углов дискретизации с соответственно периодически фиксирующимися, с периодом, соответствующим тактовой частоте дискретизации, первым и вторым результатами накопительного суммирования, получение первого и второго дискретных значений составляющих DTMF сигнала, хранящихся в адресно расположенных ячейках соответствующих таблиц дискретных значений составляющих DTMF сигнала, путем считывания из соответствующих таблиц по адресам, соответствующим результатам накопительного суммирования кодов углов дискретизации, суммирование первого и второго дискретных значений составляющих DTMF сигнала для получения третьего дискретного значения, соответствующего значению DTMF сигнала.Известный способ генерации DTMF сигналов состоит в следующем: в зависимости от кода DTMF сигнала посредством первого преобразования кодов DTMF сигналов выбирается первый код, определяющий угол дискретизации сигнала с частотой, соответствующей группе верхних частот — столбцов, а посредством второго преобразования кодов DTMF сигналов выбирается второй код, определяющий угол дискретизации сигнала с частотой, соответствующей группе нижних частот — строк, периодически, с периодом, соответствующим тактовой частоте дискретизации, первый код угла дискретизации суммируется в соответствующем накопительном сумматоре и фиксируется в соответствующем регистре, на выходе которого находится результат, значение которого соответствует адресу ячейки таблицы, хранящейся в соответствующем постоянном запоминающем устройстве и в которой находятся соответствующие дискретные значения синусов, определяющих верхнюю частоту DTMF сигнала таким же образом, периодически, с периодом, соответствующим тактовой частоте дискретизации, второй код угла дискретизации суммируется в соответствующем накопительном сумматоре и фиксируется в соответствующем регистре, на выходе которого находится результат, значение которого соответствует адресу ячейки таблицы, хранящейся в соответствующем постоянном запоминающем устройстве и в которой находятся соответствующие дискретные значения синусов, определяющих нижнюю частоту DTMF сигнала, дискретные значения синусов, определяющих верхнюю и нижнюю частоты DTMF сигнала, суммируются в итоговом сумматоре, определяя дискретное значение сигнала DTMF и через цифроаналоговое преобразование подаются на выход, формируя ступенчато-синусоидальный DTMF сигнал, соответствующий входному коду DTMF сигнала.Известный способ является низкоэффективным, что обусловлено его низкими технико-экономическими показателями и технологическими показателями.Технико-экономические показатели определяются необходимыми затратами при реализации способа для достижения необходимых параметров, предъявляемых к DTMF сигналам. В известном способе точность генерации частот зависит от разрядности кода, соответствующего углу дискретизации, что требует наличия большой разрядности накопительного сумматора, что затрудняет реализацию способа простыми аппаратными средствами. А именно, код угла дискретизации в известном способе определяется выражениемK=(F/F т)32…, (1.1)где К — код, соответствующий углу дискретизации;F — генерируемая частота;F т — частота дискретизации.Как видно, точность генерируемой частоты однозначно зависит от отношения генерируемой и частоты дискретизации.Для достижения необходимой точности генерируемой частоты, а именно, не хуже 1,5%, очевидно, требуется не менее двух значащих цифр после запятой, что требует представления данных с разрядностью для нижних частот не менее 8 бит, а для верхних частот не менее 9 бит, а для накопительного суммирования соответственно не менее 12 бит, что ведет к увеличению числа комплектующих элементов устройств, реализующих известный способ. Известные устройства для реализации известного способа, а именно сумматоры, регистры, постоянные запоминающие устройства имеют входы/выходы с разрядностью 4 и 8 бит. Поэтому при большей разрядности требуются дополнительные технико-экономические затраты при реализации равнофункциональных устройств. При этом в известном способе уменьшение количества разрядов после запятой приводит к погрешности частоты, превышающей допустимую.Технологические показатели определяются универсальностью и унификацией при реализации способа, например, современный уровень техники, предполагающий уменьшения материалоемкости, комплектующих элементов и увеличения многофункциональности устройств, требует использования микроконтроллеров. Широкораспространенные микроконтороллеры, применяемые в телефонии и телеметрических измерениях, используют 8-битовые данные и 8-битовое арифметико-логическое устройство, что требует при реализации известного способа дополнительных вычислительных операций, связанных с суммированием данных, с разрядностью более 8 бит, и анализом сигнала переноса, что увеличивает число команд и, соответственно, тактовую частоту микроконтроллера, а также объем оперативной памяти микроконтроллера, что ведет к удорожанию устройств, использующих известный способ для генерации сигналов DTMF. Данное заключение приведено при анализе применения известного способа в тональном номеронабирателе на базе микроконтроллеров производства фирм Atmel, Microchip tnс и др.Таким образом, известный способ принципиально низкоэффективен, что обусловлено низкими технико-экономическими показателями, выраженными в увеличенной материалоемкости, энергопотребления, и низкими технологическими показателями, так как имеет ограничения при использовании способа, в том числе в составе микроконтроллеров широкого применения, что выражается в повышенных технических характеристиках, предъявляемых к микроконтроллерам, что снижает их многофункциональность.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому генератору DTMF сигналов является генератор DTMF сигналов, представленный в патенте США № 5034977 от 04.04.89 г., опубл. 23.07.91 г., М.кл. 5 Н 04 М 1/00.Известный генератор DTMF сигналов включает: первый накопительный сумматор, первый фиксирующий регистр, первое запоминающее устройство, второй накопительный сумматор, второй фиксирующий регистр, второе запоминающее устройство, итоговый сумматор, цифроаналоговый преобразователь, причем выход первого накопительного сумматора соединен со входом первого фиксирующего регистра, выход первого фиксирующего регистра соединен со входом первого запоминающего устройства, а также с одним из входов первого накопительного сумматора, выход первого запоминающего устройства соединен с одним из входов итогового сумматора, выход второго накопительного сумматора соединен со входом второго фиксирующего регистра, выход второго фиксирующего регистра соединен со входом второго запоминающего устройства, а также с одним из входов второго накопительного сумматора, выход второго запоминающего устройства соединен с другим входом итогового сумматора, выход итогового сумматора соединен со входом цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора DTMF сигналов.Известный генератор содержит также первый преобразователь кодов DTMF сигналов в соответствующие коды углов дискретизации, соответствующие верхним частотам DTMF сигнала, второй преобразователь кодов DTMF сигналов в соответствующие коды углов дискретизации, соответствующие нижним частотам DTMF сигнала, причем выход первого преобразователя кодов DTMF сигналов соединен с другим входом первого накопительного сумматора, выход второго преобразователя кодов DTMF сигналов соединен с другим входом второго накопительного сумматора, входы первого и второго преобразователей кодов DTMF сигналов являются входами генератора DTMF сигналов, а тактовые входы первого и второго фиксирующих регистров соединены между собой и являются входом тактовой частоты дискретизации генератора DTMF сигналов.Известный генератор DTMF сигналов обеспечивает низкий технический результат, обусловленный избыточным количеством схемных элементов, связанных с различной, а также избыточной разрядностью одинаково функциональных элементов. Кроме того, реализация известного технического решения эффективно возможна в виде отдельной интегральной микросхемы, однако это требует организации специализированного производства, но учитывая, что генераторы DTMF сигналов являются частью многофункциональных устройств (телефонные аппараты с расширенными возможностями, устройства передачи телеметрической информации по телефонным линиям и т.д.), реализуемых в настоящее время на базе универсальных микроконтроллеров, производство отдельных микросхем DTMF сигналов экономически неэффективно.В основу заявляемого технического решения поставлена задача создания способа генерации сигналов DTMF с использованием генератора сигналов DTMF, в котором путем изменения условий и последовательности выполнения операций осуществляется реализация способа с высокими технико-экономическими показателями, обусловленными уменьшением разрядности однотипных операций, высокими технологическими показателями, при реализации способа, как в схемотехническом исполнении простыми аппаратными средствами, так и в составе многофункционального микроконтроллера, связанная с повторяемостью, при реализации, одинаково функциональных элементов.В основу технического решения поставлена задача создания генератора DTMF сигналов, в котором путем введения новых элементов и выполнения новых связей повышается технический результат, связанный с уменьшением количества избыточных схемных элементов, и соответственно повышается экономическая эффективность, связанная с возможностью реализации заявляемого технического решения широкодоступными средствами.Поставленная задача решается тем, что в известном способе генерации DTMF сигналов, включающем выбор первого и второго кодов углов дискретизации, соответствующих первой и второй частоте составляющих DTMF сигнала, накопительное суммирование отдельно первого и второго кодов углов дискретизации с соответственно периодически фиксирующимися, с периодом, соответствующим тактовой частоте дискретизации, первым и вторым результатами накопительного суммирования, получение первого и второго дискретных значений составляющих DTMF сигнала, хранящихся в адресно расположенных ячейках соответствующих таблиц дискретных значений составляющих DTMF сигнала, путем считывания из соответствующих таблиц по адресам, соответствующим результатам накопительного суммирования кодов углов дискретизации, суммирование первого и второго дискретных значений составляющих DTMF сигнала для получения третьего дискретного значения, соответствующего значению DTMF сигнала, новым является то, что получение первого и второго дискретных значений составляющих DTMF сигнала, хранящихся в адресно расположенных ячейках соответствующих таблиц дискретных значений составляющих DTMF сигнала, производится путем считывания из соответствующих таблиц по адресам, соответствующим результатам накопительного суммирования соответственно первой и второй последовательностей целых чисел, усредненное значение которых соответствует кодам углов дискретизации, соответствующих составляющим DTMF сигнала.Кроме того, усредненное значение последовательности целых чисел, формирующих результат накопительного суммирования, может быть средним арифметическим этих чисел.Кроме того, периодическое фиксирование первого и второго результатов накопительного суммирования может быть с периодом, соответствующим тактовой частоте дискретизации, различной для разных DTMF сигналов.Поставленная задача решается также тем, что в известном генераторе DTMF сигналов, включающем первый накопительный сумматор, первый фиксирующий регистр, первое запоминающее устройство, второй накопительный сумматор, второй фиксирующий регистр, второе запоминающее устройство, итоговый сумматор, цифроаналоговый преобразователь, причем выход первого накопительного сумматора соединен со входом первого фиксирующего регистра, выход первого фиксирующего регистра соединен со входом первого запоминающего устройства, а также с одним из входов первого накопительного сумматора, выход первого запоминающего устройства соединен с одним из входов итогового сумматора, выход второго накопительного сумматора соединен со входом второго фиксирующего регистра, выход второго фиксирующего регистра соединен со входом второго запоминающего устройства, а также с одним из входов второго накопительного сумматора, выход второго запоминающего устройства соединен с другим входом итогового сумматора, выход итогового сумматора соединен со входом цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора DTMF сигналов, новым, согласно изобретению, является то, что генератор DTMF сигналов дополнительно содержит преобразователь кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел, делитель задающей частоты генератора DTMF сигналов с регулируемым коэффициентом деления, преобразователь кодов DTMF сигналов в код коэффициета деления, причем первый выход преобразователя кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел соединен с другим входом первого накопительного сумматора, второй выход преобразователя кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел соединен с другим входом второго накопительного сумматора, выход делителя задающей частоты генератора DTMF сигналов с регулируемым коэффициентом деления соединен с тактовым входом преобразователя кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел, а также с тактовым входом первого фиксирующего регистра и тактовым входом второго фиксирующего регистра, выход преобразователя кодов DTMF сигналов в код коэффициета деления соединен со входом установки коэффициента деления делителя задающей частоты генератора DTMF сигналов, вход делителя задающей частоты генератора DTMF сигналов с регулируемым коэффициентом деления является входом задающей частоты генератора DTMF сигналов, вход преобразователя кодов DTMF сигналов в код коэффициента деления соединен со входом преобразователя кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел и является входом генератора DTMF сигналов.Кроме того, преобразователь кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел может быть выполнен в виде управляемого программируемого запоминающего устройства, память которого состоит из, соответствующих количеству DTMF сигналов, областей памяти, состоящих из соответствующих длине последовательности целых чисел, ячеек памяти, выполненных так, что в одной половине ячейки памяти хранится число, относящееся к первой последовательности целых чисел, а в другой половине ячейки памяти хранится число, относящееся, соответственно, к другой последовательности целых чисел, являющихся слагаемыми соответствующих накопительных сумматоров, а управление программируемым запоминающим устройством выполнено с возможностью раздельного управления выбором области памяти и отдельной ячейки памяти.Новые признаки способа генерации DTMF сигналов и генератора DTMF сигналов в совокупности с известными признаками этих объектов обеспечивают новые технические свойства объектов, и, как следствие этих свойств, обеспечивается новый необходимый технический результат.Причинно-следственная связь между совокупностью признаков заявляемого способа и достигаемым техническим результатом поясняется следующим.Для раскрытия сути предлагаемого технического решения удобными будут следующие выкладки:y(P)=sin(n) (1.2),где y(P)- дискретное значение функции синуса;=wT=27F/Fr (1.3)- угол дискретизации, измеряемый в радианах;n — порядковый номер выборки — дискрета;F т =F OSC /kd — тактовая частота дискретизации, где F OSC — задающая частота устройства;kd — регулируемый коэффициент деления.Тогда=2FК D /F OSC . (1.4)Как общеизвестно, функция синуса периодическая с периодом 2. Чтобы преобразовать угол дискретизации из радиан в относительные единицы и получить код угла дискретизации, разбиваем весь период на m частей, где m — целое двоичное число. Таким образом, получим одну минимальную дискретную часть периода:=2/m. (1.5)Код угла дискретизации — это относительное значение угла дискретизации в соответствии с одной частью периода , а именно,К=/=2F/F т:2P/m=Fm/F т. (1.6)Например, для генерируемых частот 1477 Гц и 697 Гц (соответствует коду DTMF сигнала “3”), при m=64, и тактовой частоты F т =32768 ГцК 697 =1,36;K l477 =2,88.Очевидно, что для двоичного отображения кода угла дискретизации К 697 =1,36 в соответственно 136 требуется 8 бит (1281+640+320+160+81+40+20+10), а К 1477 =2,88 в соответственно 288 требуется 9 бит (2561+1280+640+321+160+80+40+ 20+10).При этом для накопительного суммирования соответственно в двоичном предствлении требуется 12 бит, что определило вышеописанные недостатки известного решения.Предлагаемое техническое решение определяет, например, число 1,36 как усредненное значение последовательности целых чисел 1 и 2, а именно 1,36=(1х+2у)/(х+у), где х и у — соответственно количество чисел 1 и 2, периодически повторяющихся с периодом (х+у).Значение кода угла дискретизации состоит из целой части Ц и дробной, т.е. например, 1,36=1+0,36. Относительная точность такой замены в соответствии с выражением (1.7)=К/Ц (1.7)повышается с увеличением целой части значения кода угла дискретизации. Например, для генерируемой частоты 697 Гц, m=64, и тактовой частоты F т =32768 Гц погрешность замены К 697 =1,36 на значения чисел 1 и 2 соответственно 36 и 32%.В то же время, если увеличить значение m=256, то погрешность замены К 697 =5,45 на значения чисел 5 и 6 соответственно уменьшается 9 и 10%.При этом погрешность генерируемой частоты, например, при замене К 697 =5,45 на значения чисел 5 и 6 при периоде повторения, равном 16, 5,45=(5х+6у)/(х+у),где (х+у)=16.Решая уравнение, получим х=9, у=7, т.е. из шестнадцати операций накопительного суммирования девять раз суммируется слагаемое 5 и семь раз слагаемое 6, при этом фактически К 697 =5,4375, подставляя это значение в выражение (1.6) для m=256, F т =32768 Гц, определим фактическое расчетное значение генерируемой частоты F=696 Гц, при этом погрешность оставила 0,1%.Таким образом, накопительное суммирование последовательности целых чисел, усредненное значение которых соответствует соответствующим углам дискретизации, позволяет достигнуть высоких технико-экономических показателей за счет уменьшения разрядности операций накопительного суммирования, обусловленных возможностью варьировать составляющими вышеприведенных выражений, и соответственно уменьшения разрядности устройств, реализующих предлагаемый способ, что ведет к уменьшению аппаратных и энергетических затрат при реализации способа, и обеспечить высокие технологические показатели предлагаемого способа при использовании в многофункциональных устройствах, обусловленных пониженными техническими требованиями.Причинно-следственная связь между совокупностью признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом поясняется следующим.Высокий технический результат генератора DTMF сигналов обеспечивается введением новых элементов преобразователя кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел, делителя задающей частоты генератора DTMF сигналов с регулируемым коэффициентом деления, преобразователя кодов DTMF сигналов в код коэффициента делителя, которые обеспечивают реализацию способа схемотехническими элементами с одинаковой разрядностью, не превышающей 8-бит, при этом отсутствует избыточность элементов, необходимых для решения нескольких задач, например, и для фиксирования результата накопительного суммирования, и для адресации соответствующего запоминающего устройства используется одинаковое количество разрядов, реализуемых не более чем 8-разрядным регистром, который может быть выполнен общедоступными средствами в виде одной микросхемы либо, в микропроцессорном исполнении, одной ячейкой памяти.Кроме того, реализация накопительных сумматоров может быть выполнена в виде одинаковых устройств, с одинаковой разрядностью, в виде общедоступных микросхем сумматоров, оперирующих с 4-разрядными слагаемыми.Конечно, подразумевается, что числа и соответственно устройства, формирующие вышеописанные последовательности целых чисел, совокупность которых определяет соответствующие коды углов дискретизации, могут быть и с другой разрядностью, но наиболее оптимальные, с точки зрения выполнения поставленных заявляемым решением целей, являются 4-разрядные числа.Кроме того, высокий технический результат обеспечивается также при реализации предлагаемого технического решения в составе микроконтроллеров, где система команд микроконтроллеров обязательно включает в себя команды, оперирующие с 4-разрядными числами — полубайтами.Таким образом, заявляемое техническое решение генератора DTMF сигналов позволяет обеспечить высокий технический результат, связанный с уменьшением количества схемных элементов, а также обеспечивает универсальность при реализации генератора DTMF сигналов как общедоступными аппаратными средствами, так и в составе многофункциональных микроконтроллеров, что определяет высокую экономическую эффективность технического решения.Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 функционально изображен генератор DTMF сигналов, реализующий способ генерации DTMF сигналов.Генератор DTMF сигналов включает преобразователь 1 кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел, делитель 2 задающей частоты генератора DTMF сигналов с регулируемым коэффициентом деления, преобразователь 3 кодов DTMF сигналов в код коэффициент деления, первый накопительный сумматор 4, первый фиксирующий регистр 5, первое запоминающее устройство 6, второе запоминающее устройство 7, второй фиксирующий регистр 8, второй накопительный сумматор, итоговый сумматор 10, цифроаналоговый преобразователь 11.Работа генератора DTMF сигналов иллюстрируется на примере реализации способа генерации DTMF сигналов.Предварительно на основании выражений (1.4, 1.6) и технических данных, в частности задающей частоты устройства, где будет реализован предлагаемый способ, рассчитываются последовательности целых чисел, определяющие соответствующие коды углов дискретизации, и коды коэффициентов деления для делителя 2 задающей частоты генератора DTMF сигналов с регулируемым коэффициентом деления, которые записываются в соответствующие ячейки областей памяти преобразователя 1 кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел и преобразователя 3 кодов DTMF сигналов в коды коэффициентов деления, также предварительно рассчитывают дискретные значения соответствующих функций синуса, количество которых определяется числом дискретов т, и записывают в соответствующие запоминающие устройства 6 и 7, при генерации DTMF сигнала, на входах преобразователя 1 и преобразователя 3, являющихся входами генератора, на время действия DTMF сигнала, установится код генерируемого DTMF сигнала, на выходе преобразователя 3 установится код, определяющий коэффициент деления для делителя 2, при этом на выходе делителя 2 установится тактовая частота дискретизации периодически, с периодом, соответствующим тактовой частоте дискретизации, с первого выхода преобразователя 1 будут поступать на вход первого накопительного сумматора 4 двоичные числа, входящие в первую последовательность целых чисел, а со второго выхода преобразователя 1 будут поступать на вход второго накопительного сумматора 9 двоичные числа, входящие во вторую последовательность целых чисел, соответствующих составляющим DTMF сигнала, результаты накопительного суммирования подаются с выходов накопительных сумматоров на входы соответствующих фиксирующих регистров 5 и 8, с выходов фиксирующих регистров 5 и 8 результаты накопительного суммирования, с периодом, соответствующим тактовой частоте дискретизации, поступают на другие входы соответствующих накопительных сумматоров 4 и 9, а также на входы соответствующих запоминающих устройств 6 и 7, устанавливая адреса дискретных значений синусов соответствующих составляющих DTMF сигнала, с выходов запоминающих устройств 6 и 7 дискретные значения соответствующих составляющих DTMF сигнала поступают на соответствующие входы итогового сумматора 10, на выходе которого образуется дискретный двоичный DTMF сигнал, который поступает на вход цифроаналогового преобразователя 11, на выходе которого образуется ступенчатый синусоидальный DTMF сигнал, соответствующий входному коду DTMF сигнала.Преобразователь 1 кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел (фиг.1) может быть выполнен в виде, изображенном на фиг.2, где преобразователь кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел включает устройство управления 12, программируемое запоминающее устройство 13.Работа генератора DTMF сигналов иллюстрируется далее на конкретном примере реализации заявляемого способа в телефонном тонально-частотном номеронабирателе.Предварительно на основании выражений (1.4, 1.6) и технических данных рассчитываются последовательности целых чисел, определяющие соответствующие коды углов дискретизации, и коды коэффициентов деления для делителя 2 задающей частоты генератора DTMF сигналов с регулируемым коэффициентом деления. Учитывая, что реализация способа включает однотипные расчеты, то для иллюстрации работы в конкретном примере приводится реализация способа для генерации DTMF сигнала, соответствующего нажатию клавиши “7” в составе тонально-импульсного номеронабирателя. В качестве задающей частоты генератора установлена кварцевая частота, наиболее распространенная в телефонной технике, а именно F OSC =3579545 Гц. Нажатию клавиши “7” сответствует сигнал DTMF с верхней (столбцы) частотой 1209 Гц и нижней (строки) частотой 852 Гц. Так как DTMF сигнал одновременно передает две частоты, то коэффициенты деления рассчитывают для большей — верхней частоты так, чтобы соответствующий код угла дискретизации в соответствии с выражением (1,6) был близок к максимальному значению — 16, что реализуется не более чем 4-битами данных. Таким образом, при F OSC =3579545 Гц, числе дискретных значений синусов m=128 рассчитанные значения коэффициента деления для делителя 2 задающей частоты генератора DTMF сигналов с регулируемым коэффициентом деления K D =240=460, при этом соответствующие коды углов дискретизации для верхней частоты K 1209/852 =10,376, для нижней частоты К 852/1209 =7,312.Согласно изобретению коды углов дискретизации заменяем на последовательности целых чисел соответственно 10/11 и 7/8.10,375=(10х+11у)/(x+у), при этом фактически K 1209 / 852 =10,3757,312=(7х+8у)/(x+у), при этом фактически K 952/1209 =7,313,при (х+у)=16.Таким образом, 10,375 заменяется на периодически повторяющуюся последовательность целых чисел 10 по 10 раз и 11 по 6 раз, а 7,312 заменяется как 7 по 11 раз и 8 по 5 раз.Область памяти для кода DTMF сигнала “7” в двоичном представлении выглядит следующим образом:
Таким образом рассчитывают шестнадцать таблиц, соответствующих кодам DTMF сигналов, а именно 0, 1, 2…9, *, #, А, В, С, D, и предварительно записывают в память программируемого запоминающего устройства 13 (преобразователь кода символа DTMF в последовательности целых чисел).При нажатии на клавишу, например, “7” на входе генератора на время действия DTMF сигнала устанавливается двоичный код DTMF сигнала “7” (0111), преобразователь 3 кода DTMF сигнала в коэффициент деления преобразует код DTMF сигнала в код коэффициента деления kd для делителя 2 задающей частоты генератора с регулируемым коэффициентом деления, на выходе делителя 2 установится тактовая частота дискретизации F т =F OSC /K D . Код DTMF сигнала также поступает на адресные входы старших разрядов программируемого запоминающего устройства 13 (преобразователь кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел) и присутствует там в течение времени действия DTMF сигнала. Управляемое устройство 12, выполненное, например, в виде счетчика (преобразователь кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел), под воздействием тактовых сигналов с частотой т циклически изменяет свое значение на параллельных выходах последовательно от 0000 до 1111, изменяя соответственно значения адресных входов младших разрядов программируемого запоминающего устройства 13 (преобразователь кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел), на выходе программируемого запоминающего устройства 13с тактовой частотой дискретизации появляются 8-разрядные (байтовые) числа, при этом в соответствии с таблицей 1 старшие четыре разряда (старший полубайт) формируют последовательность целых чисел, совокупность которых, а именно, среднее арифметическое, определяет код угла дискретизации, соответствующий верхней (столбцы) частоте, а младшие четыре разряда (младший полубайт) формируют последовательность целых чисел, совокупность которых, а именно, среднее арифметическое, определяет код угла дискретизации, соответствующий нижней (строки) частоте, четырехразрядные данные, в соответствии с таблицей 1, с выхода программируемого запоминающего устройства 13 (преобразователь кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел) раздельно поступают на входы соответствующих накопительных сумматоров 4 и 9, на выходах соответствующих сумматоров 4 и 9 данные изменяются с тактовой частотой дискретизации от 0 до m (в данном случае m=128), определяя и фиксируя посредством фиксирующих регистров 5 и 8 адреса для запоминающих устройств 6 и 7, в которые соответственно записаны двоичные дискретные значения соответствующих синусоидальных составляющих DTMF сигнала, с выходов запоминающих устройств 6 и 7 двоичные дискретные значения соответствующих синусоидальных составляющих DTMF сигнала поступают на соответствующие входы итогового сумматора 10, на выходе которого формируются двоичные дискретные значения DTMF сигнала, которые далее поступают на вход цифроаналогового преобразователя 11, на выходе которого формируется ступенчатый синусоидальный DTMF сигнал.Генератор DTMF сигналов может быть реализован на базе общеизвестных технических средств, описанных, например, в: Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике. Справочник / Под ред. Б.Н. Файзулаева, Б.В. Тарабрина. — М.: Радио и связь, 1986. При этом преобразователь 3 кодов DTMF сигналов в коды коэффициентов деления может быть выполнен, например, в виде микросхемы постоянного запоминающего устройства 155РЕ 3 (с. 343), реализация регистров описана на с. 108, реализация накопительных сумматоров описана на с. 114.Заявляемый способ и генератор DTMF сигналов также реализованы на базе технических средств фирмы Microchip Inc. (8-разрядных однокристальных микроконтроллеров типа pic16f628), в составе импульсно-тонального телефонного номеронабирателя “Кадран — НКТ — 01” производства фирмы “Кадран” (Украина, г. Запорожье). Система команд и внутреннее устройство узлов микроконтроллера описаны в: Прокопенко Б.Я. Однокристальные микроконтроллеры. Додэка, 2000, ISBN8-87835-056-4.Описание параметров DTMF сигнала приведено, например, в: Интегральные микросхемы: Микросхемы для телефонии. Вып.1. — М.: Додэка, 1994, 256 с. — ISBN-5-87835-003-3., с. 12, 13.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ генерации двухтональных частотных (DTMF) сигналов, включающий выбор первого и второго кодов углов дискретизации, соответствующих первой и второй частотам составляющих DTMF сигнала, накопительное суммирование отдельно первого и второго кодов углов дискретизации с соответственно периодически фиксирующимися периодом, соответствующим тактовой частоте дискретизации, первым и вторым результатами накопительного суммирования, получение первого и второго дискретных значений составляющих DTMF сигнала, хранящихся в адресно расположенных ячейках соответствующих таблиц дискретных значений составляющих DTMF сигнала, путем считывания из соответствующих таблиц по адресам, соответствующим результатам накопительного суммирования кодов углов дискретизации, суммирование первого и второго дискретных значений составляющих DTMF сигнала для получения третьего дискретного значения, соответствующего значению DТМF сигнала, отличающийся тем, что получение первого и второго дискретных значений составляющих DTMF сигнала, хранящихся в адресно расположенных ячейках соответствующих таблиц дискретных значений составляющих DTMF сигнала, производится путем считывания из соответствующих таблиц по адресам, соответствующим результатам накопительного суммирования соответственно первой и второй последовательностей целых чисел, усредненное значение которых соответствует кодам углов дискретизации, соответствующих составляющих DTMF сигнала.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что усредненное значение последовательности целых чисел, формирующих результат накопительного суммирования, является средним арифметическим этих чисел.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что периодическое фиксирование первого и второго результатов накопительного суммирования производится с периодом, соответствующим тактовой частоте дискретизации, различной для разных DТМF сигналов.4. Генератор DТМF сигналов, включающий первый накопительный сумматор, первый фиксирующий регистр, первое запоминающее устройство, второй накопительный сумматор, второй фиксирующий регистр, второе запоминающее устройство, итоговый сумматор, цифроаналоговый преобразователь, причем выход первого накопительного сумматора соединен со входом первого фиксирующего регистра, выход первого фиксирующего регистра соединен со входом первого запоминающего устройства, а также с одним из входов первого накопительного сумматора, выход первого запоминающего устройства соединен с одним из входов итогового сумматора, выход второго накопительного сумматора соединен со входом второго фиксирующего регистра, выход второго фиксирующего регистра соединен со входом второго запоминающего устройства, а также с одним из входов второго накопительного сумматора, выход второго запоминающего устройства соединен с другим входом итогового сумматора, выход итогового сумматора соединен со входом цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора DТМF сигналов, отличающийся тем, что генератор DTMF сигналов дополнительно содержит преобразователь кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел, делитель задающей частоты генератора DTMF сигналов с регулируемым коэффициентом деления, преобразователь кодов DTMF сигналов в код коэффициента деления, причем первый выход преобразователя кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел соединен с другим входом первого накопительного сумматора, второй выход преобразователя кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел соединен с другим входом второго накопительного сумматора, выход делителя задающей частоты генератора DTMF сигналов с регулируемым коэффициентом деления соединен с тактовым входом преобразователя кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел, а также с тактовым входом первого фиксирующего регистра и тактовым входом второго фиксирующего регистра, выход преобразователя кодов DTMF сигналов в код коэффициента деления соединен со входом установки коэффициента деления делителя задающей частоты генератора DTMF сигналов, вход делителя задающей частоты генератора DTMF сигналов с регулируемым коэффициентом деления является входом задающей частоты генератора DТМF сигналов, вход преобразователя кодов DTMF сигналов в код коэффициента деления соединен со входом преобразователя кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел и является входом генератора DTMF сигналов.5. Генератор DTMF сигналов по п.4, отличающийся тем, что преобразователь кодов DTMF сигналов в последовательности целых чисел выполнен в виде управляемого программируемого запоминающего устройства, память которого состоит из соответствующих количеству DТМF сигналов, областей памяти, состоящих из соответствующих длине последовательности целых чисел ячеек памяти, выполненных так, что в одной половине ячейки памяти хранится число, относящееся к первой последовательности целых чисел, а в другой половине ячейки памяти хранится число, относящееся соответственно к другой последовательности целых чисел, являющихся слагаемыми соответствующих накопительных сумматоров, а управление программируемым запоминающим устройством выполнено с возможностью раздельного управления выбором области памяти и отдельной ячейки памяти.

Тональный набор (Dual-tone multi-frequency signaling, DTMF) был разработан компанией Bell Labs в 50-х годах прошлого века для революционного на тот момент времени кнопочного телефона. Для представления и передачи цифровых данных в тоновом режиме используется пара частот (тонов) речевого частотного диапазона. В системе определены две группы из четырех частот, и информация кодируется одновременной передачей двух частот — по одной из каждой группы. Это дает в общей сложности шестнадцать комбинаций для представления шестнадцати разных чисел, символов и букв. В настоящее время DTMF-кодирование используется в широком спектре приложений в области связи и управления, что, например, подтверждается Рекомендацией Q.23 Международного союза электросвязи (МСЭ).

В данной статье описывается схема тонового DTMF-генератора, воспроизводящего все восемь частот и формирующего результирующий выходной двухтоновый сигнал. Рассматриваемая система была построена на базе микросхемы Silego GreenPAK ™ SLG46620V и операционных усилителей Silego SLG88104V. Выдаваемый результирующий сигнал представляет собой сумму двух частот, определяемых строкой и столбцом телефонной клавиатуры.

Предлагаемая схема использует четыре входа для выбора формируемой комбинации частот. Схема также имеет вход разрешения, который запускает генерацию и определяет продолжительность времени передачи сигнала. Частота выходного сигнала генератора соответствует требованиям стандарта МСЭ для DTMF.

Тоновые DTMF-сигналы

DTMF-стандарт определяет кодирование цифр 0-9, букв A, B, C и D и символов * и # в виде комбинации двух частот. Эти частоты разделены на две группы: группа высоких частот и группа низких частот. В таблице 1 показаны частоты, группы и соответствующие представления символов.

Таблица 1. Кодирование сигналов тоновом режиме DTMF

	Группа верхних частот
Группа нижних частот

Частоты были выбраны таким образом, чтобы избежать кратных гармоник. Кроме того, их сумма или разность не дают другой DTMF-частоты. Таким образом, удается избежать гармоник или модуляционных искажений.

В стандарте Q.23 указывается, что погрешность каждой передаваемой частоты должна находиться в диапазоне ± 1,8% от номинального значения, а суммарные искажения (в результате гармоник или модуляции) должны быть на 20 дБ ниже основных частот.

Описанный выше результирующий сигнал может быть описан как:

s(t) = Acos(2πfhight)+ Acos(2πflowt),

где fhigh и flow являются соответствующими частотами из групп высоких и низких частот.

На рисунке 1 показан результирующий сигнал для цифры «1». На рисунке 2 показан частотный спектр, соответствующий данному сигналу.

Рис. 1. Тональный DTMF-сигнал

Рис. 2. Спектр тонального DTMF-сигнала

Длительность DTMF-сигналов может быть различной и зависит от конкретного приложения, в котором используется тональное кодирование. Для наиболее распространенных приложений, значения длительностей, как правило, лежат между ручным и автоматическим набором. В таблице 2 показано краткое описание типовой продолжительности времени для двух типов набора.

Таблица 2. Длительность сигналов при тоновом наборе

Тип набора	Группа верхних частот		Группа верхних частот
Ручной набор
Автоматический набор

Для получения большей гибкости DTMF-генератор, предлагаемый в данном руководстве, снабжен входом разрешения, который используется для старта генерации сигнала и определяет его длительность. При этом продолжительность сигнала равна длительности импульса на входе разрешения.

Аналоговая часть схемы DTMF-генератора

Рекомендация МСЭ Q.23 определяет DTMF-сигналы как аналоговые сигналы, созданные двумя синусоидальными волнами. В предлагаемой схеме DTMF-генератора микросхема Silego GreenPAK SLG46620V генерирует сигналы прямоугольной формы с желаемыми DTMF-частотами. Чтобы получить синусоидальные сигналы необходимой частоты и сформировать результирующий сигнал (сумма двух синусоидальных волн), потребуются аналоговые фильтры и сумматор. По этой причине в данном проекте было решено использовать фильтры и сумматор на базе операционных усилителей SLG88104V.

На рисунке 3 показана структура предлагаемой аналоговой части устройства.

Рис. 3. Схема аналоговой обработки для получения DTMF-сигнала

Для получения синусоидальных сигналов из прямоугольных импульсов используются аналоговые фильтры. После выполнения фильтрации происходит суммирование двух сигналов и формирование желаемого выходного двухтонового DTMF-сигнала.

На рисунке 4 представлен результат преобразования Фурье, используемого для получения спектра прямоугольного сигнала.

Рис. 4. Спектр сигнала прямоугольной формы

Как можно заметить, прямоугольный сигнал содержит только нечетные гармоники. Если представить такой сигнал с амплитудой A в виде ряда Фурье, то он будет иметь следующий вид:

Анализ этого выражения позволяет сделать вывод, что если аналоговые фильтры имеют достаточное затухание для гармоник, то вполне реально получить синусоидальные сигналы с частотой, равной частоте исходного прямоугольного сигнала.

Принимая во внимание допуск на уровень помех, определенный в стандарте Q.23, необходимо обеспечить, чтобы все гармоники были ослаблены на 20 дБ или более. Кроме того, любая частота из группы нижних частот должна сочетаться с любой частотой из группы верхних частот. Учитывая эти требования, были разработаны два фильтра, по одному для каждой группы.

В качестве обоих фильтров использовались низкочастотные фильтры Баттерворта. Затухание фильтра Баттерворта порядка n можно рассчитать как:

A(f)[дБ] = 10 log(A(f) 2) = 10log(1+(f/fc) 2n),

где fc — частота среза фильтра, n — порядок фильтра.

Разница в затухании между самой низкой частотой и самой высокой частотой каждой группы может быть не более 3 дБ, поэтому:

A(fHIGHER)[дБ] — A(fLOWER)[дБ] > 3 дБ.

Учитывая абсолютные значения:

A(fHIGHER) 2 / A(fLOWER) 2 > 2.

Кроме того, как мы уже говорили ранее, ослабление гармоник должно составлять 20 дБ или более. При этом наихудшим будет случай самой низкой частоты в группе, потому что ее 3-я гармоника является самой низкочастотной и находится ближе всего к частоте среза фильтра. Учитывая, что 3-я гармоника в 3 раза меньше фундаментальной, фильтр должен отвечать условию (абсолютные значения):

A(3fLOWER) 2 / A(fLOWER) 2 > 10/3.

Если эти уравнения применяются к обеим группам, то используемые фильтры должны быть фильтрами второго порядка. Это означает, что они будут иметь по два резистора и по два конденсатора, если их реализовывать с помощью операционных усилителей. При использовании фильтров третьего порядка чувствительность к допускам компонентов была бы ниже. Выбранные частоты отсечек фильтров составляют 977 Гц для группы нижних частот и 1695 Гц для группы верхних частот. При таких значениях отличия в уровнях сигналов в группах частот согласуются с приведенными выше требованиями, а чувствительность к изменениям частоты отсечки из-за допусков компонентов оказывается минимальной.

Принципиальные схемы фильтров, реализованные с помощью SLG88104V, представлены на рисунке 5. Номиналы первой пары R-C выбраны таким образом, чтобы ограничить выходной ток микросхемы SLG46620V. Второе звено фильтра определяет коэффициент усиления, который составляет 0,2. Амплитуда прямоугольных сигналов задает рабочую точку операционного усилителя на уровне 2,5 В. Нежелательные напряжения блокируются конденсаторами выходных фильтров.

Рис. 5. Принципиальные схемы выходных фильтров

На выходе сигналы фильтров суммируются, и результирующий сигнал представляет собой сумму гармоник, выбранных из группы нижних и верхних частот. Для компенсации затухания фильтра амплитуду выходного сигнала можно подстроить с помощью двух резисторов R9 и R10. На рисунке 6 показана схема сумматора. На рисунке 7 представлена вся аналоговая часть схемы.

Рис. 6. Принципиальная схема сумматора

Рис. 7. Аналоговая часть схемы

Цифровая часть схемы тонального DTMF-генератора

Цифровая часть схемы тонального DTMF-генератора включает целый набор генераторов прямоугольных импульсов — по одному для каждой частоты DTMF. Так как для создания этих генераторов требуется восемь счетчиков, то для их реализации была выбрана микросхема GreenPAK SLG46620V. На выходах цифровой схемы формируются два сигнала прямоугольной формы, по одному на каждую группу частот.

Прямоугольные сигналы формируются с помощью счетчиков и D-триггеров и имеют коэффициент заполнения 50%. По этой причине частота переключения счетчиков в два раза выше требуемой частоты DTMF, а DFF-триггер делит выходной сигнал на два.

Источником тактирования для счетчиков является встроенный RC-генератор 2 МГц, частота которого дополнительно делится на 4 или 12. Делитель выбирается с учетом разрядности и максимального значения каждого счетчика, необходимого для получения конкретной частоты.

Для генерации высоких частот требуется меньшее количество отсчетов, поэтому для их формирования используются 8-битные счетчики, тактируемые от внутреннего RC-генератора, сигнал которого поделен на 4. По той же причине более низкие частоты реализованы с помощью 14-битных счетчиков.

Микросхема SLG46620V имеет только три стандартных 14-битных счетчика, поэтому одна из нижних частот была реализована с помощью 8-разрядного счетчика CNT8. Чтобы число отсчетов укладывалось в диапазоне 0…255, для тактирования данного CNT8 пришлось использовать сигнал RC-генератора, поделенный на 12. Для этой схемы была выбрана частота с наибольшим числом отсчетов, то есть самая низкая частота. Это позволило минимизировать погрешность.

В таблице 3 показаны параметры каждого прямоугольного сигнала.

Таблица 3. Параметры генераторов прямоугольных импульсов

		Тактирование		Ошибка частоты [%]
Группа нижних частот
Группа верхних частот

Как видно из таблицы, все частоты имеют погрешность менее 1,8%, поэтому они соответствуют стандарту DTMF. Эти расчетные характеристики, основанные на идеальном значении частоты RC-генератора, могут быть подстроены с учетом измерения выходной частоты RC-генератора.

Хотя в предлагаемой схеме все генераторы работают параллельно, но сигнал только одного генератора из каждой группы будет поступать на выход микросхемы. Выбор конкретных сигналов определяет пользователь. Для этого применяются четыре входа GPIO (два бита для каждой группы) с таблицей истинности, показанной в таблице 4.

Таблица 4. Таблица выбора частот из группы нижних частот

Группа нижних частот

Таблица 5. Таблица выбора частоты из группы верхних частот

Группа верхних частот

На рисунке 8 показана логическая схема генератора прямоугольных сигналов с частотой 852 Гц. Эта схема повторяется для каждой частоты с соответствующими настройками счетчика и конфигурацией LUT.

Рис. 8. Генератор импульсов прямоугольной формы

Счетчик формирует выходную частоту, определяемую его настройками. Эта частота равна удвоенной частоте соответствующего тона DTMF. Параметры конфигурации счетчика показаны на рисунке 9.

Рис. 9. Пример настройки счетчика генератора прямоугольных импульсов

Выходной сигнал счетчика подключается к тактовому входу триггера D-Flip Flop. Так как выход DFF сконфигурирован как инвертированный, то если подключить выход DFF к его входу, то D-триггер преобразуется в T-триггер. Параметры конфигурации DFF можно увидеть на рисунке 10.

Рис. 10. Пример настройки триггера генератора прямоугольных импульсов

Сигнал с выхода DFF поступает на вход таблицы истинности LUT. Таблицы истинности LUT используются для выбора одного сигнала для каждого конкретного сочетания R1-R0. Пример конфигурации LUT представлен на рисунке 11. В данном примере, если на R1 поступает «1», а на R0 подается «0», входной сигнал передается на выход. В остальных случаях на выходе присутствует «0».

Рис. 11. Пример настройки таблицы истинности генератора прямоугольных импульсов

Как было сказано выше, предлагаемая схема имеет вход разрешения Enable. Если на входе разрешения Enable присутствует логическая единица «1», то генерируемые прямоугольные сигналы подаются на пару выходов микросхемы. Длительность передачи равна длительности импульса на входе разрешения. Чтобы реализовать эту функцию, потребовалось еще несколько блоков таблиц истинности LUT.

Для группы верхних частот используется один 4-разрядный LUT и один 2-битный LUT, как показано на рисунке 12.

Рис. 12. Схема выхода группы верхних частот

4-битный LUT1 настроен как логический элемент ИЛИ, поэтому он выдает логическую единицу «1», если на любом из его входов присутствует «1». Таблицы истинности C1/ C0 допускают выбор только одного из генераторов, поэтому 4-разрядный LUT1 определяет какой сигнал поступает на выход. Выход этого LUT подключается к 2-битному LUT4, который передает сигнал только в том случае, если на входе разрешения присутствует логическая «1». На рисунках 13 и 14 показаны конфигурации 4-битного LUT1 и 2-битного LUT4.

Рис. 13. Конфигурация 4-битного LUT1

Рис. 14. 2-битная конфигурация LUT4

Так как 4-битных таблиц истинности LUT больше не было, для группы нижних частот использовались два 3-битных LUT.

Рис. 15. Схема выхода группы нижних частот

Полная внутренняя схема GreenPAK SLG46620V показана на рисунке 16. На рисунке 17 представлена итоговая принципиальная схема DTMF-генератора.

Рис. 16. Блок-схема генератора тональных сигналов DTMF

Рис. 17. Принципиальная схема DTMF-генератора тональных сигналов

Тестирование схемы DTMF-генератора

На первом этапе тестирования предложенного DTMF-генератора было решено проверить частоты всех формируемых прямоугольных сигналов с помощью осциллографа. В качестве примера на рисунке 18 и 19 показаны выходные сигналы прямоугольной формы для частот 852 Гц и 1477 Гц.

Рис. 18. Прямоугольный сигнал 852 Гц

Рис. 19. Прямоугольный сигнал 1477 Гц

Как только частоты всех прямоугольных сигналов были проверены, началось испытание аналоговой части схемы. Были исследованы выходные сигналы для всех комбинаций из группы нижних и верхних частот. В качестве примера на рисунке 20 показана сумма сигналов 770 Гц и 1209 Гц, а на рисунке 21 показана сумма сигналов 941 Гц и 1633 Гц.

Рис. 20. Тональный DTMF-сигнал 770 Гц и 1209 Гц

Рис. 21. Тональный DTMF-сигнал 941 Гц и 1633 Гц

Заключение

В данной статье была предложена схема тонового DTMF-генератора, построенного на базе микросхемы Silego GreenPAK SLG46620V и операционных усилителей Silego SLG88104V. Генератор дает пользователю возможность выбирать комбинации требуемых частот с помощью четырех входов и управлять входом разрешения, который определяет длительность генерации выходных сигналов.

Характеристики микросхемы SLG46620V:

• Тип: программируемая микросхема смешанных сигналов;
• Аналоговые блоки: 8-битный АЦП, два ЦАП, шесть компараторов, два фильтра, ИОН, четыре интегрированных генератора;
• Цифровые блоки: до 18 портов ввода/вывода, матрица соединений и комбинаторная логика, программируемые схемы задержки, программируемый функциональный генератор, шесть 8-битных счетчиков, три 14-битных счетчика, три ШИМ-генератора/компаратора;
• Коммуникационный интерфейс: SPI;
• Диапазон напряжений питания: 1,8…5 В;
• Диапазон рабочих температур: -40…85 °C;
• Корпусное исполнение: 2 x 3 x 0,55 мм 20-выводной STQFN.

Отличительные особенности:

• Генерация синусоидальных сигналов с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ)
• Объединение различных синусоидальных сигналов в один DTMF-сигнал
• Исходные коды на языках ассемблер и Си
• Разработан для совместной работы с STK500
• Размер кода программы 260 байт/размер таблицы констант 128 байт
• Использование метода табличного преобразования

Введение

Данный документ описывает методику генерации DTMF-сигналов (двутональные многочастотные сигналы) с использованием любого AVR-микроконтроллера, содержащего блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и статическое ОЗУ. Данные сигналы находят широкое применение в телефонии, где они воспроизводятся при нажатии на кнопки набора номера телефонного аппарата. Для правильной генерации DTMF-сигнала необходимо наложить две частоты вместе: низкую частоту (fb) и высокую частоту (fa). В таблице 1 показано как смешиваются различные частоты для получения DTMF-тонов при нажатии на различные клавиши.

Рисунок 1 – Схема генератора DTMF-сигнала

Таблица 1 – Матрица формирования тонального сигнала

fb/fa	1209 Гц	1336 Гц	1477 Гц	1633 Гц
697 Гц	1	2	3	A
770 Гц	4	5	6	B
852 Гц	7	8	9	C
941 Гц	*	0	#	D

В строках таблицы 1 представлены значения низкой частоты, а в столбцах – значения высокой частоты. Например, в матрице показано, что при нажатии на кнопку «5» должны смешиваться частоты fb = 770 Гц и fa = 1336 Гц. В результате сложения двух синусоидальных сигналов разных частот образуется DTMF-сигнал

где отношение амплитуд K=A b /A a исходных сигналов должно отвечать условию

Принцип действия

Помимо общих сведений об использовании широтно-импульсной модуляции далее будет показано как широтно-импульсная модуляция позволяет генерировать синусоидальные сигналы. В следующем параграфе описывается как, используя базовую частоту ШИМ получить различные частоты. После рассмотрения теоретических основ будет дано описание непосредственно генератора DTMF-сигнала. Генерация синусоидальных сигналов

В зависимости от соотношения длительности высокого VH и низкого VL уровней напряжения среднее значение на выходе ШИМ изменяется. Если соотношение между длительностями обоих уровней удерживать постоянным, то в результате будет генерироваться постоянный уровень напряжения VAV. Рисунок 2 показывает сигнал с широтно-импульсной модуляцией.

Рисунок 2 – Генерация уровня постоянного напряжения

Уровень напряжения определяется выражением:

(3)

Синусоидальный сигнал может генерирован при условии, что среднее значение напряжения, генерируемого широтно-импульсной модуляцией будет изменяться каждый период ШИМ. Соотношение между высоким и низким уровнями должно задаваться в соответствие с уровнем напряжения синусоидального сигнала при соответствующем времени. На рисунке 3 иллюстрируется данный процесс. Исходные данные для ШИМ вычисляются для каждого ее периода и записываются в таблицу преобразования (ТП).

Рисунок 3 также иллюстрирует зависимость между частотой основного синусоидального сигнала и количеством выборок. Чем выше число выборок (Nc) – тем выше точность моделирования результирующего сигнала:

(4)

Частота ШИМ зависит от разрешающей способности ШИМ. При 8-разрядном разрешении, конечное значение (вершина счета) таймера равно 0xFF (255). Т.к. таймер выполняет счет в прямом и обратном направлениях, то данное значение должно быть удвоено. Поэтому, частота ШИМ может быть вычислена путем деления тактовой частоты таймера f CK на 510. Таким образом, при частоте тактирования таймера 8 МГц результирующая частота ШИМ составит 15.6 кГц.

Рисунок 3 – Генерация синусоидального сигнала с использованием ШИМ

Изменение частоты синусоидального сигнала

Предположим, что синусоидальные выборки считываются из таблицы преобразования не последовательно, а через одну. В этом случае при той же частоте чтения выборок будет генерироваться сигнал с удвоенной частотой (см. рисунок 4).

Рисунок 4 – Удвоение результирующей частоты (XSW = 2)

По аналогии, если считывать не каждое второе значение, а каждое третье, четвертое, пятое (соответственно, ширина шага 3, 4, 5…) и т.д. можно генерировать Nc-частот в диапазоне . Обратите внимание, что для высоких частот результирующая форма сигнала не будет синусоидальной. Ширину шага по таблице преобразования обозначим как X SW , где

(5)

Вычисление текущей позиции в ТП для следующего периода ШИМ (при переполнении таймера) выполняется с помощью выражения (6). Новое значение в позиции X LUT зависит от его предыдущего состояния в позиции X» LUT с прибавлением ширины шага X SW

(6)

Сложение разных частот для получения DTMF-сигнала

DTMF-сигнал может быть сгенерирован с помощью выражений (1) и (2). Для простоты арифметических действий значение коэффициента К принимается равным 0.75, чтобы арифметическое действие заменить логическими сдвигами. С учетом выражения (6) текущее значение для управления ШИМ может быть вычислено по выражению:

а с учетом, что X LUTa =X» LUTa + X SWa ,X LUTb =X» LUTb + X SWb , окончательно запишем

Реализация DTMF-генератора

В данном приложении рассматривается построение DTMF тонального генератора с использованием выхода 8-разрядной ШИМ (OC1A) и таблицы с 128 выборками значений синусоидальной функции (Nc), каждая из которых задается 7 битами (n). Следующие выражения показывают эту зависимость, а также показывают как вычислить элементы таблицы преобразования:

(9)

Преимуществом использования 7 бит является то, что сумма значений сигналов высокой и низкой частоты имеет размер одного байта. Для поддержки полного набора DTMF-тонов необходимо вычислить 8 значений для каждой DTMF-частоты из таблицы 1 и занести их в таблицу преобразования.

Для достижения более высокой точности выполнено следующее решение: значения, вычисленные по выражению 5 требуют всего 5 байт. Для использования всех 8 байт, что позволит уменьшить погрешность округления, это значение умножается на 8. Указатель на таблицу преобразования записывается таким же способом. Но в этом случае требуется два байта для запоминания 8-кратного значения. Это означает, что необходимо выполнить 3 правосторонних сдвига и операцию модуля по основанию Nc (логическое умножение на Nc-1) перед использованием этих байт как указателя на значения синусоиды в

Рисунок 5 – Схема модуля для подключения к STK500

ШИМ-сигнал формируется на выводе OC1A (PD5). Дополнительный выходной фильтр будет способствовать большему соответствию синусоидальной форме сигнала. При уменьшении частоты ШИМ может возникнуть необходимость применения фильтра с более крутой АЧХ для получения хорошего результата.

Подключение клавиатуры показано на рисунке 1. Работа клавиатуры должна быть организована таким образом, чтобы была возможность определения нажатой клавиши. Это может быть выполнено по следующему алгоритму:

1. Определение строки нажатой клавиши
   • настроить младшую тетраду порта В на выход и установить лог. «0»
   • настроить старшую тетраду порта В на вход с подключением подтягивающих резисторов
   • строка с нажатой кнопкой определяется как разряд старшей тетрады с лог. «0»
2. Определение столбца нажатой клавиши
   • настроить старшую тетраду порта В на выход и установить лог. «0»
   • настроить младшую тетраду порта В на вход с подключением подтягивающих резисторов
   • столбец с нажатой кнопкой определяется как разряд младшей тетрады с лог. «0»

Прим.: В STK200 между выводами разъема PORTB и выводами микроконтроллера BP5, PB6 и PB7 включены последовательно резисторы (см. схему STK200). Это вызовет проблемы если клавиатура подключена к разъему PORTB.

Рисунок 6 иллюстрирует работу подпрограммы по определению нажатой клавиши. В зависимости от нажатой клавиши определяется длительность интервала. Процедура обработки прерывания использует это значение для вычисления установок ШИМ для двух синусоид DTM-тона. Процедура обработки прерывания показана на рисунках 7 и 8.

Эта процедура вычисляет значение для сравнения с выходом таймера на следующий период ШИМ. Процедура обработки прерываний сперва вычисляет позицию значения следующей выборки в таблице преобразования и считывает сохраненное там значение.

Позиция выборки в таблице преобразования определяется длительностью импульса, а собственно длительность импульса определяется генерируемой частотой.

Окончательное значение, которое записывается в регистр сравнения таймера, определяется с использованием формулы (7), где учитываются значения выборок обеих DTMF-частот.

Рисунок 6 – Блок-схема основной программы

Отличительные особенности

• Генерация синусоидальных сигналов с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ)
• Объединение различных синусоидальных сигналов в один DTMF-сигнал
• Исходные коды на языках ассемблер и Си
• Разработан для совместной работы с STK500
• Размер кода программы 260 байт/размер таблицы констант 128 байт
• Использование метода табличного преобразования

Введение

Данный документ описывает методику генерации DTMF-сигналов (двутональные многочастотные сигналы) с использованием любого AVR-микроконтроллера, содержащего блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и статическое ОЗУ. Данные сигналы находят широкое применение в телефонии, где они воспроизводятся при нажатии на кнопки набора номера телефонного аппарата. Для правильной генерации DTMF-сигнала необходимо наложить две частоты вместе: низкую частоту (fb) и высокую частоту (fa). В таблице 1 показано как смешиваются различные частоты для получения DTMF-тонов при нажатии на различные клавиши.

Рисунок 1. Схема генератора DTMF-сигнала

Таблица 1. Матрица формирования тонального сигнала

fb/fa	1209 Гц	1336 Гц	1477 Гц	1633 Гц
697 Гц	1	2	3	A
770 Гц	4	5	6	B
852 Гц	7	8	9	C
941 Гц	*	0	#	D

В строках таблицы 1 представлены значения низкой частоты, а в столбцах – значения высокой частоты. Например, в матрице показано, что при нажатии на кнопку «5» должны смешиваться частоты fb = 770 Гц и fa = 1336 Гц. В результате сложения двух синусоидальных сигналов разных частот образуется DTMF-сигнал

где отношение амплитуд K=A b /A a исходных сигналов должно отвечать условию

Принцип действия

Помимо общих сведений об использовании широтно-импульсной модуляции далее будет показано как широтно-импульсная модуляция позволяет генерировать синусоидальные сигналы. В следующем параграфе описывается как, используя базовую частоту ШИМ получить различные частоты. После рассмотрения теоретических основ будет дано описание непосредственно генератора DTMF-сигнала. Генерация синусоидальных сигналов

В зависимости от соотношения длительности высокого VH и низкого VL уровней напряжения среднее значение на выходе ШИМ изменяется. Если соотношение между длительностями обоих уровней удерживать постоянным, то в результате будет генерироваться постоянный уровень напряжения VAV. Рисунок 2 показывает сигнал с широтно-импульсной модуляцией.

Рисунок 2. Генерация уровня постоянного напряжения

Уровень напряжения определяется выражением:

(3)

Синусоидальный сигнал может генерирован при условии, что среднее значение напряжения, генерируемого широтно-импульсной модуляцией будет изменяться каждый период ШИМ. Соотношение между высоким и низким уровнями должно задаваться в соответствие с уровнем напряжения синусоидального сигнала при соответствующем времени. На рисунке 3 иллюстрируется данный процесс. Исходные данные для ШИМ вычисляются для каждого ее периода и записываются в таблицу преобразования (ТП).

Рисунок 3 также иллюстрирует зависимость между частотой основного синусоидального сигнала и количеством выборок. Чем выше число выборок (Nc) – тем выше точность моделирования результирующего сигнала:

(4)

Частота ШИМ зависит от разрешающей способности ШИМ. При 8-разрядном разрешении, конечное значение (вершина счета) таймера равно 0xFF (255). Т.к. таймер выполняет счет в прямом и обратном направлениях, то данное значение должно быть удвоено. Поэтому, частота ШИМ может быть вычислена путем деления тактовой частоты таймера f CK на 510. Таким образом, при частоте тактирования таймера 8 МГц результирующая частота ШИМ составит 15.6 кГц.

Рисунок 3. Генерация синусоидального сигнала с использованием ШИМ

Изменение частоты синусоидального сигнала

Предположим, что синусоидальные выборки считываются из таблицы преобразования не последовательно, а через одну. В этом случае при той же частоте чтения выборок будет генерироваться сигнал с удвоенной частотой (см. рисунок 4).

Рисунок 4. Удвоение результирующей частоты (XSW = 2)

По аналогии, если считывать не каждое второе значение, а каждое третье, четвертое, пятое (соответственно, ширина шага 3, 4, 5…) и т.д. можно генерировать Nc-частот в диапазоне . Обратите внимание, что для высоких частот результирующая форма сигнала не будет синусоидальной. Ширину шага по таблице преобразования обозначим как X SW , где

(5)

Вычисление текущей позиции в ТП для следующего периода ШИМ (при переполнении таймера) выполняется с помощью выражения (6). Новое значение в позиции X LUT зависит от его предыдущего состояния в позиции X» LUT с прибавлением ширины шага X SW

(6)

Сложение разных частот для получения DTMF-сигнала

DTMF-сигнал может быть сгенерирован с помощью выражений (1) и (2). Для простоты арифметических действий значение коэффициента К принимается равным 0.75, чтобы арифметическое действие заменить логическими сдвигами. С учетом выражения (6) текущее значение для управления ШИМ может быть вычислено по выражению:

а с учетом, что X LUTa =X» LUTa + X SWa ,X LUTb =X» LUTb + X SWb , окончательно запишем

Реализация DTMF-генератора

В данном приложении рассматривается построение DTMF тонального генератора с использованием выхода 8-разрядной ШИМ (OC1A) и таблицы с 128 выборками значений синусоидальной функции (Nc), каждая из которых задается 7 битами (n). Следующие выражения показывают эту зависимость, а также показывают как вычислить элементы таблицы преобразования:

(9)

Преимуществом использования 7 бит является то, что сумма значений сигналов высокой и низкой частоты имеет размер одного байта. Для поддержки полного набора DTMF-тонов необходимо вычислить 8 значений для каждой DTMF-частоты из таблицы 1 и занести их в таблицу преобразования.

Для достижения более высокой точности выполнено следующее решение: значения, вычисленные по выражению 5 требуют всего 5 байт. Для использования всех 8 байт, что позволит уменьшить погрешность округления, это значение умножается на 8. Указатель на таблицу преобразования записывается таким же способом. Но в этом случае требуется два байта для запоминания 8-кратного значения. Это означает, что необходимо выполнить 3 правосторонних сдвига и операцию модуля по основанию Nc (логическое умножение на Nc-1) перед использованием этих байт как указателя на значения синусоиды в

Рисунок 5. Схема модуля для подключения к STK500

ШИМ-сигнал формируется на выводе OC1A (PD5). Дополнительный выходной фильтр будет способствовать большему соответствию синусоидальной форме сигнала. При уменьшении частоты ШИМ может возникнуть необходимость применения фильтра с более крутой АЧХ для получения хорошего результата.

Подключение клавиатуры показано на рисунке 1. Работа клавиатуры должна быть организована таким образом, чтобы была возможность определения нажатой клавиши. Это может быть выполнено по следующему алгоритму:

1. Определение строки нажатой клавиши
   • настроить младшую тетраду порта В на выход и установить лог. «0»
   • настроить старшую тетраду порта В на вход с подключением подтягивающих резисторов
   • строка с нажатой кнопкой определяется как разряд старшей тетрады с лог. «0»
2. Определение столбца нажатой клавиши
   • настроить старшую тетраду порта В на выход и установить лог. «0»
   • настроить младшую тетраду порта В на вход с подключением подтягивающих резисторов
   • столбец с нажатой кнопкой определяется как разряд младшей тетрады с лог. «0»

Прим.: В STK200 между выводами разъема PORTB и выводами микроконтроллера BP5, PB6 и PB7 включены последовательно резисторы (см. схему STK200). Это вызовет проблемы если клавиатура подключена к разъему PORTB.

Рисунок 6 иллюстрирует работу подпрограммы по определению нажатой клавиши. В зависимости от нажатой клавиши определяется длительность интервала. Процедура обработки прерывания использует это значение для вычисления установок ШИМ для двух синусоид DTM-тона. Процедура обработки прерывания показана на рисунках 7 и 8.

Эта процедура вычисляет значение для сравнения с выходом таймера на следующий период ШИМ. Процедура обработки прерываний сперва вычисляет позицию значения следующей выборки в таблице преобразования и считывает сохраненное там значение.

Позиция выборки в таблице преобразования определяется длительностью импульса, а собственно длительность импульса определяется генерируемой частотой.

Окончательное значение, которое записывается в регистр сравнения таймера, определяется с использованием формулы (7), где учитываются значения выборок обеих DTMF-частот.

Рисунок 6. Блок-схема основной программы

Рисунок 7. Блок-схема процедуры обработки прерывания по переполнению таймера

Рисунок 8. Блок-схема процедуры чтения выборки «GetSample»

Публикация: www.cxem.net

Смотрите другие статьи раздела .

Схема простого тонального генератора

с использованием таймера NE555 IC

Схема тонального генератора обычно использует микросхему таймера 555 для создания ряда звуков. Как правило, схемы тонального генератора включают треугольные, квадратные, пилообразные и синусоидальные схемы. Такие периодические сигналы производят различные звуковые сигналы при подключении к звуковому преобразователю. Итак, в этом проекте мы разработаем простую схему тонального генератора с использованием одной микросхемы таймера 555.

Эта схема состоит из нестабильного мультивибратора, использующего микросхему таймера NE555 .Это дает непрерывный выходной сигнал прямоугольной формы. Схема имеет частоту колебаний от 670 до 680 Гц.

Компонент оборудования

[inaritcle_1]

Имя контакта	Номер контакта	Описание
GND	1	Земля
TRIG	2	Триггер, установлен на 1/3 Vcc
OUT	3	Выход таймера
RESET	4	Сброс активного низкого уровня
CONT	5	Контроль порога компаратора
THRES	6	Порог, установлен до 2/3 Vcc
DISCH	7	Низкоомный разрядный тракт
Vcc	8	Напряжение питания микросхемы (6–12 В)

Схема соединений

Рабочее объяснение

Работа этой схемы основана на принципе работы автогенератора (нестабильный мультивибратор), выполняемого схемой прецизионного таймера 555 ( NE555 ).Когда схема включена, значения резисторов ( R1 , R2 ) и конденсаторов ( C1 , C2 ) в левой части схемы устанавливают высоту выходного тона, исходящего от аудиопреобразователя. (громкоговоритель), включая переменный резистор (потенциометр), служащий для контроля высоты тона.

Конденсатор ( C2 ) слева отфильтровывает столько шума или нежелательной работы потенциометра, из-за чего мы получаем плавное изменение высоты звука во время регулировки.Эта схема может работать от источника питания от 6 В до 12 В.

Приложения

• Обычно используется в системах домашней безопасности, например, в системе охранной сигнализации и звонков.
• Используется для создания тонального сигнала ответа станции в телефонных устройствах.
• Используется для создания мелодий в таких устройствах, как игрушки и дверные звонки.

Схема генератора звукового тона с использованием микросхемы 555, 741 IC

Схема тонального генератора может использоваться для различных приложений, таких как сигнализация, звонки, индикаторы и т. Д.Тональный генератор состоит из прямоугольных, треугольных, пилообразных схем генератора периодических волн, обычно прямоугольных генераторов. Такие периодические сигналы производят звуковой сигнал при подключении к аудиопреобразователям, таким как динамик, пьезоэлектрический преобразователь и т. Д.

Схема простого тонального генератора с использованием 555

Схема ниже состоит из нестабильного мультивибратора, использующего микросхему таймера 555. Он генерирует непрерывный выходной сигнал прямоугольной формы. Схема имеет частоту колебаний около 670-680 Гц. Звуковая частота схемы может быть изменена в широких пределах, изменяя значения любого из сопротивлений R1, R2 или емкости C1.

Для вычисления результирующей частоты из значений R1, R2, C1,

Частота, f = 1 / (0,69 * (R1 + 2 * R2) * C)

Для частой настройки сопротивление R2 лучше заменить на потенциометр. В положении R2 подключите клемму стеклоочистителя и любой из концевых клемм потенциометра.

Выберите громкоговоритель с соответствующим сопротивлением и мощностью, обычный громкоговоритель на 8 Ом может работать нормально. Выходное сопротивление следует отрегулировать в соответствии с номинальной мощностью выбранного громкоговорителя.

Для улучшения качества вывода усилите выходной сигнал с помощью транзистора. Схема может хорошо работать даже без усиления.

Требуется компонентов

микросхема — NE555

Резистор — R1 — 15 кОм, R2 — 100 кОм, R3 — 100

Конденсатор — C1 — 10 нФ, C2 — 100 нФ

Громкоговоритель

Питание — аккумулятор 9В

Схема тон-генератора ОУ

Эта схема представляет собой тон-генератор, использующий операционный усилитель.Здесь также схема представляет собой нестабильный мультивибратор, который генерирует прямоугольный сигнал с частотой около 3 кГц.

Операционный усилитель 741 может выдавать лишь небольшой выходной ток. Таким образом, если он подключен напрямую к динамику, генерируемый звук не будет иметь достаточной громкости. Таким образом, выходной сигнал усиливается с помощью транзистора.

Астабильный мультивибратор операционного усилителя будет содержать как положительный, так и отрицательный полупериод. Но здесь эмиттер транзистора подключен к минусу питания.Таким образом, он содержит только 6В для выхода высокого состояния. И 0 В для низкого состояния или во время отрицательного полупериода.

Конденсаторы C1 и R3 подключены к сигнальной земле или эквипотенциальному соединению. Если питание берется от одного блока питания, эквипотенциальный потенциал для питания может быть получен от сети делителя напряжения. Или, используя две последовательные батареи или источник питания, опорный узел может принимать в качестве сигнала заземление или ноль вольт.

Требуется компонентов

Резистор — R1 — 15 кОм, R2, R3 — 10 кОм, R4 — 3.3к

Конденсатор — C1 — .01 мкФ

Транзистор -Q1 — BC547

LS — Громкоговоритель

Цепь полицейской сирены с использованием NE555

Воющая сирена может использоваться как тон-генератор, индикаторы, сигнализация и т. Д.

Схема состоит из двух нестабильных схем мультивибратора на микросхеме 555. Один с низкой частотой (IC 1), а другой с высокой частотой (IC2). Низкочастотный выход первого мультивибратора подключен к управляющему напряжению (вывод 5) высокочастотного мультивибратора.Он изменяет выходную частоту IC2 в зависимости от изменения уровня напряжения на выходе IC1. Таким образом, схема выдает завывающий тон с периодическим изменением частоты. Используя транзистор или усилитель мощности, можно еще больше улучшить выходной звук.

Необходимые компоненты

Резистор — R1 — 1,5 кОм, R2, R3 — 10 кОм, R4 — 39 кОм, R5 — 100 кОм, R6 — 270

Конденсатор — C1, C5 — 100 мкФ, C2 — 100 мкФ, C3 — 10 мкФ, C4 — 10 мкФ

Поставка — 4 шт.5 В -16 В

Схема звукового сигнала с использованием микросхемы таймера 555

Здесь схема простой звуковой сигнализации с использованием микросхемы 555 IC, которая генерирует звуковой сигнал. Эта схема тонального генератора подходит для индикаторов, аварийной сигнализации и т. Д. Схема состоит из двух нестабильных схем мультивибратора, одна с очень низкой частотой колебаний, а другая с высокочастотным звуком.

В данной схеме секции мультивибратора IC1 и IC2 имеют частоту колебаний около 1 Гц и 700 Гц соответственно.

Секция IC2 состоит из простой схемы тонального генератора. Если мы подключим вывод сброса IC2 к источнику питания, то он будет работать как обычный тон-генератор. Но здесь выходной контакт 3 IC1 подключился к контакту сброса 4 IC2. Таким образом, низкочастотный сигнал прерывает колебание высокочастотного сигнала.

Поскольку микросхема 555 имеет активный сброс низкого уровня входного сигнала, секция тонального генератора схемы колеблется только во время высокого состояния выхода IC1. Таким образом, схема включает и выключает высокочастотный звуковой сигнал между коротким интервалом времени, что приводит к звуковому сигналу — звуковому сигналу.

Выходной тональный сигнал можно широко изменять, регулируя частоту первого и второго мультивибраторов.

Резистор — R1 — 1 кОм, R2, R3 — 6,8 кОм, R4 — 100 кОм, R5 — 270

Конденсатор — C1, C5 — 100 мкФ, C3 — 10 нФ, C2, C4 — 100 нФ

Список электрических схем звукового генератора

Принципиальная схема генератора импульсов и трассировщика сигналов

Эта простая схема генерирует узкие импульсы с частотой около 700-800 Гц.Импульсы, содержащие гармоники до диапазона МГц, могут вводиться в звуковые или радиочастотные каскады усилителей, приемников и т.п. для целей тестирования. Когда все работает исправно, из динамика тестируемого устройства слышен высокий тон. Зажим должен быть подключен к земле тестируемого устройства, касаясь щупом различных ступеней цепи, начиная с последней ступени и поднимаясь вверх к первой. Когда тональный сигнал больше не слышен, дефектный каскад обнаружен…. [подробнее]

Принципиальная схема генератора мелодий

Вот простейшая схема генератора мелодий, которую вы можете сделать с помощью ИС. Серия UM66 — это КМОП ИС, предназначенные для использования в звонках, телефонах и игрушках. Он имеет встроенное ПЗУ, запрограммированное для воспроизведения музыки. Устройство имеет очень низкое энергопотребление. Благодаря технологии CMOS. Мелодия будет доступна на выводе 3 UM66, а здесь она усиливается за счет использования Q1 для управления динамиком.Резистор R1 ограничивает базовый ток Q1 в пределах безопасных значений. Конденсатор C1 предназначен для шумоподавления …. [подробнее]

Принципиальная схема симулятора серфинга

Вы мечтаете о пляжном отдыхе на тропическом острове, но у вас нет необходимых средств? У нас есть ответ: создайте симулятор серфинга i-TRIXX, наденьте наушники и помечтайте о себе вдали от этого мрачного царства. Пусть ритмичный порыв волн перенесет вас на залитый солнцем пляж с мягко покачивающимися пальмами и немного расслабьтесь, прежде чем вернуться к холодной конфронтации с реальностью.Это идеальный вариант для недорогих путешествий …. [подробнее]

Схема музыкального генератора с использованием UM66

UM66 — это приятная микросхема музыкального генератора, работающая от напряжения питания 3 В. необходимое питание 3 В подается через стабилитрон. его выход снимается с контакта №1 и подается на двухтактный усилитель для управления громкоговорителем с низким сопротивлением. Усилитель класса A перед двухтактным усилителем может использоваться для уменьшения шума и улучшения выходной мощности.UM66 — это трехконтактный корпус ИС, который выглядит как транзистор BC 547 …. [подробнее]

Многотональная сирена

Эта многотональная сирена полезна для сигнализации о взломе, обратной сирены и т. Д. Она издает пять различных звуковых сигналов и гораздо более улавливает слух, чем однотональная сирена. Схема построена на популярном КМОП-генераторе-делителе IC 4060 и небольшом звуковом усилителе LM386. IC 4060 используется в качестве генератора мультитонов. На входе IC 4060 используется индуктор 100 мкГн.Таким образом, он колеблется в диапазоне около 5 МГц RF. Сама IC 4060 делит радиочастотные сигналы на AF и ультразвуковые диапазоны. Аудиосигналы разных частот доступны на выводах 1, 2, 3, 13 и 15 IC 4060 (IC1) …. [подробнее]

Когда звучит сирена

В греческой мифологии сирена была демоническим существом (наполовину птица, наполовину женщина). Позже эта идея была преобразована в искусство в русалку: сочетание рыбы и женщины. Механические и электромеханические версии были изобретены еще позже, а электронные модели были разработаны в прошлом веке.Сирены характеризуются своей способностью издавать звуки, привлекающие внимание. Таким образом, за исключением моделей из плоти и крови, они используются для предупреждения людей в определенной области о надвигающейся опасности. Электронные версии наиболее подходят для самостоятельного строительства …. [подробнее]

Схема звукового генератора с кукушкой

Эта схема генерирует двухтональный эффект, очень похожий на песню кукушки. Его можно использовать для дверных звонков или других целей благодаря встроенному звуковому усилителю и громкоговорителю.Используемый в качестве генератора звуковых эффектов, он может быть подключен к внешним усилителям, магнитофонам и т. Д. В этом случае встроенный звуковой усилитель и громкоговоритель можно не устанавливать, а вывод выводить через C8 и землю. Есть два варианта: свободный ход, когда SW1 остается открытым, и однократный, когда SW1 закрыт. В этом случае двухтональная песня с кукушкой будет генерироваться при каждом нажатии P1 …. [подробнее]

Схема генератора колокольчиков

Эта схема генерирует двухтональный звонок, аналогичный большинству дверных звонков.Его можно использовать не только для дверного звонка, но и во многих других приложениях. В примечаниях ниже будет дано несколько вариантов для удовлетворения различных потребностей. Схема, показанная на схеме, генерирует «динг-тон» при нажатии P1 и «донг-тон» при отпускании P1. IC1D является генератором частоты первого тона, а IC1F генерирует второй тон …. [подробнее]

Принципиальная схема генератора чириканья сверчка

Эта схема генерирует удивительно реальную имитацию щебетания сверчка.Подходящая форма звуковой волны генерируется IC2 и соответствующими компонентами, управляя громкоговорителем через Q1. Чтобы обеспечить более реалистичное поведение, щебетание псевдослучайным образом прерывается двумя таймерами, построенными на IC1C и IC1D, выходы которых смешиваются с IC1B и затем задерживаются IC1A, управляя выводом сброса IC2. .. [подробнее]

Схема двухтональной сирены с использованием одной микросхемы

Эта схема предназначена для детских развлечений и может быть установлена ​​на велосипедах, автомобилях и мотоциклах с батарейным питанием, а также на моделях и различных играх и игрушках.Когда SW1 расположен, как показано на принципиальной схеме, типичный двухтональный звук автомобилей полиции или пожарной охраны генерируется колебаниями затворов IC1A и IC1B. Когда SW1 установлен в другое положение, воспроизводится старый звук сирены, частота которого увеличивается, а затем медленно уменьшается, при нажатии на P1 начинается колебание в IC1C и IC1D …. [подробнее]

Электронная канарейка

Чувствуете себя веселым? Привлекайте новых друзей с помощью этого модифицированного осциллятора Хартли.Вы также можете использовать его как замену дверного звонка …. [подробнее]

Генератор звука кукушки

Эта схема генерирует двухтональный эффект, очень похожий на звук кукушки. Его можно использовать для дверных звонков или других целей благодаря встроенному аудиоусилителю и громкоговорителю …. [подробнее]

Двухтональная сирена One-IC

Эта схема предназначена для детских развлечений и подходит для установки на велосипедах, автомобилях и мотоциклах с батарейным питанием, а также в моделях и других играх…. [подробнее]

555 тон-генератор (динамик 8 Ом)

Это базовый генератор прямоугольных импульсов 555, используемый для генерации тона 1 кГц от динамика с сопротивлением 8 Ом. В схеме слева динамик изолирован от генератора транзистором средней мощности NPN, который также обеспечивает больший ток, чем может быть получен непосредственно от 555 (предел = 200 мА). Небольшой конденсатор используется на базе транзистора для замедления времени переключения, что снижает индуктивное напряжение, создаваемое динамиком…. [подробнее]

4QD-TEC: Генераторы звуковых сигналов (синусоидальных сигналов)

Существуют десятки, возможно, сотни схем для генераторов звуковых синусоидальных сигналов, но некоторые «старые каштаны» по-прежнему являются фаворитами, а основные схемы не претерпели значительных изменений с тех пор, как были построены с клапанами.

---

Схема Вены

Есть одна «любимая» схема для создания звукового осциллятора в качестве моста Вина. Это мост, то есть цепь, имеющая четыре «ноги».Схема ниже показывает основную идею.

Делитель обратной связи Rx, 2Rx устанавливает коэффициент усиления 3 в операционном усилителе. Положительная обратная связь поступает через сеть Wien, R и C (по две каждой). Характеристика этой сети состоит в том, что выход сети (на входе + ve к операционному усилителю) имеет максимум на частоте Fo, как показано на диаграмме. Математический анализ любой сети имеет тенденцию упрощаться, если резисторы / конденсаторы связаны друг с другом некоторым простым соотношением: для сети Вина математика получается лучше всего, если два резистора равны, а также два конденсатора! Отсюда простая формула для Fo.

Итак, для 1 кГц введите 1000 в формулу вместо Fo, выберите разумное значение для R — давайте выберем 100K. поменять местами формулу, чтобы прочитать C = 1 / (2 x PI x 1000 x 100 000), а C получается 1,59 нФ: это не особенно разумное значение для конденсатора, но если мы увеличим конденсатор, нам нужно уменьшить резистор и наоборот, теперь мы можем выбрать разумный конденсатор: как насчет 4n7?

Ввод 4n7 в формулу и перестановка дает R = 1 / (2 x PI x 1000 x 4,7 x 10-9).У резисторов получаем 33,9К. На этом этапе вам нужно решить, насколько точно вы хотите 1 кГц. Большинство мостовых схем Вина, как правило, работают с переменной частотой, поэтому мы просто калибруем шкалу в соответствии с требованиями!

Поскольку схема Вина ослабляет входной сигнал в 3 раза, нам нужно усиление 3 в усилителе, чтобы заставить его колебаться. Вот почему мы выбрали отрицательную обратную связь 2Rx / Rx.

Есть одна небольшая проблема: если резисторы обратной связи определяют коэффициент усиления чуть меньше 3, тогда схема не будет колебаться.Если коэффициент усиления немного больше 3, схема будет колебаться, а амплитуда будет определяться только воздействием выхода ИС на шины питания и ограничением, а не синусоидальной формой волны. Так как же удержать усиление на нужном уровне, чтобы просто выдержать синусоиду? Нам нужен какой-то компонент, сопротивление которого пропорционально уровню сигнала: если уровень увеличивается, увеличивается и сопротивление, уменьшая усиление. Точно так же, если выходная мощность падает, усиление увеличивается, сохраняя стабильность.К счастью, это можно сделать несколькими способами.

---

Практичный осциллятор Вена

Вторая схема представляет собой практическую реализацию генератора Вина, но в нем сеть Вина инвертирована. Это «неправильный путь вверх» и путь отрицательной обратной связи. Положительная обратная связь применяется через предустановку 500R, чтобы заставить его колебаться. И есть хорошая лампа накаливания, чтобы показать, что она работает …

Видите ли, лампочки нагреваются, и сопротивление куска провода возрастает по мере того, как он нагревается.Нить накала лампы нагревается до , поэтому ее сопротивление может сильно измениться (обычно горячее сопротивление может быть в 10 раз больше сопротивления холоду), и чем выше напряжение, тем выше сопротивление, так что это стабилизирующий элемент, который нам нужен! Довольно простая схема, которая даст около 1,5 В на выходе с искажением около 0,3%. Не самая лучшая производительность, но, безусловно, полезная — и такая простая схема. Конечно, для этого можно использовать операционный усилитель — если он может давать ток, достаточный для питания лампочки.Но схема с двумя транзисторами на самом деле проще.

---

Генератор звуковых сигналов с низким уровнем искажений

Следующая схема (выше) является лучшей реализацией схемы Вина: в ней используется схема Вина обычным образом, в цепи положительной обратной связи и с отрицательной обратной связью для поддержания стабильности. Устройство с маркировкой Th2 представляет собой термистор типа стеклянных шариков: некоторые из этих термисторов состоят из шарика в вакуумированной стеклянной оболочке, и они разработаны специально для стабилизации амплитуды в таких схемах.При необходимости 100R может быть изменен для соответствия различным термисторам (и для регулировки амплитуды).

Схема с 6 транзисторами, по сути, является операционным усилителем, и нет причин, по которым вы не можете просто использовать операционный усилитель. Эта схема предшествовала операционным усилителям, но принципы не изменились.

Двухпозиционный потенциометр 100K (логарифмический) используется для изменения частоты, а двухполюсный 6-позиционный (поворотный) переключатель используется для переключения диапазонов. Показанные значения имеют полезное перекрытие на концах каждой полосы. С потенциометром, установленным на уровне около 16K, 10n дает 1 кГц, поэтому «центральные» частоты с показанными значениями составляют 100 Гц, 300 Гц, 1 кГц, 3 кГц, 10 кГц и 30 кГц.

Вы можете увеличить диапазон внизу с помощью другого конденсатора (1 мк), но время установления будет очень большим. Точно так же вы можете добавить еще один диапазон вверху, используя (100 пФ), но форма волны будет не очень хорошей: высокочастотный конец ограничен конденсатором 270 пФ, который присутствует для обеспечения стабильности: с хорошей компоновкой и современными транзисторами вы можете уменьшить это конденсатор значительно увеличивает высокочастотные характеристики.

Такая схема может давать очень низкие искажения при правильной сборке.Уровень искажений будет зависеть от коэффициента усиления используемого операционного усилителя и характеристик термистора, особенно на низких частотах. Для проверки звука также важны низкий уровень шума и шума, поэтому необходимы компоненты с низким уровнем шума и хороший источник питания.

---

Сеть Twin-T

Следующая схема использует не сеть Вина, а схему, называемую двойной Т-сетью, поэтому я сначала представлю эту сеть. «Стандартный» двойник Т показан на диаграмме ниже.

Как и в случае с Wien, существует взаимосвязь в цепи, которая приводит к упрощению формулы — плечи T должны иметь равные значения, а конденсатор в опоре должен быть в два раза больше, чем плечи.Сопротивление ступни должно быть вдвое меньше, чем на руках. С этими соотношениями Twin T представляет собой режекторный фильтр, который пропускает все, кроме режекции на центральной частоте, как показано в формуле. Обратите внимание, что эта формула такая же, как для Wien, но представлена ​​в несколько иной форме. Итак — теперь к

---

Практичный генератор Twin-T

Возможно, первое, что вас поразит (если вы уже встречали Twin-T раньше), это то, что вход в Twin-T (от лампочки) фактически подается в основание сети, а выход (как вы могли бы ожидать) от одного плеча (в базу транзистора), но другое плечо заземлено.А теперь подождите минутку: эмиттерный повторитель не имеет усиления по напряжению, и вас наверняка учили, что R-C-генератор должен иметь усиление по напряжению? Ну, этот работает и не имеет усиления по напряжению (конечно, у него есть усиление по току).

Впервые встретив эту схему, я немного озадачился. Затем я как бы «перерисовал» схему в своей голове. Представьте, что вы смотрите на нее через прицел, и земля прицела находится на дне лампочки. Теперь (для сигнала переменного тока) линия 0В подключена к коллектору транзистора.Таким образом, одно плечо T питается от коллектора, а другое плечо питает основание, при этом ступня направляется к новой земле. Схема фактически представляет собой стандартный Twin T, но с необычно запитанными источниками питания. Многие необычные схемы выглядят лучше, если вы их «перепроектируете».

Послесловие
Один корреспондент указал, что

Схема действительно имеет усиление по напряжению. Если вы проанализируете только цепь резистор-конденсатор двойная Т (плюс 1 нФ к питанию 12 В), с входом, взятым из нижней части лампы, и выходом, взятым у основания первого эмиттерного повторителя коэффициент усиления равен 1.08845 в а частота 135,548 Гц, то есть частота, на которой сдвиг фазы через сеть ноль.

См. «Синтез пассивных RC-сетей с большей выгодой, чем единство», Труды IRE, июль 1951 г., стр. 833.

---

RC-фазовый генератор со сдвигом фаз

Последняя схема представляет собой более простой генератор с фазовым сдвигом R-C, но он отличается тем, что он стробирован, то есть может включаться входным сигналом. Заземлите вход, и генератор остановится, подключите его к 5 В, и генератор запустится.Генератор всегда будет запускаться одинаково с положительным фронтом.

Информация о странице

© 1996-2011 4QD-TEC
Автор Пейджа: Ричард Торренс

Как работают тон-генераторы | Sciencing

Если бы вы спросили двух разных людей о генераторах тонов, велика вероятность, что вы получите как минимум два разных ответа — и любой из них или все они могут быть правильными. Вы можете найти их в разных дисциплинах, от музыки до устранения неполадок в электронике или даже борьбы с вредителями.Каждое приложение использует тональные генераторы по-разному, и иногда для работы требуются разные технологии. Несмотря на это различие, основы всех тон-генераторов работают по одним и тем же принципам.

Что такое тон-генератор?

Тональный генератор, также называемый в некоторых приложениях генератором сигналов, представляет собой электронное устройство, которое искусственно создает звуковые частоты — обычно, но не всегда, главным образом электрическими средствами. Устройство создает электрический сигнал и преобразует его в звуки.Звуки, создаваемые тон-генератором, различаются в зависимости от потребностей приложения. В электронных пианино и органах используются простые тембры, основанные на заданных частотах музыкальной гаммы. Электронные устройства, такие как тестеры сигналов, используют звуки от простых атональных частот до сложных наборов частот, таких как белый шум.

Создание электронного сигнала

Источник электронного сигнала для тон-генератора зависит от типа приложения. Классический орган Хаммонда создает электрические сигналы, посылая электрический ток через вакуумные трубки, которые заставляют ток колебаться.Этот ток изменяется синхронизированными механическими элементами, которые поддерживают пропорциональность сигналов друг другу. В портативных тестерах источником электронного сигнала является постоянный ток, модифицированный интегральными схемами. Даже ваш персональный компьютер может создавать тональные сигналы, используя цифровое представление звука.

Сигнал в звук

Все тон-генераторы преобразуют электрические сигналы в звуковую волну сжатия практически так же, как ваша домашняя стереосистема выполняет ту же задачу.Электронные сигналы проходят через катушку, которая при прохождении тока создает магнитное поле. Катушка расположена рядом с постоянным магнитом и соединена с гибкой мембраной (обычно из бумаги или пластика). Когда электрический сигнал проходит через катушку, магнитное поле быстро изменяется, заставляя его либо притягиваться, либо отталкиваться от фиксированного магнита, что заставляет его и прикрепленную к нему мембрану быстро вибрировать. Эти колебания вызывают в воздухе волны сжатия, известные как звук.

Приложения тон-генератора

Тон-генераторы можно найти во многих приложениях. Помимо очевидного использования в обычных музыкальных инструментах, таких как органы и фортепиано, тон-генераторы обеспечивают звуки для таких инструментов, как терменвокс, и создают основу для цифровых звуков баса и гитары. Компании кабельного телевидения часто используют тональные генераторы и электронные индукционные датчики для обнаружения неисправностей в экранировании проводов. Звукооператоры часто используют тон-генераторы для звукоизоляции помещений, используемых для записи музыки.Некоторые устройства для борьбы с вредителями используют их для создания частот, отпугивающих таких вредителей, как комары и грызуны.

Последнее приложение для разработки мелодий и сирен

Что такое тон-генератор?

Тональный генератор — это схема генератора сигналов, которая преобразует приложенные электрические сигналы в аудиосигналы. Его можно использовать для создания тонового набора в телефонах или сирен в машинах скорой помощи или VIP-транспортных средствах и т. Д. Или для создания мелодий в игрушках, дверных звонках и т. Д. Он может посылать электрически сгенерированные звуковые импульсы на определенные компоненты.Его также можно использовать для тестирования аудиооборудования.

Он в основном создает электрический сигнал и преобразует его в звук. Тональные генераторы разных типов генерируют разные аудиосигналы в зависимости от приложения. Источник, из которого подается электронный сигнал, также зависит от приложения.

2 схемы генератора мелодий

• Генератор мелодий с использованием микросхемы UM66:

IC UM66 — это небольшая микросхема транзисторного типа с 3 контактами. Это ПЗУ IC с предварительно записанной музыкой внутри.При подаче питания IC колеблется, и на ее выходе воспроизводятся музыкальные ноты. Чтобы слышать через динамик, необходимо усилить выходной сигнал. Для этого достаточно одного транзисторного усилителя. Микросхема UM66 хорошо работает при 3 вольтах, но питание может быть до 4,5 вольт. Поэтому используется стабилизированный источник питания на основе стабилитронов. Если напряжение питания составляет 3 вольта (2 элемента пера), стабилитрон не требуется, и источник питания можно напрямую подключить к микросхеме. Здесь используется батарея на 9 вольт для получения громкого звука.При подаче питания IC колеблется, и звук можно услышать через динамик. Вы можете использовать небольшой 2-дюймовый (4 Ом) динамик или майларовый динамик (тот, который используется в игрушках). Его можно использовать в игрушках и дверных звонках.
Это простая схема музыкального звонка с батарейным питанием, которая генерирует приятную мелодию в течение одной минуты при срабатывании. Он использует ROM IC UM66 для создания мелодии. Музыка автоматически останавливается.

Кнопочный переключатель используется для запуска цепи. Когда нажимной переключатель нажимается на мгновение, NPN-транзистор T1 проводит и тянет за собой базу T2, а также он проводит.Когда T2 проводит ток, C1 заряжается и обеспечивает питание IC UM66. Стабилитрон ZD служит для регулирования напряжения питания UM66 до 3 вольт. Когда UM66 получает питание 3 В, он колеблется, и музыкальный тон от него будет усилен T3, который можно услышать через динамик. Используйте небольшой 2-дюймовый динамик.

Musical-Bell-Circuit

• Музыкальный дверной звонок с использованием IC 3481

Генератор IC UM 3481. Для работы схемы требуется только низкое напряжение от 1,5 В до 3 В, так что ячейки пера могут использоваться для этой цели.Для схемы требуется всего несколько дискретных компонентов в дополнение к микросхеме Melody Generator.

О генераторе мелодий

IC UM3481 — это многофункциональная микросхема генератора мелодий, предназначенная для генерации мелодий в различных устройствах. Он широко используется в дверных звонках, системах сигнализации, реверсивных рогах, игрушках, часах, таймерах и т. Д. Его важные особенности:

1. Работа при низком напряжении от 1,5 В до 3 Вольт.
2. 8 ударов по выбору.
3. Низкий ток в режиме ожидания.
4. 3 тембра: фортепиано, орган и мандолина.
5. 512 ячеек памяти до 16 песен.
6. 5 темпов доступны через настройку маски.
7. 8 режимов игры по настройке пользователя.
8. 14 тонов на выбор.
9. Один встроенный RC-генератор.
10. Встроенный модулятор огибающей и предварительный усилитель.

Серия UM3481 представляет собой мультиинструментальный генератор мелодий с программируемым ПЗУ по маске, реализованный по технологии CMOS. Он предназначен для воспроизведения мелодии в соответствии с ранее запрограммированной информацией и способен генерировать 16 песен с 3-мя инструментальными эффектами: фортепиано, орган и мандолина.Он также включает в себя предварительный усилитель, который обеспечивает простой интерфейс для схемы драйвера.

Абсолютные максимальные рейтинги

Напряжение питания постоянного тока …………………………………… от -0,3 В до + 5,0 В

Диапазон входного напряжения ………………………………… от Vss-0.3V до Vdd + 0.3V

Рабочая температура окружающей среды ……………… .. от 0 ° C до + 70 ° C

Температура хранения …………………………………… от -10 ° C до + 125 ° C

Типы

Существуют различные версии музыкального генератора серии 3481.

IC UM 3481

Он может генерировать 8 мелодий, таких как Jingle bells, Санта-Клаус, прибывающий в город, Тихая ночь, Святая ночь, Радость миру, Рудольф, Красноносый олень, Мы желаем вам счастливого Рождества, O come All Ye Faithful и Hark The Ангелы-вестники поют.

IC UM 3482

Он генерирует 12 тонов, таких как American Patrol, Rabbits, Oh My Darling Clemantine, Butterfly, London Bridge is Falling Down, Row Row Row your Boat, Are You Sleeping, Happy Birthday, Joy Symphony, Home Sweet Home, Weigenlied и Melody On Purple Bamboo. .

IC UM 3485

Он генерирует только 5 мелодий, таких как «Гавайская свадебная песня», «Попробуй вспомнить», «Алоха», «История любви» и «Вчера».

Создать музыкальный генератор на микросхеме ROM UM 3481 очень просто.Эта микросхема имеет внутри запрограммированный генератор. Только резистора 100 кОм и конденсатора 33 P достаточно, чтобы установить частоту колебаний внутреннего генератора IC. Поскольку выходной сигнал слабый, для усиления звука можно использовать транзисторный усилитель, использующий транзисторы общего назначения, такие как AC 187, BC548 и т. Д.
Микросхема маломощная и работает от 3-5 вольт. Если используется более мощный источник питания, следует использовать источник питания с стабилизацией на 3 вольта. Хорошо работает в ячейках с 2 ручками. Динамик должен быть маленький 1-2 дюйма на 4-8 Ом.При каждом нажатии кнопки Push изменяется музыкальный тон.

Генератор сирены с использованием микросхемы UM3561

UM3561

IC 3561 — это тон-генератор, который может воспроизводить 4 сирены, такие как полицейская сирена, сирена скорой помощи, сирена пожарной бригады и звук выстрела. Звук зависит от подключения к его контакту 6.

1. Контакт 6 — Нет связи — Полицейская сирена
2. Контакт 6 — Подключен к контакту 5 — Сирена пожарной машины
3. Контакт 6 — подключен к земле — Сирена скорой помощи

Как и UM66, IC 3561 также работает от 3 вольт, а максимальное допустимое напряжение — 4.5 вольт. Таким образом, для ИС используется источник питания на основе стабилитронов. Резистор R2 на 220 К, который отвечает за колебания IC. Не меняйте это значение. Если его поменять, тон будет другим. Выходной сигнал микросхемы усиливается T1. Динамик может быть небольшим 2-дюймовым динамиком на 4 Ом или майларовым динамиком. Вы можете использовать трехпозиционный переключатель для выбора различных тонов.

Я надеюсь, что вы поняли концепцию тонального генератора и его применения, если какие-либо дополнительные вопросы по этой концепции или по электрическим и электронным проектам оставляют комментарии ниже.

AN-1204 Тональный генератор DTMF | Диалог

Содержание

Для получения сопутствующих документов и программного обеспечения посетите:

https://www.dialog-semiconductor.com/products/greenpak

Загрузите наше бесплатное программное обеспечение GreenPAK Designer [1], чтобы открыть файл .gp [2], и используйте инструменты разработки GreenPAK [3], чтобы закрепить дизайн в вашей собственной индивидуальной ИС за считанные минуты.

Dialog Semiconductor предоставляет полную библиотеку примечаний к применению [4] с примерами дизайна, а также объяснениями функций и блоков внутри Dialog IC.

1. Программное обеспечение GreenPAK Designer, загрузка программного обеспечения и руководство пользователя, Dialog Semiconductor
2. AN-1204 DTMF Tone Generator.gp, файл дизайна GreenPAK, Dialog Semiconductor
3. Инструменты разработки GreenPAK, веб-страница инструментов разработки GreenPAK, Dialog Semiconductor
4. Примечания по применению GreenPAK, веб-страница замечаний по применению GreenPAK, Dialog Semiconductor
5. SLG46620 Лист данных, Dialog Semiconductor
6. SLG88104 Лист данных, Dialog Semiconductor

Двухтональная многочастотная передача сигналов (DTMF) была впервые разработана Bell Labs. в 1950-х годах как метод поддержки тогдашней революционной кнопки Телефон.Эта система сигнализации использует пару тонов для представления цифровых данных. которые могут передаваться в голосовом диапазоне телекоммуникационного канала. В системе определены две группы по четыре частоты, и информация кодируется одной из частот из каждой передаваемой группы одновременно. В результате получается шестнадцать частотных пар. комбинации (по одной из каждой группы) для представления шестнадцати различных чисел, символы и буквы.Использование DTMF расширилось до широкого диапазона коммуникаций и управляющие приложения, дополнительно поддерживаемые стандартизацией Международный союз электросвязи в своей Рекомендации Q.23.

В этом примечании к применению мы реализовали цифровой и аналоговый каскады Генератор тонов DTMF, поэтому восемь тонов стандартного и результирующего сигнал генерируется. Для этого мы использовали GreenPAK ™ SLG46620V [5] и операционный усилитель SLG88104V [6].Результирующий сигнал представляет собой сумму двух тонов, выбранных соответствующая строка и столбец телефонной клавиатуры.

Система имеет четыре входных бита, чтобы определить, какая комбинация сигналов будет сгенерировано. Он также имеет вход включения, который запускает генерацию и определяет длительность производимого сигнала. Результат этого система — это результирующий сигнал (сумма двух сигналов с выбранным частоты) с точностью частоты, совместимой с ITU-T DTMF Стандарт.

Стандарт DTMF определяет, что цифры 0-9, символы A, B, C и D и символы * и # представлены как комбинация двух частот. Эти частоты делятся на две группы, которые называются High Group. Частоты и низкие групповые частоты. В таблице 1 приведены частоты, группы и соответствующие представления цифр.

Таблица 1. Частоты DTMF

	Высокая группа
Низкая группа		1209 Гц	1336 Гц	1477 Гц	1633 Гц
	697 Гц	1	2	3	А
	770 Гц	4	5	6	Б
	852 Гц	7	8	9	К
	941 Гц	*	0	#	Д

Частоты тона были выбраны таким образом, чтобы избежать гармоник.С выбранные частоты, частота, кратная другой, отсутствует. Кроме того, сумма или разность двух частот не приводит к другому Частота DTMF. В заключение, гармонические искажения или интермодуляция искажения избегают.

Стандарт Q.23 определяет, что каждая передаваемая частота должна быть в пределах ± 1,8% от номинальной частоты и суммарные продукты искажений (в результате от гармоник или интермодуляции) должно быть как минимум на 20 дБ ниже основные частоты.

Результирующий сигнал, основываясь на предыдущем описании, можно смоделировать как:

Где f _high и f _low — соответствующие частоты группы High и Низкая группа. На рисунке 1 показан результирующий сигнал для цифры «1». На рисунке 2 можно увидеть соответствующий частотный спектр.

Рисунок 1.DTMF сигнал

Рисунок 2. Спектр сигнала DTMF.

Продолжительность сигнала варьируется в зависимости от приложения. где используется сигнализация DTMF. Наиболее важные категории приложения определяются характером набора номера, поэтому он варьируется между ручной набор и автоматический набор.В Таблице 2 представлена ​​сводная информация о типичном времени Отображается продолжительность, классифицированная по типу набора.

Таблица 2. Частоты DTMF

	Высокая группа		Высокая группа
	Мин.	Макс.	Мин.	Макс.
Ручной набор	65 мс	–	80 мс	–
Автоматический набор	65 мс	100 мс	80 мс	6500 мс

Для большей гибкости система, реализованная в этом примечании к приложению, имеет один включить ввод, который запускает генерацию и определяет продолжительность сигнал, который будет равен длительности разрешающего импульса.

Рекомендация ITU-T Q.23 определяет сигналы DTMF как аналоговые сигналы, моделируется как две синусоидальные волны. В этом примечании к приложению GreenPAK SLG46620V генерирует прямоугольные сигналы с частотами, соответствующими желаемому частоты. Чтобы получить синусоидальные волны с правильными частотами и для получения результирующего сигнала (суммы двух синусоидальных волн) аналог фильтры и сумматоры должны использоваться. Это основная причина, по которой мы использовали Операционный усилитель SLG88104V для этого проекта.

На рисунке 3 показана блок-схема аналогового каскада.

Рисунок 3. Блок-схема аналогового каскада

Мы использовали два фильтра для получения синусоидальных сигналов из прямоугольных волн. Наконец, две формы сигнала суммируются для получения желаемого выходного сигнала.

На рисунке 4 полученный спектр прямоугольной волны показан после Фурье-анализ.

Рисунок 4. Спектр прямоугольной формы

Как видите, прямоугольный сигнал имеет только нечетные гармоники.Если квадрат форма сигнала с амплитудой A представлена ​​его рядом Фурье, находим что:

Из этого анализа можно сделать вывод, что если аналоговые фильтры имеют достаточно ослабление гармоник, мы можем получить синусоидальные сигналы с такими же частота прямоугольных сигналов.

Учитывая стандартную спецификацию Q.23 о помехах, все гармоники должны быть ослаблены на 20 дБ или более.Кроме того, учитывая, что любой частоту Low Group можно комбинировать с любой частотой High Group, мы разработали два фильтра, по одному для каждой группы.

Для обоих фильтров мы использовали низкочастотную топологию Баттерворта. Затухание фильтра Баттерворта порядка n можно рассчитать как:

Где f _c — частота среза фильтра, а n — порядок.

Для определения параметров фильтров затухание между самая низкая частота и самая высокая частота каждой группы может быть максимум 3 дБ, итак:

С учетом абсолютных значений,

Кроме того, как мы ранее заявляли, ослабление гармоник должно быть 20 дБ или больше.Наихудший случай — с самой низкой частотой в группе, потому что его 3-я гармоника является самой низкой гармоникой и ближе к отсечке частота. Учитывая, что 3-я гармоника в 3 раза ниже, чем фундаментальный, фильтр должен включать (в абсолютных значениях):

Если эти уравнения применяются к обеим группам, результирующие фильтры должны быть 2 ^и заказать фильтры. Это означает, что фильтры будут иметь два резистора и два конденсатора, если они реализованы с операционными усилителями.Если мы использовали 3 ^rd , то заказ фильтры, чувствительность к допускам компонентов будет снижена.

Выбранные частоты среза фильтров — 977 Гц для нижней группы. и 1695 Гц для High Group. При этих значениях разница уровней в пределах частотной группы согласуются с требуемыми значениями, а чувствительность к изменениям частоты среза из-за допусков компонентов ниже.

Принципиальная схема фильтров, реализованных на SLG88104V, представлена ​​на рис. Рисунок 5.Значения первой пары R-C выбраны для того, чтобы не ездить много. ток от SLG46620V. Второй каскад фильтров определяет усиление, которое установлено на 0,2. Уровни постоянного тока прямоугольные волны устанавливают рабочую точку операционных усилителей на 2,5 В. Этот нежелательный уровень блокируется выходными конденсаторами фильтров.

Рисунок 5. Схема фильтров

Наконец, на этапе сумматора выходные сигналы фильтров суммируются, поэтому Результирующий сигнал представляет собой сумму сигнала, выбранного из верхней группы и сигнал, выбранный из нижней группы.Уровень выходного сигнала может отрегулировать с помощью двух резисторов R9 и R10 для компенсации затухания ступени фильтра. На рисунке 6 показана схема каскада сумматора, а на рисунке На рисунке 7 можно увидеть весь аналоговый каскад.

Рисунок 6. Схема сумматора

Рисунок 7. Схема аналогового каскада

Цифровой каскад тонального генератора DTMF основан на прямоугольных сигналах. генераторы для каждой частоты стандарта DTMF.Мы выбрали GreenPAK SLG46620V для этой реализации, потому что требуется восемь счетчиков для генераторы сигналов. Выходы этой ступени представляют собой две прямоугольные волны, одна для каждой группы.

Сигналы прямоугольной формы реализованы с помощью счетчика и D-триггера. сконфигурирован для генерации прямоугольного сигнала с коэффициентом заполнения 50%. Для этого счетчик настроен на выходную частоту, равную удвоенному значению желаемая частота, и DFF делит выходной сигнал счетчика на два.

Источником синхронизации для счетчиков является внутренний RC-генератор с частотой 2 МГц, делится на 4 или 12. Это изменение частоты основано на количестве битов каждый счетчик и данные счетчика, необходимые для каждой частоты.

Генерация более высоких частот требует меньшего количества отсчетов, поэтому большая часть более высоких частот частоты реализуются с помощью 8-битных счетчиков и внутреннего RC-генератора делится на 4. По той же причине более низкие частоты реализуются с 14 битовые счетчики.

SLG46620V имеет три стандартных 14-битных счетчика, поэтому один из более низкие частоты реализованы с помощью 8-битного счетчика. Чтобы реализовать это частоты, мы использовали RC-генератор, разделенный на 12, в качестве источника тактовой частоты. CNT8, чтобы уменьшить данные счетчика до числа в диапазоне от 0 до 255. Чтобы выберите, какую частоту реализовать с этими условиями, ту, с которой выбираются более высокие данные счетчика, чтобы было меньше ошибок.Вот почему самый низкий частота реализована с этим типом счетчика.

В таблице 3 показаны детали каждого прямоугольного сигнала.

Таблица 3. Подробные сведения о генераторах прямоугольных сигналов

		Состояние часов	Данные счетчика	Ошибка частоты [%]
Низкая группа	697 Гц	RC / 12	120	0.37
	770 Гц	RC / 4	325	0,1
	852 Гц	RC / 4	293	0,15
	941 Гц	RC / 4	266	0.12
Высокая группа	1209 Гц	RC / 4	207	0,11
	1336 Гц	RC / 4	187	0,07
	1477 Гц	RC / 4	169	0.16
	1633 Гц	RC / 4	153	0,06

Как видно из таблицы, все частоты имеют погрешность менее чем 1,8%, поэтому они соответствуют стандарту DTMF. Эти теоретические значения (на основе идеального значения частоты RC-генератора) можно отрегулировать с помощью измерение выходной частоты для получения желаемых частот с помощью реальное значение RC-генератора.

В этой реализации все генераторы прямоугольных сигналов работают в параллельно, но в любой момент будет выводиться только по одному из каждой частотной группы, поэтому пользователь должен выбрать выходную частоту. Для этого мы использовали 4 GPIO (два бита для каждой группы) с таблицей истинности, показанной в таблице 4 для низкая группа и таблица 5 для высокой группы.

Таблица 4. Таблица истинности выбора младших групп

	Р1	R0	Выходная частота
Низкая группа	0	0	697 Гц
	0	1	770 Гц
	1	0	852 Гц
	1	1	941 Гц

Таблица 5.Таблица истинности выбора высокой группы

	C1	C0	Выходная частота
Высокая группа	0	0	1209 Гц
	0	1	1336 Гц
	1	0	1477 Гц
	1	1	1633 Гц

На рисунке 8 показана логическая схема генератора прямоугольных сигналов с частотой 852 Гц.Эта логика повторяется для каждой частоты с соответствующим счетчиком. данные и конфигурация LUT.

Рис. 8. Генератор прямоугольных сигналов

Счетчик работает свободно с выходной частотой (определяемой счетчиком Data), равную удвоенной частоте соответствующего тонального сигнала DTMF. Этот Настройка конфигурации показана на рисунке 9.

Выход счетчика подключен к тактовому входу D-Flip. Флоп.Выход DFF сконфигурирован как инвертированный Q, поэтому подключив выход DFF к его входу, D-тип преобразуется в T-тип. Конфигурацию DFF можно увидеть на рисунке 10.

Выход DFF подключен к LUT, чтобы выбрать только эту частоту. когда R1-R0 имеет соответствующее значение. То есть, если R1 высокий, а R0 низкий, выходной порт копирует сигнал. В противном случае выходной порт всегда низкий.Эту конфигурацию можно увидеть на рисунке 11.

Рисунок 9. Счетчик генератора прямоугольных сигналов.

Рисунок 10. Триггер генератора прямоугольных сигналов.

Рисунок 11. Поисковая таблица генератора прямоугольных сигналов.

Как упоминалось ранее, эта реализация также имеет вывод включения.С участием Enable имеет значение HIGH, он включает два выхода прямоугольной формы сигнала и определяет длительность этих тонов, равная длительности импульса на штырь. Чтобы реализовать это, мы использовали еще несколько LUT.

Для высоких групповых частот используются один 4-битный LUT и один 2-битный LUT. как показано на рисунке 12.

Рис. 12. Диаграмма выходного сигнала высокой группы

4-битный LUT1 настроен как логический элемент ИЛИ, поэтому он выводит HIGH, если любой из его входов ВЫСОКИЙ.Таблицы истинности C1 / C0 позволяют использовать только одну из частотных генераторы в любое время, поэтому 4-битный LUT1 передает выбранную форму сигнала. В выход этого LUT подключен к 2-битному LUT4, который передает сигнал только если разрешающий сигнал ВЫСОКИЙ. На рисунках 13 и 14 4-битный LUT1 и 2-битные конфигурации LUT 4.

Рисунок 13. Конфигурация 4-битного LUT1.

Рис 14.2-битная конфигурация LUT4

Для низких групповых частот мы использовали два 3-битных LUT, чтобы создать одинаковые логика, поскольку больше не было доступных 4-битных LUT.

Рис. 15. Диаграмма выходных сигналов низкой группы

Полная реализация показана на рисунке 16, а рисунок 17 показывает вся принципиальная схема.

Рисунок 16. Блок-схема генератора тональных сигналов DTMF

Рисунок 17.Схема

тонального генератора DTMF

Чтобы протестировать реализацию, мы получили выходные сигналы прямоугольной формы, соответствующие различные сигналы DTMF с помощью осциллографа для проверки частот. На рисунках 18 и 19 показаны выходные сигналы прямоугольной формы для 852 Гц и 1477 Гц. Гц.

Рисунок 18. Прямоугольная волна 852 Гц.

Рисунок 19.1477 Гц прямоугольная волна

После того, как все частоты сигнала были проверены, мы измерили выходную мощность фильтр, соответствующий сумме сигнала низкой группы и высокой группы Сигнал. На рисунке 20 показана сумма 770 Гц и 1209 Гц, а на рисунке 21 показана сумма 941 Гц и 1633 Гц.

Рисунок 20.DTMF-сигнал 770 Гц и 1209 Гц

Рисунок 21. 941 Гц и 1633 Гц DTMF Сигнал

В этом примечании к применению мы реализовали генератор тона DTMF, используя Операционный усилитель GreenPAK SLG46620V и SLG88104V.