Схема регулируемого генератора тактовой частоты

Улучшение схемы

Как можно было бы доработать эту схему? Вот некоторые соображения.

Частота такого генератора весьма нестабильна. Для исправления этого недостатка часто заменяют конденсатор на кварцевый резонатор нужной частоты, а также пропускают сигнал ещё через один-два элемента 2И-НЕ.

Для регулировки частоты можно постоянный резистор заменить на подстроечный, а также добавить переключатель и несколько конденсаторов, чтобы менять ёмкость. Однако, как и в любой схеме, есть ограничения на номиналы деталей. Например, сопротивление R1 не может быть менее 1 кОм.

Более интересная задача — регулировка скважности. В приведённой схеме длительность импульса равна длительности паузы, скважность 50%

А что если мы хотим короткий импульс и длинную паузу, или наоборот? Тогда нужно последовательно с R1 прицепить примерно такую конструкцию:

Схема регулировки скважности

Здесь заряд и разряд конденсатора идут через разные плечи R2 благодаря диодам VD1 и VD2, так что соотношение импульса и паузы будет разное в зависимости от положения движка R2.

Генератора прямоугольных импульсов — схема и работа

Принципиальная схема генератора прямоугольных импульсов показана на следующем рисунке:

В качестве устройства ввода используется матричная клавиатура 4 × 3. Четыре ряда (с RW1 по RW4) клавиатуры подключены к цифровым контактам 10, 11, 12 и 13 платы Arduino Uno. Три столбца (с CL1 по CL3) клавиатуры подключены к аналоговым входным контактам Arduino (с A0 по A2). Каждая колонка подключена к источнику питания 5 В через резистор сопротивлением 1 кОм (R1 — R3).

Портативный паяльник TS80P
TS80P- это обновленная версия паяльника TS80 Smart, работающий от USB…

Подробнее

Arduino Uno — это плата разработки на базе микроконтроллера AVR ATmega328P (MCU) с шестью аналоговыми выводами и 14 цифровыми контактами ввода/вывода. Микроконтроллер имеет 32 КБ флэш-памяти ISP, 2 КБ ОЗУ и 1 КБ EEPROM. Плата обеспечивает последовательную связь через UART, SPI и I2C. Микроконтроллер может работать с тактовой частотой 16 МГц.

В нашем примере цифровые выводы Arduino 13, 12, 11, 10 и 9 сконфигурированы как выходные выводы. Контакты A0, A1 и A2 служат для аналоговых входов.

Программного обеспечения

Исходный код написан на языке программирования Arduino. Плата программируется с использованием программного обеспечения Arduino IDE.

Выберите плату Arduino Uno в меню Инструменты –> Плата в Arduino IDE и загрузите ниже приведенный скетч через стандартный порт USB на вашем компьютере:

int r1=10;
int r2=11;
int r3=12;
int r4=13;
int c1;
int c2;
int c3;
float x=0;int a;
float t,t1,t2,f,d,t3;
void setup()
{
 pinMode(r1,OUTPUT);
 pinMode(r2,OUTPUT);
 pinMode(r3,OUTPUT);
 pinMode(r4,OUTPUT);
 pinMode(9,OUTPUT);
 pinMode(0,INPUT);
 pinMode(1,INPUT);
 pinMode(2,INPUT);
 Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
 digitalWrite(r1,LOW);
 digitalWrite(r2,HIGH);
 digitalWrite(r3,HIGH);
 digitalWrite(r4,HIGH);
 c1=analogRead(0);
 c2=analogRead(1);
 c3=analogRead(2);

 if(c1<600)
 {a=1;
 x=10*x+a;
 Serial.println(x);
 delay(500);}
 else
 {
 if(c2<600)
 {a=2;
 x=10*x+a;
 Serial.println(x);
 delay(500);}
 else
 {
 if(c3<600)
 {
 a=3;
 x=10*x+a;
 Serial.println(x);
 delay(500);}
 }}
 digitalWrite(r1,HIGH);
 digitalWrite(r2,LOW);
 digitalWrite(r3,HIGH);
 digitalWrite(r4,HIGH);
 c1=analogRead(0);
 c2=analogRead(1);
 c3=analogRead(2);
 if(c1<600)
 {a=4;
 x=10*x+a;
 Serial.println(x);
 delay(500);}
 else
 {
 if(c2<600)
 {a=5;
 x=10*x+a;
 Serial.println(x);
 delay(500);}
 else
 {
 if(c3<600)
 {a=6;
 x=10*x+a;
 Serial.println(x);
 delay(500);}
 }}
 digitalWrite(r1,HIGH);
 digitalWrite(r2,HIGH);
 digitalWrite(r3,LOW);
 digitalWrite(r4,HIGH);
 c1=analogRead(0);
 c2=analogRead(1);
 c3=analogRead(2);

 if(c1<600)
 {a=7;
 x=10*x+a;
 Serial.println(x);
 delay(500);}
 else
 {
 if(c2<600)
 {a=8;
 x=10*x+a;
 Serial.println(x);
 delay(500);}
 else
 {
 if(c3<600)
 {a=9;
 x=10*x+a;
 Serial.println(x);
 delay(500);}
 }}

 digitalWrite(r1,HIGH);
 digitalWrite(r2,HIGH);
 digitalWrite(r3,HIGH);
 digitalWrite(r4,LOW);
 c1=analogRead(0);
 c2=analogRead(1);
 c3=analogRead(2);
 if(c1<600)
 {f=x;
 x=0;
 Serial.println("enter duty cycle");
 delay(500);}
 else
 {
 if(c2<600)
 {a=0;
 x=10*x+a;
 Serial.println(x);
 delay(500);}
 else
 {
 if(c3<600)
 {
 d=x;
 t=(1/f);
 t1=t*1000000;
 t2=t1*(d/100);
 t3=t1-t2;
 Serial.print("frequency=");
 Serial.println(f);
 Serial.print("duty cycle=");
 Serial.println(d);
 x=0;
 while(1)
 {

 digitalWrite(9,1);
 delayMicroseconds(t2);
 digitalWrite(9,0);
 delayMicroseconds(t3);
 }
 delay(500);}
 }}
}

Функция Serial.begin (9600) инициализирует последовательный порт со скоростью 9600 бод. В этом проекте монитор последовательного порта Arduino IDE также отображает введенное значение частоты и рабочего цикла прямоугольных импульсов.

Примечание. Arduino необходимо перезагружать каждый раз, перед тем как устанавливается новая частота и рабочий цикл.

Схема работы проста. После загрузки кода в Arduino подключите клавиатуру, как показано на схеме. Включите питание и введите желаемое значение частоты с клавиатуры. Затем нажмите кнопку рабочего цикла S11 (см. схему) и введите желаемое значение рабочего цикла, нажимая цифровые клавиши (от S0 до S9). Наконец, нажмите клавишу Enter (S12).

Выходные прямоугольные импульсы будут на разъеме CON1, который подключен к цифровому выводу 9 Arduino Uno.

Паяльный фен YIHUA 8858
Обновленная версия, мощность: 600 Вт, расход воздуха: 240 л/час…

Подробнее

Оверклокинг

Особый интерес тактовый генератор процессора представляет для оверклокеров. К оверклокерам относят специалистов в области компьютерных технологий и просто любителей, стремящихся повысить производительность своей техники. В настоящее время оверклокинг доступен даже простым пользователям. Для изменения настроек компонентов компьютера иногда достаточно просто зайти в BIOS.

Прежде всего необходимо ответить на вопрос: за счет чего будет повышаться производительность? Здесь все очень просто. Производители компьютерных комплектующих для повышения надежности своих компонентов закладывают в них технологический запас. Именно этот запас и привлекает любителей выжать максимум из своего компьютера.

Одним из способов разгона компьютера будет замена кварцевого резонатора на кристалл, имеющий более высокую частоту. Или, например, можно убрать дополнительные элементы в виде делителей частоты из схемы генератора.

В современных компьютерах генераторы, как правило, реализуются на одной интегральной схеме. Значения тактовой частоты и множителя процессора, как уже было отмечено выше, можно изменить непосредственно из BIOS.

Начинающие оверклокеры нередко задаются вопросом, как определить модель тактового генератора. Программными средствами это сделать невозможно. Остается только открывать системный блок и искать генератор визуально.

С другой стороны, программным способом определяется модель материнской платы (AIDA64, Everest и другие). Затем для данной модели ищется подробная инструкция, а в ней вполне возможно будет найти информацию о названии генератора. А как узнать для тактового генератора значение тактовой частоты, установленное по умолчанию, и значение после разгона? Эти сведения также можно почерпнуть из инструкции для материнской платы.

Формирователь импульсов с периодом в одну минуту

На рисунке 5 показана схема формирователя импульсов с периодом в одну минуту, например, для элетронных цифровых часов. На вход поступает сигнал частотой 50 Гц от электросети через трансформатор, делитель напряжения или оптопару, или от другого источника частоты 50 Гц.

Резисторы R1 и R2 вместе с инверторами микросхемы D1, предназначенными для схемы тактового генератора, образуют триггер Шмитта, поэтому за форму входного сигнала можно не беспокоиться, это может быть и синусоида.

Рис.5. Схема формирователя импульсов с периодом в одну минуту.

Диодами VD1-VD7 коэффициент деления счетчика ограничен значением 2048+512+256+128+32+16+8=3000, что при входной частоте 50 Гц на выводе 1 микросхемы дает импульсы с периодом в одну минуту.

Дополнительно с вывода 4 можно снимать импульсы частотой 0,781 Гц, например, для установки счетчиков часов и минут на текущее время. Напряжение источника питания может быть от 3 до 15V, в зависимости от напряжения питания схемы электронных часов, вернее, от необходимой величины логического уровня.

Снегирев И. РК-11-16.

Принцип работы

Допустим, после включения питания на входе DD1.1 установился низкий уровень. Значит, на выходе будет высокий уровень, который попадает на вход DD1.2, на выходе которого, в свою очередь, будет опять низкий уровень. Конденсатор C1 разряжен. И он начинает заряжаться через резистор R1, который правым выводом подключён к выходу DD1.1 — к точке, где потенциал высокий.

Процесс заряда конденсатора C1

Вы вправе спросить: почему же этот ток не утекает на вход элемента DD1.1 — ведь на этом входе в данный момент низкий потенциал? Кажется, что логический элемент должен скушать весь ток, а конденсатору ничего не достанется. Ответ: дело в высоком входном сопротивлении элементов DD. На их входы ответвляется мизерная часть тока, которой можно пренебречь. Кстати, благодаря этому факту, сопротивление R1 может быть достаточно большим, несколько мОм, что позволяет получить довольно низкие частоты генерации.

Итак, постепенно напряжение на C1 растёт, и в какой-то момент на левой обкладке накопится достаточный «плюс», который переключит DD1.1 в состояние 1 на входе, 0 на выходе. Тут же и DD1.2 поменяет состояние на противоположное: 0 на входе, 1 на выходе. И процессы в RC-цепочке пойдут в обратную сторону, до тех пор, пока напряжение на конденсаторе снова не переключит DD1.1, а за ним DD1.2 и весь цикл повторится сначала. Описание несколько упрощённое (вблизи момента переключения там происходят чуть более сложные процессы), но достаточное для первоначального понимания.

Типы генераторов

В зависимости от сложности устройства, используют разные типы генераторов.

Классический

В несложных конструкциях, не критичных к стабильности тактового генератора, часто используется последовательное включение нескольких инверторов через RC-цепь. Частота колебаний зависит от номиналов резистора и конденсатора. Основной минус данной конструкции — низкая стабильность. Плюс — предельная простота.

Кварц + микросхема генерации

Микросхема генерации представляет собой специальную микросхему, которая при подключении к её входам кварцевого резонатора будет выдавать на остальных выводах частоту, делённую или умноженную на исходную. Данное решение используется в часах, а также на старых материнских платах (где частоты шин были заранее известны, только внутренняя частота центрального процессора умножалась коэффициентом умножения).

Программируемая микросхема генерации

В современных материнских платах необходимо большое количество разных частот, помимо опорной частоты системной шины, которые, по возможности, не должны быть зависимы друг от друга. Хотя базовая частота всё же формируется кварцевым резонатором (частота — 14,3 МГц), она необходима лишь для работы самой микросхемы. Выходные же частоты корректируются самой микросхемой. Например, частота системной шины может быть всегда равна стандартным 33 МГц, AGP — 66 МГц и не зависеть от частоты FSB процессора.

Если в электронной схеме необходимо разделить частоту на 2 используют Т-триггер в режиме счётчика импульсов. Соответственно, для увеличения делителя увеличивают количество счётчиков (триггеров).

Тактовый генератор

Тактовый генератор — автогенератор, формирующий рабочие такты процессора («частоту»). В некоторых процессорах (например, Z80) выполняется встроенным.

Кроме тактовки процессора в обязанности тактового генератора входит организация циклов системной шины. Поэтому его работа часто тесно связана с циклами обновления памяти, контроллером ПДП и дешифратором сигналов состояния процессора.

Генерация часов

Для генерации прямоугольных часов в электронных схемах сегодня в дополнение к кварцевым генераторам вместе со схемой управления используются кварцевые генераторы. Преимуществами этих компонентов являются низкий допуск генерируемой частоты и высокая стабильность частоты в допустимом диапазоне температур, устойчивость компонента к старению и допустимый диапазон рабочего напряжения компонентов. В исторических компьютерах, которые работали с памятью барабана, тактовый сигнал иногда считывался со специальной магнитной дорожки в памяти барабана, см. Статью .

Разгон: Экспериментальная работа установки, охлаждаемой жидким азотом.

Современные процессоры и их вспомогательные компоненты на материнской плате компьютера требуют нескольких различных тактовых сигналов, поскольку, например, ЦП работает на гораздо более высокой тактовой частоте, чем внешние интерфейсы. В центральном процессоре частоты также переключаются динамически в зависимости от рабочей ситуации, в первую очередь для экономии энергии. За выдачу таких разнообразных тактовых сигналов обычно отвечает задающий генератор, который извлекает все требуемые частоты из частоты кристалла через свой собственный делитель частоты или контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) .

ЦП и графические процессоры предлагаются в версиях для определенных диапазонов тактовой частоты, для которых они были указаны во время разработки и протестированы во время производства. Поскольку в этих областях запланированы резервы из-за эксплуатационной безопасности и неизбежных производственных допусков, многие пользователи — особенно из области компьютерных игр — стремятся выйти за рамки. Многие процессоры предлагают специальные регистры управления для разгона , которые можно использовать для установки коэффициента деления — множителя, который определяет, как рабочая частота должна быть отделена от тактовой частоты. Однако такие настройки опасны, так как в крайних случаях данные могут быть потеряны или процессор может быть поврежден. Поэтому есть компании, которые предлагают такие разогнанные компьютеры или видеокарты как часть своего спектра услуг, которые они ранее протестировали на предмет достаточной эксплуатационной надежности.

См. также

Смотреть что такое «Генератор тактовых импульсов» в других словарях:

генератор тактовых импульсов — генератор синхроимпульсов — Тематики электротехника, основные понятия Синонимы генератор синхроимпульсов EN clock … Справочник технического переводчика

генератор тактовых импульсов — takto impulsų generatorius statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. clock pulse generator; timing pulse generator vok. Taktimpulsgenerator, m rus. генератор тактовых импульсов, m pranc. générateur d impulsions de rythme, m … Automatikos terminų žodynas

генератор тактовых импульсов — taktų impulsų generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Generatorius, kuriantis stabilaus periodo impulsus, kurie naudojami tam tikrų įtaisų ar grandinių veikai sinchronizuoti. atitikmenys: angl. cycle repeat timer; … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

генератор тактовых импульсов — taktų impulsų generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. clock pulse generator; timing pulse generator vok. Impulszeitgeber, m; Taktimpulsgeber, m rus. генератор тактовых импульсов, m pranc. générateur d’impulsions de rythme, m;… … Fizikos terminų žodynas

задающий генератор (тактовых импульсов) — Ведущий опорный генератор, формирующий тактовые или синхронизирующие импульсы, используемые для управления другими генераторами, которые называются ведомыми. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь… … Справочник технического переводчика

опорный генератор тактовых импульсов — — Тематики электротехника, основные понятия EN reference clock … Справочник технического переводчика

Генератор сигналов — Генератор сигналов это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.).… … Википедия

генератор синхроимпульсов, управляемый напряжением — генератор тактовых импульсов, управляемый напряжением — Тематики электротехника, основные понятия Синонимы… … Справочник технического переводчика

Генератор колебаний электрический — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды генераторов 2… … Википедия

Электронный генератор — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды электронных… … Википедия