lm331频率电压变换器课程设计总结

lm331频率电压变换器课程设计 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 基于LM331的电压频率转换系统设计 目录 0 前 言............................................................................................................. 1 1 总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设 计.............................................................................................. 2 2 硬件电路设 计.............................................................................................. 2 2.1 利用LM331实现电压频率转换电路设 计 ............................................ 2 2.1.1利用LM331实现电压/频率转换原 理 ....................................... 3 2.1.2理论值的计 算 ............................................................................ 4 3 软件设 计 ..................................................................................................... 5 4 调试分 析 ..................................................................................................... 5 4.1.1 仿真数据记 录............................................................................... 6 4.1.2遇到的 主要问题 ............................................................................ 8 4.1.3 原因分析及解决措施 .................................................................... 8 4.1.4 利用单片机对频率进行计数并通过数码管显 示 ........................ 8 5 结论及进一步设 想 ...................................................................................... 9 参考 文 献...................................................................................................... ..... 9 课设体 会...................................................................................................... ... 10 附录1 电路原理 图 ........................................................................................11 附 录2 程序清 单........................................................................................... 12 附 录3 元器件清 单 ....................................................................................... 14 基于LM331的V/F转换系统 摘要:本文设计了一种基于LM331的V/F转换系统，主要由两 部分组成:电压频率转换部分及频率计数显示部分，主要使用了 LM331芯片及AT89C52单片机。设计电压/频率变换电路，可以利 用集成芯片LM331来实现。外部电压通过低通滤波输入芯片，在 相应管脚接入充放电电路，在输出管脚便可输出合适的频率。 LM331线性度较好，不需要运放便可以实现电压频率转换，而且 变换精度高。 关键词:电压频率转换 ;计数 ;LED数码管显示 0 前言 1. LM331是一种非常理想的精密电压/频率转换器，可用于制作简洁、低成本的模数转换器，特长积分周期的数字积分器，线性频率调制与解调及其其他各种功能电路。当作为压/频转换器使用时，其输出脉冲链的频率精确地与输入端施加的电压成比例变化，体现了压/频转换器的特有的优势，LM331可以达到很高的精度-温度稳定性。 2. 能达到的设计要求 1) 要求将输入电压转换成一定频率的振荡电路; 2) 当输入信号电压在0V——5V时，输出振荡的频率为10HZ——10KHZ; 3)给定元件:LM331、运放、电阻、电容。 3. 通过查询图书馆资料及网络资料有两种方案可以进行比较。 方案一:利用积分电路和单稳态电路组合够成电压/频率变换器。原理框图如图1所示: 图1 原理框图 方案二:利用芯片LM331设计电压/频率转换器，输入电压通过滤波之后直接输入芯片，在芯片外部接入由电容电阻所构成充放电电路，就能够组成电压频率转换电路，并且转换精度较高。 1 总体方案设计 针对本课题的设计任务，进行分析得利用集成芯片LM331设计电压/频率变换电路所用元件较少，电路相对简单，而且转换精度高，所以采用LM331设计电压/频率变换电路，该V/F转换器的设计，在总体上大致可分为以下2个部分组成:电压/频率转换部分， 频率计数显示部分。 系统原理框图如图1所示。 图2 系统原理框图 2 硬件电路设计 2.1 利用LM331实现电压频率转换电路设计 图3 LM331芯片 LM331内部由输入比较器、定时比较器、RS触发器、输出驱动、基准电路等组成。 各引脚作用: 脚1:脉冲电流输出端，内部相当于脉冲恒流源，脉冲宽度与内部单稳态电路相同。 脚2:输出端脉冲电流幅度调节，Rs越小，输出电流越大。 脚3:脉冲电压输出端，OC门结构，输出脉冲宽度及相位同单稳态，不用时可悬空或接地。 脚4:接地。 脚5:单稳态外接定时时间常数RC。 脚6:单稳态触发脉冲输入端，低于脚7电压触发有效，要求输入负脉冲宽度小于单稳态输出脉冲宽度Tw。 脚7:比较器基准电压，用于设置输入脉冲的有效触发电平高低。 脚8:电源Vcc。 LM331的特点: ?具有最大0.01%的线性度 ?改进的电压/频率转换器应用性能 ?双电源或单电源供电 ?工作电压:5V ?数字脉冲输出端与所有5V的标准逻辑电路兼容 ?出色的温度稳定性，温漂小于?50ppm/? ?低功耗:15mW典型值(5V 工作电压) ?动态范围宽，在100kHz的频率范围下，最小为100dB ?满量程频率范围宽:1Hz?100kHz ?低成本 2.1.1利用LM331实现电压/频率转换原理: 如图2,当输入端(7管脚) Ui输入一正电压时，输入比较器输出高电平，然后R,S触发器置位1，输出高电平，输出驱动管导通，3管脚输出端f0为逻辑低电平，同时电源Vcc也通过电阻Rt对电容Ct充电。当电容Ct两端充电电压大于Vcc 的2/3时，定时比较器输出一高电平，使R,S触发器复位，输出低电平，输出驱动管截止，输出端f0为逻辑高电平,同时,复零晶体管导通，电容Ct通过复零晶体管迅速放电;电子开关使电容CL对电阻RL放电。当电容CL放电。电压u6等于输入电压Ui时，输入比较器再次输出高电平,使R,S触发器置位。如此反复循环，构成自激振荡。输出脉冲频率f0与输入电压Ui成正比，从而实现了电压,频率的线性变换。通过查询资料，发现其输入电压和输出频率的关系为: f0? 1T? Rs*Ui 1.90*1.1*Rt*Ct*Rl ? Rs*Ui2.09*Rt*Ct*Rl 由式知电阻Rt、RL、Rs、和Ct 直接影响转换结果fo，因此对 元件的精度要有一定的要求，可根据转换精度适当选择。电阻Ri和电容Ci组成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有利于提高转换精度。 2.1.2理论值的计算 输入管脚的电阻Ri和电容Ci组成低通滤波器电路，取值对电路影响不大，接地电容Ci取漏电流小的电容器，可以取0.01uF，Ri取100k。RC回路的充电时间t由定时元件Rt 和Ct 决定，其关系是 t?1.1*R*C 典型值取Rt=6.8kΩ，接地电容一般取Ct=0.01μF，则t=7.5μs。假设电容CL 的充电 时间为t1，放电时间为t2，则根据电容CL 上电荷平衡的原理，我们有: (Is-VtRl )*t1?t2* VtRL 从上式可得: 式中Is由内部基准电压源供给的1.90V 参考电压和2管脚的外接电阻Rs 决定，Is=1.90/Rs，改变Rs 的值，可调节电路的转换增益。,t1=1.1Rt*Ct Is? 1.9Rs 代入上式 f0? 1T? Rs*Ui 1.90*1.1*Rt*Ct*Rl ? Rs*Ui2.09*Rt*Ct*Rl 输出频率fo与电压ui成正比 篇二:频率—电压转换器电路的设计 目 录 1. 绪 论 .................................................................................................... .... 1 2(电路设计方 案 ...................................................................................... 2 2.1 频率-电压转换器电路的设计要 求 ................................................. 2 2.2 频率-电压转换器电路的组成框 图 ................................................. 2 2.3 频率-电压转换器电路的原 理 ......................................................... 2 3. 单元电路的设 计 ................................................................................... 3 3.1 比较器电路的设 计 ........................................................................... 3 3.2 F/V变换器电路的设 计 .................................................................. 4 3.3 反相器电路的设 计 ........................................................................... 6 3.4 反相加法运算电路的设 计 ............................................................. 8 4.总电路原理 图 ....................................................................................... 11 5元器件介 绍............................................................................................ 12 5.1 元器件清 单 ..................................................................................... 12 5.2 元器件介 绍 ................................................................................... 12 6. 频率-电压转换器电路的组装与调 试 ................................................ 18 6.1 组 装 ................................................................................................. 18 6.2 调试 ................................................................................................. 19 7.参考文 献 ................................................................................................ 21 频率—电压转换器电路的设计 1. 绪论 2(电路设计方案 2.1 频率-电压转换器电路的设计要求 2.2 频率-电压转换器电路的组成框图 本课程设计，频率—电压转换器电路的组成框图如图所示: 图1 频率-电压转换器电路原理框图 基本流程如下: 2.3 频率-电压转换器电路的原理 频率-电压转换器电路是由比较器，F/V变换器，反相器和反相加法器组成，在各集成电路接通电源正常工作的情况下，输入被测正弦信号，通过比较器电路将正弦信号转换为方波信号后输出，然后再由F/V转换器电路将方波转换为所需要的直流电压信号后输出，反相器电路将输入进来的直流信号转换为原来的反相电压信号输出，输出信号和参考电压VR一起组成加法运算的两个输入电压信号，通过加法运算电路的功能和调节参考电压的大小输出 满足条件的直流电压信号。 3. 单元电路的设计 3.1 比较器电路的设计 3.1.1 比较器基本电路 图2比较器基本电路 3.1.2 比较器电路的原理 比较器是一种用来比较输入信号Vi和参考电压VREF的电路。基本电路如图所示。参考电压VREF加于远算放大器的反相输入端，它可以是正值，也可以是负值。而输入信号Vi则加在远算放大器的同相输入端。这时，运放处于开环工作状态，具有很高的开环电压增益。当输入信号Vi小于参考电压VREF时，即差模输入电压VID=Vi-VREF0时，运放将处于负饱和状态，VO=VOL;当输入信号Vi升高大于VREF时，即VID=Vi-VREF0时，运放处于正饱和状态，VO=VOH。当Vi在参考电压VREF附近有微小的减小时，输出电压将从正的饱和值VOH过渡到负的饱和值VOL;若有微小的增加，输出电压又将从负的饱和值VOL过渡到正的饱和值VOH。把比较器输出电压VO一个电平跳变到另一个电平时相应的输入电压Vi值称为门限电压Vth。如果参考电压VREF=0，则输入电压每次过零时，输出就要产生突然的变化，这种比较器称为过零比较器。 3.1.3 比较器的选用 根据以上原则和本次课设的要求及所发的器件可以确定元件 参数如下:由于本次比较器的作用只是将输入的正弦信号转换为方波信号，所以可以选用最简单的过零比较器实现这一目标，电路图所示: 图 3 过零比较器 3.2 F/V变换器电路的设计 3.2.1 F/V变换器的内部结构图 图 4 LM331的内部结构图 篇三:利用LM331进行频率电压转换 .ffff5.1频率/电压变换器* 一、概述 本课题要求熟悉集成频率——电压变换器LM331的主要性能和一种应用; 熟练掌握运算放大器基本电路的原理，并掌握它们的设计、测量和调整方法。 二、技术要求 当正弦波信号的频率fi在200Hz~2kHz范围内变化时,对应输出的直流电压Vi在1~5V范围内线形变化; 正弦波信号源采用函数波形发生器的输出(见课题二图5-2-3); 采用?12V电源供电. 三、设计过程 1(方案选择 可供选择的方案有两种,它们是: 1用通用型运算放大器构成微分器,其输出与输入的正弦信号频率成正比. ? 2直接应用F/V变换器LM331,其输出与输入的脉冲信号重复频率成正比. ? 2种方案的性能价格比较高,故本课题用LM331实现. 因为上述 第? LM331的简要工作原理 LM331的管脚排列和主要性能见附录 LM331既可用作电压――频率转换(VFC) 可用作频率――电 压转换(FVC) LM331用作FVC时的原理框如图5-1-1所示. +VCC R1脚是输出端(恒流源输出),?6脚为输入端(输入脉冲链),?7脚 接比较电平. 此时,? 工作过程(结合看图5-1-2所示的波形)如下: V CC p-p s 1 t vct 2/3VCC v CL V0 图5-1-2 6脚电平低于?7脚电平,所以S=1(高电平)，=0(低电平) 当输入负脉冲到达时,由于?。 此时放电管T截止，于是Ct由VCC经Rt充电，其上电压VCt按指数规律增大。与此同时， 1脚接通，电流开关S使恒流源I与?使CL充电，VCL按线性增大(因为是恒流源对CL充电)。 经过1.1RtCt的时间，VCt增大到2/3VCC时，则R有效(R=1，S=0)， =0，Ct、CL再次充电。然后，又经过1.1RtCt的时间返回到Ct、CL放电。 以后就重复上面的过程，于是在RL上就得到一个直流电压Vo(这与电源的整流滤波原理类似)，并且Vo与输入脉冲的重复频率fi成正比。 CL的平均充电电流为i×(1.1RtCt)×fi CL的平均放电电流为Vo/RL 当CL充放电平均电流平衡时，得 Vo=I×(1.1RtCt)×fi×RL 式中I是恒流电流，I=1.90V/RS 式中1.90V是LM331内部的基准电压(即2脚上的电压)。 于是得Vo?2.09 RL RtCtfi RS 可见，当RS、Rt、Ct、RL一定时，Vo正比于fi，显然，要使Vo与fi之间的关系保持精确、稳定，则上述元件应选用高精度、高稳定性的。 对于一定的fi，要使Vo为一定植，可调节RS的大小。恒流源 电流I允许在10?A~500?A范围内调节，故RS可在190kΩ~3.8 kΩ范围内调节。一般RS在10kΩ左右取用。 2(LM331用作FVC的典型电路 LM331用作FVC的电路如图5-1-3所示。 fi lo Rx? VCC?2 0.2mA 在此，VCC=12V 所以 Rx=50kΩ取 Rx=51 kΩ Vo?2.09 RL RtCtfi RS 取 RS=14.2 kΩ 则 Vo=fi×10 –3V 由此得Vo与fi在几个特殊 频率上的对应关系如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 5-1-1所示。表5-1-1Vo和fi的 关系 6脚上的。?6脚上要求的触发电压是脉冲，图5-1-3中fi是经过微分电路470pF和10 kΩ加到 ? 所以图5-1-3中的fi应是方波。 整机方框图和整机电路图 整机方框图如图5-1-4所示。 0=1~5V 图5-1-4参考电压VR 函数波形发生器输出的正弦波比较器变换成方波。方波经F/V变换器变换成直流电压。直流正电压经反相器变成负电压，再与参考电压VR通过反相加法器得到符合技术要求的Vo。 整机电路如5-1-5所示。 EE 图5-1-5 反相器和反相加法器的设计计算 函数波形发生器，比较器电路的设计计算分别见课题二 和有关实验。 以上介绍了F/V变换器，下面介绍反相器和反相加法器。 1反相器 ? 反相器的电路如图5-1-6所示。 +VCC 100k Vo1 Vi1 图5-1-6