基于压频转换芯片的数据采集系统设计-微机原理与单片机接口技术课程设计报告

数字信号处理及MATLAB实现 课程设计微机原理与单片机接口技术课程设计报告基于压频转换芯片的数据采集系统设计学 院：班 级：实验人/学号：同组人/学号：指 导 老 师：2014年1月摘 要1第一章 设计任务2第一节 设计方案选择及论证21.1.1 任务分析21.1.2 方案一21.1.3 方案二31.1.4方案比较和选择3第二节 芯片LM331的介绍42.1 LM331的电路内部结构框图42.3 LM331组成的压频转换器及其工作原理5第三章 具体任务实现83.1 压频转换原理:83.2 proteus电路仿真93.3 实际电路板测量113.4 实际测量数据123.5 本次课题的结果及结论133.6组装调试13总 结14附 件161. 运行程序162. 元器件清单18参考文献19摘 要设计电压/频率变换电路，可以利用集成芯片LM331 来实现。其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。利用专业的设计和仿真软件（如Proteus），设计并仿真U/F 变换电路。关键词：V/F转换器；LM331芯片；高精度；外围电路；线性度； 第一章 设计任务 第一节 设计方案选择及论证1.1.1 任务分析设计一个压频转换电路，其具体指标要求如下：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05V时，输出振荡的频率为1010KHZ3） 输入电压和输出频率之间有良好的线性关系1.1.2 方案一：采用555定时器组成的压频转换电路555压频转换电路采用集成时基电路555构成的压频转换电路，IC运算放大器接成同相放大器，其放大倍数，其放大量由K，K来控制。IC与C、C、RP等构成有源积分电路，当积分电压下降至555触发电平（V）时，555置位。同时，VT导通，积分电容迅即放电，积分电压V通过R对C充电，当C上电压升高至V时，555复位，形成震荡。因此，输出电压转换成一定频率的震荡波。当输入信号电压在0-2V时，输出震荡的频率为10H-10KH1.1.3 方案二：直接由LM331及其外围电路构成压频转换器 LM331压频转换电路上图即为LM331及其外围电路组成的压频转换器。其中每个管脚元器件的连接都是典型的电路连接，如管脚为一个低通的RC滤波电路；、管脚相连，并连接一个RC电路；管脚为一个RC的充电电路；管脚接工作电压，管脚为输出且并联一个上拉电阻。1.1.4方案比较和选择方案一中，要使用芯片555，要实现压频转换基本要四部分组成。首先利用运放设计积分电路，目的是为了电容的充放电。将其连接到由555都构成的单稳态电路上，利用三极管的导通和截止构成电子开关控制恒流源。这个方案用了很长的时间在各个模块的连接上，但是最后还是不能得到实验的线性要求。方案二中，用集成的芯片LM331使实验变得简单，直接解决了单稳态电路、电子开关、恒流源的连接的设计。直接由LM331及其外围的典型电路关系，即可简便的组成一个V/F转换电路，能够达到本次课题的要求，又能提高资源的利用率，因此本次课题，选择方案三。运用LM331实现压频转换，具有电路简单，成本低廉，测量精度高并且转换位数可调的特点，在实际工作之前，对电路器件参数进行调校，调校之后，系统稳定性好。第二节 芯片LM331的介绍2.1 LM331的电路内部结构框图如图所示为LM331的内部结构图，外部形状为DIP8型。由基准电压源BAND-GAP，镜象电流源，电子开关CURRENT，运算放大器A1，A2，A3，R-S触发器组成。“2”脚通过电阻Rs接地，电源端“8”脚通过电阻RT串接电容CT接地，它们的串接点接“5”脚，比较器A2的输出端接RS触发器的置位端，当它为“1”时，RS触发器置位（即Q为“1”）， 比较器A3的输出端接RS触发器的复位端，当它为“1”时，RS触发器复位（即Q为“0”）。 RS触发器Q端接电子开关，Q=1时，电子开关接左端点，Q=0时，电子开关接右端点。LMx3系列芯片是集成的U/F,F/U 变换器，包括LM131ALM131、LM231ALM231、LM331ALM331 等。这类集成芯片的性价格比较高。LM131/231/331 内部具有新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和电源电压低到4.0V 时，也具有极高的精度，能满足100kHz 的UF 转换所需要的高速响应，其内部精密定时电路具有低的偏置电流，高压输出可达40V，可防止+ V 端的短路，另外其输出可驱动3 个TTL 负载。这类器件常常应用于AD 转换、精密FU 转换、长时间积分、线性频率调制和解调、数字系统、计算机应用系统等方面。2.2 LM331芯片的引脚简介：引脚为电流源输出端，在fo（引脚三）输出逻辑低电平时，电流源输出对电容充电。引脚为增益调整，改变管脚所接电阻的值可调节电路转换增益的大小。引脚为频率输出端，为逻辑低电平，脉冲宽度由管脚所接t和t决定。引脚为电源地。引脚为定时比较器正相输入端。引脚为输入比较器反相输入端。引脚为输入比较器正相输入端。引脚为电源正端。2.3 LM331组成的压频转换器及其工作原理刚接电源时C和C两个电容上没有电压，若输入控制电压Vi为大于零的值,则比较器C的输出1，而比较器C的输出0，锁存器被置成Q=1状态。Q端得高电平使与T导通，V=0。同时镜像电流源输出端开关S接到引脚1一边，电流I向C开始充电。而Q的低电平使T截止，所以C也同时开始充电。当C的电压上升到2/3Vcc时，锁存器被置成Q=0，T截止，V=1.同时开关转接到地，C开始向R放电。而Q变成高电平后使T导通，C通过T迅速放电至V=0,并使比较器C输出为0。当C放电到V0;j-) for(k=125;k0;k-);void display(uint voltage) / 数码管显示 uchar ge,fen1,fen2,fen3; ge=voltage/1000; fen1=voltage%1000/100; fen2=voltage%1000%100/10; fen3=voltage%1000%100%10; P1=tablege|0x80; w1=0; delay(6); w1=1; P1=tablefen1; w2=0; delay(6); w2=1; P1=tablefen2; w3=0; delay(6); w3=1; P1=tablefen3; w4=0; delay(6); w4=1;void init() / 定时器初始化 P1M1=0x00; / 设置P0口推挽式输出 P1M0=0xff; TMOD=0x51; / T0为定时模式，工作于方式一，T1为计数模式，也工作于方式一 TH0=(65536-46080)/256;/ 由于晶振为11.0592,故所记次数应为46080，计时器每隔50000微秒发起一次中断。TL0=(65536-46080)%256; TH1=0x00; TL1=0x00;ET0=1; TR0=1; TR1=1; EA=1;void main() init(); while(1) display(vol); void count() interrupt 1 pp+; TH0=(65536-46080)/256; / 重装初值 TL0=(65536-46080)%256; if(pp=20) /用来判别一秒是否已到 TR1=0; / 关T1计数器 pp=0; f=TH1*256+TL1; / 计算频率，根据参数的选择可知，电压就是频率，单位为毫伏 vol=f; TH1=0x00; / 清零T1计数器 TL1=0x00; TR1=1; / 打开T1计数器 2. 课程设计 元器件清单课程设计 元器件清单姓名： 学号： 任务： 基于压频转换芯片的数据采集系统设计 名 称数 量备 注LM3311电 容21uF电 容10.01uF电 阻2100K电 阻122K电 阻110K电