电压频率转换电路课设论文

1课程设计课程设计课程设计课程设计论文论文论文论文说明书说明书说明书说明书设计课题电压/频率变换器院（系）电子工程与自动化专业测控技术与仪器学生姓名学号指导教师职称讲师2011年1月20日2摘摘摘摘要要要要设计电压/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LM331；线性；电压频率转换3目录引言11设计任务及要求111设计内容112设计要求12设计方案及方案确定121设计方案1211两种方案的设计1212方案确定124系统框图设计225总电路图及其工作原理33理论值的计算431元器件的选择与计算44电路仿真441仿真软件442仿真结果5421仿真电路图设计5422仿真数据记录55电路的调试751调试使用的仪器752数据记录753遇到的主要问题754原因分析及解决措施755调试电路板及波形8551调试电路板8552调试波形86总结961心得与体会9谢辞9参考文献104器件表10附图11原理图11PCB图111引言在电压频率转换电路的设计中，对芯片LM331的应该是本电路设计的核心。通过对相关资料的查询与王老师的指导，我利用LM331外接相关部分电路，设计了一个线性的电压/频率变换电路，输入经过低通滤波输送入芯片，在芯片外部还应接入充放电电路，用时间常数与芯片内部结构共同来控制电路工作。此电路满足设计指标要求，芯片的非线性失真小，并且转换精度高。1设计任务及要求11设计内容设计内容线形电压/频率变换器12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0V5V时，输出振荡的频率为10HZ10KHZ；3）给定元件LM331、运放、电阻、电容。2设计方案及方案确定21设计方案211两种方案的设计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。212方案确定利用集成芯片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/频率变换电路此方案。22芯片的介绍LM331是当前最简单的一种高精度V/F转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器以及其它相关的器件。LM331为双列直插式8引脚芯片，其引脚框图如图积分器单稳态触发器恒流源电子开关22所示。LM331各引脚功能说明脚1为脉冲电流输出端,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为输出端脉冲电流幅度调节,RS越小,输出电流越大脚3为脉冲电压输出端,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为地脚5为单稳态外接定时时间常数RC脚6为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为比较器基准电压,用于设置输入脉冲的有效触发电平高低脚8为电源VCC,正常工作电压范围为440V。线性度好,最大非线性失真小于001,工作频率低到01HZ而且有较好的线性变换精度高，数字分辨率可达12位外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F变换电路,并且容易保证转换精度。24系统框图设计输入比较器Q定时比较器RS触发器精密电流电流开关基准电路1235674VCC8图2LM331内部结构电路输出频率LM331集成芯片输入电压低通滤波充放电电路325总电路图及其工作原理当输入端7管脚UI输入一正电压时，输入比较器输出高电平，然后RS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RS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RS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。85VVCCVCC123FO564图1LM331内部结构电路CTRS2RS触发器精密电流电流开关基准电路CL输入比较器定时比较器QR2R输出驱动复零晶体7UIRLCTRTUIRSRLCTRTUIRSTF092119011043理论值的计算31元器件的选择与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001UF，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CRT11，典型值取RT68K，接地电容一般取CT001F，则T75S。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，我们有从上式可得式中IS由内部基准电压源供给的190V参考电压和2管脚的外接电阻RS决定，IS190/RS，改变RS的值，可调节电路的转换增益。,T111RTCT代入上式输出频率FO与电压UI成正比4电路仿真41仿真软件PROTEUSPROFESSIONALRLCTRTUIRSRLCTRTUIRSTF0921190110RLVTTTI21RLVTSRSI91S542仿真结果421仿真电路图设计CMIN7THR6RC5IOUT1REFI2FOUT3GND4VCC8U1LM331RL100KRI100KRT68KR321KR210KCL001UC1001UCT001U2RV350K0BAT312VBAT45VABCDR147422仿真数据记录1）仿真图形及数据UI1VF208KHZUI15VF284KHZUI2VF360KHZUI25VF440KHZ6UI3VF513KHZUI35VF588KHZUI4VF667KHZUI45VF741KHZUI5VF820KHZUI55VF893KHZ2）仿真数据电压/V115225335445555频率/KHZ20828436445135886677418289375电路的调试51调试使用的仪器数字万用表、稳压源、示波器等52数据记录电压/V115225335445555频率/KHZ2683925236457879171064118513371471电压频率变换表0246810121416115225335445555电压/V频率/V实际测量值仿真值53遇到的主要问题1）输出波形不稳定2）当输入电压UI为5V时，输出频率为1337KHZ,超过了10KHZ3输入5V多，就出现了最大频率54原因分析及解决措施1）RC电路部分设计不合理，应把CL电解电容换为001UF的瓷片电容。2）2管脚接入的固定电阻阻值过大，RS和FO是成正比的，可以适当减小固定电阻阻值。3）RS接入电路阻值过大，导致芯片内部电流太小，从而影响充电电压最大值U6,间接影响输入比较器的基准电压。这时可以把滑动变阻器接入值相对调小。855调试电路板及波形551调试电路板552调试波形96总结61心得与体会通过本次课程设计，对电压频率之间的转换有了进一步的认识，既增长了自己的专业知识与理论水平同时也提升了自身的动手能力。本课设是设计电压频率变换器，经过多次调试测量与分析，发现集成芯片LM331稳定性好，非线性失真小，并且转换精度高。在做课设的过程中查阅了不少相关方面的书籍与查看了网上相关的经典电路,发现电压频率变换电路的设计有不少方案，经过向指导老师的请教以及和同学的多方研究，最终选定最佳方案。在调试过程中，通过测量与理论分析，得到了与题设所要求的结论，经过多次调试加强了分析问题和解决问题的能力。使用计算机相关软件仿真,验证了该电路的性能仿真和实际调试有一定的误差，通过调试可以发现电路的不足之处，然后加之改正。总的来说,这样的课程设计是很好的锻炼机会,让我对于课本上的知识有了更深的了解，对于知识，也更加形象化了。当你发现自己所学到的知识真正的应用于实践中，就会感觉到很多莫大的欣慰与惊喜。谢辞由衷地感谢王老师，王老师对我们的严格要求与耐心指导是我能出色完成此次课设的前提，同时也感谢对我提出宝贵意见或建议的同学老师和同学们的帮助，让我少走了很多弯路，顺利完成课程设计。或许这篇论文在业内人士看来算不上佳作，可是这篇论文倾注了我的汗水和真诚，我还是希望它能成为一篇有价值，并有一定启迪意义的论10文，为大学生涯交上一份满意的一份答卷参考文献1先锋工作室1单片机程序设计实例M1清华大学出版社,2003,112李华,孙晓民1MCS251系列单片机实用接口技术M1北京航空航天大学出版社,200213林汉1LM331压频转换器的原理及应用J1国外电子元器件,1999,1014曾新民,曾天剑1运算放大器应用手册M1电子工业出版社,1990,315胡乾斌,李玲1单片微型计算机原理与应用M1华中理工大学出版社,199616李华,孙晓民MCS51系列单片机实用接口技术北京航空航天大学出版社20027胡乾斌，李玲单片微型计算机原理与应用华中理工大学出版社19968阎石数字电子技术基础清华大学出版社1999器件表课程设计1元器件清单示例学号姓名课题线性电压频率转换器序号名称数量单价备注1LM33112电阻100K23电阻4714电阻10K15电阻68K16电阻21K1750K精密电位器18电容001UF398管脚底座1DI