基于LM331的电压频率转换系统设计

1、。内容0前言11总体方案设计2硬件电路设计22.1利用LM331 2实现电压频率转换电路设计2.1.1电压/频率转换原理使用LM331 32.1.2理论值的计算43软件设计54调试和分析54.1.1模拟数据记录64.1.2遇到的主要问题84.1.3原因分析和解决措施84.1.4频率由单片机计数，由数码管8显示结论和进一步的假设9参考文献9经验教训10附录1电路原理图11附录2程序列表12附录3组件列表14。基于LM331的音视频转换系统本文设计了一种基于LM331的V/F转换系统，该系统主要由两部分组成：电压频率转换部分和频率计数显示部分。主要使用LM331芯片和AT89C52单片机。电压/频

2、率转换电路的设计可以通过集成芯片LM331来实现。外部电压通过低通滤波输入芯片，充放电电路连接到相应的引脚，从而在输出引脚输出适当的频率。LM331线性度好，无需运算放大器即可实现电压频率转换，转换精度高。关键词：电压频率转换；计数；发光二极管数码管显示器0前言1.LM331是一款理想的精密电压/频率转换器，可用于制作简单、低成本的模数转换器、长积分周期的数字积分器、线性调频解调等功能电路。当用作电压/频率转换器时，其输出脉冲链的频率与输入端施加的电压成比例精确变化，这反映了电压/频率转换器的独特优势。LM331可实现高精度温度稳定性。2.可以满足的设计要求1)需要将输入电压转换成某一频率的振

3、荡电路；2)当输入信号电压为0V5V时，输出振荡频率为10HZ10KHZ；3)给定元件：LM331、运算放大器、电阻、电容。3.有两种方案可以通过查询图书馆资料和网络资料进行比较。方案1:电压/频率转换器可以通过组合集成电路和单稳态电路来形成。原理框图如图1所示。电子开关积分器单稳态触发器恒流源图1是原理框图方案二：利用芯片LM331设计了一种电压/频率转换器。滤波后，输入电压直接输入芯片。由电容电阻组成的充放电电路连接在芯片外部，形成转换精度高的电压/频率转换电路。1总体方案设计根据本课题的设计任务，分析表明电压/频率转换电路采用集成芯片LM331设计，元件少，电路相对简单，转换精度高。因此

4、，采用LM331设计了电压/频率转换电路。电压/频率转换器的设计一般可分为以下两部分：电压/频率转换部分和频率计数显示部分。系统原理框图如图1所示。数字管单片微型计算机输出频率LM331低通滤波输入电压充电和放电电路图2系统原理框图2硬件电路设计2.1用LM331设计电压频率转换电路图3 LM331芯片LM331内部由输入比较器、定时比较器、RS触发器、输出驱动器、参考电路等组成。每个引脚的功能：引脚1:脉冲电流输出端，内部等效于脉冲恒流源，脉冲宽度与内部单稳态电路相同。引脚2:调节输出端脉冲电流的幅度；Rs越小，输出电流越大。引脚3:脉冲电压输出端，OC门结构，输出脉冲宽度和相位为单稳态，不

5、使用时可以悬空或接地。脚4:地面。引脚5:单稳态外部时序时间常数RC。引脚6:单稳态触发脉冲输入端，引脚7以下的电压触发有效，输入负脉冲宽度要求小于单稳态输出脉冲宽度Tw。引脚7:比较器参考电压，用于设置输入脉冲的有效触发电平。引脚8:电源Vcc。LM331 :的特性最大线性度为0.01%提高电压/频率转换器的应用性能双电源或单电源工作电压：5V数字脉冲输出比较宽动态范围，在100千赫兹的频率范围内最小100分贝宽满量程频率范围：1Hz100kHz低成本2.1.1使用LM331的电压/频率转换原理：用户界面85VVCCVCC123 fo564图4 LM331内部结构电路CtRs2Rs触发器精密

6、电流电流开关参考电路CL-输入比较器-定时比较器Qr2R输出驱动零复合晶体管7如图2所示，当正电压输入到输入端(7引脚)Ui时，输入比较器输出高电平，然后r-s触发器被设置为1以输出高电平，输出驱动管导通，3引脚输出端f0处于逻辑低电平， 当电容Ct两端的充电电压大于Vcc的2/3时，时间比较器输出高电平复位R-S触发器，输出低电平，输出驱动管截止，输出f0处于逻辑高电平，同时调零晶体管导通，电容Ct通过调零晶体管快速放电； 电子开关将电容器C1放电至电阻器R1。当电容器C1放电时。当电压u6等于输入电压Ui时，输入比较器再次输出高电平以设置R-S触发器。这种重复的循环构成了自激振荡。输出脉冲

7、频率f0与输入电压Ui成比例，从而实现线性电压频率转换。根据数据，输入电压和输出频率之间的关系如下：电阻Rt、RL、rs和Ct直接影响转换结果，因此对元件精度有一定要求，可根据转换精度适当选择。电阻Ri和电容Ci构成低通滤波器，可减少输入电压中的干扰脉冲，有助于提高转换精度。2.1.2理论值的计算输入引脚的电阻Ri和电容Ci构成低通滤波电路，其值对电路影响很小。接地电容ci采用漏电流小的电容，可以采用0.01uF，Ri采用100k。RC回路的充电时间t由定时元件Rt和Ct决定，其关系为典型值为Rt=6.8k，接地电容一般为Ct=0.01F，然后T=7.5 s。假设电容CL的充电时间为t1，放电

8、时间为t2，根据电容CL上电荷平衡的原理，我们有：根据以上公式：其中，Is由内部基准电压源提供的1.90伏基准电压和2个引脚的外部电阻Rs决定，Is=1.90/Rs，电路的转换增益可以通过改变Rs的值来调整。t1=1.1Rt*Ct取代上述公式输出频率F0与电压ui成比例3软件设计AT89C52单片机用于计数输入频率，并将其发送到数码管进行显示。流程图如图4所示。开始系统初始化下降沿触发器频率计数发送显示目标图5主要程序流程图4调试分析利用LM331实现电压/频率转换的仿真电路连接图如下：图6电压/频率转换模拟电路从操作中获得的频率波形如下图：所示图7中获得的频率波形改变电压以获得不同的频率：4

9、.1.1模拟数据记录1)模拟图形和数据Ui=1V f=2.08千赫Ui=1.5V f=2.84千赫Ui=2V f=3.60千赫Ui=2.5V f=4.40千赫Ui=3V f=5.13 kHZUi=3.5V f=5.88千赫Ui=4V f=6.67千赫Ui=4.5V f=7.41千赫Ui=5V f=8.20千赫Ui=5.5V f=8.93千赫2)模拟数据电压/伏11.522.533.544.555.5频率/千赫2.082.843.64.45.135.886.677.418.28.934.1.2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13.37千赫，超过10千赫。3)

10、当输入大于5V时，出现最大频率4.1.3原因分析及解决方案1)钢筋混凝土电路部分设计不合理。氯电解电容器应替换为0.01uF陶瓷电容器。2)连接到引脚2的固定电阻的电阻值太大，Rs和fo成比例，固定电阻的电阻值可以适当减小。3)RS接入电路的电阻值过大，导致芯片内部电流过小，从而影响最大充电电压u6，间接影响比较器的参考电压输入。此时，滑动变阻器的访问值可以相对减小。4.1.4华氏度根据实验结果，本设计基本实现了电压和频率的转换，获得了所需的频率信号，并通过单片机对频率脉冲进行计数和显示。在实际电路中，LM331的频率输出具有较大的外部干扰。如果光耦合器一个接一个地被隔离，则可以提高获得的频率

11、信号的质量。参考1先锋工作室单片机编程实例M清华大学出版社，2003，112林翰LM 331电压频率转换器的原理及应用J国外电子元器件，1999，1013曾新民，曾田健1运算放大器应用手册M电子工业出版社，1990，314胡甘斌，李玲1单片机原理及应用M华中科技大学出版社，19965李华，MCS-51系列单片机实用接口技术。北京航空航天大学出版社。2002.6胡甘斌，李玲。单片机的原理及应用。华中科技大学出版社。1996.7阎石。数字电子技术基金会。清华大学出版社。1999.8彭伟。单片机C语言编程培训100例。电子工业出版社，2009课堂设置经验通过本课程的设计，我对电压和频率的转换有了进一

12、步的了解，这不仅提高了我的专业知识和理论水平，也提高了我的实践能力。本课是设计一个电压-频率转换器。经过多次调试、测量和分析，发现集成芯片LM331稳定性好，非线性失真小，转换精度高。在课程中，我查阅了许多相关方面的书籍，并在网上查阅了经典电路。我发现电压频率转换电路的设计有很多方案。在咨询了指导老师和同学后，我最终选择了最佳方案。在调试过程中，通过测量和理论分析，得出了问题设置所需的结论。经过多次调试，分析和解决问题的能力得到了加强。计算机相关软件仿真验证了电路的性能。仿真和实际调试之间存在一定的误差。该电路的缺点可以通过调试发现，然后加以纠正。总的来说，这种课程设计是一个很好的锻炼机会，这

13、样我对课本中的知识有了更深的理解，对知识也变得更加直观。当你发现你所学的真正应用于实践时，你会感到非常高兴和惊讶。衷心感谢徐老师和徐老师对我们的严格要求和耐心指导，这是我学好这门课的前提。同时，我也要感谢那些向我提出宝贵意见或建议的学生。在老师和同学的帮助下，我避免了许多弯路，成功地完成了课程设计。也许这篇论文在业内不是一篇好论文，但它倾注了我的汗水和真诚。我仍然希望它能成为一篇有价值和启发性的论文，为我的大学生涯提供一个满意的答案。附录1电路原理图附录2程序列表组织0000小时LJMP MAIN组织0003HLJMP SEVER1组织0013HLJMP SEVER2组织0030HMOV TMOD大街：号，#05HSETB EX0SETB EX1SETB IT0SETB IT1SETB EASETB TR0MOV P0，#00HMOVP1 # 00HSS: JNB 3.5，停止AJMP SSSTOP: CLR TR0AJMP SS组织0100H服务器1:操作NOPLCALL ZHUANREL 99H路中朝甲MOV机场，TL0REL 99H路中朝甲MOV TL0，#0FFHMOV TH0，#0FFHRETI组织0150H西弗2: MOV TL0，#00HMOV TH0