基于壓頻轉(zhuǎn)換芯片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 單片機

1、數(shù)字信號處理及MATLAB實現(xiàn) 課程設(shè)計微機原理與單片機接口技術(shù)課程設(shè)計報告基于壓頻轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 院：班 級：實驗人/學(xué)號：同組人/學(xué)號：指 導(dǎo) 老 師：2014年1月摘 要1第一章 設(shè)計任務(wù)2第一節(jié) 設(shè)計方案選擇及論證21.1.1 任務(wù)分析21.1.2 方案一21.1.3 方案二31.1.4方案比較和選擇3第二節(jié) 芯片LM331的介紹42.1 LM331的電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖42.3 LM331組成的壓頻轉(zhuǎn)換器及其工作原理5第三章 具體任務(wù)實現(xiàn)83.1 壓頻轉(zhuǎn)換原理:83.2 proteus電路仿真93.3 實際電路板測量113.4 實際測量數(shù)據(jù)123.5 本次課題的結(jié)果及結(jié)論1

2、33.6組裝調(diào)試13總 結(jié)14附 件161. 運行程序162. 元器件清單18參考文獻(xiàn)19摘 要設(shè)計電壓/頻率變換電路，可以利用集成芯片LM331 來實現(xiàn)。其外部電壓通過低通濾波輸入芯片，在相應(yīng)管腳接入充放電電路，在輸出管腳便可輸出合適的頻率。LM331線性度較好，不需要運放便可以實現(xiàn)電壓頻率轉(zhuǎn)換，而且變換精度高。利用專業(yè)的設(shè)計和仿真軟件（如Proteus），設(shè)計并仿真U/F 變換電路。關(guān)鍵詞：V/F轉(zhuǎn)換器；LM331芯片；高精度；外圍電路；線性度； 第一章 設(shè)計任務(wù) 第一節(jié) 設(shè)計方案選擇及論證1.1.1 任務(wù)分析設(shè)計一個壓頻轉(zhuǎn)換電路，其具體指標(biāo)要求如下：1） 要求將輸入電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的振

3、蕩電路2） 當(dāng)輸入信號電壓在05V時，輸出振蕩的頻率為1010KHZ3） 輸入電壓和輸出頻率之間有良好的線性關(guān)系1.1.2 方案一：采用555定時器組成的壓頻轉(zhuǎn)換電路555壓頻轉(zhuǎn)換電路采用集成時基電路555構(gòu)成的壓頻轉(zhuǎn)換電路，IC運算放大器接成同相放大器，其放大倍數(shù)，其放大量由K，K來控制。IC與C、C、RP等構(gòu)成有源積分電路，當(dāng)積分電壓下降至555觸發(fā)電平（V）時，555置位。同時，VT導(dǎo)通，積分電容迅即放電，積分電壓V通過R對C充電，當(dāng)C上電壓升高至V時，555復(fù)位，形成震蕩。因此，輸出電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的震蕩波。當(dāng)輸入信號電壓在0-2V時，輸出震蕩的頻率為10H-10KH1.1.3 方案

4、二：直接由LM331及其外圍電路構(gòu)成壓頻轉(zhuǎn)換器 LM331壓頻轉(zhuǎn)換電路上圖即為LM331及其外圍電路組成的壓頻轉(zhuǎn)換器。其中每個管腳元器件的連接都是典型的電路連接，如管腳為一個低通的RC濾波電路；、管腳相連，并連接一個RC電路；管腳為一個RC的充電電路；管腳接工作電壓，管腳為輸出且并聯(lián)一個上拉電阻。1.1.4方案比較和選擇方案一中，要使用芯片555，要實現(xiàn)壓頻轉(zhuǎn)換基本要四部分組成。首先利用運放設(shè)計積分電路，目的是為了電容的充放電。將其連接到由555都構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路上，利用三極管的導(dǎo)通和截止構(gòu)成電子開關(guān)控制恒流源。這個方案用了很長的時間在各個模塊的連接上，但是最后還是不能得到實驗的線性要求。方案

5、二中，用集成的芯片LM331使實驗變得簡單，直接解決了單穩(wěn)態(tài)電路、電子開關(guān)、恒流源的連接的設(shè)計。直接由LM331及其外圍的典型電路關(guān)系，即可簡便的組成一個V/F轉(zhuǎn)換電路，能夠達(dá)到本次課題的要求，又能提高資源的利用率，因此本次課題，選擇方案三。運用LM331實現(xiàn)壓頻轉(zhuǎn)換，具有電路簡單，成本低廉，測量精度高并且轉(zhuǎn)換位數(shù)可調(diào)的特點，在實際工作之前，對電路器件參數(shù)進行調(diào)校，調(diào)校之后，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。第二節(jié) 芯片LM331的介紹2.1 LM331的電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示為LM331的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，外部形狀為DIP8型。由基準(zhǔn)電壓源BAND-GAP，鏡象電流源，電子開關(guān)CURRENT，運算放大器A1，A2，

6、A3，R-S觸發(fā)器組成?！?”腳通過電阻Rs接地，電源端“8”腳通過電阻RT串接電容CT接地，它們的串接點接“5”腳，比較器A2的輸出端接RS觸發(fā)器的置位端，當(dāng)它為“1”時，RS觸發(fā)器置位（即Q為“1”）， 比較器A3的輸出端接RS觸發(fā)器的復(fù)位端，當(dāng)它為“1”時，RS觸發(fā)器復(fù)位（即Q為“0”）。 RS觸發(fā)器Q端接電子開關(guān)，Q=1時，電子開關(guān)接左端點，Q=0時，電子開關(guān)接右端點。LMx3系列芯片是集成的U/F,F/U 變換器，包括LM131ALM131、LM231ALM231、LM331ALM331 等。這類集成芯片的性價格比較高。LM131/231/331 內(nèi)部具有新的溫度補償能隙基準(zhǔn)電路，在

7、整個工作溫度范圍內(nèi)和電源電壓低到4.0V 時，也具有極高的精度，能滿足100kHz 的UF 轉(zhuǎn)換所需要的高速響應(yīng)，其內(nèi)部精密定時電路具有低的偏置電流，高壓輸出可達(dá)40V，可防止+ V 端的短路，另外其輸出可驅(qū)動3 個TTL 負(fù)載。這類器件常常應(yīng)用于AD 轉(zhuǎn)換、精密FU 轉(zhuǎn)換、長時間積分、線性頻率調(diào)制和解調(diào)、數(shù)字系統(tǒng)、計算機應(yīng)用系統(tǒng)等方面。2.2 LM331芯片的引腳簡介：引腳為電流源輸出端，在fo（引腳三）輸出邏輯低電平時，電流源輸出對電容充電。引腳為增益調(diào)整，改變管腳所接電阻的值可調(diào)節(jié)電路轉(zhuǎn)換增益的大小。引腳為頻率輸出端，為邏輯低電平，脈沖寬度由管腳所接t和t決定。引腳為電源地。引腳為定時比

8、較器正相輸入端。引腳為輸入比較器反相輸入端。引腳為輸入比較器正相輸入端。引腳為電源正端。2.3 LM331組成的壓頻轉(zhuǎn)換器及其工作原理剛接電源時C和C兩個電容上沒有電壓，若輸入控制電壓Vi為大于零的值,則比較器C的輸出1，而比較器C的輸出0，鎖存器被置成Q=1狀態(tài)。Q端得高電平使與T導(dǎo)通，V=0。同時鏡像電流源輸出端開關(guān)S接到引腳1一邊，電流I向C開始充電。而Q的低電平使T截止，所以C也同時開始充電。當(dāng)C的電壓上升到2/3Vcc時，鎖存器被置成Q=0，T截止，V=1.同時開關(guān)轉(zhuǎn)接到地，C開始向R放電。而Q變成高電平后使T導(dǎo)通，C通過T迅速放電至V=0,并使比較器C輸出為0。當(dāng)C放電到V0;j-

9、) for(k=125;k0;k-);void display(uint voltage) / 數(shù)碼管顯示 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

10、; delay(6); w4=1;void init() / 定時器初始化 P1M1=0x00; / 設(shè)置P0口推挽式輸出 P1M0=0xff; TMOD=0x51; / T0為定時模式，工作于方式一，T1為計數(shù)模式，也工作于方式一 TH0=(65536-46080)/256;/ 由于晶振為11.0592,故所記次數(shù)應(yīng)為46080，計時器每隔50000微秒發(fā)起一次中斷。TL0=(65536-46080)%256; TH1=0x00; TL1=0x00;ET0=1; TR0=1; TR1=1; EA=1;void main() init(); while(1) display(vol); voi

11、d count() interrupt 1 pp+; TH0=(65536-46080)/256; / 重裝初值 TL0=(65536-46080)%256; if(pp=20) /用來判別一秒是否已到 TR1=0; / 關(guān)T1計數(shù)器 pp=0; f=TH1*256+TL1; / 計算頻率，根據(jù)參數(shù)的選擇可知，電壓就是頻率，單位為毫伏 vol=f; TH1=0x00; / 清零T1計數(shù)器 TL1=0x00; TR1=1; / 打開T1計數(shù)器 2. 課程設(shè)計 元器件清單課程設(shè)計 元器件清單姓名： 學(xué)號： 任務(wù)： 基于壓頻轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 名 稱數(shù) 量備 注LM3311電 容21uF電 容10.01uF電 阻2100K電 阻122K電 阻110K電