信号发生和监测系统

《信号发生和监测系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、信号发生与监测系统一、实验目的1．了解V/F、F/V转换器、双积分A/D转换器工作原理与接线；2．学会综合应用多种微机接口与单元电路构成满足要求的小型应用系统;3．掌握信号检测的原理与方法。二、实验内容与要求微机应用实验平台上的V/F与F/V变换单元电路、三位半双积分A/D转换单元电路和基本接口实验板上的8253单元电路，构成如图1所示的信号发生与监测电路。具体内容与要求是：1．V/F→F/V→A/D→LED显示，要求调节V/F单元与F/V单元中的可调电阻W1与W2，使给定值（由W3决定）与显示值一致（并有一定的线性对应）。2．V/F→8253计

2、频→LED显示（或CRT显示），显示每秒脉冲次数（频率），与示波器所测频率（通过周期换算）作比较。 图1信号发生与监测实验示意图三、实验报告要求１．设计目的和内容２．总体设计３．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明４．软件设计框图及程序清单５．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法）四、LM331压频变换器的原理1．LM331介绍LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0

3、V电源电压下都有极高的精度。LM331的动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01％，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；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或F/V等变换电路，并且容易保证转换精度。LM331的内部电路组成如图1所示。由输入比较器、定时比较器、R－S触发器、输出驱动管、复零晶体管、能隙基准电路、精密电流源电路、电流开关、输出保护管等部分组成。输出驱动管采用集电极开路形式，因而可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配TTL、DTL

4、和CMOS等不同的逻辑电路。LM331可采用双电源或单电源供电，可工作在4.0～40V之间，输出可高达40V，而且可以防止Vcc短路。2．电压—频率变换器图2是由LM331组成的电压频率变换电路，LM331内部由输入比较器、定时比较器、复零晶体管、R－S触发器、输出驱动、能隙基准电路和电流开关等部分组成。当输入端Vi＋输入一正电压时，输入比较器输出高电平，使R－S触发器置位，Q输出高电平，输出驱动管导通，输出端f0为逻辑低电平，同时，电流开关打向右边，电流源IR对电容CL。此时由于复零晶体管截止，电源Vcc也通过电阻Rt对电容Ct充电。当电容Ct

5、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，Q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；电流开关打向左边，电容Cl对电阻RL放电。当电容CL放电电压等于输入电压Vi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。图3画出了电容Ct、Cl充放电和输出脉冲f0的波形。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：　　(IR－VL/RL)t1=t2VL/RL　　从上式可得：　　f0=1/(

6、t1＋t2)=VL/(RLIRt1)　　实际上，该电路的VL在很少的范围内(大约10mV)波动，因此，可认为VL=Vt，故上式可以表示为：　　f0==Vt/(RLIRt1)　　可见，输出脉冲频率f0与输入电压Vi成正比，从而实现了电压－频率变换。式中IR由内部基准电压源供给的1.90V参考电压和外接电阻Rs决定，IR=1.90/Rs，改变Rs的值，可调节电路的转换增益，t1由定时元件Rt和Ct决定，其关系是t1=1.1RtCt，典型值Rt=6.8kΩ，Ct=0.01μF，t1=7.5μs。　　由f0=Vi/(RLIRt)可知，电阻Rs、Rl、Rt

7、和电容Ct直接影响转换结果f0，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。电容Cl对转换结果虽然没有直接的影响。但应选择漏电流小的电容器。电阻R1和电容C1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。3．频率－电压变换器　　由LM331构成的频率－电压转换电路如图4所示，输入脉冲fi经R1、C1组成的微分电路加到输入比较器的反相输入端。输入比较器的同相输入端经电阻R2、R3分压而加有约2Vcc/3的直流电压，反相输入端经电阻R1加有Vcc的直流电压。当输入脉冲的下降沿到来时，经微分电路R1、C1产生一负尖脉冲叠加

8、到反相输入端的Vcc上，当负向尖脉冲大于Vcc/3时，输入比较器输出高电平使触发器置位，此时电流开关打向右边，电流源IR对电容CL充电，