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时间:2019-07-18
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1、东华大学线性V/F转换课程设计报告信息科学与技术学院1818目录一、设计概述1二、设计任务及要求1(1)设计任务1(2)性能指标要求1三、设计方案选择21.方案一及框图22.方案二及框图23.方案原理优缺点比较3四、设计思路31、输入信号:电源分压电路42、阻抗变换:电压跟随器43、基准源54、积分电路55、脉冲输出电路66、开关电路77、总电路图7五、计算机仿真8六、实际组装与调试91.电路器件表92.总输出波形103.实际连接电路114.组装和调试过程12七、数据分析及改进13(1)数据处理13(2)数据分
2、析13(3)根据数据分析所得改进方法14八、心得与体会15九、参考文献16十、附录16一、各器件引脚图17二、手绘电路图1718一、设计概述线性V/F转换器是压控振荡器中完成外加电压和输出频率线性变换的部分。通过本次课程设计,应在了解线性V/F转换器设计原理及构成的基础上,利用集成运算放大器、积分电路以及脉冲电路等构成整个小系统,通过改变输入电压,实现对信号输入频率的线性变换。二、设计任务及要求(1)设计任务选取基本集成放大器LF353、555定时器、三极管、电阻、电容和稳压管等元件,设计并制作一个简易线性V/
3、F转换器。首先在multism仿真软件上进行电路设计和原理仿真,选取合适电阻参数,通过输出波形的频率测试线性V/F转换器的运行情况。其次在硬件设计平台上搭建电路,并进行调试,通过示波器观测电路的实际输出波形。最后将电路实际输出波形与理论分析和仿真结果进行比较,分析产生误差的原因并提出改进方法。(2)性能指标要求l电源电压:±12V;l输入信号:直流信号0~10V可变;l输出信号:频率为0~10kHz对应;l精度:误差小于±30Hz;l波形要求:脉冲宽度20~40μs、0~10V矩形波。18三、设计方案选择1.方
4、案一及框图(1)方案一:用压频转换器件(AD650)与单片机(51或msp430系列)结合使用。原理图如下:单片机频率测量压频转换(AD650)输入电压信号外围相关数字及模拟电路原理简述如下:输入信号输入压频转换器件,得到一定频率信号,采用单片机的计数器/定时器来测量频率,并对结果通过外围电路进行调控进而得到非常理想的电压--频率的线性转换关系。2.方案二及框图(2)方案二,利用反向积分器,以及555单稳态触发器,三极管模拟控制开关搭建电路。原理图如下:原理简述如下:直流电压信号经过阻抗变换后送到积分器输入端,
5、得到三角波,以控制脉冲输出,脉冲的高低电平来控制反馈中的模拟18开关闭合与断开。通过设置参数使积分器输出过零时触发脉冲输出电路开始输出Tw宽度脉冲,周而复始形成振荡,得到输出频率与输入信号呈线性关系。3.方案原理优缺点比较方案一,在10KHZ频率范围内,AD650的线性误差度仅为20ppm(满量程的0.002%),精度符合要求,但是相关器件太贵,且没有相关器材,所以不选择此方案。方案二,555单稳态,以及模拟开关(三极管),353积分电路搭建的电路,实现的压频转换在10Khz范围内,能实现相当高的转换精度,大约
6、在几HZ左右(干扰过大除外),且器件均为常见的简易器件,电路搭建方便,易于操作和理解。在满足设计任务的条件下,经济实惠,具有较高的性价比,故选择此方案二。四、设计思路本实验线性V/F转换电路的设计,主要由积分电路,脉冲输出电路,反馈控制电路组成。总电路的设计:通过阻抗变换得到相应输入电压,并输入积电路得到脉冲输出电路的电压控制信号(锯齿波),经由脉冲来控制反馈中的三极管的导通和关闭,实现通过基准源来调控积分时间的长短,来进一步调控脉冲输出(矩形波)的电压控制信号(锯齿波)如此周而复始,形成震荡,实现电压到频率的
7、线性转换。181、输入信号:电源分压电路电源电压为12v,电压输出范围为0~10v,所以选择一个R0=2kΏ的电阻与一个10kΏ的滑动变阻器串联,电压可调最大值为10v,可以满足0~10v所有值,符合要求。2、阻抗变换:电压跟随器共集电路的输入高阻抗,输出低阻抗的特性,使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用,能够使得后一级的放大电路更好的工作。 电压隔离器输出电压近似输入电压幅度,并对前级电路呈高阻状态,对后级电路呈低阻状态,因而对前后级电路起到“隔离”作用。基本原理还是利用它的输入阻抗高和输出阻抗低之特点,即
8、输出电压18不受后级电路阻抗影响。一个对前级电路相当于开路,输出电压又不受后级阻抗影响的电路当然具备隔离作用,即使前、后级电路之间互不影响。为保证输入电压0~10v不变,则必须保证其滑变的传入电路阻抗不变,加入一个电压跟随器,可以使后续电路不影响滑变的阻抗,使输入电阻保持不变,反馈电路中接一电阻,以平衡输入端,提高跟随精度。3、基准源使用一个3v的稳压管,接入电路即可,能提供一个-3v
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