东华大学线性VF转换课程设计报告2014

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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