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1、课程设计(论文)说明书设计课题：电压/频率变换器院（系）：电子工程与自动化专业：测控技术与仪器学生姓名：学号：指导教师：职称：讲师2011年1月20日10摘要设计电压/频率变换电路，可以利用集成芯片LM331来实现。外部电压通过低通滤波输入芯片，在相应管脚接入充放电电路，在输出管脚便可输出合适的频率。LM331线性度较好，不需要运放便可以实现电压频率转换，而且变换精度高。关键词：LM331；线性；电压频率转换10目录引言11设计任务及要求11.1设计内容11.2设计要求12设计方案及方案确定12.1设计方案12.1.1两种方案的设计12.1.2方案确定12.4系统框图设计22.5总电路图
2、及其工作原理33理论值的计算33.1元器件的选择与计算34电路仿真44.1仿真软件44.2仿真结果44.2.1仿真电路图设计44.2.2仿真数据记录45电路的调试65.1调试使用的仪器65.2数据记录65.3遇到的主要问题65.4原因分析及解决措施65.5调试电路板及波形75.5.1调试电路板75.5.2调试波形76总结86.1心得与体会8谢辞8参考文献8器件表8附图9原理图9PCB图1010引言在电压频率转换电路的设计中，对芯片LM331的应该是本电路设计的核心。通过对相关资料的查询与王老师的指导，我利用LM331外接相关部分电路，设计了一个线性的电压/频率变换电路，输入经过低通滤波输
3、送入芯片，在芯片外部还应接入充放电电路，用时间常数与芯片内部结构共同来控制电路工作。此电路满足设计指标要求，芯片的非线性失真小，并且转换精度高。1设计任务及要求1.1设计内容设计内容：线形电压/频率变换器1.2设计要求1）要求将输入电压转换成一定频率的振荡电路；2）当输入信号电压在0V——5V时，输出振荡的频率为10HZ——10KHZ；3）给定元件：LM331、运放、电阻、电容。2设计方案及方案确定2.1设计方案2.1.1两种方案的设计方案一：利用积分电路和单稳态电路组合够成电压/频率变换器。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方案二：利用芯片LM331设计电压/频率转换
4、器，输入电压通过滤波之后直接输入芯片，在芯片外部接入由电容电阻所构成充放电电路，就能够组成电压频率转换电路，并且转换精度较高。2.1.2方案确定利用集成芯片LM331设计电压/频率变换电路所用元件较少，电路相对简单，而且转换精度高，所以采用LM331设计电压/频率变换电路此方案。2.2芯片的介绍LM331是当前最简单的一种高精度V/F转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器以及其它相关的器件。LM331为双列直插式810引脚芯片，其引脚框图如图2所示。输入比较器Q定时比较器+--RS触发器精密电流电流开关基准电路1235674VCC8图2LM331内部结构电路LM331各引脚
5、功能说明:脚1为脉冲电流输出端,内部相当于脉冲恒流源,脉冲宽度与内部单稳态电路相同;脚2为输出端脉冲电流幅度调节,RS越小,输出电流越大;脚3为脉冲电压输出端,OC门结构,输出脉冲宽度及相位同单稳态,不用时可悬空或接地;脚4为地;脚5为单稳态外接定时时间常数RC;脚6为单稳态触发脉冲输入端,低于脚7电压触发有效,要求输入负脉冲宽度小于单稳态输出脉冲宽度Tw;脚7为比较器基准电压,用于设置输入脉冲的有效触发电平高低;脚8为电源Vcc,正常工作电压范围为4～40V。线性度好,最大非线性失真小于0.01%,工作频率低到0.1Hz而且有较好的线性;变换精度高，数字分辨率可达12位;外接电路简单,
6、只需接入几个外部元件就可方便构成V/F变换电路,并且容易保证转换精度。2.4系统框图设计输出频率LM331集成芯片输入电压低通滤波充放电电路2.5总电路图及其工作原理10Ui8+5VVCCVCC123fo564图1LM331内部结构电路CtRs2RS触发器精密电流电流开关基准电路CL+-输入比较器-定时比较器QR2R输出驱动复零晶体管7当输入端(7管脚)Ui输入一正电压时，输入比较器输出高电平，然后R－S触发器置位1，输出高电平，输出驱动管导通，3管脚输出端f0为逻辑低电平，同时电源Vcc也通过电阻Rt对电容Ct充电。当电容Ct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
7、R－S触发器复位，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；电子开关使电容CL对电阻RL放电。当电容CL放电。电压u6等于输入电压Ui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。输出脉冲频率f0与输入电压Ui成正比，从而实现了电压－频率的线性变换。通过查询资料，发现其输入电压和输出频率的关系为：由式知电阻Rt、RL、Rs、和Ct直接影响
