LM331压频转换课程设计论文

课程设计(论文)说明书设计课题：线性电压/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：李金鹏学号：0900820214指导教师：王月娥2012年1月11日2摘要设计电压/频率变换电路，可以利用集成芯片LMx31来实现。其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。LMx31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。利用专业的设计和仿真软件（如Proteus），设计并仿真U/F变换电路。关键词：V/F转换器；LM331芯片；高精度；外围电路；线性度；AbstractThistaskistodesignalinevoltage/frequencyconverter,itmainlyconstitutebytheLM331chipanditsexternalcircuit,realizingtheinputvoltageconvertedintoacertainfrequencyoftheoscillatingcircuit,ithasgoodlinearityandhigherconversionprecision.Keywords：V/Fconvertor;LM331chip;Highprecision;Externalcircuit;Linearity；3目录引言......................................................................................................................................................41设计任务........................................................................................................................................41.1任务说明...............................................................41.2任务分析...............................................................42设计方案选择及论证....................................................................................................................52.1方案一：采用555定时器组成的压频转换电路...............................52.2方案二：直接由LM331及其外围电路构成压频转换器.........................62.3方案比较和选择.........................................................63电路设计原理、参数计算及测量结果比较................................................................................73.1芯片LM331的介绍.......................................................73.2LM331组成的压频转换器及其工作原理.....................................83.3protel绘制原理图、器件选择及参数计算................................103.4电路仿真..............................................................113.5实际电路板测量与数据整理..............................................133.6本次课题的结果及结论.................................................154组装调试......................................................................................................................................154.1电路设计的中遇到的问题与解决方法......................................154.2实物图................................................................165课设总结......................................................................................................................................16谢辞..................................................................................................................................................17附件一................................................................................................................................................18附件二................................................................................................................................................19附件三................................................................................................................................................19参考文献............................................................................................................................................204引言随着电子技术和计算机技术的迅速发展，集成的电压频率变换电路在电子技术、自动控制、数字仪表、通信设备、调频、锁相和模数变换等许多领域得到广泛的应用。电压/频率变换电路简称U/F变换电路或者U/F变换器（UFC）。模拟电压变换成频率转换以后，其抗干扰能力增强了，因此尤其适用于遥控系统、干扰较大的场合和远距离传输等方面。此次设计用LM331设计组成一个将输入电压转换成一定的频率的振荡电路通过不断仿真与调试后达到了设计的指标要求，且该电路稳定，具有较高的转换精度和良好的线性度。1设计任务1.1任务说明本次课题主要是压频转换电路的设计，通过完成此次的设计课题理解压频转换电路的原理、理解LM331的应用。要求输出波形良好的在示波器上显示出来，并且输出频率和输入电压有良好的线性关系。1.2任务分析设计一个压频转换电路，其具体指标要求如下：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0—2V时，输出振荡的频率为10—10KHZ3）输入电压和输出频率之间有良好的线性关系4）给定元件：LM331、电阻、电容、精密电位器52设计方案选择及论证2.1方案一：采用555定时器组成的压频转换电路图2.1555压频转换电路采用集成时基电路555构成的压频转换电路，IC1运算放大器接成同相放大器，其放大倍数1AFRRK，其放大量由K1，K2来控制。IC2与C3、C4、RP1等构成有源积分电路，当积分电压下降至555触发电平（31VDD）时，555置位。同时，VT1导通，积分电容迅即放电，积分电压V2通过R9对C2充电，当C上电压升高至32VDD时，555复位，形成震荡。因此，输出电压转换成一定频率的震荡波。当输入信号电压在0-2V时，输出震荡的频率为10HZ-10KHZ62.2方案二：直接由LM331及其外围电路构成压频转换器图2.2LM331压频转换电路下图所示即为LM331及其外围电路组成的压频转换器。其中每个管脚元器件的连接都是典型的电路连接，如⑦管脚为一个低通的RC滤波电路；①、⑥管脚相连，并连接一个RC电路；⑤管脚为一个RC的充电电路；⑧管脚接工作电压，③管脚为输出且并联一个上拉电阻。2.3方案比较和选择方案一中，要使用芯片555，要实现压频转换基本要四部分组成。首先利用运放设计积分电路，目的是为了电容的充放电。将其连接到由555都构成的单稳态电路上，利用三极管的导通和截止构成电子开关控制恒流源。这个方案用了很长的时间在各个模块的连接上，但是最后还是不能得到实验的线性要求。方案二中，用集成的芯片LM331使实验变得简单，直接解决了单稳态电路、电子开关、恒流源的连接的设计。直接由LM331及其外围的典型电路关系，即可简便的组成一个V/F转换电路，能够达到本次课题的要求，又能提高资源的利用率，因此本次课题，选择方案三。运用LM331实现压频转换，具有电路简单，成本低廉，测量精度高并且转换位数可调的特点，在实际工作之前，对电路器件参数进行调校，调校之后，系统稳定性好。73电路设计原理、参数计算及测量结果比较3.1芯片LM331的介绍图3.1LM331的电路内部结构框图LMx31系列芯片是集成的U/F,F/U变换器，包括LM131A／LM131、LM231A／LM231、LM331A／LM331等。这类集成芯片的性价格比较高。LM131/231/331内部具有新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和电源电压低到4.0V时，也具有极高的精度，能满足100kHz的U／F转换所需要的高速响应，其内部精密定时电路具有低的偏置电流，高压输出可达40V，可防止+V端的短路，另外其输出可驱动3个TTL负载。这类器件常常应用于A／D转换、精密F／U转换、长时间积分、线性频率调制和解调、数字系统、计算机应用系统等方面。(1)器件性能特点如下：①最大线性度：0．01％。②双电源或单电源工作（单电源可以在5V以下工作）。③脉冲输出与所有逻辑形式兼容。④最佳温度稳定性：最大值为±50×10-6/ºC。8⑤小功耗：5V以下典型值为15mW。⑥宽的动态范围：10kHz满量程频率下最小值为100dB。⑦满量程频率范围：1Hz～100kHz(2)LM331内部①输入比较电路②定时比较电路③R-S触发电路④复零晶体管⑤输出驱动管⑥能隙基准电路⑦精密电流源电路⑧电流开关⑨输出保护电路等部分(3)LM331芯片的引脚简介：引脚①为电流源输出端，在fo（引脚三③）输出逻辑低电平时，电流源输出对电容充电。引脚②为增益调整，改变②管脚所接电阻的值可调节电路转换增益的大小。引脚③为频率输出端，为逻辑低电平，脉冲宽度由⑤管脚所接Ｒt和Ｃt决定。引脚④为电源地。引脚⑤为定时比较器正相输入端。引脚⑥为输入比较器反相输入端。引脚⑦为输入比较器正相输入端。引脚⑧为电源正端。3.2LM331组成的压频转换器及其工作原理刚接电源时CL和CT两个电容上